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[!--downpath--]這是人民教育版九年級課本第4節(jié)焦耳定理優(yōu)秀講義ppt。 9個配套教學(xué)資源9講，其中9講包括時間與熱的關(guān)系wmv、熱效應(yīng)wmv、焦耳定理flv、猜想wmv、電流與熱的關(guān)系wmv、電阻與熱的關(guān)系wmv，其中其中PPT有46頁。 歡迎下載使用。
1、了解電壓的發(fā)熱效應(yīng)。 2.了解焦耳定理的內(nèi)容、公式、單位及應(yīng)用。 3、了解使用場所和技巧，避免電熱。 4.進一步理解焦耳定理。
生活中，很多家用電器在通電后，都會伴隨發(fā)熱現(xiàn)象。 請舉個例子。
當(dāng)電壓通過導(dǎo)體時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 這些現(xiàn)象稱為電壓熱效應(yīng)。
實驗一：研究電熱與內(nèi)阻的關(guān)系
電壓通過導(dǎo)體時產(chǎn)生多少熱量與什么原因有關(guān)？
電壓通過導(dǎo)體時形成的熱量與時間的關(guān)系
在電阻和電壓一定的情況下，通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量就越多。
電壓通過導(dǎo)體時形成的熱量與內(nèi)阻的關(guān)系
在通電時間和電壓相同的情況下，內(nèi)阻的阻值越大，形成的熱量就越多。
電壓通過導(dǎo)體時形成的熱量與電壓大小的關(guān)系
在通電時間和內(nèi)阻相同的情況下，通過內(nèi)阻的電壓越大，形成的熱量就越多。
焦耳（James Jule，1818-1889），美國化學(xué)家。 在過去的 40 年里，人們進行了 400 多次實驗來研究熱與功之間的關(guān)系。 通過大量實驗，1840年首次準(zhǔn)確確定了電壓產(chǎn)生的熱量與電壓、電阻和通電時間的關(guān)系。
電壓通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電壓的平方成反比，與導(dǎo)體的電阻成反比，與通電時間成反比。
焦耳定理適用于任何家用電器的熱量估算，Q=W=UIt=Pt=U2/Rt也可用于估算只有電壓熱效應(yīng)的電路的熱量。
純內(nèi)阻電路：W總=Q放=Pt=UIt=U2/Rt=I2Rt
非純內(nèi)阻電路：>Q（=UIt=+Q）
(1)純內(nèi)阻家用電器：當(dāng)電壓通過導(dǎo)體時，將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能的家用電器，如燉鍋、電爐等單純用于取暖的家用電器。
(2)非純內(nèi)阻的家用電器：當(dāng)電壓通過導(dǎo)體時，只有部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，如電動吊扇、電視機等家用電器。 電能被轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。
用Q=t求純內(nèi)阻電路中的電熱
1、當(dāng)電壓通過導(dǎo)體時，如果電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而不同時轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，則電壓產(chǎn)生的熱量Q等于消耗的電能W，即即，Q=W=UIt=I2Rt 如：電暖器、烤箱、電爐等。
2、風(fēng)機工作時消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機的機械能：
