第4节 焦耳定律（同步教学课件）物理人教版2024九年级全一册

第4节焦耳定律九年级全一册•人教版第十八章

电功率电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?

导入新课通电的电炉丝

学习目标物理观念认识电流的热效应，了解焦耳定律，能用焦耳定律说明生产生活中的有关现象，分析解决简单的实际问题。科学思维结合电功的表达式和欧姆定律推导焦耳定律的表达式，培养演绎推理能力。科学探究经历研究电热与电阻、电流关系的过程，体会实验中控制变量的方法，发展观察、分析、处理信息、得出结论的能力。科学态度与责任通过学习电热的利用和防止，感悟辩证看待问题的方法，体会物理学对社会发展的推动作用。教学重点定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律。教学难点定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律。

重点难点1.电流的热效应2.焦耳定律3.电热的利用和防止4.课堂总结5.练习与应用6.课堂练习

学习内容一、电流的热效应第4节焦耳定律一、电流的热效应（1）寻找以下用电器的共同特点电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。分析：用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。（2）电流的热效应

电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫作电流的热效应。1.电流的热效应一、电流的热效应【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?【猜想及其依据】（1）可能与通过导体的电流有关。因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关；（2）可能与导体的电阻有关。导线和电熨斗串联接入电路，电流是相同的，电熨斗热的温度高，而导线几乎不热，电流产生的热可能与电阻有关。（3）可能与通电时间有关。由生活经验可知，通电时间越长，电流产生的热量也会越多。2.探究影响电流的热效应的因素一、电流的热效应

（1）实验装置介绍（焦耳定律演示器）透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。

【设计实验】一、电流的热效应（2）实验原理如图所示，两个透明容器中密封着空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化。同时使用两个密闭容器时，哪一侧U型管中液柱出现的高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。加热前加热时Δh右Δh左液面相平一、电流的热效应（3）研究方法①控制变量法：在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。

②转换法：实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。U形管液面的高度差越大，电流产生热量越多。一、电流的热效应0.22（4）实验电路图、器材如下所示：为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。一、电流的热效应实验次数电流关系电阻大小/Ω通电时间关系U形管液面高度差⊿h

左右

左右左右左右1

相等510相等

2

大小相等相等

（5）实验记录表一、电流的热效应0.28【进行实验】（1）探究电热量与电阻的关系将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。一、电流的热效应（2）探究电热与电流的关系在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同：I1=2I2。从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。I1=2I2I1I2一、电流的热效应（3）探究电热量与时间的关系闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒U形管液面的高度差的变化。

Δh一、电流的热效应实验次数电流关系电阻大小/Ω通电时间关系U形管液面高度差⊿h

左右

左右左右左右1（左图）

相等510相等

2（右图）

大小相等相等

【收集证据】大大小小一、电流的热效应（1）分析实验步骤（1）可发现：在电流相同、通电时间相同的情况下，一段电阻丝的电阻越大，这段电阻丝产生的热量越多。（2）分析实验步骤（2）可发现：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一段电阻丝的电流越大，这段电阻丝产生的热量越多。（3）分析实验步骤（3）可知，在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，电流产生的热量越多。【分析论证】一、电流的热效应归纳实验结论（1）在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。（2）在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。（3）在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。一、电流的热效应1.视频演示——《电流通过导体产生的热量跟电阻的关系》2.视频演示——《电流通过导体产生的热量跟电流的关系》一、电流的热效应实验结束后，小红说她在一本书上看到用如图所示的装置也可以探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。请你对该装置进行评价。该装置中，两个相同的烧瓶盛有质量相同、温度相同的同种液体；烧瓶内插有温度计，可以测量液体的温度。烧瓶内部有两个阻值不同的电阻丝，组成串联电路接入电路中。通过比较烧瓶内液体的温度可以探究影响电流通过导体产生热量的因素。【交流讨论】一、电流的热效应①当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此根据温度计示数的变化可知电流产生热量的多少。一、电流的热效应③乙图中R1、R2两电阻并联，甲、乙两装置中，电源电压相同，乙图中电阻R1两端的电压大于甲图中电阻R1两端的电压，则乙图中通过电阻R1的电流大。所以由a、c（或b、d）可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。②甲图中R1、R2两电阻串联，通过两电阻的电流相等，但两电阻的阻值不同，所以可探究电流产生热量的多少与电阻的关系。一、电流的热效应【例题1】在探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”时采用了如图所示的实验装置。（1）如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，通过观察两个U形管中________的变化反映密闭空气温度的变化；（2）甲图所示的装置是用来研究电流通过导体产生的热量与______的关系；

