秋九級(jí)物理全冊電功率第節(jié)焦耳定律新版新人教版

1、 問題思考 多媒體展示家庭電路中使用大功率用電 器引起火災(zāi)視頻： 學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 新新 知知 電流的熱效應(yīng)電流的熱效應(yīng) 生活中生活中. .許多用電器接通電源后許多用電器接通電源后. .都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生. . 電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象 叫做電流的熱效應(yīng)叫做電流的熱效應(yīng). 燈泡接入電路中時(shí)，燈泡和電線中流過相同的電燈泡接入電路中時(shí)，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(shí)際上燈泡熱得流，燈泡和電線都要發(fā)熱，可是實(shí)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？發(fā)光，電線的發(fā)熱卻覺察不出來。這是為什么？ 燙手燙手

2、 不燙手 著火著火了！了！ whywhy？ 家庭電路中使用功率過大的用電家庭電路中使用功率過大的用電 器可能引起火災(zāi)，這又是為什么？器可能引起火災(zāi)，這又是為什么？ 燙燙 手手 不燙不燙 手手 家庭電路中使家庭電路中使 用功率過大的用功率過大的 用電器可能引用電器可能引 起火災(zāi)。起火災(zāi)。 燈泡接入電路中時(shí)，燈泡接入電路中時(shí)， 燈泡和電線中流過相燈泡和電線中流過相 同的電流，燈泡和電同的電流，燈泡和電 線都要發(fā)熱，可是實(shí)線都要發(fā)熱，可是實(shí) 際上燈泡熱得發(fā)光，際上燈泡熱得發(fā)光， 電線的發(fā)熱卻覺察不電線的發(fā)熱卻覺察不 出來。出來。 要解釋上述兩個(gè)現(xiàn)象，我們必須研究要解釋上述兩個(gè)現(xiàn)象，我們必須研究 電流

3、產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān). 電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少 跟什么因素有關(guān)？跟什么因素有關(guān)？ 猜想與假設(shè)猜想與假設(shè) 1.1.可能與可能與電阻電阻有關(guān)。電阻越大，電流熱效應(yīng)越大有關(guān)。電阻越大，電流熱效應(yīng)越大 電流的熱效應(yīng)與那些因素有關(guān)？電流的熱效應(yīng)與那些因素有關(guān)？ 2.2.可能與可能與電流電流有關(guān)。電流越大，電流熱效應(yīng)越大有關(guān)。電流越大，電流熱效應(yīng)越大 3.3.可能與可能與通通電時(shí)間電時(shí)間有關(guān)。通電時(shí)間越長，電流熱有關(guān)。通電時(shí)間越長，電流熱 效應(yīng)越大效應(yīng)越大 討論討論 1.1.當(dāng)一個(gè)物理量被猜測與多個(gè)因素有關(guān)，應(yīng)用當(dāng)一個(gè)物理量被猜測與多個(gè)因素有關(guān)，應(yīng)

4、用 什什 么方法去研究？么方法去研究？ 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 控制變量法控制變量法 討論討論 2.2.用什么方法和器材去觀察那些不可見的物理量？用什么方法和器材去觀察那些不可見的物理量？ 轉(zhuǎn)換法轉(zhuǎn)換法 電熱電熱氣體（或液體）受熱膨脹氣體（或液體）受熱膨脹.觀察產(chǎn)生熱量的多少觀察產(chǎn)生熱量的多少 實(shí)驗(yàn)過程與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)過程與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： （1 1）在電流和時(shí)間相同的情況下，）在電流和時(shí)間相同的情況下， 研究熱量和電阻的關(guān)系；研究熱量和電阻的關(guān)系； （2 2）在電阻和時(shí)間相同的情況下，研）在電阻和時(shí)間相同的情況下，研 究熱量和電流的關(guān)系；究熱量和電流的關(guān)系； （3 3）在電流和電阻相同的情況下，研）在電

