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6.3焦耳定律教科版动画课件

发布时间:2013-12-14 12:39:44  

?6.3 焦耳定律

12/14/2013

12/14/2013

感受生活

电流的热效应
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。

思考? 产生的 热量 与哪些 因素 有 关呢?

……
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科学探究的过程 提出问题 合理猜测
电流通过电热器所产生的热量多少与哪些因素有关?

猜想依据

制定计划 实验验证
得出结论

交流讨论
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合理猜测

why ?
烫手
不烫手

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现象:

why ?

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,你能提出什么问题?

合理猜测

why ?

着火了!

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合理猜测

跟电阻 有关
不烫 手

烫 手

跟电流 有关
跟时间有关
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制定计划 探究实验:探究电流的热效应跟哪些因素有关 ? 实验目的: 实验方法: 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。

控制变量法

1、如何在实验中展示出电流产生的热量 设计实验: 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。
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观察电热的方法:
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?

(转化法)
让电流产生的热 量被气体吸收, 通过观察气体的 热膨胀(观察玻 璃管内的水柱升 降或者温度计示 数大小)来测量。

既看不见 也摸不着 的科学量

转化

既看得见 也能测量 的科学量

转化

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观察电热的方法:

方法二

(转化法) 方法三 电热丝发热, 点燃火柴

电热丝发热使 煤油升温而膨胀
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控制 I、R、t
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

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实验验证

探究一:产热多少与电阻大小的关系

R2
电阻丝

R1
结论:
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演示
在电流、通电时间相同时,阻值



的电阻产生的热量多。 R1 ? R2

实验验证

探究二:电热多少与通电时间的关系

R
电阻丝

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在电流、电阻相同时,通电时间 结论: 生的热量多。

R

演示



的产

实验验证

探究三:产热多少与电流大小的关系

R

'

R
演示
电阻丝

结论:
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R在通电时间、电阻相同时,电流越

的产生的热量多。

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电热的影响因素 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 A 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 B 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 相等 . (2)实验中,

发现烧瓶B中温度计的示数升高的快.这表明: 在 电流 和通电时间相同的情况下,导体的电阻越 大 ,电流产 生的热量越 多 。

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R R
R R

研究电热与I的关系,那么就要控制 电阻 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? 移动滑动变阻器的滑片 。 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 大,电流产生的 热量越 多 。
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实验中,几个重要的问题,你能回答出来吗? 1、为什么选用煤油,而没有用水?( D )

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.因为煤油有比较小的密度 D.因为煤油有比较小的比热容
2、本实验电流产生热量的多少是通过什么方式来 表明的? 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?

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实验分析
1

在通电电流和通电时间相同时,电阻越大, 电流产生的热量越多.
在通电电流和电阻相同时,通电时间越长, 电流产生的热量越多. 在电阻和通电时间相同时,电流越大, 电流产生的热量越多.

2

3

进一步的研究表明产生的热量与电流的 平方成正比.
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得出结论
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.

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 9 倍
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得出结论

根据电功公式和欧姆定律推导焦耳定律.
若电流做的功全部用来产生热量即Q = W 又∵W = UIt

∴Q = W = UIt = I2Rt
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.

注意:
纯电阻电路:W=Q=Pt=UIt=U2/R t=I2Rt 非纯电阻电路:W>Q (W=UIt =W其他+Q)
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交流讨论
前面两个现象的解释
1

第一个为什么 灯泡和导线是串联, 灯泡的电阻大比导线的 电阻大

烫 手

不烫 手

2

第二个为什么 干路的电流等于 各个支路的电流之和

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电热的应用
1.电热器:

利用电流做功将 电 能转换为 内 能的装置.
2.电热器的原理:

利用电流的 热效应 制成的加热设备。 电热器主要组成部分是 发热体 。它是由电阻 率 大 。熔点 高 的合金丝制成的加热设备。
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常见的电热的应用
热 得 快

