秋季课程人教版初三物理焦耳定律 教案Word下载.docx
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电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
提出问题
电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关？
猜想与假设
提示：
电热是电流通过电阻时产生的热量，电路中有电压不一定有电流，所以电压对电流通过电阻产生热量的多少没有影响。
（排除电压这个物理量）
电流通过导体产生热量的多少与________________有关。
你能结合实例说出这三个因素对电热的影响吗？
电流、电阻、通电时间……
设计实验
实验时要控制电路中的电流相等，改变电阻，比较在相同时间内放出热量的多少。
可以通过加热相同物体，比较物体吸热升温的多少
进行实验
展示实验装置1
观察本实验装置，思考：
1．本装置可以用于研究电热与哪个因素的关系？
（本装置研究电热与电阻的关系。
）
2．两电阻为什么要串联？
（电阻串联，可以使流过两根电阻丝的电流和通电时间相同。
3．如何比较电流通过电阻放出热量？
（通过左右两管液面的高度差来比较，液柱上升的越高，放出热量越多。
4．设计实验数据记录表格
电流I/A
R1
R2
电阻/Ω
5
10
产生热量（多/少）
电路接通，进行实验，观察U形管中液柱的上升情况，把实验结果填入表格中。
分析实验数据，可以得到什么结论？
结论：
在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。
展示装置2
（本装置研究电热与电流的关系。
2．右边电阻丝上为什么要再并联一根电阻丝？
（使右边容器中的电阻丝中的电流与左边容器中的电阻丝不等）
电阻R/Ω
电流I/A
产生热量（多/少）
在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多。
对于某一个电阻，在电流一定时，通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多。
这个结论可以通过刚才的实验中看出来，某一根电阻丝通电时间越长，液柱上升越高，说明放出热量越多。
分析论证，得出结论
对以上两个实验进行总结，电流通过电阻产生热量多少与电流、电阻和通电时间有关。
考点2焦耳定律
英国科学家做了大量实验于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻成正比，跟通电时间成正比
如果热量用Q表示，电流用I表示，电阻用R表示，时间用t表示，则焦耳定律为Q=I2Rt。
已知电压、电流和通电时间，可以计算出取暖器消耗的电能，那么取暖器消耗的电能与电热之间有什么关系呢？
通过计算我们发现电流做功与产生的电热是相等，那么用电器在工作时，电功与电热间有什么关系呢？
当电流做的功全部转化为内能时：
由于W=UIt，U=IR
Q=W=I2Rt
电吹风工作时，消耗了1000J的电能，电流在电阻线上产生热量等于1000J吗？
电功与电热的联系与区别
1．纯电阻电路中W=Q
2．非纯电阻电路中W>
Q
电热Q=I2Rt
讨论：
电炉通过导线接到电路中，导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线并不很热？
电线与电炉丝串联，电流相等，根据焦耳定律，导线的电阻比电炉丝小的多，相同时间内放出热量也少。
考点3电热的利用和防止
见一些用电器（电熨斗、电视机散热孔、取暖器、电饭锅、电脑主板风扇、笔记本散热孔、电动机外壳……），给这些用电器进行分类，哪些是利用电热、哪些是防止电热造成危害的。
利用电热的有：
电熨斗、取暖器、电饭锅等。
防止电热的有：
电视机散热孔、电脑主板风扇、笔记本散热孔、电动机外壳等．
三、例题精析
例题1
容积为1L的某品牌电热水壶如图甲所示，其加热功率为1000W，保温时功率为121W，简化电路如图乙所示，S为加热和保温自动转换开关，在一个标准大气压下，该电热壶正常工作，将一壶初温为20℃的水烧开，此过程中电热壶的效率为70%．[c水=4.2×
103J（kg•℃）]求：
（1）电阻R2的阻值；
（2）在此过程中，水吸收的热量；
（3）烧开一壶水，需要的加热时间．
【答案】
（1）400Ω；
（2）3.36×
105J；
（3）8min
【解析】试题分析：
（1）由电路图可知，当开关S闭合时，R1与R2并联，电路的电阻较小，由P=
可知此时电饭煲的功率较大，为加热档，P加热=1000W；
当开关S断开时，电路中只有R2，电饭煲的功率较小，为低温档，P保温=121W，由P=
可得电阻R2的阻值：
R2=
=400Ω；
（2）由ρ=
得水的质量：
m=ρV=1×
