医学专题一上课18.4焦耳定律.ppt

焦耳定律焦耳定律(jio r dn l)(jio r dn l)第十八章第十八章 第节第节第一页，共三十六页。学习(xux)目标1、知道电流、知道电流(dinli)的热效应的热效应2、知道焦耳定律，会用焦耳定律进行、知道焦耳定律，会用焦耳定律进行 计算计算3、了解电能与电热的区别、了解电能与电热的区别4、能用焦耳定律解释简单的电学现象、能用焦耳定律解释简单的电学现象第二页，共三十六页。用手摸一下用手摸一下(yxi)电视机后盖电视机后盖 上周六，小刚同学的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不上周六，小刚同学的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。当爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也要看电视。当爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。没打开，很高兴。可是可是，后来发现小刚说了谎。，后来发现小刚说了谎。你有类似的经历吗，这个故事对你有什么启示？你有类似的经历吗，这个故事对你有什么启示？第三页，共三十六页。生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象(xinxing)产生。请举例说明。产生。请举例说明。第四页，共三十六页。它们它们(t men)的共同特征的共同特征是什么？是什么？电能转化电能转化(zhunhu)为为内能内能第五页，共三十六页。1.1.电流通过导体时电流通过导体时电能电能(dinnng)(dinnng)转化成转化成内能内能，这个现象，这个现象叫做电流的热效应。叫做电流的热效应。知识链接知识链接电流的三种效应：电流的三种效应：电流的热效应、电流的磁效应、电流的化学效应。电流的热效应、电流的磁效应、电流的化学效应。一、电流一、电流(dinli)的热效应的热效应2、电热器：将电能全部转化、电热器：将电能全部转化(zhunhu)为内为内能的用电器能的用电器第六页，共三十六页。电炉丝和导线通过电炉丝和导线通过(tnggu)(tnggu)电流相同，为什么电炉丝热电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热得发红，而导线却几乎不发热?电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?想想议议想想议议第七页，共三十六页。猜想猜想(cixing)(cixing)与假与假设设 1.可能与可能与电阻电阻(dinz)有关。有关。电阻越大，电流热效应越大电阻越大，电流热效应越大二、电流通过导体产生二、电流通过导体产生(chnshng)(chnshng)的热与哪些因素有关的热与哪些因素有关？2.可能与可能与电流电流有关。有关。电流越大，电流热效应越大电流越大，电流热效应越大3.可能与可能与通通电时间电时间有关。有关。通电时间越长，电通电时间越长，电流热效应越大流热效应越大第八页，共三十六页。设计设计(shj)(shj)实验实验 讨论讨论1.当一个物理量与多个因素有关，应用当一个物理量与多个因素有关，应用(yngyng)什么什么方法去研究？方法去研究？答答:控制变量法控制变量法讨论讨论2.由于电流通过用电器所产生热量的大小不易由于电流通过用电器所产生热量的大小不易直接进行观察比较，实验直接进行观察比较，实验(shyn)中怎样将它变为便于中怎样将它变为便于直接观察比较的现象呢？直接观察比较的现象呢？答：转换法答：转换法电热电热气体（液体）受热膨胀，观察产气体（液体）受热膨胀，观察产生热量的多少生热量的多少实验中，通过观察实验中，通过观察U形管中液面高度的变化形管中液面高度的变化来判断产生热量的多少来判断产生热量的多少.第九页，共三十六页。目标：目标：在电流和通电时间相同在电流和通电时间相同、电阻不同、电阻不同时，产生电热的效果如何呢？时，产生电热的效果如何呢？思考思考(sko)(sko)：实验设计中，怎样保证电流等大？实验设计中，怎样保证电流等大？用什么反映产生热量的多少？用什么反映产生热量的多少？【演示演示(ynsh)(ynsh)实验实验1 1】研究研究(ynji)电热与电阻关系电热与电阻关系第十页，共三十六页。电阻电阻(dinz)(dinz)串联时电流串联时电流相同。相同。U U型管连接的容器加型管连接的容器加热后，温度升高，气热后，温度升高，气体膨胀，压力变大，体膨胀，压力变大，液面升高。液面升高。R1=5 R2=10 A请回答：请回答：看到了什么现象？看到了什么现象？说明说明(shumng)(shumng)了什么结论？