【例1】冬天，王剛的朋友在使用電熱毯時發(fā)現(xiàn)電熱毯有低溫塊和高溫塊，于是設(shè)計了電熱毯的模擬電路圖A和B（取暖電線相當(dāng)于電熱毯的內(nèi)部發(fā)熱電阻）。
(1)圖A中有定值內(nèi)阻R1(置于電熱毯外側(cè))和電熱絲R2，請說明開關(guān)S1、S2應(yīng)處于什么狀態(tài)才能使電熱毯保持高溫？ 并寫出電熱毯在高溫下的發(fā)熱功率的表達式。
分析：所謂“檔位”問題，一般是在恒流條件下改變電路內(nèi)阻，從而改變家用電器的電功率，所以常用公式P=U2/R來判斷，R越大，P越小，為低檔； R越小，P越大，就是高檔位。
解決方法：（1）S1閉合，S2斷路； 電熱毯高溫加熱功率：
(2)圖B中有兩根電熱絲R2、R3，請說明開關(guān)S1、S2應(yīng)處于什么狀態(tài)才能使電熱毯保持低溫？ 并寫出電熱毯在低溫下的發(fā)熱功率的表達式。
(2) S1、S2均閉合； 電熱毯低溫加熱功率：
(3) 請強調(diào)你認為較好的電路，并說明理由。
較好的電路是B純電阻電路焦耳定律，因為在A電路中，R1放在電熱毯外面，高溫阻斷時R1會發(fā)熱，浪費電能。
額定電流相同的燈泡，額定功率越大，內(nèi)阻越小，正常工作時單位時間發(fā)熱量也越大。 而根據(jù)焦耳定理，內(nèi)阻越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量就越多。 兩者其實是矛盾的，這是怎么回事？
答：后者說的是內(nèi)阻越小，正常工作時單位時間內(nèi)發(fā)熱量越大，前提是電流相同； 而前者說的是內(nèi)阻越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，前提是電壓相同，兩者并不矛盾。 所以在應(yīng)用公式的時候要特別注意條件。
當(dāng)電壓通過導(dǎo)體時，使導(dǎo)體只產(chǎn)生熱量的家用電器依靠電壓的熱效應(yīng)。 這類家用電器稱為電暖器，電暖器的主要部件是發(fā)熱體。
電取暖器的優(yōu)點：清潔衛(wèi)生，無環(huán)境污染，熱效率高，可方便地控制和調(diào)節(jié)體溫。
很多時候，我們都不希望電器的本體溫度過低。 例如：電視機后蓋有很多通風(fēng)散熱孔； 筆記本在運行時需要使用微型風(fēng)扇及時散熱等等。
1、降低內(nèi)阻（更換導(dǎo)線） 2、促進散熱（散熱孔、散熱片、散熱風(fēng)扇等）
輕則被家用電器燒毀； 如果它很重，會引起火災(zāi)。
電功是指電壓通過電路所做的功。 它的大小表示電路消耗電能的多少，也表示有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。 電熱是指電壓通過電路做功，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分。 兩者的含義不同，是兩個不同的概念。
①在純內(nèi)阻電路中，電壓所做的功只是轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電路消耗的電能與產(chǎn)生的內(nèi)能在數(shù)值上是相等的，即W=Q，如電燈，電爐、電暖器、電熨斗等。 ②在非純內(nèi)阻電路中，如富電機、電解槽等，電壓所做的功一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，大部分轉(zhuǎn)化為機械能。 通過線圈內(nèi)阻R的電壓仍然使線圈發(fā)熱，形成熱量Q=I2Rt，但此時Q≠W，但Q<W，即W=Q+機械能。
