焦耳定律公开课幻灯片

,第十八章 电功和电功率 第四节 焦耳定律,复习回顾,1、电流做功的过程的本质是 过程。,2、说出你知道的计算电功的公式。,3、对下面的用电器进行分类,A：日光灯 B：暖手宝C：手电筒 D： 洗衣机 E：可充电玩具小汽车 F：电扇 G：电饭煲 H：电视机 I：取暖器 J：电吹风 K：饮水机,第一类： 第二类： 第三类：,电能转化为其它形式能量的,W=Pt=UIt=U2/R t=I2Rt,家中常用的电热器,看一看,热得快,电暖气,电熨斗,电热毯,想一想,定义：电流流过导体时，导体就要发热，这种现象叫做电流的热效应。电流的热效应是电流的基本效应。,1、电流流过导体时，导体产生的热量的多少与哪些因素有关呢？,现象： 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？,根据此现象，你能做出怎样的猜想？,why ？,合理猜测1,why ？,合理猜测2,根据此现象，你又能做出怎样的猜想？,跟电流有关,跟电阻 有关,跟时间有关,合理猜测,实验名称：,实验方法：,实验猜想：,研究电流通过导体产生的热量Q 跟电流大小I，电阻R和通电时间t的关系。,实验设计：,1、如何在实验中展示出电流产生的热量Q的多少？ 2、如何控制电流大小I相同？ 3、如何控制电阻R的大小不变？ 4、通电时间t比较好控制。,控制变量法,探究电流产生的热量跟哪些因素有关？,制定方案,1、如何控制电流相同？,让电阻串联,2、如何控制电阻大小相同？,用2个相同的电阻,返 回,探究如何控制 I、R、t,电流通过导体产热,其中所产生的热量既看不见 也摸不着，如何测量呢？,产生的热量既看不见也摸不着的科学量,既液面的高度变化看得见也能测量的科学量,转化,转化,（转化法）,寻找观察电热的方法,电阻丝,结论：,实验验证1,探究一：电热多少与电阻大小的关系,电阻丝,结论：,实验验证2,探究二：电热多少与通电时间的关系,电阻丝,结论：,实验验证3,探究三：电热多少与电流大小的关系,1.内容：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，跟通电时间成正比.,2.公式： Q = I2Rt,3.单位：I-安，R-欧，t-秒，Q-焦.,注意：热量跟电流的平方成正比，若通过一个用电器的电流增加到3倍时，它产生的热量增大到 倍,9,英国物理学家焦耳做了大量的实验，于1840年最先精确地确定电热跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律.,得出结论,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 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。焦耳逝世后，为了纪念焦耳，人们把功和能的单位定为焦耳。,焦 耳,电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关?,演示实验,实验装置,实验1：研究电热与电阻关系,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。,实验2：研究电热与电流关系,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。,根据电功公式和欧姆定律推导焦耳定律.,纯电阻电路：W=Q=Pt=UIt=U2/R t=I2Rt,非纯电阻电路：WQ (WUIt =W其他Q),焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，对只存在电流热效应的电路也可用Q =W = UIt = Pt = U2 t/R 来计算热量.,Q = W = UIt = I2Rt,又W = UIt,若电流做的功全部用来产生热量即Q = W,注意：,交流讨论,1、当0.2安的电流通过一金属线时产生的热量为Q1，若使通过的电流增加到0.4安时，在相同的时间内产生的热量为Q2，那么Q2是Q1的 ( ) A、2倍 B、4倍 C、0.25倍 D、0.5倍,B,2、两个电热器的电阻之比为43，通过相同的电流，在相等的时间里产生的热量之比为_；若两个电热器的电阻相同，通过的电流强度为13，在相等的时间里产生的热量之比为_。,43,19,3、某电热器电阻丝的电阻是2欧，当1安的电流通过时，1分钟产生的热量是多少焦？