5、流和電阻相同的情況下，研 究熱量和時(shí)間的關(guān)系究熱量和時(shí)間的關(guān)系. . 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 1：研究電熱與電阻關(guān)系：研究電熱與電阻關(guān)系 R1 = 5 R2 = 10 A 在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，研究在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，研究 電熱與電阻的關(guān)系電熱與電阻的關(guān)系. 電阻絲電阻絲 10 2 R 在電流、通電時(shí)間相同時(shí)，阻值在電流、通電時(shí)間相同時(shí)，阻值 大大 的電阻產(chǎn)生的熱量多的電阻產(chǎn)生的熱量多. . 5 1 R 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 1：研究電熱與電阻關(guān)系：研究電熱與電阻關(guān)系 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2 2：研究電熱與電流關(guān)系：研究電熱與電流關(guān)系 I = 2I1 I A R = 5 R = 5 R = 5 I1

6、在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，研究在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，研究 電熱與電流的關(guān)系電熱與電流的關(guān)系. 電阻絲電阻絲 10 2 R 在電阻、通電時(shí)間相同時(shí)，電流在電阻、通電時(shí)間相同時(shí)，電流 大大 的電阻產(chǎn)生的熱量多的電阻產(chǎn)生的熱量多. . 10 2 R 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2 2：研究電熱與電流關(guān)系：研究電熱與電流關(guān)系 電阻絲電阻絲 R R 在電流、電阻相同時(shí)，通電時(shí)間在電流、電阻相同時(shí)，通電時(shí)間 長長 的產(chǎn)生的熱量多的產(chǎn)生的熱量多. . 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3 3：研究電熱與通電時(shí)間關(guān)系：研究電熱與通電時(shí)間關(guān)系 1 1. .I I與與t t相同，相同，R R越大，越大，Q Q越多越多 2 2. .R R與

7、與t t相同，相同，I I越大，越大，Q Q越多越多 3 3. . R R與與I I相同，相同，t t越大，越大，Q Q越多越多 英國物理學(xué)家焦耳做了大量的實(shí)驗(yàn)，英國物理學(xué)家焦耳做了大量的實(shí)驗(yàn)， 于于18401840年最先精確地確定電流產(chǎn)生的熱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(shí)間的關(guān)系，即量跟電流、電阻和通電時(shí)間的關(guān)系，即 焦耳定律焦耳定律. . 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 焦耳定律焦耳定律 Q =IRt Q =IRt 熱量熱量 電流電流 電阻電阻 時(shí)間時(shí)間 J A J A S S 公式：公式： 意義：意義： 單位：單位： 焦耳定律內(nèi)容：焦耳定律內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的電流通過導(dǎo)體

8、產(chǎn)生的 熱量跟熱量跟電流的二次方成正比電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體，跟導(dǎo)體 的的電阻成正比電阻成正比，跟，跟通電時(shí)間成正比通電時(shí)間成正比. 焦耳焦耳 (18181889) 純電阻電路純電阻電路: 電能電能 內(nèi)能內(nèi)能 Q I2Rt W UIt = M 非純電阻電路非純電阻電路: 電能電能 內(nèi)能內(nèi)能+其它形式的能其它形式的能 WE其 其 + Q UIt I2Rt=Q 例例1 1：一根：一根6060 的電阻絲接在的電阻絲接在3636V V的電源上，在的電源上，在5 5分分 鐘內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量？鐘內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量？ 分析：先利用歐姆定律計(jì)算出通過電阻絲的電流，再利用焦分析：先利用歐姆定律計(jì)算出通過電阻絲

9、的電流，再利用焦 耳定律公式計(jì)算電流產(chǎn)生的熱量。耳定律公式計(jì)算電流產(chǎn)生的熱量。 解：解： A6 . 0 60 V36 R U I 6480J300606 . 0 2 2 RtIQ 例題例題 例例2 2 一電熱水器電阻絲的阻值為 50 ,正常工作時(shí)的電流為4 A,工 作10 min放出的熱量為多少焦? 解解: :工作工作10 min10 min放出的熱是放出的熱是: : Q=IQ=I2 2RtRt=(4 A)=(4 A)2 250 50 101060 60 s=4.8s=4.810105 5 J. J. 拓展延伸拓展延伸 從前面學(xué)習(xí)知道，額定電壓相同的燈泡，額定功率越大從前面學(xué)習(xí)知道，額定電壓相