103kg/m3×
1×
10﹣3m3=1kg，水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×
103J/（kg•℃）×
1kg×
（100℃﹣20℃）=3.36×
（3）由题知，Q吸=70%×
W，电热壶消耗的电能：
W=
=4.8×
105J，由P=
可得加热时间：
t=
=480s=8min。
【点睛】本题是电学综合题，考查同学们对电学知识的综合运用能力，属于较难题型，在试题中一般以压轴题的形式出现，是一道具有较高区分度的试题。
例题2
在北方秋冬季节，汽车玻璃上会起雾或结霜，非常影响驾驶安全。
如图所示，在玻璃上加装电热丝，通电后就可以消除玻璃上的霜雾。
前、后挡风玻璃上的电热丝分别由开关S前、S后控制，其电源是由车内电路提供，电压为14V，前玻璃上的电热丝R1=1.4Ω，后玻璃上电热丝R2的功率为196W，请通过计算回答：
（1）只闭合开关S前时通过R1的电流是多少？
（2）只闭合开关S后时通过R2的电流是多少？
（3）电热丝R1通电10s产生的热量是多少？
（4）前后加热丝同时工作10s所消耗的电能是多少？
（1）10A；
（2）14A；
（3）1400J；
（4）3360J。
【解析】解：
（1）只闭合开关S前时，电路为R1的简单电路，则通过R1的电流：
I1=
=
=10A；
（2）只闭合开关S后时，电路为R2的简单电路，由P=UI可得，通过R2的电流：
I2=
==14A；
（3）电热丝R1通电10s产生的热量：
Q1=I12R1t=（10A）2×
1.4Ω×
10s=1400J；
（4）因并联电路中各支路独立工作、互不影响，
所以，前后加热丝同时工作时通过的电流不变，
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，干路电流：
I=I1+I2=10A+14A=24A，
前后加热丝同时工作10s所消耗的电能：
W=UIt=14V×
24A×
10s=3360J。
例题3
在探究“电流通过导体产生的热量跟什么因素有关”实验中，将两段阻值不同的电阻丝R1、R2分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并设计了如图所示的甲、乙两套装置。
已知电源电压相等且保持不变，R1＜R2。
（1）实验需要的器材有：
初温、_____均相同的液体、电源、开关、滑动变阻器、两段不同的电阻丝，除了温度计之外还需要的测量工具是_____。
（2）为了在较短时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水做实验，是因为_____，实验中煤油吸热多少是通过_____来反映的。
A．温度计升高的示数B．通电时间C．电路的连接方式
（3）利用题17图甲实验装置可探究电流通过导体产生热量与_____是否有关；
观察温度计a、c的示数，可探究电流通过导体产生的热量与_____是否有关。
【答案】质量天平水的比热容大A电阻电流
（1）探究影响电热的因素时，通过液体吸热的多少反应电阻丝产生的热量，所以应使液体的初温、质量相同，测量液体的温度的高低，所以需要的测量工具除了温度计外，还需要的测量工具是天平；
（2）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水做实验，主要是由于水的比热容大，吸收相同的热量，温度变化不明显。
而相同质量的煤油吸热的多少是通过温度计升高的示数来反映的；
（3）电流产生热量与电流、电阻和通电时间有关。
甲中两电阻串联，则两电阻中的电流相等，两电阻丝的阻值不同，根据温度计示数的变化判断吸收热量的多少，可探究电流产生热量与电阻大小的关系；
甲乙两图中，通过电阻R1的电流不同，比较相同通电时间内a，c两支温度计示数变化情况，可探究电流产生的热量与电流是否有关。
【点睛】
（1）煤油吸收热量的多少，与被加热体的质量、升高的温度、加热时间有关，所以测量工具需要温度计、天平、秒表；
（2）吸收相同的热量在较短的时间内温度升高快的液体比热容较小，要想在较短的时间内达到明显的实验效果，所选液体的比热容应较小；
相同质量煤油吸收热量的多少可以通过升高的温度多少判断；
（3）由甲图可知，两电阻串联，则可知电路中电流一定相等；
a、c图中在电阻和通电时间相同，由此根据控制变量法分析解答。
例题4
小红和小芳想利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”.两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝是铜丝，电阻比较小，烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大，两瓶煤油中温度计可以显示煤油的温度.
