电流的热效应焦耳定律课件-苏科版物理九年级下册

第十五章电功和电热第三节电流的热效应焦耳定律1.导体中有电流通过时会发热,电能转化为____能,这种现象称为电流的热效应。生活中_______________________,(举出一例即可)是利用电流的热效应工作的。_____________________________________(举出一例即可)是防范电流热效应危害的。2.电流通过导体产生的热量与__________成正比,与导体的______成正比,与__________成正比。这个规律叫作焦耳定律,用公式表示为Q=________,单位是______。预习清单内电烙铁(不唯一,合理即可)电动机上的散热风扇(不唯一,合理即可)电阻电流的平方通电时间I2Rt

J3.纯电阻电路中,电能几乎全部转化为______能,此时热量_______(选填“等于”或“不等于”)电功;非纯电阻电路(如电动机)中,电能一部分转化为_________能,一部分转化为其他形式的能,此时计算热量只能用公式________。预习清单内等于内Q=I2Rt4.“探究影响电流热效应的因素”的实验中,用________(填物质名称)的温度变化反映导体产生热量的多少,这种方法叫作________法;探究“电阻对热量的影响”时,需控制________和________不变,改变电阻的阻值,这种方法叫作________法。预习清单转换电流通电时间控制变量煤油课程导入新能源汽车电池、手机CPU工作时都会发热,这其实是电流通过导体产生热量的现象,物理学中称之为电流的热效应。课程导入生活中,适量的电热或许有用,但温度过高会损坏设备,甚至引发安全问题。要科学地控制这些设备的温度,就必须知道电流产生的热量与哪些因素有关,遵循了什么规律。电流产生的热量遵循焦耳定律,掌握了焦耳定律,不仅能解释生活中的发热现象,未来还能参与设计更高效的散热技术,让科技产品更安全、更耐用。任务一：电流的热效应任务一：电流的热效应小组讨论：这些场景的共同点是什么?这种能量是由什么能量转化而来的?

电流通过导体并产生了内能(热量),本质都是“电能转化为内能”,我们把这种现象称为电流的热效应。

引导：现在请大家结合生活现象,分别举出“利用电流热效应”和“防范电流热效应”的实例。任务一：电流的热效应提问：给充电宝充电时,它会轻微发热,这属于电流热效应的利用还是危害?为什么?

充电宝的核心功能是将电能转化为化学能储存起来,发热是额外损耗,需要通过外壳散热,属于电流热效应的危害。任务一：电流的热效应【学法指导】判断“是利用还是危害”,关键看“发热是否为设备的核心用途”——核心用途是产生热量(如电熨斗),就是利用;发热是无用损耗(如充电宝),就是危害。任务二：探究影响电流热效应的因素为什么手机玩游戏时比待机时烫?为什么新能源汽车快速充电时比慢速充电时电池温度升高得快?大家觉得导体发热的多少可能与哪些因素有关?

猜想：电流大小、通电时间、导体电阻。任务二：探究影响电流热效应的因素设计实验：要验证“电流影响发热”,需要控制哪些量不变?如何直观判断产生热量的多少?

需要控制电阻、通电时间不变,用“等质量煤油的温度变化”反映产生热量的多少———产生的热量越多,煤油温度升高得越明显(转换法);用滑动变阻器改变电流,保证电阻不变(控制变量法)。任务二：探究影响电流热效应的因素实验电路图任务二：探究影响电流热效应的因素连接电路：①将R1与滑动变阻器串联,将R2直接接电源,用开关控制两电路同步通电。②调节滑动变阻器,使电阻R1所在电路中的电流为0.5A,电阻R2所在电路中的电流为1A。③同时按下秒表,通电5分钟,每隔1分钟记录一次“温度贴纸的温度和对应的颜色”,填写在“实验数据记录表”中。任务二：探究影响电流热效应的因素电流为1A时,温度贴纸的颜色从浅红到深红,温度从25℃到45℃;电流为0.5A时,温度贴纸的颜色从浅红到浅橙,温度从25℃到30℃”

电流大的电路,温度贴纸的颜色更深、温度更高,这说明了什么?