了什么结论？第十一页，共三十六页。演示电阻丝电阻丝结论结论(jiln)(jiln)：在电流在电流(dinli)(dinli)、通电时间相同时、通电时间相同时，阻阻值值 的电阻产生的热量多。的电阻产生的热量多。探究探究(tnji)一：产热多少与电阻大小的关系一：产热多少与电阻大小的关系实验验证实验验证大大第十二页，共三十六页。现象现象：I I 相同相同(xin tn)(xin tn)时，时，R R 大的一边液大的一边液面升的高，即升温快。面升的高，即升温快。结论结论1：在电流相同、通电时间相同的情在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻况下，电阻(dinz)越大，这个电阻越大，这个电阻(dinz)产生的热产生的热量越多。量越多。第十三页，共三十六页。思考：思考：此时，哪个电流小此时，哪个电流小？为什么？为什么？并联分流的电阻并联分流的电阻(dinz)(dinz)为什么要放在盒子外为什么要放在盒子外面面?让相同让相同(xin tn)的电阻，的电阻，流过不同的电流，看流过不同的电流，看效果会如何呢？效果会如何呢？【演示演示(ynsh)(ynsh)实验实验2 2】研究电热与电流关系研究电热与电流关系I=2I1IAR=5 R=5 R=5 I1第十四页，共三十六页。演示演示电阻丝电阻丝结论结论(jiln)(jiln)：在通电时间、电阻在通电时间、电阻(dinz)(dinz)相同时相同时，电流，电流越越 的产生的热量多。的产生的热量多。探究探究(tnji)三：产热多少与电流大小的关系三：产热多少与电流大小的关系返回返回实验验证实验验证大大第十五页，共三十六页。看到了什么现象看到了什么现象(xinxing)？说明了什么结论？说明了什么结论？电流电流 I I 大的液面升高大的液面升高(shn o)(shn o)快，即产生的热量快，即产生的热量Q Q 多。多。【跟踪跟踪(gnzng)思考思考】结论：结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。多。第十六页，共三十六页。演示电阻丝电阻丝结论结论(jiln)(jiln)：t t1 1tt2.2.在电流在电流(dinli)(dinli)、电阻相同时、电阻相同时，通电时间，通电时间 的产生的热量多。的产生的热量多。探究二：产热多少与通电时间探究二：产热多少与通电时间(shjin)的关系的关系实验验证实验验证实验验证实验验证长长第十七页，共三十六页。通过以上实验你能总结出什么通过以上实验你能总结出什么(shn me)(shn me)规律？规律？电阻电阻(dinz)上产生的电热与电阻上产生的电热与电阻(dinz)大小大小和流过的电流都有关，电阻和流过的电流都有关，电阻(dinz)越大，电越大，电流越大，产生的热量越多流越大，产生的热量越多。第十八页，共三十六页。焦耳（焦耳（James Prescott Joule，18181889），英国物理学家。用），英国物理学家。用近近 40 年的时间做了年的时间做了 400 多次实验，多次实验，研究热和功的关系研究热和功的关系(gun x)。通过大量的实。通过大量的实验，于验，于 1840 年最先精确地确定了电年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。时间的关系。焦焦 耳耳第十九页，共三十六页。1内容内容：电流通过导体产生的热量：电流通过导体产生的热量(rling)跟跟电流的二次电流的二次方方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。间成正比。2公式公式：Q=I2Rt I 电流电流A R电阻电阻 t 时间时间s Q热量热量J 3单位：单位：焦耳（焦耳（J）三、焦耳定律三、焦耳定律(jio r dn l)(普遍普遍(pbin)适用适用)第二十页，共三十六页。答：因为导线和电炉丝是串联的，答：因为导线和电炉丝是串联的，答：因为导线和电炉丝是串联的，答：因为导线和电炉丝是串联的，线线线线=电炉丝电炉丝R R电炉丝电炉丝R R导线导线导线导线，由焦耳定律，由焦耳定律Q=I2RtRt可知可知(k zh)(k zh)，在相同时间，在相同时间内电流通过电炉丝产生的热量大，因此电炉热得发红而内电流通过电炉丝产生的热量大，因此电炉热得发红而导线却几乎不发热。导线却几乎不发热。电炉电炉(dinl)丝丝导导 线线我们学习了焦耳我们学习了焦耳定律，怎样回答定律，怎样回答(hud)刚才的问题刚才的问题？第二十一页，共三十六页。