电炉

电热水壶

电热毯
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3

电暖气

电熨斗

电流热效应的利用
?制电热器(要求电热丝材料电阻率大、熔点高) ?制白炽灯

?制保险丝(要求保险丝材料电阻率大、熔点低)
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电热的预防

计算机显示器的散热孔

计算机CPU的散热风扇

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电热的预防
无用的电流热效应应尽量减少
? 导线上的热损耗应尽量减少。 ? 家用导线一般用电阻率很小的铜或者铝导线 ? 电路板中,用铜箔或者银箔做导线,减小电阻。

? 高压导线又都是采用升高电压减少电流的方法来减少热损耗。
? 有些电器加装风扇或者散热片、散热孔。

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使用常识:防火灾 ----勿将空调靠近窗帘

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【练习1】: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 × 2Ω × 60S =120J

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【练习2】: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? 【练习3】:标有“220V 100W”的白炽灯 正常工作时,在1min内将产生多少热量?将 消耗多少电能?若接在55V的电路中呢?
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【练习4】:

两个电热器的电阻之比为4︰3,通 过相同的电流,在相等的时间里产 4︰3 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1︰3,在相等的时间里产生的热 1︰9 量之比为______。

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【练习5】: 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 ( ) B A、2倍 C、0.25倍 B、4倍 D、0.5倍

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6、一电动机线圈的电阻为1Ω,线圈两端所加电压为2V时,电流 为1A,电动机正常工作。 (1)电动机正常工作时的能量转化? (2)电动机正常工作1min所产生的电能为多少J? (3)电动机正常工作1min所产生的电热为多少J? (4)电动机正常工作1min所提供的机械能为多少? (5)如果想让电动机的电能全部转化为内能,可以怎样实施?

×× × ×
Q=UIt 【定义式】 Q=Pt
欧姆定律

非纯电阻电路的电热(Q)计算:Q<W【电能少部分转化为内能】

U I? R

U2 t 导出式: W= R

代换法

对于非纯电阻电路:计算电热只有一个公式:Q=I2Rt 计算电能只有一个公式:W=UIt 计算机械能只有一个公式:W机械=W—Q

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7、 如图所示,电源电压220伏,R是电烙 铁,标有“220V,40W”字样;L是电灯泡, 标有“PZ220—40”字样.当开关S闭合时,电 烙铁每分钟产生的热量是______焦,当开关 S断开时,电烙铁的实际功率是__瓦;开关S 断 开后,整个电路工作__小时消耗1千瓦时 电能.


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8、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616Ω 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Ω? (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?
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9、CFXB型“220V 1100W”电饭煲的原理图如图所 示,它有高温烧煮和焖饭、保温两挡,通过单刀 双掷开关S进行调节,R0为电热丝.当开关S接高 温烧煮挡时,电路的功率为1100W,当开关S接焖 饭、保温挡时,电路的总功率为22W.(1)电饭 煲在高温烧煮挡时,开关S应与哪个触点连接? (2)电热丝R0的阻值多大?(3)当电饭煲在正 常焖饭、保温时电路中的电流多大?焖饭、保温 10min,电热丝R0产生的热量为多少?

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焦耳: 焦耳在1818年12月24日生于英国曼彻



斯特,他的父亲是一个酿酒厂主.焦耳自幼 跟随父亲参加酿酒劳动,没有受过正规的教

育。青年时期,在别人的介绍下,焦耳认识
了著名的化学家道尔顿.道尔顿给予了焦耳 热情的教导.焦耳向他虚心的学习了数学、

哲学和化学,这些知识为焦耳后来的研究奠
定了理论基础.1840年,焦耳把环形线圈放 入装水的试管内,测量不同电流强度和电阻时的水温.通过这一实验,他发 现:导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正 比.四年之后,俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果,从而进一步验 证了焦耳关于电流热效应之结论的正确性.因此,该定律称为焦耳—楞次定 律.焦耳活到了七十一岁.1889年10月11日,焦耳在索福特逝世.后人为了纪 念焦耳,把功和能的单位定为焦耳.
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