613焦耳定律（課件）九年級科學(xué)上冊（華東師大版）

1.3焦耳定律YF教學(xué)目標(biāo)一01認(rèn)識到電能可以轉(zhuǎn)化為熱能，了解電熱的應(yīng)用。02知道電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量和電流、電阻及通電時(shí)間的定性關(guān)系03通過學(xué)習(xí)電熱的利用和防止，學(xué)會辯證地看待問題。課堂引入二想一想①導(dǎo)線和電熨斗串聯(lián)，為什么電熨斗很熱而導(dǎo)線并不很熱？②點(diǎn)亮的白熾燈泡過一會兒會燙手，說明什么？課堂引入二小明趁爸爸、媽媽不在的時(shí)候偷偷看電視，然后在爸爸、媽媽回來之前把電視關(guān)掉，做到神不知鬼不覺?？墒牵斆鞯膵寢屆看位氐郊依镏灰幌码娨?，就知道小明有沒有看電視。

請問：小明的媽媽是怎么知道的呢？電視機(jī)工作時(shí)會發(fā)熱！電流的熱效應(yīng)三（1）尋找以下用電器的共同特點(diǎn)電熱毯、電水壺、電飯煲、烤箱等。分析：用電器工作時(shí)都要消耗電能，都會發(fā)熱，在這個過程中，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（2）電流的熱效應(yīng)

電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。1、電流的熱效應(yīng)電流的熱效應(yīng)三主要利用電流熱效應(yīng)工作的裝置稱為電熱器。如圖所示的電熱油汀、蒸汽電熨斗、電暖器、電水壺和電爐等都是電熱器。2、電熱器電流的熱效應(yīng)三通過電爐絲和導(dǎo)線的電流相同，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱?電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)?交流討論電流的熱效應(yīng)三電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)？思考一下電流通電時(shí)間電阻電流的熱效應(yīng)三

探究影響電流熱效應(yīng)的因素活動進(jìn)行猜想提出問題電流通過電熱器產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)？②電爐絲和導(dǎo)線通過電流相同，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱?它們產(chǎn)生的熱量是否與電阻有關(guān)？①電熱器只有通電才會發(fā)熱，它們產(chǎn)生的熱量是否與電流有關(guān)?③給水加熱時(shí)，通電時(shí)間越長，水的溫度越高，電流通過電熱器產(chǎn)生的熱量是否與時(shí)間有關(guān)？電流的熱效應(yīng)三設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如圖所示，將一段電阻絲浸沒在一定質(zhì)量的液體(如煤油)中，通電時(shí)電阻絲產(chǎn)生的熱量被液體吸收，液體的溫度就會升高。因此，我們可以通過液體溫度的變化來比較電阻絲產(chǎn)生熱量的多少。1、如何比較電阻絲中的電流大小對產(chǎn)生熱量的影響？需要控制哪些物理量？如何進(jìn)行控制?2、如何比較電阻絲的電阻大小對產(chǎn)生熱量的影響？需要控制哪些物理量？如何進(jìn)行控制?3、如何比較通電時(shí)間對產(chǎn)生熱量的影響？需要控制哪些物理量？如何進(jìn)行控制?電流的熱效應(yīng)三1、如何比較電阻絲中的電流大小對產(chǎn)生熱量的影響？需要控制哪些物理量？如何進(jìn)行控制？采用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在比較電阻絲中的電流大小對產(chǎn)生熱量的影響時(shí)，需要控制電阻與通電時(shí)間相同，而電流不等?？梢赃x用同一根電阻絲接入電路，保持通電時(shí)間一定，調(diào)節(jié)滑動變阻器，改變電阻絲的電流。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電流的熱效應(yīng)三采用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在比較電阻絲的電阻大小對產(chǎn)生熱量的影響時(shí)，需要控制電流與通電時(shí)間相同，而電流不等。可以選用兩段阻值不等的電阻絲R1和R2分別安裝在兩個相同裝置中，然后將它們串聯(lián)接入電路，通電一段時(shí)間。2、如何比較電阻絲的電阻大小對產(chǎn)生熱量的影響？需要控制哪些物理量？如何進(jìn)行控制?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電流的熱效應(yīng)三采用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在比較通電時(shí)間對產(chǎn)生熱量的影響時(shí)，需要控制電阻與電流相同，而時(shí)間不等?？梢赃x用同一根電阻絲接入電路，保持電流不變，改變通電時(shí)間。3、如何比較通電時(shí)間對產(chǎn)生熱量的影響？需要控制哪些物理量？如何進(jìn)行控制?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電流的熱效應(yīng)三進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)1、將同一根電阻絲接入電路，觀察在一定時(shí)間內(nèi)液體溫度的變化。保持時(shí)間一定，調(diào)節(jié)滑動變阻器，改變通過電阻絲的電流，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：時(shí)間一定時(shí)，電流較大時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)變化大。

