用《 焦耳定律》课件.ppt

6 3焦耳定律 生活中的物理 上周六 我们班刘扬同学的爸爸出门前嘱咐他好好写作业 不要看电视 爸爸回来时看到他在认真写作业 电视机也没打开 很高兴 可是 爸爸用手一摸电视机后盖后就发现 刘扬刚看过电视 谁能知道刘扬爸爸是根据什么道理判断的 因为电视机还在发热 生活中 许多用电器接通电源后 都伴有热现象产生 电炉 电暖器 电水壶 电熨斗 电饭锅 热得快 认一认下列用电器 这些用电器在工作时有什么共同之处 通电后都会发热 一 电流的热效应 1 电流通过导体时 导体会发热 这种现象叫做电流的热效应 点亮的灯泡过一会儿会烫手 说明什么 2 电流热效应的能量转化 电能转化为内能 提出问题 电流通过电热器所产生的热量多少与哪些因素有关 科学探究的过程 合理猜测 实验验证 制定计划 得出结论 交流讨论 烫手 不烫手 why 合理猜测 现象 电炉丝和导线通过的电流相同 为什么电炉丝热的发红 而导线却几乎不发热 根据此现象 你能提出什么问题 why why 合理猜测 烫手 不烫手 跟电流有关 跟电阻有关 跟时间有关 合理猜测 探究实验 实验方法 实验目的 研究电流通过导体产生的热量Q跟电流大小I 电阻R和通电时间t的关系 设计实验 1 如何在实验中展示出电流产生的热量Q的多少 2 如何控制电流大小I相同 3 如何控制电阻R的大小不变 4 通电时间t比较好控制 控制变量法 探究电流的热效应跟哪些因素有关 制定计划 电流通过导体产热 其中所产生的热量既看不见也摸不着 如何测量呢 既看不见也摸不着的科学量 既看得见也能测量的科学量 转化 转化 让电流产生的热量被气体吸收 通过观察气体的热膨胀 观察玻璃管内的水柱升降或者温度计示数大小 来测量 观察电热的方法 转换法 观察电热的方法 方法二 电热丝发热使煤油升温 转换法 1 为什么选用煤油 而没有用水 实验中 几个重要的问题 你能回答出来吗 A 因为煤油有颜色便于观察B 因为煤油有比较大的热值C 因为煤油有比较小的密度D 因为煤油有比较小的比热容 D 1 煤油比热容小 吸收相同的热量温度变化明显2 煤油不是导体 控制I R t 1 如何控制电流相同 让电阻串联 2 如何控制电阻大小相同 用2个相同的电阻 返回 电阻丝 结论 在电流 通电时间相同时 阻值大的电阻产生的热量多 探究一 产热多少与电阻大小的关系 实验验证 电阻丝 结论 在电流 电阻相同时 通电时间长的产生的热量多 探究二 电热多少与通电时间的关系 实验验证 电阻丝 结论 在通电时间 电阻相同时 电流越大的产生的热量多 探究三 产热多少与电流大小的关系 实验验证 利用如图所示的装置探究 导体产生的热量与电阻大小的关系 两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝 烧瓶A中的金属丝电阻比较小 烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝 电阻比较大 两瓶煤油中温度计可以显示煤油的温度 1 根据控制变量法的研究思想 应该使这两个烧瓶中煤油的质量 2 实验中 发现烧瓶B中温度计的示数升高的快 这表明 在和通电时间相同的情况下 导体的电阻越 电流产生的热量越 电热的影响因素 相等 电流 大 多 R R 研究电热与I的关系 那么就要控制和通电时间不变 所以就设计以上的电路 用了相同的电热丝来保证电阻相同 那么怎样使并联的两个电阻电流不同呢 最后发现 电流大的那个支路 煤油的示数上升的快 所以表明在电阻和通电时间相同的情况下 导体的电流越 电流产生的热量越 R R 电阻 移动滑动变阻器的滑片 大 多 在通电电流和通电时间相同时 电阻越大 电流产生的热量越多 在电阻和通电时间相同时 电流越大 电流产生的热量越多 在通电电流和电阻相同时 通电时间越长 电流产生的热量越多 1 2 3 实验分析 进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成正比 焦耳 JamesPrescottJoule 1818 1889 英国物理学家 用近40年的时间做了400多次实验 研究热和功的关系 通过大量的实验 于1840年最先精确地确定了电流产生的热量与电流 电阻和通电时间的关系 焦耳 1 内容 电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比 跟导体的电阻成正比 跟通电时间成正比 2 公式 Q I2Rt热功率 3 单位 I A R t s Q J 注意 1 热量跟电流的平方成正比2 焦耳定律适用于任何用电器的热量计算若通过一个用电器的电流增加到3倍时 它产生的热量增大到倍 9 英国物理学家焦耳做了大量的实验 于1840年最先精确地确定电热跟电流 电阻和通电时间的关系 即二 焦耳定律 得出结论 Q W Pt UIt I2Rt U2 R W UIt 若电流做的功全部用来产生热量 