2024-2025學(xué)年九年級物理全冊18.4焦耳定律導(dǎo)學(xué)案含解析新版新人教版

Page1第4節(jié)焦耳定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】相識電流的熱效應(yīng)。通過探究,知道電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)。知道焦耳定律,會用焦耳定律進(jìn)行簡潔的計(jì)算。知道電熱的利用和防止?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】試驗(yàn)探究電熱與電流、電阻和通電時間的關(guān)系。【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】試驗(yàn)探究電熱與電流、電阻和通電時間的關(guān)系及計(jì)算?！咀灾黝A(yù)習(xí)】1．焦耳定律的內(nèi)容是電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，與電流的平方成正比，與導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時間成正比。2．焦耳定律公式為Q=I2Rt，（式中單位Q→焦、I→安(A)、R→歐(Ω)、t→秒）3．當(dāng)電流通過導(dǎo)體做的功(W)全部用來產(chǎn)生熱量(Q)，則有W=Q，可用電功公式來計(jì)算Q。（如電熱器，電阻就是這樣的）【合作探究】★學(xué)生活動一：電流的熱效應(yīng)1.讓學(xué)生分析這些用電器在工作的過程中的共同特點(diǎn)是什么？電烤箱電爐子電熨斗電飯鍋然后小組之間溝通、探討這些用電器工作時能量的轉(zhuǎn)化狀況。（1）總結(jié)：電流通過這些用電器后，都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生。（2）電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)?！飳W(xué)生活動二：焦耳定律的探究試驗(yàn)1．試驗(yàn)探究電影響電流產(chǎn)生熱量的因素提出問題：依據(jù)導(dǎo)課時的問題，請同學(xué)們猜想一下，電流通過不同的導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量為什么不同？電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)？小組之間溝通、探討，闡明自己的觀點(diǎn)。猜想：可能與電流、電阻和通電時間有關(guān)設(shè)計(jì)試驗(yàn)：依據(jù)猜想，小組之間設(shè)計(jì)試驗(yàn)，溝通探討出探究的方法、試驗(yàn)中電流產(chǎn)生的熱量如何表現(xiàn)出來？探究分為幾步完成？依據(jù)每個小組的發(fā)言和溝通，師進(jìn)行補(bǔ)充和總結(jié)，出示課件，展示內(nèi)容：探究方法：限制變量法探討問題的方法：轉(zhuǎn)換法。即試驗(yàn)中通過U形管兩邊的液面的高度的改變轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生熱量的多少。探究步驟：（1）取兩個阻值不同的電阻串聯(lián)起來，通電相同的時間，視察U形管兩邊的液面的高度的改變；（2）取兩個阻值相同的電阻，讓其通過的電流不同，加熱相同的時間，視察U形管兩邊的液面的高度的改變。歸納總結(jié)：（1）在電流和通電時間相同的狀況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。（2）在通電時間肯定、電阻相同的狀況下，通過電流越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多?！飳W(xué)生活動三：焦耳定律從剛才的幾個試驗(yàn)我們知道了電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱的多少跟導(dǎo)體的電阻、電流和通電時間都有關(guān)系。其實(shí)早在1840年英國物理學(xué)家焦耳就精確地確定了它們的關(guān)系，得到了焦耳定律，讓學(xué)生自學(xué)P100的內(nèi)容，完成下列問題：（1）焦耳定律的內(nèi)容？（2）焦耳定律的表達(dá)式？各個物理量的單位？歸納總結(jié)：（1）內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時間成正比。（2）公式：公式中的電流I的單位要用安培（A），電阻R的單位要用歐姆（Ω），通電時間t的單位要用秒（s）。這樣熱量的單位就是焦耳（J）。