2、將兩段阻值不等的電阻絲R1和R2分別安裝在兩個相同裝置中，然后將它們串聯(lián)后接入電路，通電一段時(shí)間，觀測兩個裝置中液體溫度的變化。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：阻值較大的電阻R1對應(yīng)的溫度計(jì)的示數(shù)變化大。3、將同一根電阻絲接入電路，保持通過電阻絲的電流不變，改變通電時(shí)間，觀察液體溫度的變化。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：通電時(shí)間越長，溫度計(jì)的示數(shù)變化越大。電流的熱效應(yīng)三由上述實(shí)驗(yàn)可知，影響通電導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的因素有：電流、導(dǎo)體的電阻、通電時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)論電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通過導(dǎo)體的電流、導(dǎo)體的電阻以及通電時(shí)間有關(guān)。通過導(dǎo)體的電流越大、導(dǎo)體的電阻越大、通電時(shí)間越長，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。電流的熱效應(yīng)三交流討論探究影響電流熱效應(yīng)的因素（第2套經(jīng)典方案）（1）實(shí)驗(yàn)裝置介紹（焦耳定律演示器）透明的塑料容器內(nèi)部密閉著等量的空氣；容器內(nèi)部的空氣與U形管一端相連通。容器中各有一段電阻絲，兩個容器里的電阻絲串聯(lián)在一起接入電路。

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】電流的熱效應(yīng)三（2）實(shí)驗(yàn)原理如圖所示，兩個透明容器中密封著空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣的體積變化。同時(shí)使用兩個密閉容器時(shí)，哪一側(cè)U型管中液柱出現(xiàn)的高度差大，表明哪一側(cè)的電阻絲產(chǎn)生的熱量多。加熱前加熱時(shí)Δh右Δh左液面相平電流的熱效應(yīng)三（3）研究方法①控制變量法在探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少跟電流、電阻、通電時(shí)間的關(guān)系時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)該控制兩個物理量不變。

②轉(zhuǎn)換法實(shí)驗(yàn)中通過觀察U形管液面的高度差來比較電流產(chǎn)生熱量的多少，這種研究方法叫轉(zhuǎn)換法。U形管液面的高度差越大，電流產(chǎn)生熱量越多。電流的熱效應(yīng)三0.22（4）實(shí)驗(yàn)電路為了進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，需要改變通過兩個電阻絲的電流，所以在電路中串聯(lián)一個滑動變阻器，通過移動滑片改變電流。電流的熱效應(yīng)三（5）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)①探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟電阻是否有關(guān)？將兩根阻值不等的電阻絲串聯(lián)接入電路，使用學(xué)生電源供電（提供的電流大且穩(wěn)定）。②電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟電流是否有關(guān)？使兩個密閉容器內(nèi)部的電阻一樣大，在右邊容器的外部，將一個阻值相同的電阻R3和這個容器內(nèi)的電阻R2并聯(lián)；由于R3的分流作用，因此通過兩個容器中電阻的電流不同。電流的熱效應(yīng)三（5）實(shí)驗(yàn)記錄表實(shí)驗(yàn)次數(shù)電流關(guān)系電阻大小/Ω通電時(shí)間關(guān)系U形管液面高度差⊿h

