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1、第十八章 电功率第4节 焦耳定律,人教版 物理 九年级 下册,电炉丝和导线通过电流相同,为什么电炉丝热得发红,而导线却几乎不发热? 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?,1. 理解焦耳定律,并能用焦耳定律进行有关计算,会解释有关电热现象;了解电热的利用和防止。,2.在实验中过程,体验控制变量法和转换法的应用,进一步提高实验设计和操作能力,养成实事求是和严谨的科学态度。,电流通过导体时电能转化成内能,这个现象叫做电流的热效应。,利用电流的热效应来加热的设备:_。,电热器,电热水器,电热水壶,电炉,电烤箱,电饭锅,电热取暖器,电流的热效应,点亮的灯泡过一会儿会烫手,说明什么?,导线和电熨斗串
2、联,为什么电熨斗很热而导线并不很热?说明什么?,电流的热效应与哪些因素有关?,猜想:,与电流、电阻、时间有关。,观察与猜想,讨论1:当一个物理量被猜测与多个因素有关,应该用什么方法去研究?,(控制变量法),讨论2:实验中通过观察什么现象来比较电流产生的热量的多少?,(转换法),实验 装置,当电流通过电阻丝时,电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀,导管里面原来一样高的液柱就会逐渐上升。电流产生的热量越多,液面就会上升得越高。 实验中,通过观察_来比较电流产生的热量的多少。,管中液面上升的高度,这种研究方法叫,实验方法,在电流相同、通电时间相同的情况下,电阻越大,这个电阻产生的热量越多。
3、,现象:电阻较大的这边的液柱上升较高。,结论:,控制不变的量是:_、_。,电流,通电时间,实验1:研究电热与电阻关系,在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过一个电阻的电流越大,这个电阻产生的热量越多。,现象:电流较大的这边的液柱上升较高。,结论:,控制不变的量是:_、_。,电阻,通电时间,实验2:研究电热与电流关系,图是课本“探究电流通过导体产生的 热量与导体电阻间关系”的实验装置,两 个透明容器中封闭着等量的空气,电路正 确连接后,通电进行实验过程中,下列说 法正确的是 ( ) A左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大 BU形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少 C要保持两个
4、电阻丝两端电压相等 D通电时间相同,两个容器中空气吸收的热量相同,B,两电阻丝串联电流相等,热量的多少不能直接观察,可通过U型管液面高度差的变化来反映,电路中两电阻串联,电流相等,各电阻分得电压不等,根据Q=I2Rt可知,I和t相同时,电阻大的电阻丝产生的热量较多,Q = I R t,热量 电流 电阻 时间,J A S,公式:,物理量:,单位:,电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。,焦耳定律,焦耳(James Prescott Joule,18181889),英国物理学家。用近40 年的时间做了400 多次实验,研究热和功的关系。通过大量的实验,于
5、1840 年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。,焦 耳,物理学史,当电流通过导体时,如果电能全部转化为内能,而没有同时转化成其他形式的能量,那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W,即:Q = W = UIt = I2Rt (如:电暖器、电饭锅、电炉子等),此时:Q=W=Pt=UIt =,U2,R,t,适用于纯电阻电路(只发热),= I2Rt,【问题回顾】电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热的发红,而导线却几乎不发热?,原因:导线与电热丝串联,电流、时间都相同,导线电阻远小于电炉丝电阻, 由Q= I2Rt可知,导线产生的热量少。,电能和电热关系,例题 一根60的
6、电阻丝接在36V的电源上,在5min内共产生多少热量?,解:,通过电阻丝的电流为:,电流产生的热量为:,Q=I2Rt=(0.6A)260560s=6480J,还有其他方法吗?,额定电压相同的灯泡,额定功率越大,电阻越小,正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律,电阻越大,单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾,这是怎么回事?,答:前者说电阻越小,正常工作时单位时间内产生的热量越多,前提条件是电压相同;而后者说,电阻越大,单位时间内产生的热量越多,前提条件是电流相同,两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。,2. 小明在一次野炊活动中,将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸(可看
7、做导体)接在干电池正负两极上,如图所示,锡箔纸较窄处最先燃烧。这是因为与长度相同的锡箔纸较宽处相比,较窄处 ( ) A电阻较大 B电流较大 C电压较小 D电功率较小,A,材料和长度相同时,导体越细,电阻越大,串联电路中各处的电流相等,锡箔纸较窄处电阻大,电压较大,锡箔纸较窄处电压大,电功率较大,(相当于纯电阻电路),当电动机工作时,消耗的电能主要转化为电机的机械能(有用功),同时,电动机线圈也会发热(额外功):,W = UIt,Q =I2Rt,E=WQ,当电动机通电但转子被卡住时,消耗的电能只会让电动机线圈发热,,此时,W =UIt=Q=I2Rt,有关电动机的电热讨论,例题 家用电风扇正常工作