1当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时而没有同时(tngsh)转化成其他形式的能量，那么电流产转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量生的热量Q就等于消耗的电能就等于消耗的电能W，即，即Q=W=pt=UIt=I2Rt=如：电暖器，电饭锅，电炉子等。如：电暖器，电饭锅，电炉子等。2当电扇工作时，消耗的电能主要转化当电扇工作时，消耗的电能主要转化(zhunhu)为电机的机为电机的机械能，还有少量的内能。械能，还有少量的内能。QW四、电能和电热四、电能和电热(dinr)关系关系电能电能 机械能机械能+内能内能此时，只能用此时，只能用Q=Q=I I2 2RtRt（焦耳定律）（焦耳定律）来计算电热来计算电热第二十二页，共三十六页。焦耳定律的理论焦耳定律的理论(lln)推导推导 电流通过导体电流通过导体(dot)(dot)时，如果时，如果消耗电能消耗电能全部全部转化为转化为内能内能，而没有同时转化为其，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热他形式的能量，那么，电流产生的热量量Q Q就就等于等于消耗的电能消耗的电能W W。Q=WQ=W=Pt=UIt=IR=Pt=UIt=IRIt It=I=I2 2RtRt适用于纯电阻适用于纯电阻(dinz)电路电路第二十三页，共三十六页。Q=I2Rt=(0.6 A)260 W W300 s =6 480 J 一根一根(y n)60 的电阻丝接在的电阻丝接在 36 V的电源两端，在的电源两端，在 5 min内共产生多少内共产生多少热量热量?答答:在在 5 min 内共产生内共产生(chnshng)6 480 J 热量。热量。解解:例题例题(lt):I=0.6 AUR36 V60 第二十四页，共三十六页。练一练、相信练一练、相信(xingxn)(xingxn)你行你行1、某导体的电阻是、某导体的电阻是 2，通过的电流是，通过的电流是2A，1min产生产生(chnshng)多少多少J 的热量？的热量？2、一只额定功率是、一只额定功率是500W的电饭锅的电饭锅,在家庭电路在家庭电路中使用中使用,正常工作正常工作10分钟能产生多少焦耳的热分钟能产生多少焦耳的热量量?第二十五页，共三十六页。额定额定(dng)(dng)电压相同的灯泡，额定电压相同的灯泡，额定(dng)(dng)功率越大，功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越电阻越小，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，这是怎么回产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事事?想想议议想想议议第二十六页，共三十六页。答：前者答：前者前提条件是电压相同前提条件是电压相同，根据，根据 单单位时间内位时间内电阻越小，电阻越小，产生产生(chnshng)(chnshng)的热量越多；而后者的热量越多；而后者前提条件是电流相同，根据前提条件是电流相同，根据Q=I R t单位时间内单位时间内电阻电阻越大，产生越大，产生的热量越多，两者并不矛盾。所以我们在的热量越多，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。应用公式时应该特别注意条件。第二十七页，共三十六页。阅读教材阅读教材P P101101“电热的利用和防止电热的利用和防止”讨论讨论(toln)(toln)(toln)(toln)回答下列问题：回答下列问题：1 1、电热、电热(dinr)(dinr)(dinr)(dinr)对我们是有利还是有害的对我们是有利还是有害的2 2、生活中我们、生活中我们(w men)(w men)(w men)(w men)是如何利用电热、是如何利用电热、防止电热的危害的防止电热的危害的？既有利又有害既有利又有害自主学习第二十八页，共三十六页。1电热电热(dinr)的利用的利用利用利用(lyng)电热孵化器孵小鸡电热孵化器孵小鸡用来用来(yn li)加热加热电热器的优点电热器的优点:清洁卫生，清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。以方便地控制和调节温度。五、电热的利用和防止五、电热的利用和防止电热器电热器的主要组成部分的主要组成部分是发热体，由电阻率大，是发热体，由电阻率大，熔点高的合金丝绕在绝缘熔点高的合金丝绕在绝缘材料上制成的材料上制成的。第二十九页，共三十六页。很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：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用微型风扇及时(jsh)(jsh)散热等等。