例2 電機線圈的內(nèi)阻為1Ω，當(dāng)線圈兩端的電流為2V，電壓為0.8A，此時電機工作正常。 (1)在計算電機正常運行1分鐘所消耗的電能時，有兩種不同的解法：小明的解法：W=UIt=2V×0.8A×60s=96J； 小華的解法：W=I2Rt=( 0.8A)2×1Ω×60s=38.4J 哪位朋友覺得對，請評判并說明理由。 (2)電機正常運轉(zhuǎn)1分鐘所轉(zhuǎn)換的機械能是多少？
解法：（1）小明的解法正確。 由于電機是一個非純內(nèi)阻電路，其電壓、電流和電阻的關(guān)系不滿足歐姆定理，所以含有電機的電路不能用含有歐姆定理的推導(dǎo)公式計算電功率。
(2)電機在1min內(nèi)形成的電熱為：Q=I2Rt=(0.8A)2×1Ω×60s=38.4J； 1min內(nèi)，該電機轉(zhuǎn)化的機械能為：W機=WQ=96J-38.4 J=57.6J
例3 小明家買了一個低、中、高三檔電烤箱，如圖所示為簡化的內(nèi)部電路圖，開關(guān)S1可分別與觸點a、b接通。 已知：R1=48.4Ω，R2=96.8Ω，電源電流不變。 請分析并回答下列問題：
(1)當(dāng)開關(guān)S1置于b端，S2斷開時，電烤箱處于第幾檔？ 解釋為什么。 (2) 電烤箱在中間檔位工作時，消耗多少電能？ (3) 電烤箱在高檔工作時，加熱食物6分鐘，耗電量是多少？
解決方法：（1）低檔。 當(dāng)開關(guān)S1置于b端，S2斷開時，內(nèi)阻R1、R2串聯(lián)，電路中阻值最大。 可見此時電功率最小，為低檔。
(2)當(dāng)開關(guān)S1置于b端，S2閉合時，處于中間檔位，電烤箱消耗的電功率為
電烤箱消耗的電能W=P總t=1.5×103W×6×60s=5.4×105J
(3) 當(dāng)S1置于a端，S2閉合時，電烤箱處于高速檔，內(nèi)阻R1和R2并聯(lián)，電烤箱消耗的總功率為
例4是如圖所示的烤箱實物圖，圖A是其內(nèi)部電路圖，圖B是簡化電路圖。 具有“高溫煮飯”和“燜飯、保溫”兩檔，由溫控開關(guān)手動控制。 烹調(diào)時，先按下溫控開關(guān)按鈕； 當(dāng)達到設(shè)定的濕度時（米飯已經(jīng)蒸熟），按鈕會手動彈出。
(1) 對比觀察圖(A)和圖(B)，當(dāng)溫控開關(guān)按鈕未按下時純電阻電路焦耳定律，“烹調(diào)回路部分”與“保溫回路部分”的關(guān)系為_____（選配） “串聯(lián)”或“并聯(lián)”）； 按下溫控開關(guān)按鈕，“烹調(diào)電路部分”電流為____V，“保溫電路部分”將（選擇“工作”或“不工作”）； 溫控開關(guān)按鈕彈響 啟動后，電路中的電壓比之前_____（可選填“大”或“小”）。
(2)按下溫控開關(guān)按鈕時，烘箱電路總功率為1100W。 求：“烹調(diào)電路部分”的內(nèi)阻R1。
當(dāng)按下溫控開關(guān)按鈕時，電路中只有R1工作。
(3)溫控開關(guān)按鈕彈起后，烤箱電路總功率為44W。 求：①電路中的電壓； ②“絕緣電路部分”的內(nèi)阻R2。
當(dāng)溫控開關(guān)按鈕彈起時，R1、R2串聯(lián)。
R2=-R1=1100Ω－44Ω=1056Ω
(4) 可知，只有當(dāng)指示燈和限流器兩端的電流與電源相差不大時，指示燈才會發(fā)光。 請說明溫控開關(guān)按鈕彈起時紅燈不亮黃燈亮的原因，通過相關(guān)估算分析。
當(dāng)溫控開關(guān)按鈕彈起時，R1、R2串聯(lián)。 由于U1=I′R1=0.2A×44Ω=8.8V<<=U－U1=220V-8.8V=211.2V≈220V，所以紅燈滅，黃燈亮。
1、標(biāo)有“220V，2A”的電機，其線圈內(nèi)阻為5Ω。 正常工作一分鐘，耗電量是多少？ 線圈中形成了多少熱量？ 如果沒有其他能量損失，則獲得多少機械能？