8、时电流为0.3A,电阻等效为200,求在5min内共产生多少热量?消耗的电能,转化的机械能是多少?效率呢?,解:,消耗的电能(总的)为:,电流产生的热量为:,Q=I2Rt=(0.3A)2200300s=5.4103J,W=UIt=220V0.3A300s=1.98104J,机械能(有用):E=WQ=1.98104J5.4103J=1.44104J,效率:=,E,W,1.44104J,1.98104J,100%,100%,=72.7%,=,3.一直流电动机,把它接入0.2V电压的电路时,电机不转,测得流过电动机的电流是0.4A;若把电动机接入2.0V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1.0
9、A。 求:(1)电动机线圈电阻。 (2)电动机正常工作时的输出功率多大? (3)电动机的机械效率多大? (4)如果在动机正常工作时,转子突然被卡住,电动机的发热功率是多大?,解:(1)当电机不转时,由欧姆定律得,电机的内阻为:,(2)当电机正常工作时,输出功率为: P输出=P电P内=UI I2R=2V1A (1A)20.5=1.5W; (3)电动机的机械效率:,(4)电动机的转子突然被卡住时,此时相当于纯电阻,发热 功率为:,电饭锅,电烙铁,热得快,电热毯,电熨斗,1电热的利用,电热器的优点: 清洁卫生,没有环境污染,热效率高,还可以方便地控制和调节温度。,电热孵化器,电热的利用和防止,很多情
10、况下我们并不希望用电器的温度过高。如电视机的后盖有很多孔,是为了通风散热;电脑运行时要用微型风扇及时散热等。,2防止电热的危害,散热窗,散热风扇,将用电器烧坏,使绝缘材料老化,1.(安徽中考)如图所示的电路中,电源 电压保持6V不变,电阻R1=10,R2=20, 闭合开关S,则R1消耗的电功率为_W; 若通电30s,电阻R2产生的热量为_J。,0.4,24,解:由电路图可知,电路中的电流: R1的电功率P1=I2R1=(0.2A)210=0.4W 电阻R2产生的热量Q2=I2R2t(0.2A)22030s=24J,2.(2018广安)如图,灯泡L上标有“6V 3W”字样,电源电压6V且保持不变
11、,定值电阻R=8 (不计灯丝电阻的变化)。只闭合S1和S3,电阻R在100s产生的热量是_J;电路在工作状态下,整个电路消耗的最小功率是_W。,450,1.8,RL =12,3.(2019无锡)如图所示,在接线柱间接入熔丝和铜丝,熔丝电阻大于铜丝。接通电源,闭合开关S,依次闭合各小灯泡支路的开关,可以看到电流表的示数逐渐增大;再闭合电炉丝支路的开关时,会发现熔丝被熔断。下列说法正确的是() 实验说明电路超负荷运行会引起 安全事故 实验中通过熔丝的电流大于铜丝 通电相同的时间,熔丝所产生的 热量多于铜丝 随着支路开关依次闭合,熔丝最 终熔断说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关 A只有 B只有
12、 C只有 D都正确,B,4.(2019云南)一只标有“6V 3W”的小灯泡,接在电源电压为12V的电路中,为使其正常发光,应_(选填“串”或“并”)联一个电阻(小灯泡灯丝电阻不变),该电阻通电20s产生的热量是_J。,串,60,灯泡正常工作电流:,电阻分压:UR=UUL=12V6V=6V,IR=IL=0.5A,Q=URIt=6V0.5A20s=60J,5.(2019大庆)某电热水壶及其铭牌如图所示,小明为了测量该电热水壶的实际功率和加热效率,进行了如下实验:,关掉家里所有用电器,将该电热水壶装满水,接通电热水壶,测得壶中水温度从25上升到35所用的时间为50s,同时观察到家中“220V 10(
13、40)A 3 200imp/kWh”的电子式电能表的指示灯闪烁了80imp,水的比热容c水=4.2103J/(kg)。请结合本次实验记录的数据,回答以下问题:,(1)除电子式电能表外,小明还需下列哪些器材完成上述两个测量_。(选填器材前面的序号) 刻度尺 温度计 电压表 秒表 弹簧测力计 (2)若小明利用水升温吸热计算消耗的电能,计算出电热水壶的功率和实际功率相比_(选填“偏大”、“偏小”或“相等”),主要原因是_。 (3)电热水壶的实际功率是_W。 (4)电热水壶的加热效率是_。,偏小,消耗的电能不可能完全转化成水的内能,1800,84%,1. 小明家电饭锅的电源线坏了,他在网上新买了一根,
14、使用时 闻到橡胶的焦糊味,他立即拔下电源插头,发现这根电源线很 热,其他用电器仍然正常工作。你认为引起电源线过热的原因 可能是() A电路的电压过高 B新买的电源线过细 C新买的电源线过粗 D新买的电源线过短,B,基础巩固题,2. 将规格都是“220V 180W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯,分别接入同一家庭电路中,若通电时间相同,则下列说法正确的是 () A电冰箱产生的热量最多 B电脑产生的热量最多 C电热毯产生的热量最多 D三者产生的热量一样多,C,基础巩固题,3. 甲、乙两电热丝电阻之比为34,通过的电流之比为31,则相同时间内产生的热量之比为() A274 B94 C49 D42
15、7,A,基础巩固题,4. 电热水壶上标有“220V 1800W”,小明发现烧水过程中热水壶的发热体部分很快变热,但连接的电线却不怎么热,是因为导线的电阻比发热体的电阻_。在额定电压下,烧开一壶水用时3min20s,这段时间内电热水壶发热体产生的 热量为_J。,小,3.6105,基础巩固题,用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,相同烧瓶内装满了煤油。 (1)烧瓶中装入的煤油是_(选填“导体”或“绝缘体”)。 (2)请根据实物电路,在虚线框图内画出对应的电路图。 (3)为达到实验目的,选用的两电阻丝R1与R2的阻值应_,通过R1的电流_通过R2的电流。,绝缘体,相等,小于,能力提升题,(4)通电一段时间后,乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大,说明_。 (5)小红用如左下图示的装置,进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,经多次实验测量,收集实验数据,绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象,根据焦耳定律可知,右下图中能正确反映hI关系的是_。,电阻和通电时间不变,电流越大产生的热量越多