初中九年級物理課件15.4 探究焦耳定律

15.4探究焦耳定律(1)燈泡發(fā)光一段時間后，用手觸摸燈泡有什么感覺？為什么？(2)電風扇使用一段時間后，用手觸摸電動機部分有什么感覺？為什么？發(fā)燙.是電流的熱效應.問題電流的熱效應生活中.許多用電器接通電源后.都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生.電流通過導體時電能轉化為內能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應.燈泡接入電路中時，燈泡和電線中流過相同的電流，燈泡和電線都要發(fā)熱，可是實際上燈泡熱得發(fā)光，電線的發(fā)熱卻覺察不出來。這是為什么？燙手不燙手著火了！why？家庭電路中使用功率過大的用電器可能引起火災，這又是為什么？燙手不燙手家庭電路中使用功率過大的用電器可能引起火災。燈泡接入電路中時，燈泡和電線中流過相同的電流，燈泡和電線都要發(fā)熱，可是實際上燈泡熱得發(fā)光，電線的發(fā)熱卻覺察不出來。要解釋上述兩個現(xiàn)象，我們必須研究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關.點亮的燈泡過一會兒會燙手，說明什么？導線和電熨斗串聯(lián)，為什么電熨斗很熱而導線并不很熱？說明什么？電流通過導體產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關？[猜想與假設]1.可能與電阻有關。電阻越大，電流熱效應越大電流的熱效應與那些因素有關？2.可能與電流有關。電流越大，電流熱效應越大3.可能與通電時間有關。通電時間越長，電流熱效應越大討論1.當一個物理量被猜測與多個因素有關，應用什么方法去研究？[設計實驗]控制變量法討論2.用什么方法和器材去觀察那些不可見的物理量？轉換法電熱——氣體（或液體）受熱膨脹.觀察產(chǎn)生熱量的多少實驗過程與實驗現(xiàn)象：（1）在電流和時間相同的情況下，研究熱量和電阻的關系；（2）在電阻和時間相同的情況下，研究熱量和電流的關系；（3）在電流和電阻相同的情況下，研究熱量和時間的關系；實驗1：研究電熱與電阻關系R1=5ΩR2=10ΩA在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多.電阻絲在電流、通電時間相同時，阻值

大

的電阻產(chǎn)生的熱量多.實驗1：研究電熱與電阻關系實驗2：研究電熱與電流關系I=2I1IAR=5ΩR=5ΩR=5ΩI1在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大.這個電阻產(chǎn)生的熱量越多.電阻絲在電阻、通電時間相同時，電流

大

的電阻產(chǎn)生的熱量多.實驗2：研究電熱與電流關系電阻絲在電流、電阻相同時，通電時間

長

的產(chǎn)生的熱量多.實驗3：研究電熱與通電時間關系1、在電流、通電時間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多.（I與t相同，R越大，Q越多）2、在通電時間、電阻相同的情況下，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多.（R與t相同，I越大，Q越多）3、在電阻、電流相同的情況下，通電時間越長，產(chǎn)生的熱量越多.（R與I相同，t越大，Q越多）英國物理學家焦耳做了大量的實驗，于1840年最先精確地確定電流產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時間的關系，即焦耳定律.實驗結論：焦耳定律Q=I2Rt熱量電流電阻時間JAΩS公式：意義：單位：焦耳定律：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比.

焦耳

(1818－1889)純電阻電路:電能→內能

QI2Rt

WUIt=M非純電阻電路:電能→內能+其它形式的能WE其

+QUIt

I2Rt=Q＞

例1：一根60?的電阻絲接在36v的電源上，在5分鐘內共產(chǎn)生多少熱量？分析：先利用歐姆定律計算出通過電阻絲的電流，再利用焦耳定律公式計算電流產(chǎn)生的熱量。解：例題例2：某電動機上標有“220V,2A”它的線圈電阻為5?，當它正常工作一分鐘后，消耗的電能為多少？線圈中產(chǎn)生的熱量為多少？如沒有其他能量的損失，則得到多少的機械能？解：消耗的電能為:W總=UIt=220V×2A×60S=26400J線圈中產(chǎn)生的熱量為：Q=I2Rt=(2A)2×5?×60S=1200J得到的機械能為：

W機=W總－Q=26400J－1200J=25200J例題想想議議

從前面學習知道，額定電壓相同的燈泡，額定功率越大.電阻越小，單位時間內產(chǎn)生的熱量越多.可是按照焦耳定律.電阻越大，單位時間內產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事？

根據(jù)焦耳定律和歐姆定律，電流通過用電器的單位時間內產(chǎn)生的熱量為Q/t=I2R

或Q/t=U2/R.其中Q/t=I2R表示通過用電器的電流相等時，用電器電阻越大，單位時間內產(chǎn)生的熱量越多；Q/t=U2/R

表示用電器的兩端的電壓相等時，用電器電阻越小，單位時間內產(chǎn)生的熱量越多。因此，兩者是不矛盾的。前面兩個現(xiàn)象的解釋1第一個為什么因為燈泡和電線流過相同的電流，燈泡發(fā)光時的電阻比電線的電阻大得多，根據(jù)焦爾定律Q=I2Rt

可知，在相同的時間內電流通過燈泡產(chǎn)生的熱量比通過電線產(chǎn)生的熱量大得多。因此，燈泡熱得發(fā)光，電線的發(fā)熱卻察覺不出來。第二個為什么大功率的用電器用電線連接在照明電路中時，由于照明電路的電壓是一定的，從P=UI

可知，在電線的電阻相同的情況下，跟用電器相連的電線中通過的電流比跟燈泡相連的電線中通過的電流大得多。根據(jù)Q=I2Rt

可知，在相同的時間內電流通過跟用電器相連的電線產(chǎn)生的熱量比通過跟燈泡相連的電線產(chǎn)生的熱量大得多。因此跟用電器相連的電線顯著發(fā)熱，有可能燒壞它的絕緣皮，甚至引起火災。2討論1、電熱的利用：電熱水器、電飯鍋、電熨斗、電孵化器等等.2、電熱的防止：電視機后蓋的散熱窗、電腦主機里面的小電風扇等等.電熱的利用和防止1．將兩根火柴分別放在串聯(lián)的兩根電熱絲R1和R2上，若R1=5Ω>R2，通電后問那根火柴先被點燃（）A.R1在上的火柴B.在R2上的火柴C.同時點燃D.無法確定2．要使電熱器在單位時間內放出的熱量減少一半，則應使（）A.通過它的電流減小一半B.它兩端的電壓減小一半C.它的電阻減小一半D.電壓和電阻均減小一半練習小結一.電流的熱效應1.定義:電流通過導體導體會發(fā)熱的現(xiàn)象.2.實質:電能轉化為內能.二.電熱器1.定義:將電能轉化為內能的裝置.2.原理:電流的熱效應.3.組成:電熱器的主要組成部分是發(fā)熱體.三.焦耳定律(控制變量法

轉換法)1.內容:電流通過導體產(chǎn)生的熱量,與電流的平方成正比,與導體的電阻成正比,與通過時間成正比.2.公式:Q=I2Rt3.單位:

電流---安(A)

電阻---歐(Ω)

時間---秒(s)

熱量---焦(J)

焦耳致力于熱功當量的精確測定達40年