（1）上述实验中铜丝和镍铬合金丝采用的电路连接方式是串联，这样连接的目的是控制通过金属丝的_________和通电时间相同.
（2）实验中，小明和小红发现烧瓶B中温度计的示数升高很快，这表明：
在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越_________，产生的热量越多.
（3）小红提议利用该装置改装成“比较食用油和煤油的吸热能力”的实验.若烧瓶B的器材不变，她们除了把烧瓶A的煤油换成食用油外，还需更换烧瓶A中的金属丝.此外，为了能在通电一段时间后，通过两温度计示数的变化量来比较食用油和煤油的吸热能力，他们设计的实验必须满足的条件还有烧瓶A、B中食用油和煤油的_____________相同，烧瓶A、B中金属丝的电阻___________（填“相同”或“不相同”）.
【答案】电流大质量相同
导体产生的热量与电阻大小的关系和比较食用油和煤油的吸热能力两个实验都利用了焦耳定律，都采用控制变量法进行探究。
（1）由焦耳定律
可知实验中铜丝和镍铬合金丝采用的电路连接方式是串联，这样连接的目的是控制通过金属丝的电流和通电时间相同；
（2）小明和小红发现烧瓶B中温度计的示数升高很快，说明B中电阻放出的热量多，因为铜丝电阻小于镍铬合金电阻，由此可得出结论：
在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多；
（3）在比较食用油和煤油的吸热能力的试验中，需要控制食用油和煤油的质量相同，两烧瓶中金属丝的电阻也要相同，目的是两种液体在加热相同时间的条件下，吸收的热量相同。
【点睛】在比较食用油和煤油的吸热能力的试验中，通过控制金属丝电阻相同，当加热时间相同时，认为液体吸收的热量一样（金属丝放出的热量全部被液体吸收）。
当加热相同时间时，温度升高的小的吸热能力强。
四、课堂运用
基础
1．下列家用电器中，将电流热效应作为工作原理的是
A.电视B.洗衣机C.电冰箱D.电饼铛
【答案】D
【解析】A.电视机主要是把电能转化为声能和光能，不是利用电流的热效应工作的，故A错误。
B.洗衣机是利用电动机带动工作的，不是利用电流的热效应，故B错误；
C.电冰箱利用电动机带动工作，不是利用电流的热效应，故C错误；
D.电饼铛主要是把电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故D正确；
故选：
D。
【点睛】电流的热效应：
电流通过导体要发热，这叫做电流的热效应，如电灯、电炉、电烙铁、电焊等都是电流的热效应的例子。
2．有些家用电器在使用过程中，温度过高会损坏电器。
下列家用电器中要防止电热产生危害的是（）
A.电饭煲B.电热水器C.电熨斗D.电风扇
【解析】有些电器是应用电热，有些电器却要防止电器过多发热，如：
电饭煲、电热水器、电熨斗都是应用电热，而电风扇要防止过热而对电风扇造成危害。
故选D．
3．随着人们生活水平的不断提高，越来越多的家用电器进入我们的家庭，在下列家用电器中主要用来获得热能的是（ ）
A．电风扇
B．电热毯
C．电冰箱
D．电视机
【答案】B
【解析】
A、电风扇工作时，消耗电能主要转化为机械能，不符合题意，故A错；
B、电热毯工作时，消耗电能转化为内能，供人们取暖，符合题意，故B正确；
C、电冰箱工作时消耗电能，压缩机把大部分电能转化为机械能，压缩空气做功把机械能又转化为内能排到冰箱外，不符合题意，故C错误；
D、电视机工作时，消耗电能主要转化为光能，不符合题意，故D错．故选B．
巩固
1、下列情况中，属于防止电热危害的是（
）
A.电脑机箱内有小风扇
B.微波炉的门用玻璃做
C.洗衣机的外壳用塑料做
D.家电长时间停用，隔一段时间应通电一次
【答案】A
A．电脑机箱内有小风扇是为了及时将电脑产生的热散掉，属于防止电热危害，符合题意．B．微波炉的门用玻璃做是便于观察微波炉内的食物，与电热无关，不符合题意；
C．塑料是绝缘体，洗衣机的外壳用塑料做，是为了防止发生触电事故，与电热无关，不符合题意；
D．家电长时间停用，隔一段时间应通电一次防止家电受潮，再次使用时被损坏，是利用电热，不符合题意．故选A．
2．有两条电阻丝，它们的电阻之比是2:
1,把它们并联后接入电压为U的电路中，则在相等的时间里，它们放出的热量比是（）
A.1:
2B.2:
1C.1:
4D.4:
1
试题分析：
由I=
和Q=I2Rt推导可得：
Q=
，
并联电路电压U相等，两电阻丝并联在相等时间t内产生的热量之比：
Q1:
Q2=
:
=R2:
R1=1:
2.
