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初中物理第四节 科学探究：电流的热效应优质ppt课件
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这是一份初中物理第四节 科学探究：电流的热效应优质ppt课件，共31页。PPT课件主要包含了情景引入观察，情景引入思考，什么是电流的热效应，电流的热效应，①电功与电热的区别，②电功与电热的联系，电能内能，QI2Rt，6480J，电热的利用和防止等内容，欢迎下载使用。
①导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？
②点亮的白炽灯泡过一会儿会烫手，说明什么？
生活中，许多电流接通电源后，都伴随热现象产生，这些热量是从哪里来的？
思考：电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?
问题：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?
猜想：与电阻、电流、时间有关
1．当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？
2．用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？
液体吸热，观察升高的温度；
气体(或液体)受热膨胀，观察膨胀的多少
实验1：研究电热与电阻关系
条件：容器相同，I 相同，t 相同
结论：I 和 t 相同时，R 越大，Q 越多。
现象：B 中液面上升多
实验2：研究电热与电流关系
结论：R 和 t 相同时，I 越大，Q 越多。
现象：D 中液面上升多
条件：容器相同，R 相同，t 相同
焦耳（James Presctt Jule，1818—1889），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。
电功与电热的区别与联系
电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，也表示有多少电能转化为其他形式的能。
电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。
两者表示的意义不同，是两个不同的概念。
Ⅰ. 纯电阻电路
上述公式适用于纯电阻电路.
该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即 。
Ⅱ. 非纯电阻电路
例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。
W总＝UIt =W机械能＋Q热量
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能 ，即电能大于内能。
① 在纯电阻电路，电流所做的功只转化为内能，电路消耗的电能和生成的内能在数值上是相等的，即W=Q，如电炉、电热器、电熨斗等.② 在非纯电阻电路中，如含有电动机等，电流做的功一部分转化为内能，大部分转化为机械能，通过线圈电阻R的电流仍使线圈发热，产生的热量Q=I2Rt，但此时Q≠W，而是Q＜W，即 电功=内能+机械能 W=Q+W机械能
总结：电功与电热的联系
纯电阻电路 Q=W
电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围
1、电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?
电线和电炉串联，通过它们的电流是一样的，而电炉的电阻比电线的电阻大的多，根据焦耳定律Q=I²Rt可知，在相同时间内电流通过电炉产生的热量比通过电线产生的热量大，因此电炉热而电线却不热。
2、一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V 的电源两端，在 5 min内共产生多少热量?
= (0.6A)2×60W×300s
已知电阻R、电压U、时间t，求产生的热量Q；求热量则利用公式Q = I2Rt ，而I未知，则先利用I = 求I
3、额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事?
前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。
电热器都是利用电流的热效应工作的。
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。
知识拓展：电能和电热的关系
消耗的电能全部转化为内能
UIt = I²Rt + E
某电动机上标有“220 V，2 A”它的线圈电阻为5 Ω，当它正常工作 1 分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？
解：消耗的电能：W总=UIt=220 V×2 A×60 s=26400 J
线圈中产生的热量：Q=I2Rt=(2 A)2×5 Ω×60 s=1200 J
得到的机械能：W机=W总-Q=26400 J-1200 J=25200 J
1. 如图所示是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（ ）A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显B．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少C．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系D．若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水
2. 若电视机、电烙铁和电风扇上都标有“220V，60W”的字样，它们都在额定电压下工作相同的时间，则三个用电器产生的热量是（ ）A．电烙铁最多 B．电视机最多C．电风扇最多 D．一样多
3. 下列情况中，属于防止电热危害的是（ ）A．用电熨斗熨烫衣服 B．用电饭锅煮饭C．冬天用电暖气取暖 D．电脑机箱内有小风扇
4. 电炉中电阻丝通电一段时间后变得很烫，而连接电炉的导线却不怎么热，主要是因为（ ）A．导线的绝缘皮隔热B．通过导线的电流小于通过电阻丝的电流C．导线散热比电阻丝快D．导线的电阻远小于电阻丝的电阻，导线上产生的热量很少
5. 如图所示为探究“焦耳定律”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且R1
6．如图所示的电路中，电源电压U＝12V，R1＝10Ω，闭合开关S后，电流表读数为0.5A，求：(1)R1在1min内产生的热量；(2)R2的阻值。
两电阻串联，I＝I1＝I2＝0.5 A，所以R1在1 min内产生的热量： Q1＝I2R1t＝(0.5 A)2×10 Ω×60 s＝150 J；(2)由I＝ 可知，电路的总电阻：R＝ ＝ 电阻R2的阻值：R2＝R－R1＝24 Ω－10 Ω＝14 Ω。
科学探究：电流的热效应
表述：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
Q = I2Rt 的推导公式的应用
①导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？
②点亮的白炽灯泡过一会儿会烫手，说明什么？
生活中，许多电流接通电源后，都伴随热现象产生，这些热量是从哪里来的？
思考：电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?