5

高度差

电阻（3）若想利用乙图继续完成接下来的实验探究，则电阻B的阻值为____Ω。一、电流的热效应【解析】（1）本实验将不易观察的现象转换成易观察的现象，通过U形管液面高度差显示电流产生热量的多少，使用了转换法。（2）甲图所示的装置中两个电阻串联，故通过两电阻的电流相同，两电阻阻值不同，控制通电时间相同，可以用来研究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。（3）乙图中右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，根据并联和串联电路电流的规律，为研究电流产生的热量与电流的关系，应控制电阻和通电时间相同，因此电阻B的阻值为5Ω。二、焦耳定律第4节焦耳定律二、焦耳定律1.焦耳定律英国物理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系，即焦耳定律。（1）内容：

电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。（2）公式：

Q=I2Rt

二、焦耳定律（3）公式中Q=I2Rt各量单位：I表示电流，单位是安培（A）

R表示电阻，单位是欧姆（Ω）

t表示时间，单位是秒（s）

Q表示热量，单位是焦耳（J）1焦耳=1安2×1欧×1秒二、焦耳定律焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，最终发展出热力学第一定律。他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。即焦耳定律。詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。人物介绍主要成就（4）物理学家——焦耳二、焦耳定律2.推导焦耳定律

若电流做的功全部用来产生热量，

即Q=W

因为电功W=UIt

根据欧姆定律U=IR所以Q=W=UIt=I2Rt可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。二、焦耳定律3.电功与电热（1）电功与电热的区别电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，也表示有多少电能转化为其他形式的能。电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。二、焦耳定律（2）电功与电热的联系

①纯电阻电路该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即Q=WQ放=W总=Pt=UIt=U2t/R=I2Rt上述公式适用于纯电阻电路。如电炉、电热器、电熨斗等。二、焦耳定律②非纯电阻电路在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能。此时电能=内能+机械能，所以Q＜W。例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。

W总＝UIt=W机械能＋Q热量二、焦耳定律推导公式

电功电功率焦耳定律适用条件基本公式W=UItP=UIQ=I2Rt普遍适用纯电阻电路

Q=W4.电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围

二、焦耳定律

5.想想议议

（1）你现在明白了吗？电炉丝通电时，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？

【解析】因为电炉丝与导线串联，电流与通电时间相等，但是电炉丝的电阻远大于电线的电阻，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，在相同时间内，电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，所以电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。二、焦耳定律（2）额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事?【解析】第一种说法，在通电时间和电压相同的情况下，根据Q=U2t/R可知，电阻越小，产生的热量越多；第二种说法，在通电时间和电流相同的情况下，根据Q=I2Rt

可知，电阻越大，产生的热量越多。两种说法在各自前提下都是正确的，所以二者不矛盾。二、焦耳定律【例题2】四个电阻器的电阻分别为R1、R2、R3、R4。如图甲所示，电阻为R1、R2的电阻器串联后接在电压为U的电路中；如图乙所示，电阻为R3、R4的电阻器并联后也接在电压为U的电路中。已知R1=R3，R2=R4，R1>R2。（1）电阻为R1和R2的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多?（2）电阻为R3和R4的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多?二、焦耳定律【解析】（1）在串联电路中，通过电阻R1和R2的两个电阻器的电流相等。据焦耳定律Q=I2Rt，当I、t相同时，Q与R成正比，由于R1>R2，因此相同时间内电阻为R1的电阻器放出的热量比电阻为R2的电阻器多。（2）在并联电路中，电阻为R3和R4的电阻器两端的电压相等。根据焦耳定律Q=I2Rt和欧姆定律I=U/R，可得Q=U2t/R。由公式可知，电压相同时，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成反比，且R3>R4，因此相同时间内电阻为R4的电阻器放出的热量比电阻为R3的电阻器多。二、焦耳定律【例题3】在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，则以下关于甲、乙电热丝对应的物理量大小判断正确的是（）A．R甲>R乙 B．I甲>I乙