活動3：針對焦耳定律，老師進(jìn)一步的延長拓寬。出示課件展示。延長拓寬：電流通過導(dǎo)體時，假如電能全部轉(zhuǎn)化為熱，而沒有同時轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，那么電流產(chǎn)生的熱量Q等于消耗的電能，即Q=W=UIt。此時結(jié)合歐姆定律還可推導(dǎo)出另一個公式。故此時W和Q的關(guān)系為：。【歸納整理】【課堂練習(xí)】1.電爐中的電阻絲通電一段時間后變得很燙，而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱，主要是因?yàn)椋ǎ〢．通過導(dǎo)線的電流小于通過電阻絲的電流B．導(dǎo)線的絕緣皮隔熱C．導(dǎo)線散熱比電阻絲快D．導(dǎo)線的電阻遠(yuǎn)小于電阻絲的電阻，導(dǎo)線上產(chǎn)生的熱量很少【答案】D【解析】A串聯(lián)電路電流到處相等,B絕緣皮不會出現(xiàn)明顯隔熱；C導(dǎo)線的散熱與電阻的散熱并不是主要的影響因素；D由于導(dǎo)線電阻的比較小，電阻絲的電阻大，依據(jù)焦耳定律，可知導(dǎo)線上的熱量少。2.如圖所示，最先確定電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)的物理學(xué)家是（）【答案】D【解析】焦耳探討了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流平方成正比、與電阻成正比、與通電時間成正比，這個結(jié)論叫做焦耳定律。最先確定電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)的物理學(xué)家就是焦耳。3．下列用電器屬于利用電流熱效應(yīng)工作的是（）A．電飯鍋 B．電風(fēng)扇 C．計(jì)算機(jī) D．電視機(jī)【答案】A．【解析】當(dāng)電流通過電阻時，電流作功而消耗電能，產(chǎn)生了熱量，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)．A．電飯鍋將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，利用了電流的熱效應(yīng)，符合題意；B．電風(fēng)扇主要是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，是利用了電流的磁效應(yīng)，不合題意；C．計(jì)算機(jī)主要將電能轉(zhuǎn)化為光能和聲能，不是利用電流的熱效應(yīng)，不合題意；D．電視機(jī)主要將電能轉(zhuǎn)化為光能和聲能，不是利用電流的熱效應(yīng)，不合題意．4．一臺電動機(jī)正常工作時線圈兩端的電壓為380V，線圈的電阻為2Ω，線圈中通過的電流為10A．這臺電動機(jī)工作1s消耗的電能為W，產(chǎn)生的熱量為Q，則（）A．W=3800J，Q=200J B．W=3800J，Q=3800JC．W=7200J，Q=200J D．W=7200J，Q=3800J【答案】A．【解析】本題考查的學(xué)問點(diǎn)是焦耳定律；電功的計(jì)算．已知電壓、電流與通電時間，由W=UIt可以求出電動機(jī)消耗的電能，由焦耳定律可以求出其產(chǎn)生的熱量．電動機(jī)消耗的電能：W=UIt=380V×10A×1s=3800J；產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=（10A）2×2Ω×1s=200J；5.（2024湖北黃石）圖甲是小燈泡的電壓——電流圖像。將此燈泡L與滑動變阻器R串聯(lián)在電壓為4.5V的電路中（如圖乙），閉合開關(guān)，移動滑片P，當(dāng)小燈泡的功率為0.75W時，（）A．電流表的示數(shù)為0.2AB．滑動變阻器R接入電路中的電阻為15ΩC．電路消耗的總功率為1.35W。 D．10s內(nèi)滑動變阻器R產(chǎn)生的熱量為13.5J【答案】C【解析】當(dāng)小燈泡的功率為0.75W時，依據(jù)圖甲，可知，燈泡L兩端的電壓為2.5V，通過燈泡的電流為0.3A，電路中的等效電阻15Ω.電路消耗的總功率P=IU總=4.5V╳0.3A=1.35W。變阻器R在10s產(chǎn)生的熱量Q=W=UIt=2V╳0.3A╳10s=6J。A．電流表的示數(shù)為0.2A，錯誤。B．滑動變阻器R接入電路中的電阻為15Ω，錯誤。C．電路消耗的總功率為1.35W，正確。D．10s內(nèi)滑動變阻器R產(chǎn)生的熱量為13.5J，錯誤。6．如圖，兩個透亮容器中密封著等量的空氣，U型管中液面高度的改變反映密閉空氣溫度的改變。