物理人教版九年级全册18.4焦耳定律教案

第4节焦耳定律
第1课时电热
1.了解电流的热效应，会设计实验探究焦耳定律.
2.了解电热的利用和防止.
焦耳定律
阅读课本第99、100、101页内容，完成下列填空：
1.电流通过导体时电能转化为内能，这个现象叫做电流的热效应.
2.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，这个规律叫做焦耳定律.
3.焦耳定律用公式表达为Q=I2Rt.
各小组同学分工合作，完成如下实验.
(1)如图1，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化.将两容器中的
电阻丝(左边电阻丝为5Ω，右边电阻丝为10Ω)串联起来接到电源两端，比较两个U形管中液面高度的变化.
说明了什么问题.
图1 图2
(2)如图2，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联.在通电
时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化.说明了什么问题.
解：(1)在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多.
(2)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.
1.在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”时，应采用控制变量法.
2.利用空气受热膨胀，挤压液体使液面上升，来显示电流产生的热量的多少，运用了转换法.
1.(2012·北京)下列用电器中，利用电流热效应工作的是( B )
A.电视机
B.电热毯
C.电风扇
D.电脑
2.(2012·北京)阻值为50 Ω的定值电阻R接在电源两端，通过电阻R的电流为0.2 A，10 s内电流产生的热量是20J.
3.(2012·包头)用如图所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”.
(1)实验中通过观察两支温度计示数来比较电流产生的热量的多少.
(2)为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入质量相同、初温相同的同种液体.
(3)为达到实验目的，选用的两电阻丝的阻值不能相同.
(4)实验结论是在电流、通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多.
电热的利用和防止
阅读课本第101页内容，完成下列填空：
1.生产生活中要用到电热，如热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等.
2.有些电热需要防止，如电视机后盖的散热孔、电脑的散热风扇.
各小组同学分工合作，完成如下活动.
(1)通过阅读课本、或查阅课外书、或上网查询；了解一些关于生产生活中利用电热和防止电热危害的事例，同学之间交流一下.
(2)想一想，家中的哪些用电器是利用电热的用电器.
(3)讨论一下，家中电视机、电脑等用电器，并不希望电流发热，这时必须防止电热的危害，这些用电器是如何防止电热危害的吗？
1.电热器是利用电来加热的设备，电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉等都是常见的电热器.电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的.电热器清洁卫生，没有污染，热效率高，有的还可以方便地控制和调节温度.
2.在电动机里，电流主要是用来做机械功的，但电动机里的导线有电阻，也要产生热量，使导线的温度升高.温度超过绝缘材料的耐热温度，绝缘材料会迅速老化，甚至可能烧坏.为此有的电动机里装有风扇，电动机的外壳做成漏空状，都是为了加快散热.
1.(2012·梅州)用粗细均匀的电热丝加热烧水，通电10 min可烧开一壶水，若将电热丝对折起来接在原来的电路中，不计热量损失，则烧开同样一壶水的时间是( A )
A.2.5 min
B.5 min
C.20 min
D.40 min
2.(2012·泰安)电烙铁通电一段时间后变得很烫，而连接电烙铁的导线却没有明显发热，这是主要是因为( D )
A.导线的绝缘皮隔热
B.导线散热比电烙铁快
C.通过导线的电流小于通过电烙铁的电流
D.导线的电阻远小于电烙铁电热丝的电阻
3.(2012·吉林)因为忙于中考复习，小丽已经很长时间没有打开过自己的电脑了，进入潮湿的夏季后，爸爸建议小丽定期给电脑通一会儿电.请你解释这样做的道理.
解：利用电流的热效应，利用电热来驱潮.
教学至此，敬请使用学案当堂训练部分.
第2课时 电热的计算
1.会运用焦耳定律计算纯电阻电路中的热量.
2.会运用焦耳定律计算非纯电阻电路中的热量
.
纯电阻电路的热量计算
回顾以前所学知识，完成下列填空：
1.电功率的计算公式及变形式有P=UI 、P=I 2R 、P=U 2/R .
2.电热功率的计算公式是P=I 2R.
例：(2012·苏州)下表为一台电热水器的铭牌(有一项内容模糊不清)，电热水器内部简化电路如图所示，R 1和R 2均为电热丝. ×××牌电热水器 额定电压
220V 额定
电流 高温档 中温档
5 A 低温档 2 A
电源频率
50 Hz 求：(1)低温档正常工作时的额定功率；
(2)中温档正常工作10分钟产生的热量；
(3)高温档正常工作时的额定电流.