3．下列各种方法和措施中，为了防止电热危害的是（）
A.电脑的CPU芯片上安有电风扇B.炎热的夏天，连续长时间工作的电视机要停用一会儿
C.天气潮湿时，长时间不用的用电器隔一段时间要通电一次D.养鸡场用电热孵化器孵小鸡
【答案】AB
【解析】A.电脑的CPU芯片上安有电风扇是为了加快散热，及时散去由电流的热效应而产生的热量，故A符合题意；
B.由于电流的热效应，电视机长时间工作时，温度会逐渐升高，所以炎热的夏天，连续长时间工作的电视机要停用一会儿以及时散发热量，故B符合题意；
C.天气潮湿时，长时间不用的用电器隔一段时间要通电一次，是利用电流产生的热量驱除湿气，利用了电流的热效应，故C不符合题意；
D.养鸡场用电热孵化器孵小鸡，是电热的利用，故D不符合题意。
故选AB。
拔高
1.如图所示的电路中，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，电源电压为3V且保持不变，闭合开关S后，滑片P从b端移动到a端的过程，电压表示数U与电流表示数I的关系图象如图所示，下列判断正确的是（ ）
A.R1的电阻为15Ω
B.滑动变阻器的最大电阻为10Ω
C.电路消耗的最大总功率为1.8W
D.电路中消耗的总功率最小时，通电5s，R1上产生的热量是1J
【答案】BCD
【解析】由如图可知，两电阻串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流。
（1）当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时，电路为R1的简单电路，此时电路中的电流最大，由如图可知最大电流I1＝0.6A，由I＝
可得，R1的电阻：
R1＝
＝5Ω，故A错误；
电路消耗的最大功率：
P总大＝UI1＝3V
0.6A＝1.8W，故C正确；
（2）当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，由如图可知，最小电流I2＝0.2A，U2＝2V，则滑动变阻器的最大阻值：
R2＝
＝10Ω，故B正确；
此时电路消耗的功率最小，通电5s，R1上产生的热量：
Q1＝I22R1t＝（0.2A）2
5Ω
5s＝1J，故D正确。
BCD。
【点睛】由图1可知，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流。
（1）当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时，电路中的电流最大，电路消耗的电功率最大，根据图2读出电路中的最大电流，根据欧姆定律求出R1的电阻，根据P＝UI求出电路消耗的最大总功率；
（2）当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，电路消耗的电功率最小，根据图2读出电路中的电流最小时电表的示数，根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的电阻，利用Q＝I2Rt算出通电5s，R1上产生的热量。
2．家用电饭锅正常工作时的电压为_____________V；
它是根据电流的__________效应工作的。
【答案】220热
【解析】
（1）我们国家家用电器的正常工作电压为220V；
（2）电饭煲工作时，消耗电能转化为内能，是根据电流的热效应工作的。
3．电炉工作时，电炉丝与导线是____联的，通过它们的电流相等。
【答案】串
【解析】电炉子工作时，电炉丝与导线是串联的，通过它们的电流相等。
课堂小结
1.电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
2.焦耳定律：
焦耳定律：
Q=I2Rt。
3.当电流做的功全部转化为内能时：
Q=W=I2Rt
4.电功与电热的联系与区别
（1）．纯电阻电路中W=Q
（2）．非纯电阻电路中W>
课后作业
1.电流通过导体放出的热量与____成正比,与____成正比,与____成正比.