C．U甲>U乙 D．P甲>P乙D【解析】AB．由焦耳定律Q=I2Rt可知，电热丝放出热量与电流、电阻及通电时间有关。通电时间相同，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，但电阻大小、电流大小无法确定，故AB错误；C．电阻丝属于纯电阻电路，则Q=W=U2t/R由于不知道两电阻的连接方式，无法判断二者电压及电阻大小，故C错误；D．根据公式Q=W=Pt可知，在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，说明甲的电功率大于乙的电功率，即P甲>P乙，故D正确。

故选D。二、焦耳定律【例题4】某电动机上标有“220V

2A”，它的线圈电阻为5Ω，当它正常工作1min后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？【解析】消耗的电能为:W总=UIt=220V×2A×60s=26400J线圈中产生的热量为：

Q=I2Rt=(2A)2×5Ω×60s=120J得到的机械能为：

W机=W总－Q=26400J－120J=25200J三、电热的利用和防止第4节焦耳定律三、电热的利用和防止1.电热的利用电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体。电热器的优点:清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。三、电热的利用和防止利用电热孵化器孵小鸡三、电热的利用和防止很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性，要保证其稳定工作，就必须要有效地散热。2.电热的防止大数据基地的散热设备三、电热的利用和防止

（1）电脑CPU的散热例如我们的电脑在工作时，电路元件发热，温度升高，会影响到电脑的稳定性，甚至烧坏电脑CPU。人们常常采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。散热窗微型风扇三、电热的利用和防止电视机的后盖（2）电视机散热：在后盖开有很多孔，为了通风散热。（3）投影仪的散热：除在侧壁开孔外，内部还装有电风扇，工作时电风扇转动把热量吹到机器外面，可以降低灯泡、机器内部元件的温度。散热窗散热风扇三、电热的利用和防止【例题5】下列实例中，为了防止电热产生危害的是（）A．用电熨斗熨衣服B．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置C．电视机的机壳上有许多小孔D．孵化家禽的电热孵卵机C【解析】ABD．电熨斗、高空飞行员所穿衣服里的电热保温装置、孵化家禽的电热孵卵机都是利用电热来为人类服务，故ABD不符合题意；C．电视机的机壳上有许多小孔是为了把各电器元件工作时产生的热量及时散失掉，即是为了防止电热危害，故C符合题意。故选C。四、课堂总结第4节焦耳定律三、课堂总结

电流的热效应焦耳定律电热的利用和防止焦耳定律五、练习与应用第4节焦耳定律【解析】用焦耳定律公式计算电流产生的热量：

Q=I2Rt=（2A）2×2Ω×1×60s=480J五、练习与应用1.通过某电阻丝的电流为2A时，测得它的电阻是2Ω，该电阻1min产生多少热量?【解析】Q=W=Pt=450W×60s=2.7×104J五、练习与应用2.一台额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，1min产生多少热量?五、练习与应用3.一只电烙铁的额定电压是220V，在额定电压下工作时的电阻是1210Ω，它的额定功率有多大?在额定电压下通电10min产生多少热量?

