物理四 电流的热效应备课ppt课件

这是一份物理四 电流的热效应备课ppt课件，共53页。PPT课件主要包含了问题与思考，知识点，电流的热效应，电阻R3断路，焦耳定律，电热的利用和防止，答案D等内容，欢迎下载使用。

电流的热效应焦耳定律电热的利用和防止
如图所示，把手靠近发光的白炽灯泡，会感到灯泡发热：给电热水壶通电可以将其中的冷水加热；给电烤箱通电可以将其中的面包烤熟；电视机、计算机主机和显示器长时间工作后外壳也会发热。这些热量是从哪里来的呢？
事实表明，电流通过导体时，导体会发热，这种现象叫作电流的热效应。
白炽灯的灯丝热得发光，而与之相连的导线却几乎不发热。电流通过导体时产生热量的多少与电阻有关系吗？有什么关系？刚刚发光的灯泡并不热，而过一会儿就会烫手。灯丝产生热量的多少与发光时间有关系吗？有什么关系？通电导体产生热量的多少与通过它的电流有关系吗？有什么关系？
电流的热效应与哪些因素有关？怎样确定出电流产生热量的多少？
1. 研究方法 转换法、控制变量法。2. 实验方案实验方案一： 利用电热器加热质量相同的同种液体，通过液体温度升高的情况，判断通电导体产生热量的多少。
如图1，烧瓶中装有质量相等的同种液体。
实验1：如图甲所示，R1>R2，将R1 和R2 串联(目的：使电流相等)，通电相同时间，探究电流通过导体时产生热量的多少与导体电阻的关系。
实验2：如图乙所示，将阻值均为R 的两段电热丝并联，调节滑动变阻器，使通过R 的电流不同，加热相同的时间，探究电流通过导体时产生热量的多少与电流大小的关系。
实验3：如图甲所示，保持电流和电阻不变，给电热丝R1(或R2)通电不同时间，探究电流通过导体时产生热量的多少与通电时间的关系。
实验方案二：如图2，给密闭容器内的空气加热，通过观察U形管中液柱的高度差来比较导体产生热量的多少。
实验1：如图甲所示，R1实验2：如图乙所示，R1=R3=R4，R3 和R4 并联(使通过R1和R3 的电流不相等)，则 IR1=2IR3，探究电流通过导体时产生热量的多少与电流的关系。
实验3：如图甲所示，观察加热不同时间时与R1(或R2)相连接的U 形管内液柱的高度差，探究电流通过导体时产生热量的多少与通电时间的关系。
3. 实验结论结论1：当电流、通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多。结论2：当电阻、通电时间相同时，电流越大，电流产生的热量越多。结论3：当电流、电阻相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多。
实验详解：1. 本实验用到的研究方法有：控制变量法、转换法。(1) 控制变量法：方案二中实验1 是通过两电阻丝串联使电流相同；实验2 中，通过并联分流的方法使左边容器内电阻丝中电流是右边容器内电阻丝中电流的2 倍，探究电热与电流的关系。
(2) 转换法：将电流产生热量的多少转换为容易观察和测量的物理量。常见的电热转换还有如下方法：①将电流产生热量的多少转换为玻璃管中液柱上升的高度。②将电流产生热量的多少转换为火柴被点燃所需时间的长短。③将电流产生热量的多少转换为气球膨胀程度的大小。
2. 若加热液体，则选用比热容较小的液体(如煤油)，因为比热容越小，吸收同样热量温度上升越快，实验现象越明显。为缩短加热时间，采用加热密闭空间中空气的方法，这样现象更明显。
[中考·绥化] 如图3 所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。
解题秘方：本题采用控制变量法和转换法研究问题，并注意串联电路电流的规律、反常现象的分析、连通器的识别及焦耳定律的应用。
(1)实验中通过观察_____________________的变化来反映电阻产生热量的多少，下列实验中，也运用了这种实验方法的是______(填序号)。①探究物体的动能跟哪些因素有关 ②探究杠杆的平衡条件
U 形管中液柱的高度差
解析：电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，应用转换法，实验中通过观察U 形管中液柱高度差的变化来反映电阻产生热量的多少。①探究物体的动能跟哪些因素有关时物体动能的大小通过物块被推动的距离来反映，用到了转换法，符合题意。②探究杠杆的平衡条件时通过多次实验寻找普遍规律，没有采用转换法，不符合题意。
(2)连接好电路后闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液柱的高度差大于左侧液柱的高度差，如图甲所示，表明在电流和通电时间相同的情况下，______越大，产生的热量越多。
解析：连接好电路后闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液柱的高度差大于左侧液柱的高度差，说明右侧电阻大，产生的热量多，故可以得出在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。
(3)图中U 形管______(填“是”或“不是”)连通器，图乙中R3 与R2 并联，目的是使通过R1 与R2 的______不同。
解析：由图知，U形管一端开口，一端封闭，所以不属于连通器。图乙装置中，R1=R2=R3，其中R3 与R2 并联，根据并联电路的电流关系可知，通过R1 与R2 的电流不同，故目的是使通过R1 和R2 的电流不相等。
(4)某小组在利用图乙装置实验时，发现左右两侧U 形管液柱上升高度相同，与其他小组的实验现象都不同，经检查气密性良好，请你分析实验现象不同的原因可能是： ____________ 。