左右

左右左右左右1（左圖）

相等510相等

2（右圖）

大小相等相等

大大小小電流的熱效應(yīng)三較暗較亮0.22歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論（1）在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。（2）在電阻相同、通電時(shí)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。（3）在電流相同、電阻相同的情況下，通電時(shí)間越長，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。電流的熱效應(yīng)三根據(jù)事實(shí)，作出猜想：事實(shí)1：時(shí)間越長，電爐絲產(chǎn)生的熱量越多。猜想1：導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與______________有關(guān)。事實(shí)2：電爐絲發(fā)熱，而跟電爐絲相連的導(dǎo)線卻不太熱。猜想2：導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與______________有關(guān)。事實(shí)3：短路時(shí)電池過熱被燒壞。猜想3：導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與______________有關(guān)。電流大小通電時(shí)間長短電阻大小控制變量法電流的熱效應(yīng)三設(shè)計(jì)電路圖：I=2I1IAR1=5ΩR2=5ΩR3=5ΩI1R1=5ΩR2=10ΩA電熱與電阻的關(guān)系電熱與電流的關(guān)系電流的熱效應(yīng)三密封等量的空氣，受熱膨脹產(chǎn)生的熱量越多，空氣膨脹越厲害，液面越高電阻絲通電產(chǎn)生熱量實(shí)驗(yàn)裝置電流的熱效應(yīng)三電流的熱效應(yīng)三焦耳定律四焦耳（JamesPrescottJoule，1818—1889），英國物理學(xué)家。他用近40年的時(shí)間做了400多次實(shí)驗(yàn)，研究熱和功的關(guān)系。通過大量的實(shí)驗(yàn)，焦耳于1840年最先精確地確定了電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時(shí)間的關(guān)系。焦耳焦耳定律四電阻絲電子溫度計(jì)探頭電流產(chǎn)生的熱量Q放水的溫度變化量Δt盒內(nèi)水吸收的熱量Q吸=cmΔt【實(shí)驗(yàn)原理】轉(zhuǎn)

換1、探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電阻是否成正比？焦耳定律四【實(shí)驗(yàn)方案】將不同阻值的電阻串聯(lián)接入電路，使用穩(wěn)定電源，并記錄數(shù)據(jù)。控制變量法控制電阻，通電時(shí)間一定焦耳定律四0.61.31.92.53.13.7Δt/℃R/Ω結(jié)論：在電阻和通電時(shí)間一定時(shí)，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電阻成正比。焦耳定律四【實(shí)驗(yàn)方案】將阻值一定的定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)接入電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器改變電流，使用穩(wěn)定電源，并記錄數(shù)據(jù)。2、電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的定量關(guān)系。焦耳定律四0.20.923.65.68.10.2512.2546.259結(jié)論：在電阻和通電時(shí)間一定時(shí)，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流二次方成長比。焦耳定律四1、內(nèi)容：

電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。2、公式：Q=I2Rt

公式中各物理量及其單位：I表示電流，單位是安培（A）

R表示電阻，單位是歐姆（Ω）

t表示時(shí)間，單位是秒（s）

Q表示熱量，單位是焦耳（J）焦耳定律四焦耳在研究熱的本質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了熱和功之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，最終發(fā)展出熱力學(xué)第一定律。他用近40年的時(shí)間做了400多次實(shí)驗(yàn)，研究熱和功的關(guān)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），出生于曼徹斯特近郊的沙弗特，英國物理學(xué)家，英國皇家學(xué)會會員。人物介紹主要成就3、物理學(xué)家——焦耳焦耳定律四4、推導(dǎo)焦耳定律

若電流做的功全部用來產(chǎn)生熱量，

即Q=W

因?yàn)殡姽=UIt

根據(jù)歐姆定律U=IR所以Q=W=UIt=I2Rt可見，在消耗的電能全部用來產(chǎn)生熱量時(shí)，根據(jù)電功公式和歐姆定律推導(dǎo)出的結(jié)論與焦耳定律一致。焦耳定律四5、電功與電熱（1）電功與電熱的區(qū)別電功是指電流通過一段電路所做的功，它的大小表示電路消耗電能的多少，也表示有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。電熱是指電流通過一段電路做功時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那一部分。兩者表示的意義不同，是兩個不同的概念。焦耳定律四（2）電功與電熱的聯(lián)系

