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焦耳定律,鄭州市啟智中學(xué)王東風(fēng),,學(xué)習(xí)目標(biāo)：,1、能通過生活實(shí)例，認(rèn)識電流的熱效應(yīng)。2、能在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引出焦耳定律，會用焦耳定律進(jìn)行計(jì)算。3、通過學(xué)習(xí)電熱的利用和防止，學(xué)會辯證地看待問題。,,生活中，許多用電器通電后，都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生。請同學(xué)們舉例說明。,它們的共同特征是什么？,——電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,,電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。電流還有化學(xué)效應(yīng)和磁效應(yīng)等。,上面這些生活中常用的電器有什么共同的特性？,1、電流的熱效應(yīng),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?提出問題：電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)?,,問題思考？,,猜想四:........,現(xiàn)象一：電爐絲通電能產(chǎn)生熱，不通電不產(chǎn)生熱。,猜想二：電阻絲產(chǎn)生的熱量與通電時間有關(guān)。,猜想三：導(dǎo)體通電時產(chǎn)生的熱量多少與導(dǎo)體的電阻大小有關(guān)。,現(xiàn)象二：電阻絲通電的時間越長產(chǎn)生的熱量越多。,事實(shí)：電阻絲的材料是鎳鉻合金絲，導(dǎo)線材料是銅。,猜想一：電阻絲產(chǎn)生的熱量與電流有關(guān),猜想和假設(shè),,問題一：如何比較電流產(chǎn)生的熱量的多少？,問題二：研究電流產(chǎn)生的熱量與不同電阻值的關(guān)系？（即如何保持電流和時間相同？如何改變電阻大?。?,問題三：研究電流產(chǎn)生的熱量與不同電流大小的關(guān)系？（即如何改變電流大小？如何控制電阻和時間相同？）,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),控制變量法,問題一：如何比較電流產(chǎn)生的熱量的多少？由于電流通過用電器所產(chǎn)生熱量的大小不易直接進(jìn)行觀察比較，實(shí)驗(yàn)中怎樣將它變?yōu)楸阌谥苯佑^察比較的現(xiàn)象呢？,轉(zhuǎn)換法,想一想議一議,問題一：如何比較電流產(chǎn)生的熱量的多少？,實(shí)驗(yàn)方法：轉(zhuǎn)換法,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置,問題二：如何控制電流相同來研究電流產(chǎn)生的熱量與不同電阻值的關(guān)系？,實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)方法：控制變變量法,問題三：如何控制電阻相同來研究電流產(chǎn)生的熱量與不同電流大小的關(guān)系？,問題三：如何控制電流相同來研究電流產(chǎn)生的熱量與不同電阻值的關(guān)系？,驗(yàn)裝置,目標(biāo)：在電流相同、電阻不同時，產(chǎn)生電熱的效果如何呢？思考：①實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，怎樣保證電流等大？②用什么儀器反映產(chǎn)生熱量的多少？,【演示實(shí)驗(yàn)1】,想一想議一議,①電阻串聯(lián)時電流相同。②U型管連接的容器加熱后，溫度升高，氣體膨脹，壓力變大，液面升高。,請回答：①看到了什么現(xiàn)象？②得出了什么結(jié)論？,現(xiàn)象：I相同時，R大的一邊液面升的高，即升溫快。結(jié)論1：在電流和時間相同時，電阻越大產(chǎn)生的熱量越多。,思考：①此時，哪個電流?。繛槭裁?？②并聯(lián)分流的電阻為什么要放在盒子外面?,讓相同的電阻，流過不同的電流，看效果會如何呢？,【演示實(shí)驗(yàn)2】,①右邊的發(fā)熱器電流小，因?yàn)椴⒙?lián)的電阻分去一半的電流。②不讓它產(chǎn)生的熱量影響盒內(nèi)的溫度。,看到了什么現(xiàn)象？說明了什么結(jié)論？,①電流I大的液面升高快，即產(chǎn)生的熱量Q多。②結(jié)論：在電阻相同和時間相同時，通過的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。,【跟蹤思考】,通過以上實(shí)驗(yàn)?zāi)隳芸偨Y(jié)出什么規(guī)律？,電阻上產(chǎn)生的電熱與電阻大小和流過的電流都有關(guān)，電阻越大，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。,焦耳（JamesPrescottJoule，1818—1889），英國物理學(xué)家。用近40年的時間做了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)，于1840年最先精確地確定了電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時間的關(guān)系。,焦耳,Q=IRt,熱量電流電阻時間,J=AΩS,2，公式：,意義：,單位：,二，焦耳定律：,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。,(普遍適用),,為什么用導(dǎo)線連接的電磁爐通電后，電爐很快發(fā)紅發(fā)熱，而導(dǎo)線卻不熱？,因?qū)Ь€電阻很?。?.01~0.001Ω），而電爐電阻很大（幾十、幾百歐姆），串聯(lián)時導(dǎo)線生熱很微小，故感覺不熱。,【問題思考】,“試一試”：實(shí)例分析,實(shí)例1：電褥子長時間通電容易起火，你能解釋么？實(shí)例2：電路短路會起火，你能解釋么？實(shí)例3：撥打手機(jī)時間長了，手上有什么感覺？怎么辦？實(shí)例4：兩個燈泡，亮度大的產(chǎn)生的熱量一定更多么？,1．