问题：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?
猜想：与电阻、电流、时间有关
1．当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？
2．用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？
液体吸热，观察升高的温度；
气体(或液体)受热膨胀，观察膨胀的多少
实验1：研究电热与电阻关系
条件：容器相同，I 相同，t 相同
结论：I 和 t 相同时，R 越大，Q 越多。
现象：B 中液面上升多
实验2：研究电热与电流关系
结论：R 和 t 相同时，I 越大，Q 越多。
现象：D 中液面上升多
条件：容器相同，R 相同，t 相同
焦耳（James Presctt Jule，1818—1889），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。
电功与电热的区别与联系
电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，也表示有多少电能转化为其他形式的能。
电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。
两者表示的意义不同，是两个不同的概念。
Ⅰ. 纯电阻电路
上述公式适用于纯电阻电路.
该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即 。
Ⅱ. 非纯电阻电路
例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。
W总＝UIt =W机械能＋Q热量
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能 ，即电能大于内能。
① 在纯电阻电路，电流所做的功只转化为内能，电路消耗的电能和生成的内能在数值上是相等的，即W=Q，如电炉、电热器、电熨斗等.② 在非纯电阻电路中，如含有电动机等，电流做的功一部分转化为内能，大部分转化为机械能，通过线圈电阻R的电流仍使线圈发热，产生的热量Q=I2Rt，但此时Q≠W，而是Q＜W，即 电功=内能+机械能 W=Q+W机械能
总结：电功与电热的联系
纯电阻电路 Q=W
电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围
1、电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?
电线和电炉串联，通过它们的电流是一样的，而电炉的电阻比电线的电阻大的多，根据焦耳定律Q=I²Rt可知，在相同时间内电流通过电炉产生的热量比通过电线产生的热量大，因此电炉热而电线却不热。
2、一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V 的电源两端，在 5 min内共产生多少热量?
= (0.6A)2×60W×300s
已知电阻R、电压U、时间t，求产生的热量Q；求热量则利用公式Q = I2Rt ，而I未知，则先利用I = 求I
3、额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事?
前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。
电热器都是利用电流的热效应工作的。
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。
知识拓展：电能和电热的关系
消耗的电能全部转化为内能
UIt = I²Rt + E
某电动机上标有“220 V，2 A”它的线圈电阻为5 Ω，当它正常工作 1 分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？
解：消耗的电能：W总=UIt=220 V×2 A×60 s=26400 J
线圈中产生的热量：Q=I2Rt=(2 A)2×5 Ω×60 s=1200 J
得到的机械能：W机=W总-Q=26400 J-1200 J=25200 J
1. 如图所示是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（ ）A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显B．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少C．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系D．若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水
2. 若电视机、电烙铁和电风扇上都标有“220V，60W”的字样，它们都在额定电压下工作相同的时间，则三个用电器产生的热量是（ ）A．电烙铁最多 B．电视机最多C．电风扇最多 D．一样多
3. 下列情况中，属于防止电热危害的是（ ）A．用电熨斗熨烫衣服 B．用电饭锅煮饭C．冬天用电暖气取暖 D．电脑机箱内有小风扇
4. 电炉中电阻丝通电一段时间后变得很烫，而连接电炉的导线却不怎么热，主要是因为（ ）A．导线的绝缘皮隔热B．通过导线的电流小于通过电阻丝的电流C．导线散热比电阻丝快D．导线的电阻远小于电阻丝的电阻，导线上产生的热量很少
5. 如图所示为探究“焦耳定律”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且R1
6．如图所示的电路中，电源电压U＝12V，R1＝10Ω，闭合开关S后，电流表读数为0.5A，求：(1)R1在1min内产生的热量；(2)R2的阻值。
两电阻串联，I＝I1＝I2＝0.5 A，所以R1在1 min内产生的热量： Q1＝I2R1t＝(0.5 A)2×10 Ω×60 s＝150 J；(2)由I＝ 可知，电路的总电阻：R＝ ＝ 电阻R2的阻值：R2＝R－R1＝24 Ω－10 Ω＝14 Ω。
科学探究：电流的热效应
表述：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
Q = I2Rt 的推导公式的应用
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