解析：某小组在利用图乙装置实验时，发现左右两侧U 形管液柱上升高度相同，说明左右两侧产生的热量相同，因为R1=R2，且R1 和R2 产生的热量相同，说明R3 中没有电流，故可能是电阻R3 断路了。
1. 本实验采用加热密闭容器内空气的方法，空气受热膨胀，压缩与之相连一侧U 形管中的液柱，则这侧液柱下降，另一侧液柱上升，放出的热量越多，液柱的高度差就越大。2. 对于采用转换法的探究性实验，首先要仔细读题、审题， 明确将要研究的问题转换成哪种容易观察的现象或容易测量的物理量。
3. 控制变量法: 本实验中探究电热与电流关系时采用给R2 在密封容器外并联电阻R3来分流的方法，使通过R1 和R2 的电流不同(难点)。4. 含有控制变量法的探究性实验，在分析、评价实验的实验方案科学性时可从两个方面考虑：一是是否控制变量，二是是否多次实验，使实验结论具有普遍性。
5. 对于课本已有定性结论的探究实验，在填写实验结论时，可以依据教材已有的结论来填充，这里采用的是逆向思维法。
1. 内容 电流通过导体时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. 焦耳定律公式及各物理量单位
(1)公式的意义：公式反映的是电流通过导体时产生热效应的规律，定量地揭示了电能转化为内能的规律。(2)适用范围：公式是由实验总结出来的，只要是电流所产生的热量，都可以利用这一公式进行计算。
3. 在纯电阻电路中，电热与电阻的关系：(1)在只有R1 和R2 的串联电路中，电热与电阻成正比，即Q1 ∶ Q2=R1 ∶ R2。(2)在只有R1 和R2 的并联电路中，通电时间相同时，电热与电阻成反比，即Q1 ∶ Q2=R2 ∶ R1。
多用于定性比较两用电器相同时间产生的热量。
电功与电热的关系：(1)当电路中接入的是电炉、电烙铁、电水壶等“纯电阻”用电器时，消耗的电能全部转化为内能，即W=Q。此时，电功和电热计算没有区别。(2)若接入主要通电部分是电动机的家用电器，其消耗的电能主要转化为机械能，只有较少一部分转化为内能，即W>Q。
如图4 所示的电路中，电源两端电压保持不变，电阻丝R1 的阻值为10 Ω。当开关S 闭合后，电压表的示数为2 V，电流表的示数为400 mA。求：
解题秘方：结合串联电路特点、欧姆定律、电功率公式以及焦耳定律公式解答，单位要采用国际单位。
(1)通电1 min 电阻丝R1 产生的热量。
解：由电路图可知，R1 与R2 串联，电压表测R2 两端的电压，U2=2 V，电流表测电路中的电流，I=400 mA=0.4 A，所以通电1 min 电阻R1 产生的热量Q1=I2R1t=(0.4 A)2×10 Ω×60 s=96 J。
(2)R2 的阻值。(3)电路消耗的总功率。
由U=IR 可得 U1=IR1=0.4 A×10 Ω=4 V，电源电压为U=U1+U2=4 V+2 V=6 V，电路消耗的总功率为P=UI=6 V×0.4 A=2.4 W。
焦耳定律公式是计算电热的通用公式，和欧姆定律相同，式中各量具有“同体性(同一导体)” “等时性”“单位的统一性”，式中各量统一采用国际单位。
1. 电热器的工作原理 电流的热效应。2. 电热器的主要结构 发热体。发热体是由导电性差、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的。其中，绝缘体材料可将电阻丝与电热器的外壳隔开，防止漏电和触电。
3. 常见家用电热器 电饭煲、电烙铁、电烤箱等。4. 电热器的优点(1)清洁卫生，没有环境污染。(2)效率高。(3)可以方便地控制和调节温度。
5. 电热的危害(1) 由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器。(2)造成电能输送过程中的电能损失。6. 防止电热危害的方法(1)安装散热风扇；(2)安装散热片；(3)安装散热窗。
1. 白炽灯和LED 灯的工作原理：电流通过白炽灯灯丝时，电能转化为内能，从而使白炽灯灯丝的温度升高，达到发光的程度。因此，电能转化为内能和光能。LED 灯因为原理不同，发光效率比白炽灯高很多。LED 灯是利用半导体的特性，让电能直接转化为光能，不用先转化为内能。
2. 白炽灯将电能转化为光能的大致比例为10%，一般节能灯的发光效率为30%，所以使用节能灯可大大节约电能。
下列情况中不属于防止电热危害的是( )A. 电视机的后盖有许多孔B. 电脑机箱内有小风扇C. 电动机外壳有许多散热片D. 家电长时间停用，隔一段时间应通电一次
解题秘方：结合各种用电器或相应装置某种设计的目的来分析。
解析：电视机后盖的散热孔、电脑机箱内的小风扇、电动机外壳的散热片，都可以加速散热，从而防止电热的危害。家电长时间停用，隔一段时间通电一次，是利用电热驱潮，避免家用电器因受潮而损坏。
识别是利用电热还是防止电热的危害，主要看使用某电器或相应装置某种设计的目的，如果目的是方便散热，则属于防止电热的危害；如果是利用电流产生的热量，则属于利用电热。
1．[2023·福建]下列利用电流热效应工作的用电器是(　　) A．电视机 B．电风扇 C．电脑 D．电炉
2．图甲所示是新型取暖器件——电热膜，它是由一条条导电墨线压在绝缘薄膜上制成的，其结构如图乙所示。
电热膜工作时利用了电流的________效应；若其中一根导电墨线脱落，则电热膜的总电阻________，总功率________。(后两空均选填“变大”“变小”或“不变”)
3．[2023·广西]小明家连接插线板的导线折断后，他把两根导线拧在一起继续使用，用久后发现连接处容易发热，其主要原因是连接处(　　) A．电阻变小 B．电流比别处电流小 C．电阻变大 D．电流比别处电流大