10、同的燈泡，額定功率越大. 電阻越小，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多電阻越小，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多.可是按照焦耳定律可是按照焦耳定律. 電阻越大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎有矛盾，電阻越大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎有矛盾， 這是怎么回事？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(shí)根據(jù)焦耳定律和歐姆定律，電流通過用電器的單位時(shí) 間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為 或或 .其中其中表表 示通過用電器的電流相等時(shí)，用電器電阻越大，單位時(shí)間示通過用電器的電流相等時(shí)，用電器電阻越大，單位時(shí)間 內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多；內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多； 表示用電器的兩端的電壓表示用電器的兩端的電

11、壓 相等時(shí)，用電器電阻越小，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。相等時(shí)，用電器電阻越小，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。 因此，兩者是不矛盾的。因此，兩者是不矛盾的。 前面兩個(gè)現(xiàn)象的解釋前面兩個(gè)現(xiàn)象的解釋 1第一個(gè)為什么第一個(gè)為什么 因?yàn)闊襞莺碗娋€流過相同的電流，燈泡發(fā)光時(shí)的電阻比電因?yàn)闊襞莺碗娋€流過相同的電流，燈泡發(fā)光時(shí)的電阻比電 線的電阻大得多，根據(jù)焦?fàn)柖删€的電阻大得多，根據(jù)焦?fàn)柖?Q = I2Rt 可知，在相同的時(shí)間可知，在相同的時(shí)間 內(nèi)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。因內(nèi)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。此，燈泡熱得發(fā)

12、光，電線的發(fā)熱卻察覺不出來。 第二個(gè)為什么第二個(gè)為什么 大功率的用電器用電線連接在照明電路中時(shí)，由于照明電大功率的用電器用電線連接在照明電路中時(shí)，由于照明電 路的電壓是一定的，從路的電壓是一定的，從 P = UI 可知，在電線的電阻相同的情況可知，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)通過的電流大得多。根據(jù) Q = I2Rt 可知，在相同的時(shí)間內(nèi)電流可知，在相同的時(shí)間內(nèi)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

13、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(zāi)。能燒壞它的絕緣皮，甚至引起火災(zāi)。 2 討論討論 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(jī) 后蓋的散熱 窗、電腦主 機(jī)里面的小 電風(fēng)扇等等. 電熱的利用和防止電熱的利用和防止 研究電熱跟哪些因素有關(guān)研究電熱跟哪些因素有關(guān): : 1.1.猜想猜想: :電熱電熱Q Q跟電流跟電流I I、電阻、電阻R R和通電時(shí)間和通電時(shí)間t t有關(guān)有關(guān). . 2.2.研究方法研究方法: :控制變量法控制變量法 (1)(1)

14、研究電熱研究電熱Q Q跟電阻跟電阻R R的關(guān)系的關(guān)系. . 條件條件: :電流電流I I、通電時(shí)間、通電時(shí)間t t相同相同. . 結(jié)論結(jié)論: :電阻電阻R R越大越大, ,電熱電熱Q Q越多越多. . (2)(2)研究電熱研究電熱Q Q跟電流跟電流I I的關(guān)系的關(guān)系. . 條件條件: :電阻電阻R R、通電時(shí)間、通電時(shí)間t t相同相同. . 結(jié)論結(jié)論: :電流越大電流越大, ,電熱越多電熱越多. . (3)(3)研究電熱研究電熱Q Q跟通電時(shí)間跟通電時(shí)間t t的關(guān)系的關(guān)系. . 條件條件: :電流電流I I、電阻、電阻R R相同相同. . 結(jié)論結(jié)論: :通電時(shí)間越長通電時(shí)間越長, ,電熱越多電