电阻、时间相同时,电流越大,异体产生的热量越多。任务二：探究影响电流热效应的因素电流为0.5A时,5分钟温度变化5℃;电流为1A时,5分钟温度变化20℃。提问：电流从0.5A变成1A,翻倍了,温度变化从5℃变成20℃,变成了4倍,这说明热量与电流之间有什么关系?

热量与电流的平方成正比。任务二：探究影响电流热效应的因素补充演示“电阻影响电流热效应”的实验：采用如图所示的实验电路,通电5分钟,观察实验现象。任务二：探究影响电流热效应的因素结论：电流、通电时间相同时,电阻越大,导体产生的热量越多。进一步分析可知,导体产生的热量与电阻成正比。任务三：学习焦耳定律1.定律来历与公式记忆1840年,英国物理学家焦耳通过大量实验总结出电流热效应的规律———焦耳定律：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比,与导体的电阻成正比,与通电时间成正比。

计算公式：Q=I2Rt。各物理量的单位：I—安培(A);R—欧姆(Ω);t—秒(s);Q—焦耳(J)。任务三：学习焦耳定律2.公式应用与电路类型区分例题1：某电热器接入220V的电路中正常工作时,其发热体的电阻为55Ω。求该电热器在20min内产生的热量。分析：根据已知条件,可以先由欧姆定律计算出通过发热体的电流,再由焦耳定律计算出电热器在20min内产生的热量。任务三：学习焦耳定律

任务三：学习焦耳定律

本题可以按照Q=W=UIt的思路求解吗?提示：纯电阻电路中,电能全部转化为内能,此时Q=W=UIt。例题2：手机CPU线圈的电阻为2Ω,工作时电流为1A,通电10s产生多少热量?思考：能否用Q=UIt

计算?任务三：学习焦耳定律总结：CPU工作时,电能大部分转化为光能、机械能(数据处理),少部分转化为内能,故此时,仅能用Q=I2Rt

计算产生的热量,可得Q=(1A)2×2Ω×10s=20J。

提示：非纯电阻电路中,只能用Q=I2Rt计算产生的热量。任务三：学习焦耳定律为什么新能源汽车快速充电时,电池散热风扇会高速转动?

快速充电时电流大,根据Q=I2Rt可知,此时产生的热量快速增多,为防止发生危险,需要风扇加速转动来快速散热。

如果手机CPU的电阻变大,在相同电流和时间下,发热会变多还是变少?为什么?

变多,因为电流通过导体产生的热量与电阻成正比。任务四：应用焦耳定律解决科技产品的散热问题(1)手机背部的“石墨烯散热片”。(2)新能源汽车电池组的“液冷散热系统”。任务四：应用焦耳定律解决科技产品的散热问题石墨烯散热片通过快速传递热量,减少局部热量堆积;液冷散热系统通过循环冷却液带走热量,降低导体温度——本质都是通过“减少热量停留”,避免温度过高,符合“控制热量危害”的需求任务四：应用焦耳定律解决科技产品的散热问题“迷你应用题”：某新能源汽车电池充电时,电流为10A,电池线圈电阻为0.5Ω,通电1min产生多少热量?若散热系统未及时工作,会有什么风险?

Q=(10A)2×0.5Ω×60s=3000J。风险：热量过多会导致电池温度升高,可能损坏电池或引发安全问题。核心总结1.电流通过导体时,电能转化为内能,这种现象称为电流的热效应。2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比,与导体的电阻成正比,与通电时间成正比。公式为Q=I2Rt,I、R、t的单位分别统一为A、Ω、s,Q的单位为J。核心总结纯电阻电路(如电热器)中,电能几乎全转化为内能,可灵活用Q=UIt或Q=I2Rt计算热量;非纯电阻电路(如电动机)中,电能仅部分转化为内能,只能用Q=I2Rt计算热量,不可误用Q=UIt。1.如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置,两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。课堂评价(1)连接好电路后闭合开关,通电一段时间,观察到右侧液面高于左侧液面,如图甲所示,表明在电流和通电时间相同的情况下,______越大,产生的热量越多。(2)如图乙所示,R3与R2并联,目的是探究在电阻和通电时间相同的情况下,电流通过导体时产生的热量与______的关系。课堂评价电阻电流2.如左图所示的煎饼锅具有高温和低温两个挡位,如右图所示是其内部简化电路图。处于高温