散热等等。2电热电热(dinr)(dinr)的危害的危害第三十页，共三十六页。课堂小结课堂小结1.知道电流的热效应知道电流的热效应2.电流通过导体产生的热与哪些因素有关？电流通过导体产生的热与哪些因素有关？3焦耳定律焦耳定律(jio r dn l)4电能与电热的关系电能与电热的关系5电热的利用和防止电热的利用和防止 第三十一页，共三十六页。1.小宇同学按如图所示的装置，研究小宇同学按如图所示的装置，研究“电流通过导体时产生的热电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系量与导体电阻大小的关系”。图中两只烧瓶内盛有质量和温度。图中两只烧瓶内盛有质量和温度相同的煤油，温度计显示煤油的温度，两瓶煤油中都浸泡着一相同的煤油，温度计显示煤油的温度，两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，铜丝的电阻比镍铬合金丝的电阻小。段金属丝，铜丝的电阻比镍铬合金丝的电阻小。闭合闭合(b h)开关后，通过两段金属丝中的电流是开关后，通过两段金属丝中的电流是 的。的。一段时间后，可观察到一段时间后，可观察到A瓶中温度计的示数瓶中温度计的示数 （填（填“大大于于”、“小于小于”或或“等于等于”）B瓶中的温度计的示数。瓶中的温度计的示数。由上述实验可知，在电流和通电时间都相同时，导体由上述实验可知，在电流和通电时间都相同时，导体电阻越大，产生的热量电阻越大，产生的热量 。相等相等(xingdng)的的小于小于多多第三十二页，共三十六页。6.某导体的电阻是某导体的电阻是2欧姆，通过欧姆，通过2A的电流时，的电流时，1分钟产生多少焦耳分钟产生多少焦耳(jio r)的热量？的热量？7.一只额定功率是一只额定功率是450W的电饭锅，在的电饭锅，在220V的额定电压下使用，每分钟产的额定电压下使用，每分钟产生多少焦耳生多少焦耳(jio r)的热量？的热量？第三十三页，共三十六页。例例2一个一个(y)额定电压为额定电压为12V的小型电动机模型正常工作时，的小型电动机模型正常工作时，测得通过电动机模型的电流是测得通过电动机模型的电流是0.5A，工作，工作10min，消耗的，消耗的电能为电能为 J。在这。在这10min内，该电动机模型线圈产生内，该电动机模型线圈产生的热量是的热量是360J,则电动机模型线圈的电阻时则电动机模型线圈的电阻时 。例例3电炉丝通电一段时间后，热得发红，而连接它的电炉丝通电一段时间后，热得发红，而连接它的导线导线(doxin)却几乎不发热，这主要是因为却几乎不发热，这主要是因为（）A.导线的绝缘导线的绝缘(juyun)皮隔热皮隔热 B.通过导线的电流小于通过电炉丝的电流通过导线的电流小于通过电炉丝的电流C.导线散热比电炉丝快。导线散热比电炉丝快。D.导线的电阻远小于电炉丝的电阻导线的电阻远小于电炉丝的电阻。36002.4 D第三十四页，共三十六页。1.电流通过导体时产生的热量跟电流通过导体时产生的热量跟_成正比，跟导体的成正比，跟导体的_成正比，跟成正比，跟_成正比，这个规律叫做焦耳成正比，这个规律叫做焦耳定律，数字定律，数字(shz)表达式是表达式是_.2.电热器是利用电流的电热器是利用电流的_效应制成的，它的主要部件是效应制成的，它的主要部件是_.电流流过电热器所做的功全部用来产生电流流过电热器所做的功全部用来产生_.3.有两根金属电阻丝，电阻分别为有两根金属电阻丝，电阻分别为5和和15，将它们串联后，将它们串联后接在一个电源两端，它们的电接在一个电源两端，它们的电 压之比为压之比为_，在相同的时间，在相同的时间内产生的热量之比为内产生的热量之比为_；如果将它们并联同一电源两极如果将它们并联同一电源两极间，通过它们的电流之比为间，通过它们的电流之比为_，在相等的，在相等的 时间内产生的时间内产生的热量热量之比为之比为_.电流电流(dinli)的二次方的二次方电阻电阻(dinz)通电的时间通电的时间Q=I2Rt热热发热体发热体 热量热量1 31 33 13 1当堂检测当堂检测第三十五页，共三十六页。内容(nirng)总结焦耳定律。当爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。你有类似的经历吗，这个故事对你有什么启示。1.电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。电阻越大，电流热效应越大。讨论2.由于电流通过用电器所产生热量的大小不易直接进行观察比较，实验中怎样将它变为便于直接观察比较的现象呢。电热。实验中，通过观察U形管中液面高度的变化。答：因为导线和电炉(dinl)丝是串联的，线=电炉(dinl)丝。当堂检测第三十六页，共三十六页。