15、熱越多. . 焦耳定律焦耳定律 1.1.內(nèi)容內(nèi)容: : 2.2.公式公式: :Q=IQ=I2 2RtRt 3.3.單位單位: :I-I-安安, ,R-R-歐歐, ,t-t-秒秒, ,Q Q- -焦焦. . 1. 1.如圖是研究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與哪些因素有如圖是研究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與哪些因素有 關(guān)的實(shí)驗(yàn)關(guān)的實(shí)驗(yàn), ,下列分析正確的是下列分析正確的是( () ) A.A.甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)用了控制變量法甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)用了控制變量法 B.B.甲實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后甲實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后, ,左側(cè)容器內(nèi)空氣吸收的熱量更多左側(cè)容器內(nèi)空氣吸收的熱量更多 C.C.乙實(shí)驗(yàn)是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與

16、電阻的關(guān)系乙實(shí)驗(yàn)是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系 D.D.乙實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后乙實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后, ,右側(cè)右側(cè)U U形管中液面的高度差比左形管中液面的高度差比左 側(cè)的大側(cè)的大 檢測反饋檢測反饋 解析解析:甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)中用到的研究方法是控制 變量法和轉(zhuǎn)換法,A正確;甲實(shí)驗(yàn)兩電阻絲串聯(lián),通過 電阻絲的電流和通電時(shí)間相同,右側(cè)電阻阻值大,由 焦耳定律可知,右側(cè)電阻產(chǎn)生熱量多,右側(cè)容器內(nèi)空 氣吸收的熱量多,B錯(cuò)誤;乙實(shí)驗(yàn),右側(cè)電阻絲與另一 電阻絲并聯(lián),左右空氣盒中電阻絲阻值和通電時(shí)間 相同,通過電阻的電流不同,所以研究電流產(chǎn)生的熱 量與電流的關(guān)系,C錯(cuò)誤;乙實(shí)驗(yàn),右側(cè)電阻絲與另一 電阻絲并聯(lián),

17、左右空氣盒中電阻絲的電阻和通電時(shí) 間相同,由焦耳定律可知,左側(cè)電阻產(chǎn)生熱量多,則左 側(cè)容器內(nèi)空氣吸收的熱量多,氣體壓強(qiáng)大,即左側(cè)U 形管中液面的高度差比右側(cè)的大,D錯(cuò)誤.故選A. 1. 1.如圖是研究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與哪些因素有如圖是研究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與哪些因素有 關(guān)的實(shí)驗(yàn)關(guān)的實(shí)驗(yàn), ,下列分析正確的是下列分析正確的是( () ) A.A.甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)用了控制變量法甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)用了控制變量法 B.B.甲實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后甲實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后, ,左側(cè)容器內(nèi)空氣吸收的熱量更多左側(cè)容器內(nèi)空氣吸收的熱量更多 C.C.乙實(shí)驗(yàn)是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系乙實(shí)驗(yàn)是為了研究

18、電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系 D.D.乙實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后乙實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后, ,右側(cè)右側(cè)U U形管中液面的高度差比左形管中液面的高度差比左 側(cè)的大側(cè)的大 A A 檢測反饋檢測反饋 2.2.如圖所示電路中如圖所示電路中, ,已知已知R R1 1RR2 2, ,閉合開關(guān)閉合開關(guān)S S后后 ( () ) A.A.電流通過電流通過R R1 1, ,R R2 2產(chǎn)生的熱量產(chǎn)生的熱量Q Q1 1QII2 2 C.C.R R1 1, ,R R2 2兩端的電壓兩端的電壓U U1 1UU2 2 D.D.R R1 1, ,R R2 2消耗的電功率消耗的電功率P P1 1PP2 2 A A 3.一根阻值為50 的