【答案】电流的平方电阻通电时间
【解析】大量实验证明，电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比．这个规律叫焦耳定律，可用公式Q=I2Rt表示．
【点睛】本题考查了学生对焦耳定律的内容，需要牢记，属于基础题目．
2．在电阻恒定不变的电路中，通过电阻的电流越大，该电阻在单位时间内的发热量就越
________（进填“大”或“小”）．
【答案】大
【解析】根据公式Q＝I2Rt可知：
当电阻和时间t一定时，电流越大，发热量越大；
在电阻恒定不变的电路中，通过电阻的电流越大，该电阻在单位时间内的发热量就越大。
【点睛】根据焦耳定律的推导公式Q＝I2Rt来判断，当电阻和时间t一定时，电流越大，发热量越大。
3．造成家庭电路中电流过大的原因可能是①____________，②用电器的总功率过大．另外，对于因线路连接处接触不良现象，也应当引起我们足够的重视．与连接完好相比，线路接触不良处的阻值将_________，造成此处产生的热量多，以致火灾．
【答案】短路变大
（1）引起家庭电路中电流过大的原因是：
一是短路，二是用电器总功率过大。
（2）在家庭电路中，导线相互连接处因接触不良，该处的电阻较大，∵导线连接处与导线串联在电路中，∴通过的电流相等、通电时间相等，∵Q＝I2Rt，∴连接处产生的热量较多，往往比别处更容易发热，加速导线老化，甚至引起火灾。
1．为防止_________造成的危害，电视机的机壳上都装有散热窗．在家庭电路中，空气开关的作用是________________．
【答案】电热电路超载时自动断开电路
【解析】电视机工作时会产生热量，为防止电热造成的危害，电视机的机壳上都装有散热窗；
在家庭电路中，空气开关的作用是电路超载时自动断开电路。
2．我们几乎每天都要看电视，电视机是用________
来传递图象信号和声音信号．利用电视遥控器发射的_________可以对电视节目进行选择，遥控器前端的发光二极管主要是利用_________材料制成的．电视机的后盖有很多孔，这是为了防止________
带来的危害．
【答案】电磁波红外线半导体电热
（1）电视机是用电磁波来传递图象信号和声音信号的；
（2）红外线可以进行遥控。
电视机的遥控器的前端有一个由半导体材料制成的发光二极管，可以发射红外线，用它来传递信息，实现对电视的控制；
（3）电视机的后盖有很多孔是为了防止电流的热效应带来的危害。
【点睛】红外线可以进行遥控．电视遥控器前端有一个二极管，它是用半导体材料制成的，可以反射红外线，来控制电视；
为了防止电热的危害，在电视机后盖上留有很多小孔，有助于散热。
3．在炎热的夏天，电视机连续使用较长时间后，要停一会儿，但如果长期停止使用，隔一段时间要通电一次。
这是因为________在起作用，前者是为了________________，后者是为了_______________。
【答案】电热避免电热造成危害利用电热驱潮
【解析】电视机连续使用时间较长，会产生大量的热，停用一会可以散热，是为了避免电热造成危害；
家用电器若长时间停用，应隔一段时间通用一次，这样做可以利用电热来驱潮。
4．家庭电路中，电风扇和照明灯是_____（填“串联”或“并联”）的，用久后扇叶上沾满灰尘，是由于带电体具有_____的性质。
电炉丝热的发红，而与之相连的导线却几乎不发热，根据焦耳定律可知，是因为电炉丝的_____大。
【答案】并联吸引轻小物体电阻
【解析】由于家庭电路中的电风扇和照明灯是互不影响的，所以是并联的关系；
扇叶和空气摩擦，扇叶带了电，由于带电体能吸引轻小物体，所以灰尘被吸在扇叶上。
家用电炉通电正常工作后，电炉丝热的发红，而与之相连的导线却不热，是因为电炉丝电阻大，根据焦耳定律可知，在电流相等和通电时间相同时，产生的热量多；
1、已知定值电阻R1：
R2=1：
3，若把它们并联在同一电路中，通电后，加在它们两端的电压之比U1：
U2=_______，通过它们的电流之比I1：
I2=_______；
若把它们串联在同一电路中，通电1min，R1、R2产生的热量之比Q1：
Q2=_______。
【答案】1:
13:
11:
3
（1）因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，加在它们两端的电压之比
；
两电阻并联时通过的电流之比：
（2）因串联电路中各处的电流相等，
所以，通电1min
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