滬粵版九年級(jí)上冊(cè)物理 【學(xué)案】15.4 探究焦耳定律

15.4.1 電流的熱效應(yīng)1.敘述什么是電流的熱效應(yīng)及電熱現(xiàn)象的實(shí)質(zhì),敘述焦耳定律.2.經(jīng)歷分析論證電熱現(xiàn)象跟導(dǎo)體電阻之間關(guān)系的過程,體驗(yàn)科學(xué)思維方法.3.重點(diǎn):體會(huì)電流熱效應(yīng)與電阻的關(guān)系,經(jīng)歷電熱的應(yīng)用.4.能從利弊兩個(gè)方面認(rèn)識(shí)電熱現(xiàn)象,體驗(yàn)辯證的思想觀點(diǎn)分析問題.一、通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)1.事實(shí)表明,電流通過導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體總是會(huì)發(fā)熱的,物理學(xué)中把這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng).說明電流在工作過程中消耗的電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能. 2.課本活動(dòng)1中, A、B兩個(gè)燒瓶中盛有等量的煤油.溫度計(jì)測(cè)量煤油的溫度.若A中的金屬是銅絲,則電阻R較小,若B中金屬絲是鎳鉻合金絲,則電阻R比較大,A、B兩個(gè)電阻絲串聯(lián)在電源上,這樣做的目的是使通過它們的電流相等.通電一定時(shí)間后,比較兩瓶中煤油溫度的變化量,若B瓶中煤油溫度變化量tB大,說明了在電流、通電時(shí)間相等的情況下,電阻越大,產(chǎn)生的熱量越多.實(shí)驗(yàn)中采用了控制變量法,相等的量有電流、時(shí)間,變化的量有電阻.實(shí)驗(yàn)中將電阻絲放熱多少的問題,轉(zhuǎn)換為煤油溫度變化量大小的問題,這種研究方法叫做轉(zhuǎn)換法. 3.通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體的電阻通過導(dǎo)體中的電流以及通電時(shí)間有關(guān). 二、焦耳定律4.英國(guó)物理學(xué)家焦耳總結(jié)出電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量,跟電流的平方成正比、跟導(dǎo)體的電阻成正比、跟通電時(shí)間成正比. 5.用公式表示:Q=I2Rt. 公式中各物理量的意義和單位:I表示電流,單位A;R表示電阻,單位;t表示時(shí)間,單位s;Q表示熱量,單位J. 6.某導(dǎo)體的電阻是2 ,通過2 A的電流時(shí),1 min產(chǎn)生多少焦耳的熱量?解:Q=I2Rt=(2 A)2×2 ×60 s=480 J.7.利用Q=I2Rt理論推導(dǎo)解釋“電爐工作時(shí),電爐絲熱的發(fā)紅,而和它串聯(lián)的導(dǎo)體卻幾乎不發(fā)熱”這一現(xiàn)象.答案電爐內(nèi)的電爐絲與外部的導(dǎo)線是串聯(lián)的,通過它們的電流相等,但是導(dǎo)線的電阻遠(yuǎn)小于電爐絲的電阻,故根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知,在電流、通電時(shí)間相同的情況下,電阻越大產(chǎn)生的熱量越多,故導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)小于電爐絲產(chǎn)生的熱量.三、電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與控制8.列舉現(xiàn)實(shí)生活生產(chǎn)中電熱的利用與防止的事例.答案(1)電熱器是利用電流的熱效應(yīng)制成的加熱設(shè)備,如:電熱水器、電爐、電熱毯等.(2)電熱的防止:在用電器上開散熱窗、加散熱片、安裝電風(fēng)扇,都是為了散熱.9.據(jù)報(bào)道:近年來有許多重大火災(zāi)都是因線路連接處接觸不良造成的,教訓(xùn)十分深刻.當(dāng)線路連接處接觸不良時(shí),該處的電阻將增大,造成局部過熱,接觸處的電阻又將隨著溫度的升高而增大,從而形成電熱的逐步積累,以致引發(fā)火災(zāi).(均選填“增大”、“減小”或“不變”) 1.電流的熱效應(yīng)我們不方便比較,但是可以通過溫度或熱脹冷縮來直觀的比較熱效應(yīng)的強(qiáng)弱.提出問題:通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多少與什么因素有關(guān)? 猜想假設(shè):可能與導(dǎo)體的電阻、電流以及通電時(shí)間有關(guān). 2.用什么器材去測(cè)量本實(shí)驗(yàn)中的物理量?實(shí)驗(yàn)中要觀察什么?答案溫度計(jì).溫度計(jì)升高的示數(shù),電流產(chǎn)生的熱量越多,溫度計(jì)示數(shù)升高得越高.3.用同種材料制成兩段長(zhǎng)度相等、橫截面積不同的圓柱形導(dǎo)體,甲比乙的橫截面積大,如圖所示.將它們串聯(lián)在電路中,通電一段時(shí)間后,比較甲、乙兩導(dǎo)體升高的溫度,下列說法中正確的是(B)A.甲導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多B.乙導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多C.甲、乙兩導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量相同 D.條件不足,無法判斷4.焦耳定律公式的運(yùn)用:(1)某導(dǎo)體的電阻是2 ,通過2 A的電流時(shí),10 s產(chǎn)生多少熱量?解:Q=I2Rt=(2A)2×2 ×10 s=80 J.(2)某導(dǎo)體的電阻是1 ,通過200 mA的電流時(shí),多少min產(chǎn)生熱量24 J? 解:Q=I2Rt得:t=600 s=10 min.(3)某導(dǎo)體的電阻是1 ,通過多少 mA的電流時(shí), 5 min能產(chǎn)生12 J的熱量? 解:由Q=I2Rt得:I=0.2 A=200 mA.5.電熱器是利用電來加熱的設(shè)備,你認(rèn)為電熱器的主要工作部分是什么?它的特點(diǎn)是什么?電熱器有哪些優(yōu)點(diǎn)?答案電熱器的主要工作部分是發(fā)熱體,它是用電阻大、熔點(diǎn)高的金屬電阻線繞在絕緣材料上制成的.它的優(yōu)點(diǎn)是清潔、無污染、熱效率高,且便于控制和調(diào)節(jié).6.為什么在制作和使用電器時(shí)要采取有效措施進(jìn)行散熱?小組內(nèi)討論交流.你的答案是用電器中通過電流時(shí)產(chǎn)生的熱,會(huì)使導(dǎo)體的溫度升高,使用電器不能正常工作,并且使絕緣材料迅速老化,造成危害. 7.電流通過電爐時(shí)的發(fā)熱狀況與通過電視機(jī)時(shí)的一樣嗎?答案不一樣.8.電流通過導(dǎo)體時(shí),如果消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為熱能,而沒有同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量時(shí)(即電路為純電阻電路),那么,電流產(chǎn)生的熱量Q=W.