解：
(1)440 W ；(2)6.6×105 J ；(3)8.3 A.
各小组同学分工合作，完成下面问题的讨论：
①由于电源电压固定，电路中总电阻随着开关的断开或闭合是可变的，因此在分析此处电热问题时，应在P=UI 、P=I 2R 、P=U 2/R 等公式中选择哪个公式比较方便？
②当S 2接b 、S 1断开时，两个电阻怎样连接？电路中总电阻有何特征？此时电路处于什么档位？
③当S 2接a 、S 1闭合时，两个电阻怎样连接？电路中总电阻有何特征？此时电路处于什么档位？
④当S 2断开、S 1闭合时，两个电阻怎样连接？电路中总电阻有何特征？此时电路处于什么档位？
解：①选择P=U 2/R ；②两个电阻串联，电路中总电阻最大，为低温档；③两个电阻并联，电路中总电阻最小，为高温档；④R1接入电路，电路中电阻介于上述两种情况之间，为中温档.
1.对于电热器电路，由于电流通过导体做的功全部转化为热能(电功等于电热)，计算电热和计算电功是一样的，可以采用计算电功的任何公式和方法来计算电热.
2.由于电路的电源电压一般是固定的，所以在分析电路中的档位问题时，一般采用P=U 2/R 来分析比较方便.
1.有下列用电器，“220 V 140 W ”的电吹风，“220 V 140 W ”的电热壶，“220 V 140 W ”的彩色电视机，若它们都在额定电压下工作相同的时间，其中产生热量最多的是( B )
A.电吹风
B.电热壶
C.彩色电视机
D.无法判断
2.
如图是电饭锅的电路图，S 是温控开关，R 1、R 2是电阻丝.断开或闭合开关S ，可选择电饭菜锅处于“加热”或“保温”状态.若R 1∶R 2=1∶35，电饭锅加热时的总功率为P 1，保温时的总功率为P 2，则P 1∶P 2为( A )
A.36∶1
B.35∶1
C.36∶35
D.35∶36
非纯电阻电路的热量计算
例：某电动机的额定电压为220 V，线圈电阻为1Ω，接入家庭电路中正常工作，用电流表测得电路中的电流为10 A，则：
(1)电动机线圈发热功率为多大？
(2)电动机机械功率为多大？
各小组同学分工合作，完成下面问题的讨论：
(1)电动机工作时，线圈发热功率用什么公式来求？
(2)电动机工作时，总功率用什么公式来求？
(3)如何计算电动机的机械效率？
对于非纯电阻电路如电动机电路，电流做功转化为机械能和热能，热能只是其中的一小部分，电热功率只能用电热定律P=I2R来进行计算,电热只能用Q=I2Rt计算.此时，运用公式P=UI算出的是电动机的总功率，用“UI-I2R”得到的是电动机工作时把电能转化为机械能的功率.
1.一台电风扇接在220 V的电路中正常工作，通过风扇电动机的电流为0.5A，测得风扇电动机线圈电阻为5Ω，求：
(1)电风扇的输入功率是多少？
(2)电风扇每分钟消耗的电能是多少？
(3)电风扇的电动机每分钟产生的电热是多少？产生机械能是多少？
解：(1)电风扇的输入功率P=UI=220 V×0.5 A=110 W；
(2)电风扇每分钟消耗电能等于电流所做的功W电=UIt=Pt=110 W×60 s=6 600 J；
(3)电风扇的电动机每分钟产生的电热，根据焦耳定律计算Q=I2Rt=(0.5 A)2×5 Ω×60 s=75 J，
产生机械能W机械=W-Q=6 600 J-75 J=6 525 J.
2.小华准备参加玩具赛车比赛，她想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时她先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中.请问：
(1)这只电动机线圈的电阻为多少？
(2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？
电动机的电压/V
电动机
工作状态
通过电动机的
电流/A
0.2 不转动0.4
2.0 正常转动 1.0
解：(1)根据线圈不转动时是纯电阻电路可求出线圈电阻：R=U1/I1=0.2 V/0.4 A=0.5 Ω
(2)电动机正常工作时消耗的总的电功率：P总=U2I2=2 V×1 A=2 W，正常工作时发热的功率：P热=I2R=(1.0 A)2×0.5 Ω=0.5 W，转化为机械能的功率：P机=P总-P热=1.5 W
教学至此，敬请使用学案当堂训练部分.。