解：功耗為：W total=UIt=220V×2A×60s=
線圈中形成的熱量為：Q=I2Rt=(2A)2×5Ω×60s=1200J
得到的機械能為：W機=W總-Q=-1200J=
Q=I2Rt=(0.6A)2×60W×300s=6480J
2、在36V電源兩端接一根60Ω內(nèi)阻線，5分鐘會產(chǎn)生多少熱量？
答：5分鐘內(nèi)總共形成6480焦耳的熱量。
3、下列情況不屬于避免電熱危害的是（） A.電視機后蓋有很多孔 B.筆記本機箱內(nèi)有一個小吊扇 C.電機殼內(nèi)有很多散熱片 D.電器長期不用，偶爾通電
分析：如果電器長期不用，上面可能會積聚一些冷空氣，加速電器的腐蝕和老化。 應(yīng)每隔一段時間通電一次，借助電壓的熱效應(yīng)排除電器內(nèi)的冷氣。 前三項措施可以促進散熱，避免因電熱導(dǎo)致家電溫升過低帶來的危害。
在本課中，我們學(xué)習(xí)了電熱形成的原因、影響電熱形成量的因素、焦耳定理以及純內(nèi)阻電路中電熱的估算。 在設(shè)計實驗的時候，一定要有控制變量的思想。 在解釋一個化學(xué)量與另一個數(shù)學(xué)量的關(guān)系時，一定要指出條件。 在數(shù)量不變的情況下，存在這樣的關(guān)系，使得我們可以 表達的越來越嚴(yán)格。 同時學(xué)習(xí)了電加熱的使用和避免，以及電加熱的綜合應(yīng)用。 電加熱廣泛存在于生產(chǎn)和日常生活中。 要從應(yīng)用和危害兩個方面認識電暖氣，注意辯證分析問題。 同時，要善于觀察生活，以理論指導(dǎo)實踐，領(lǐng)悟生活中的科學(xué)。
1.從課后習(xí)題中選擇； 2.完成練習(xí)冊上的練習(xí)。
（詳見教材P102動腦學(xué)數(shù)學(xué)）
1、導(dǎo)體內(nèi)阻為2Ω，通2A電壓時，1分鐘內(nèi)形成多少焦耳熱？
解：Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×60s=480J。
2、額定功率為450W的電飯煲在額定電流下使用，每分鐘會產(chǎn)生多少熱量？
解：Q=W=Pt=450W×1×60s=2.7×104J。
3、電烙鐵的額定電流為220V，在額定電流下工作時的內(nèi)阻為1210Ω。 它的額定功率是多少？ 電流通電10分鐘會產(chǎn)生多少熱量？
形成的熱量Q=W=Pt=40W×10×60s=2.4×104J
4、某校師生制作電烤箱。 電烤箱內(nèi)阻絲通過5A電壓時，每分鐘可形成6.6×104J的熱量。 求此電烤箱工作時的電功率和內(nèi)電阻絲的內(nèi)阻值。
5、電壓的熱效應(yīng)有時對我們是有益的，我們利用它； 有時它對我們是有害的，需要減少電壓產(chǎn)生的熱量，或者盡快補充產(chǎn)生的熱量。 (1)列舉兩個在生活或生產(chǎn)中利用電壓熱效應(yīng)的例子； (2) 列舉在生活或生產(chǎn)中為避免電壓熱效應(yīng)危害所采取的兩種措施。
解決辦法：（1）比如燉鍋、電熱水器是靠電壓的熱效應(yīng)加熱的。 (2)電視機后蓋有很多通風(fēng)散熱孔； 電機外殼有許多翼形散熱片。 使用時，連在轉(zhuǎn)軸上的扇葉也將空氣吹向散熱片。 這個措施是為了降溫。
6、在家庭電路中，有時線材粗細不夠，需要連接兩根線，而連接處往往比其他地方更容易發(fā)熱，加速老化，甚至引起火災(zāi)。 為什么？
解決方法：導(dǎo)線互連處電阻大。 根據(jù)電壓的熱效應(yīng)與內(nèi)阻的關(guān)系，所接電路的內(nèi)阻越大，產(chǎn)生的熱量就越多，溫度也越高。 這樣的長期工作會加速老化，甚至引起火災(zāi)。