则Q W 哪些情况电流做的功全部用来产生热量 纯电阻电路和非纯电阻电路的区别 1 纯电阻电路 电流做的功全部转化为内能的电路常见纯电阻电器 电热器 白炽灯 电饭锅 电炉 电取暖器 电烤箱 等2 非纯电阻电路 电流做的功只有部分转化为内能的电路常见非纯电阻电器 电动机 电风扇 电吹风等 电动机卡住相当于纯电阻电器 纯电阻电器相当于只有一个内阻 I 用电器 W UIt 总功 纯电阻电路 W Q Pt UIt U2 Rt I2Rt 非纯电阻电路相当于串一个内阻 M I W UIt 总功 用电器 非纯电阻电路 W Q W UIt W其他 Q 电动机卡住相当于纯电阻电器 I 电动机 W UIt 总功 因此 Q I2Rt与W UIt是有区别的 在纯电阻电路中 这两个公式是通用的 在非纯电阻电路中 W UIt公式求得的是总消耗的电能 Q I2Rt公式求得的是在总电能中转化为内能的那部分能量 纯电阻电路 W Q Pt UIt U2 Rt I2Rt 非纯电阻电路 W Q W UIt W其他 Q 常见非纯电阻电路 W机械 Q 总功 有用 FS 损耗 9 安徽 有一台直流电动机在220V的电压下工作时 电流为35A 用它匀速提升质量为1400kg的货物 在2s内提升了1m 设电动机输出的能量全部用来提升货物 问 1 2s内电动机对货物做了多少功 2 这期间电动机的效率是多少 3 电动机消耗的电能转化成了哪些形式的能量 一台直流电动机电枢电阻为1 0 在12 电压下其输出功率为20 这时电动机的输入功率为多少 电功 热功 机械功 如图是直流电动机提升重物的示意图和电动机工作时的能量转化情况 电源电压为110V且保持不变 电路中的电流是5A 重500N的物体在电动机带动下以0 9m s的速度匀速上升 不计各处摩擦 则1min里电动机产生的内能为 J 电动机线圈的电阻是 解 方法一 例1 某电热器接在220V的电源上 其电阻是100 则通电8min能产生多少热量 求 Q 已知 U 220V R 100 t 8min 480s 通过电阻的电流I为 I U R 220V 100 2 2A 根据焦耳定律 电热器产生的热量Q为 方法二 Q I2Rt 2 2A 2 100 480S 2 3 105J Q U2 Rt 220V 2 100 480S 232320J 例2 一电动机线圈的电阻为1 线圈两端所加电压为2V时 电流为1A 电动机正常工作 1 电动机正常工作时的能量转化 2 电动机正常工作1min所消耗的电能为多少J 3 电动机正常工作1min所产生的电热为多少J 4 电动机正常工作1min所提供的机械能为多少 非纯电阻电路的电热 Q 计算 Q W 电能只有少部分转化为内能 电流热效应的应用很广泛 三 电流热效应的应用与控制 1 电流热效应的应用 电热器 利用电流的热效应制成的加热设备 电热器的主要组成部分 发热体 发热体一般由电阻率大 熔点高的金属丝绕在绝缘材料上做成的 电热器的优点 清洁 无污染 热效率高 且便于控制和调节 散热片 散热窗 散热小风扇 2 电流热效应的控制 防护 1 9 4 3 课堂练习 1 为了研究温度对种子发芽的影响 课外活动小组要做一只电烘箱 要求在10min内产生6 104J的热量 接用的是家庭电路 请计算一下这只电烘箱电热丝的电阻是多少 2 标有 220V100W 的白炽灯正常工作时 在1min内将产生多少热量 将消耗多少电能 3 两个电热器的电阻之比为4 3 通过相同的电流 在相等的时间里产生的热量之比为 若两个电热器的电阻相同 通过的电流强度为1 3 在相等的时间里产生的热量之比为 5 如图是一个电热毯的简化电路图 电源电压为220V R1是发热电阻 R2是阻值为616 的分压电阻 S是控制电热毯工作状态的开关 S转到触点1为断开状态 S转到触点2为低温状态 S转到触点3为高温状态 此时功率为100W 求 l 当开关S转到触点3时 电热毯的发热电阻R1是多少 2 当开关S转到触点2时 通过电路的电流是多少安 发热电阻R1消耗的功率是多少瓦特 484 0 2A19 36W 6 CFXB型 220V1100W 电饭煲的原理图如图所示 它有高温烧煮和焖饭 保温两挡 通过单刀双掷开关S进行调节 R0为电热丝 当开关S接高温烧煮挡时 电路的功率为1100W 当开关S接焖饭 保温挡时 电路的总功率为22W 1 电饭煲在高温烧煮挡时 开关S应与哪个触点连接 2 电热丝R0的阻值多大 3 当电饭煲在正常焖饭 保温时电路中的电流多大 焖饭 保温10min 电热丝R0产生的热量为多少 1 分析饮水机何时处在加热状态和何时处在保温状态 2 如果饮水机在加热状态时加热板的电功率是400W 在保温状态时饮水机的功率是加热功率的1 9倍 求电阻R1和R2的阻值 7 饮水机是一种常用的家用电器 主要是利用电流热效应来工作的 其工作电路可简化为如右图所示电路 其中S是温控开关 10 安徽 如图所示的电动机是一种使用广泛的动力机械 从能量转