兩容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，小海用此電路來探究電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量跟什么因素有關(guān)。由圖可知，在電流大小和通電時間相等的狀況下，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越；若通過電阻的電流為0.5A，通電10s，阻值為10Ω的電阻產(chǎn)生的熱量是J?！敬鸢浮慷?；25?！窘馕觥浚?）由圖可知，兩個透亮容器中密封著等量的空氣，右側(cè)U型管中液面高度的改變較大，在通電時間相同，電流肯定的狀況下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多；（2）通過電阻的電流為0.5A，通電10s，阻值為10Ω的電阻產(chǎn)生的熱量：Q＝I2Rt＝（0.5A）2×10Ω×10s＝25J。7．用圖示裝置探究“影響電熱的因素”，A、B、C為三根相同的電阻絲。以A、B為探討對象，該試驗(yàn)探究的是在不變時電熱與的關(guān)系；若將C也置于右側(cè)容器中，這時B、C并聯(lián)后可等效為一根電阻絲，那么，該裝置還可探究在不變時電熱與的關(guān)系。（填“電流”或“電阻”）【答案】電阻；電流；電流；電阻。【解析】（1）由圖知，電阻絲B、C并聯(lián)后與A串聯(lián)，依據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)可知，通過A的電流與通過B、C的電流之和相同，所以通過A的電流大于通過B的電流，已知容器內(nèi)A、B的電阻相同，在通電時間相同時，該試驗(yàn)探究的是電流產(chǎn)生熱量與電流大小的關(guān)系；（2）若將C也置于右側(cè)容器中，這時B、C并聯(lián)后可等效為一根電阻絲（等效電阻為5Ω），其等效電阻是A電阻絲的一半，此時通過A的電流與通過右側(cè)“一根”電阻絲的電流相同，所以探究的是：電流相同時，相同時間內(nèi)電流產(chǎn)生熱量與電阻大小的關(guān)系。8．從產(chǎn)品說明書得知，一臺“6V3W”的迷你型小風(fēng)扇，電動機(jī)線圈阻值為0.1Ω．則小風(fēng)扇正常工作1min消耗的電能為J；電動機(jī)線圈1min產(chǎn)生的熱量為J?！敬鸢浮?80；1.5?！窘馕觥浚?）一臺“6V3W”的迷你型小風(fēng)扇，電動機(jī)線圈阻值為0.1Ω．首先，要明確小風(fēng)扇的所消耗的電能W一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能Q．所以，產(chǎn)生的熱量Q＜消耗的電能W．千萬不要誤以為產(chǎn)生的熱量就是消耗的電能，即對于風(fēng)扇、空調(diào)、電動機(jī)之類的用電器，其電熱Q≠W。（2）解題過程中須要留意全部哦物理量的單位都要用到國際單位，所以先要把1min化成60s來進(jìn)行計(jì)算。（3）通過“6V3W”可以依據(jù)公式：I=P（4）計(jì)算消耗電能的公W＝Pt；計(jì)算電熱的公式Q＝I2Rt。消耗的電能為W＝Pt＝3W×60s＝180J；電路中線圈的電流為I=P電路中通過線圈的電流為產(chǎn)生的熱量為Q＝I2Rt＝（0.5A）2×0.1Ω×60s＝1.5J。9.如圖電路中，U＝12V，R1＝6Ω，R2＝3Ω，R3＝4Ω．當(dāng)S2斷開，S1閉合時，電阻R1消耗的電功率為________W；當(dāng)S1、S2都閉合時，6s內(nèi)電流通過R2產(chǎn)生的熱量是________J?！敬鸢浮?.64；32【解析】（1）當(dāng)S2斷開，S1閉合時，電阻R1和R3串聯(lián)，電路的電流：I＝＝＝1.2A，電阻R1消耗的電功率：P＝I2R1＝（1.2A）2×6Ω＝8.64W；（2）當(dāng)S1、S2都閉合時，電阻R1和R2先并聯(lián)，再和R3串聯(lián)，R1和R2并聯(lián)的總電阻：R＝＝＝2Ω，干路中的電流：I′＝＝＝2A，則電阻R2兩端的電壓：U2＝I′R＝2A×2Ω＝4V，6s內(nèi)電流通過R2產(chǎn)生的熱量：Q＝W＝t＝×6s＝32J。10.如圖所示的電路中，定值電阻R1=150Ω、R2=300Ω．閉合開關(guān)S后，電流表A2的示數(shù)為5mA．求：（1）電阻R1兩端的電壓為多少（2）電流表A1的示數(shù)為多少（3）電路工作5min，R1產(chǎn)生的焦耳熱是多少．【答案】（1）電阻R1兩端的電壓為1.5V；（2）電流表A1的示數(shù)為15mA；（3）電路工作5min，R1產(chǎn)生的焦耳熱是4.5J．【解析】由電路圖可知，R1與R2并聯(lián)，電流表A1測干路電流，電流表A2測R2支路的電流．（1）因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等