在純電阻電路中（如：電暖器，電飯鍋，電爐子等），當(dāng)電流通過導(dǎo)體時，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有同時轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，這樣電流產(chǎn)生的熱量Q就等于消耗的電能W，即Q=W=UIt=Pt==I2Rt,2．在非純電阻電路中，如當(dāng)電扇工作時，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機(jī)的機(jī)械能：,W電＞Q熱,三、電能和電熱關(guān)系,電能內(nèi)能+機(jī)械能,此時，只能用Q=I2Rt（焦耳定律）來計(jì)算電熱,1．在純電阻電路中（如：電暖器，電飯鍋，電爐子等），當(dāng)電流通過導(dǎo)體時，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有同時轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，這樣電流產(chǎn)生的熱量Q就等于消耗的電能W，即Q=W=UIt=Pt==I2Rt,2．在非純電阻電路中，如當(dāng)電扇工作時，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機(jī)的機(jī)械能：,W電＞Q熱,三、電能和電熱關(guān)系,電能內(nèi)能+機(jī)械能,此時，只能用Q=I2Rt（焦耳定律）來計(jì)算電熱只能用W=UIt=Pt計(jì)算求電能，不能混用。,Q=I2Rt=(0.6A)260W300s=6480J,一根60Ω的電阻絲接在36V的電源兩端，在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量?,答:在5min內(nèi)共產(chǎn)生6480J熱量。,解:,例題解析,牛刀小試,（1）某導(dǎo)體的電阻是2Ω，當(dāng)1A安的電流通過時，1分鐘產(chǎn)生的熱量是多少焦？。2、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,線圈中的電流為10A,若這臺電動機(jī)正常工作1秒鐘，,牛刀小試,（1）某導(dǎo)體的電阻是2歐，當(dāng)1安的電流通過時，1分鐘產(chǎn)生的熱量是多少焦？解：Q=I2Rt=(1A)22Ω60S=120J答：1分鐘產(chǎn)生的熱量是120焦。,2、一臺電動機(jī)正常工作時線圈兩端的電壓為380伏，線圈的電阻為2歐,線圈中的電流為10安,若這臺電動機(jī)正常工作1秒鐘，求：1）消耗的電能W。2）產(chǎn)生的熱量Q。,解：1）消耗的電能為:W＝UIt＝380V10A1S＝3800J2）產(chǎn)生的熱量為：Q＝I2Rt＝(10A)22Ω1S＝200J答：消耗的電能是3800焦；產(chǎn)生的熱量是200焦。,額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，單位時間內(nèi)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(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事？,,,,【想想議議】,前者說電阻越小，正常工作時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，前提條件是電壓相同，電壓相同時，適用，R越小，Q越大。而后者說，電阻越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，前提條件是電流相同，電流相同時，適用Q=IRt，R越大Q越大。兩者并不矛盾。所以我們在應(yīng)用公式時應(yīng)該特別注意條件。,,,,【想想議議】,1．電熱的利用---電熱器,電熱器的優(yōu)點(diǎn):清潔衛(wèi)生，沒有環(huán)境污染，熱效率高，還可以方便地控制和調(diào)節(jié)溫度。,四、電熱的利用和防止,①定義：利用電流的熱效應(yīng)而制成的發(fā)熱設(shè)備。,②原理：焦耳定律,③組成：電熱器的主要組成部分是發(fā)熱體，發(fā)熱體是由電阻率大、熔點(diǎn)高的合金制成。,很多情況下我們并不希望用電器的溫度過高。如：電視機(jī)的后蓋有很多孔，為了通風(fēng)散熱；電腦運(yùn)行時要用微型風(fēng)扇及時散熱等等。,2．電熱的危害,投影儀的散熱窗,電動機(jī)的外殼,電動機(jī)的外殼有很多翼狀散熱片，使用時與軸相連的扇葉還向散熱片吹風(fēng)，也是為了降溫。,燒壞電器導(dǎo)線絕緣皮老化引起火災(zāi),,1.電流的熱效應(yīng)定義：實(shí)質(zhì)：,2.焦耳定律的探究實(shí)驗(yàn)3.焦耳定律內(nèi)容：公式：,4.電熱的利用和防止,【小結(jié)】,1.電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量跟__________成正比，跟導(dǎo)體的____成正比，跟__________成正比，這個規(guī)律叫做焦耳定律，數(shù)字表達(dá)式是_______.2.電熱器是利用電流的__效應(yīng)制成的，它的主要部件是______.電流流過電熱器所做的功全部用來產(chǎn)生____.,電流的平方,電阻,通電的時間,Q=I2Rt,熱,發(fā)熱體,熱量,當(dāng)堂檢測,3、標(biāo)有“220V40W”電熱器安裝在220V的電路中，工作100s后，所消耗的電能是J，產(chǎn)生的熱量是J4、下列電器中，不屬于電熱器的是（）A．電飯鍋B.電熨斗C.電風(fēng)扇D.電烤爐,4000,4000,C,5、家庭電路使用的電爐，電爐絲與導(dǎo)線是串聯(lián)的，當(dāng)電爐絲發(fā)熱發(fā)紅時，連接導(dǎo)線卻不熱，這是因?yàn)椋ǎ〢.通過電爐絲電流比通過連接導(dǎo)線的電流大B.通過電爐絲電流比通過連接導(dǎo)線的電流小C.電爐絲兩端電壓比連接導(dǎo)線兩端電壓小D.電爐絲的電阻比連接導(dǎo)線的電阻大,D,6.如圖9-3-5所示，a、b相同容器中分別裝有相同質(zhì)量的水，水中的電阻絲的阻值分別為R1和R2，且R1＜R2，則閉分開關(guān)S后，a、b容器中水溫上升較快的是()A.a容器中的水B.b容器中的水C.a、b容器中的水溫上升的快慢一樣D.無法判斷,B,圖9-3-5,