五、练习与应用【解析】电烘箱的电功率P=W/t=6.6×104J/60s=1100W电阻丝工作时的电阻，根据P=UI=I2R

4.某校师生自制了一台电烤箱。电烤箱的电阻丝通过5A的电流时，1min可产生6.6×104J的热量。求这台电烤箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。

五、练习与应用

5.一个电热水壶的容量为1L，电功率为1000W，在标准状态下按上述容量烧开一壶初温为20°C的水，至少需要多长时间?【解析】（1）电暖器、电烙铁、电饭锅都是利用电流的热效应来工作的，把电能转化为内能。（2）电视机、计算机在工作时产生的热量是有害的，电视机外壳的散热窗、计算机的散热风扇可以散失热量，防止电流热效应带来的危害。五、练习与应用6.电流的热效应有时对我们有益，我们利用它；有时对我们有害，需要减少电流导致的发热，或者尽快把发出的热散发掉。（1）列举两个生活或生产中利用电流热效应的实例；（2）列举两个生活和生产中为防止电流热效应产生危害而采取的措施。【解析】在家庭电路中，导线相互连接处若接触不良，该处的电阻较大，因为导线连接处与导线串联在电路中，通过的电流相等、通电时间相等，由Q=I2Rt可知连接处产生的热量较多，往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。五、练习与应用7.在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来。有人把导线简单地拧在一起，这样会使得连接处电阻增大，导致连接处比别处容易发热，甚至引起火灾。这是为什么?六、课堂练习第4节焦耳定律【解析】当芯片中有电流通过时，由于芯片元件有电阻，不可避免地会产生热量，这种现象称为电流的热效应（电流通过导体时电能转化为内能的现象）。让散热部件与芯片紧密结合，来降低芯片的温度，这是通过热传递的方式改变芯片内能（热传递是由于温度差引起的热能传递现象，芯片的热量传递到散热部件）。六、课堂练习1．如图，芯片体积小，元件密集。当芯片中有电流通过时，由于芯片元件有电阻，不可避免地会产生热量，这种现象称为电流的______效应。为了不影响芯片的性能，通常让散热部件与芯片紧密结合，来降低芯片的温度，这是通过______的方式改变芯片内能。热传递热六、课堂练习2．将规格都是“220V150W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间，以下说法正确的是（）A．三个用电器均将电能全部转化为内能B．电烙铁消耗电能最快C．三个用电器消耗的电能一样多D．三个用电器产生的热量相等C【解析】A．电烙铁工作时，能将电能全部转化为内能；电风扇、电视机工作时，其消耗的电能不只是转化为内能，还会转化为机械能或光能和声能，故A错误；B．根据题意可知，三个用电器都是正常工作，实际功率等于额定功率，所以，三个用电器消耗电能一样快，故B错误；C．三个电器都在额定电压下工作，实际功率相同都是150W，由W=Pt可知，相同时间内三个电器消耗的电能一样多，故C正确；D．电风扇工作时，电能转化为内能和机械能；电视机工作时，电能转化为内能、光能和声能；电烙铁工作时，电能全部转化为内能；且相同时间内三个电器消耗的电能相同，因此相同时间内，电烙铁产生的热量最多，故D错误。故选D。六、课堂练习【解析】电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫作电流的热效应。电灯工作一段时间后发烫，这是因为电流具有热效应。电流通过导体时产生的热量，与电阻的大小、通电时间和电流的大小有关，电热毯中使用的合金丝与导线串联，通过的电流相同、通电时间相同，灯丝发热，而与电灯连接的导线却凉凉的，由焦耳定律由Q=I2Rt可知，灯丝的电阻大于导线的电阻。六、课堂练习3．“世界皮影看中国，中国皮影看陕西！”如图所示，皮影艺人与时俱进，用电灯代替油灯作光源进行皮影戏表演。电灯工作一段时间后发烫，这是因为电流具有_______效应，而与电灯连接的导线却凉凉的，这是因为灯丝的电阻________（选填“大于”“小于”或“等于”）导线的电阻。热大于六、课堂练习4．在“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，小郡同学采用了如图甲、乙所示的实验装置（两个透明容器中封闭着等量的空气）。下列说法正确的是（）A．U形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的B．图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电流的关系C．图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于D．用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象