19、電阻絲, 兩端加上100 V的電壓時(shí),通電1 min 所產(chǎn)生的熱量為 J,電阻絲 消耗的電功率為 W. 1.21.210104 4 200200 4. 4.家庭浴室中常用的暖燈型浴霸由家庭浴室中常用的暖燈型浴霸由 四只標(biāo)有四只標(biāo)有“220 V220 V750 W750 W”的同規(guī)格發(fā)的同規(guī)格發(fā) 熱燈組成熱燈組成, ,當(dāng)四只燈泡同時(shí)正常工作當(dāng)四只燈泡同時(shí)正常工作100 100 s s時(shí)時(shí), ,發(fā)熱燈產(chǎn)生的熱量是發(fā)熱燈產(chǎn)生的熱量是J,J,此此 過程能使浴室內(nèi)過程能使浴室內(nèi)10 kg10 kg空氣的溫度從空氣的溫度從10 10 上升到上升到25 ,25 ,空氣的比熱容為空氣的比熱容為 1.01.01

20、0103 3 J/(kg J/(kg),),則浴霸加熱浴室則浴霸加熱浴室 內(nèi)空氣的能量轉(zhuǎn)化率是內(nèi)空氣的能量轉(zhuǎn)化率是%.%. 解析解析:四只燈泡同時(shí)正常工作時(shí)的功率:P=P額 4=750 W4=3000 W;它們同時(shí)正常工作 100 s時(shí),產(chǎn)生的熱量是:Q=W=Pt=3000 W100 s=3105 J.浴室內(nèi)空氣吸收的熱量 :Q吸=cmt=1.0103 J/(kg)10 kg(25 -10 )=1.5105 J;浴霸加熱浴室內(nèi)空氣的 能量轉(zhuǎn)化率: 4. 4.家庭浴室中常用的暖燈型浴霸由家庭浴室中常用的暖燈型浴霸由 四只標(biāo)有四只標(biāo)有“220 V220 V750 W750 W”的同規(guī)格發(fā)的同規(guī)格發(fā)

21、 熱燈組成熱燈組成, ,當(dāng)四只燈泡同時(shí)正常工作當(dāng)四只燈泡同時(shí)正常工作100 100 s s時(shí)時(shí), ,發(fā)熱燈產(chǎn)生的熱量是發(fā)熱燈產(chǎn)生的熱量是J,J,此此 過程能使浴室內(nèi)過程能使浴室內(nèi)10 kg10 kg空氣的溫度從空氣的溫度從10 10 上升到上升到25 ,25 ,空氣的比熱容為空氣的比熱容為 1.01.010103 3 J/(kg J/(kg),),則浴霸加熱浴室則浴霸加熱浴室 內(nèi)空氣的能量轉(zhuǎn)化率是內(nèi)空氣的能量轉(zhuǎn)化率是%.%. 3 310105 5 5050 著火著火了！了！ whywhy？ 家庭電路中使用功率過大的用電家庭電路中使用功率過大的用電 器可能引起火災(zāi)，這又是為什么？器可能引起火災(zāi)，這又是為什么？ 燙燙 手手 不燙不燙 手手 家庭電路中使家庭電路中使 用功率過大的用功率過大的 用電器可能引用電器可能引 起火災(zāi)。起火災(zāi)。 燈泡接入電路中時(shí)，燈泡接入電路中時(shí)， 燈泡和電線中流過相燈泡和電線中流過相 同的電流，燈泡和電同的電流，燈泡和電 線都要發(fā)熱，可是實(shí)線都要發(fā)熱，可是實(shí) 際上燈泡熱得發(fā)光，際上燈泡熱得發(fā)光， 電線的發(fā)熱卻覺察不電線的發(fā)熱卻覺察不 出來。出來。 要解釋上述兩個(gè)現(xiàn)象，我們必須研究要解釋上述兩個(gè)現(xiàn)象，我們必須研究 電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān). 電阻絲電阻絲 R R 在電流、電阻相同時(shí)，通電時(shí)間在電流、電阻相同時(shí)，通電時(shí)間 長長 的產(chǎn)