①純電阻電路該類電路中，電流通過用電器時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電流產(chǎn)生的熱量就等于消耗的電能，即電熱等于電功Q熱量=W。例如，電取暖器、電飯煲、熱水器等這些用電器工作時(shí)電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，產(chǎn)生的熱量均可用下列公式計(jì)算：Q放=W總=Pt=UIt=U2t/R=I2Rt

焦耳定律四②非純電阻電路在該類電路中，電流通過用電器時(shí)，電能主要轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即電熱小于電功Q熱量＜W。例如，電風(fēng)扇、洗衣機(jī)等。這種情況下，計(jì)算電流產(chǎn)生熱量的公式為：Q=I2Rt

I表示電流，R表示用電器（電動機(jī)）的電阻。焦耳定律四

6、電熱的利用電流通過導(dǎo)體時(shí)，使導(dǎo)體只發(fā)熱的用電器是利用了電流的熱效應(yīng)，這類用電器稱為電熱器，而電熱器的主要部分是發(fā)熱體，用電阻率大、熔點(diǎn)高的金屬導(dǎo)線制成的。家中的熱水器、電飯煲、電熨斗，養(yǎng)雞場中的孵化器等都是利用電熱的例子。焦耳定律四芯片體積小、元件密集，當(dāng)有電流通過時(shí)，不可避免地會產(chǎn)生熱量。如果散熱措施不當(dāng)，將會影響芯片性能。7、芯片的散熱（1）芯片的散熱方法計(jì)算機(jī)的中央處理器（CPU）、顯卡的圖形處理芯片（CPU），通常都裝有散熱器。散熱器一般由電扇和散熱片組成。散熱片可以做成各種不同的形狀，其目的都是增大與空氣的接觸面積。散熱片通過銅片與CPU或CPU緊密接觸，使產(chǎn)生的熱量能迅速傳導(dǎo)到散熱片上。電扇葉片高速旋轉(zhuǎn)向散熱片吹風(fēng)，達(dá)到散熱的目的，從而使硬件的溫度保持在允許的范圍內(nèi)。如圖所示的是扇形銅質(zhì)散熱器，它的電扇安裝在機(jī)箱上，這樣不僅可以避免散熱片的共振，而且散熱效果也比較好。焦耳定律四（2）筆記本電腦、手機(jī)的散熱方法對于某些類型的筆記本電腦，特別是對手機(jī)來說，由于空間有限，不可能像普通計(jì)算機(jī)那樣安裝大型的散熱器。它們通常采用以下三種方式散熱。

一是采用石墨散熱片，石墨具有良好的導(dǎo)熱性，其晶體特性決定了它可以沿橫向和縱向兩個方向均勻?qū)?；它還有良好的延展性，可以制成多層結(jié)構(gòu)并填滿內(nèi)部空間，增大了散熱面積，不僅散熱效果好，而且還能防止局部過熱。

二是采用真空腔均熱板技術(shù)，均熱板內(nèi)壁是一層毛細(xì)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部充入液體并抽真空。當(dāng)芯片發(fā)熱時(shí)，均熱板內(nèi)部的液體汽化吸熱，氣體轉(zhuǎn)移到冷凝層再凝結(jié)為液體回流到均熱板中，如此不斷循環(huán)，從而達(dá)到散熱的目的。

三是采用導(dǎo)熱凝膠覆蓋芯片，讓芯片與散熱部件緊密結(jié)合，提高導(dǎo)熱效率。當(dāng)堂測試五1、若電視機(jī)、電烙鐵和電風(fēng)扇上都標(biāo)有“220V，60W”的字樣，它們都在額定電壓下工作相同的時(shí)間，則三個用電器產(chǎn)生的熱量是（）A．電烙鐵最多 B．電視機(jī)最多

C．電風(fēng)扇最多 D．一樣多A當(dāng)堂測試五A2、將一臺“220V100W”的電風(fēng)扇，一個”220V100W”的充電器，一把“220V100W”的電烙鐵分別接在220V的電源上，在相同時(shí)間內(nèi)，電流通過他們時(shí)發(fā)熱功率最大的是（）A.電烙鐵B.充電器C.電風(fēng)扇D.一樣多當(dāng)堂測試五3、甲、乙兩個電熱器的電阻之比為5：4，通電相同時(shí)間產(chǎn)生的熱量之比為5：1，則通過甲、乙的電流之比為（