,解：Q= I2Rt=(1A)2 × 2 × 60S=120J,制电热器（要求电热丝材料电阻率大、熔点高） 制白炽灯,电流热效应的利用和预防,常见的电热的应用,电炉,电热毯,热得快,电热水壶,电暖气,电熨斗,电热的预防,计算机显示器的散热孔,计算机CPU的散热风扇,提出问题,电流通过电热器所产生的热量多少与哪些因素有关？,科学探究的过程,合理猜想,实验验证,制定方案,得出结论,交流讨论,电流通过电热器所产生热量的多少可能与I、R、T有关。,控制变量法、转换法。,猜想正确，Q与I、R、T有关,Q = I2Rt,纯电阻电路中W=Q；非纯电阻电路WQ,1,2,3,焦耳定律：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，跟通电时间成正比.,公式： Q = I2Rt,纯电阻电路：W=Q=Pt=UIt=U2/R t=I2Rt,非纯电阻电路：WQ (WUIt =W其他Q),电热的好处是可以制作各种电热器；坏处是浪费不必要的电能甚至可能引发火灾。,1、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）根据控制变量法的研究思想，应 该使这两个烧瓶中煤油的质量 ,（2）实验中，发现烧瓶B中温度计的示数升高的快这表明： 在 和通电时间相同的情况下，导体的电阻越 ，电流产 生的热量越 。,相等,电流,大,多,R,R,2、研究电热与电流的关系，那么就要控制 和通电时间不变。所以就设计以上的电路，用了相同的 电热丝来保证电阻相同。那么怎样使并联的两个电阻电流不同呢？ 。 最后发现：电流大的那个支路，煤油的示数上升的快。所以表明 在电阻和通电时间相同的情况下，导体的电流越 ，电流产生的 热量越 。,R,R,电阻,移动滑动变阻器的滑片,大,多,1）为什么选用煤油，而没有用水？（ ）,3、实验中，几个重要的问题，你能回答出来吗？,3）通过什么样的连接方式可以使阻值不同的电阻丝保持相同的电流？,2）本实验电流产生热量的多少是通过什么方式来表明的？,A因为煤油有颜色便于观察 B因为煤油有比较大的热值 C因为煤油是绝缘体、可以增强实验的安全性 D因为煤油有比较小的比热容,C、D,4.电热器:利用电流做功将 能转换为 能的装置.,5.电热器的原理: 利用电流的 制成的加热设备。 电热器主要组成部分是 。它是由电阻率 。熔点 的合金丝制成的加热设备。,电,内,热效应,发热体,大,高,【练习6】：下面各种用电器的额定功率均为100W，当它们都正常工作时，单位时间内电流产生热量和做的电功说法正确的是（ ）,1、电扇 2、灯泡、3、电饭煲 4、电脑,：因为功率相同，所以产生热量和所做的电功都相等。 ：电饭煲产生的热量最多，做的电功都相等。 ：电饭煲产生的热量最多，做的电功也最多。 ：电饭煲和灯泡产生的热量和所做电功一样多。,B,【练习7】：为了研究温度对种子发芽的影响,课外活动小组要做一只电烘箱,要求在10min内产生6×104J的热量,接用的是家庭电路,请计算一下这只电烘箱电热丝的电阻是多少?,解：因为是纯电阻电路，所以 Q=W= I2Rt=U2 /R×t 即： R=U2 /Q×t =(220V)2 / (6×104J )×10 × 60S =484,【练习8】：某小电动机正常工作时的电压为12V，正常工作时的电流为2A，经检测，该电动机的绕线电阻为2。求（1）该电动机正常工作5S产生的热量Q （2）该电动机的效率。,解（1）Q=I2Rt=（2A）2×2 ×5S=40J （2）电动机5S内做的电功 W=UIt=12V×2A×5S=120J 其中机械功： W机=W-Q=120J-40J=80J 机械效率：=W机/W=80J/120J=66.7%,【练习8】：某电动机标有“6V1A”字样，能在10S内将质量为1Kg的砝码提升4.8米，求（1）该电动机的效率（2）电动机的电阻R,（2）因为电动机是非纯电阻电路，所以 Q=W×20% =(6V×1A×10s) ×20 % =12J R=Q/I2t =I2J/(1A)2 ×10S=1.2,解：（1）=W机/W电=Gh/UIt =(1Kg×10N/kg×4.8m)/(6V×1A×10s) =80%,小知识 -勿将空调靠近窗帘,祝大家学习进步 再见,如图是一个电热毯的简化电路图，电源电压为220V，R1是发热电阻，R2是阻值为616的分压电阻，S是控制电热毯工作状态的开关。S转到触点1为断开状态；S转到触点2为低温状态；S转到触点3为高温状态，此时功率为100W。求： （l）当开关S转到触点3时。电热毯的发热电阻R1是多少？ （2）当开关S转到触点2时， 通过电路的电流是多少安？ 发热电阻R1消耗的功率是 多少瓦特？,