九年级物理《焦耳定律》一对一讲义

励志教育辅导讲义
学员姓名: 年级:九年级第 8 次课
辅导科目: 物理教师: 汪自佳课题焦耳定律
授课时间：2015-12-26 18：30——20:30 备课时间：2015-12-23
教学目标 1.巩固测量小灯泡的电功率；
2.学习并掌握焦耳定律
重点、难点测量公式P=IU设计实验方法；
电流产生热效应跟什么因素有关（也就是焦耳定律）。

教学内容
第一课时测量小灯泡的电功率
知识点1：测量小灯泡的电功率
实验目的：①学会用电压表、电流表测定小灯泡的功率；
②会测量小灯泡额定功率和实际功率。

实验原理：P=UI 测出小灯泡的电压U和电流I，利用公式P=UI计算求得电功率。

实验器材：电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、小灯泡、灯座、导线等。

实验电路图及表格：
次数电压U/V 电流I/A 功率P/W 发光情况
1
2
3
实验步骤：1．实验前准备：检查仪器是否齐全，规格是否合乎要求，查看小灯泡的额定电压；
2．按电路图连电路，查无误，闭合开关，进行实验；
3．调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为，记录电流表示数；
4．调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压等于1.2，记下电压表、电流表的示数，并观察小灯泡发光情况；
5．调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压小于，记下电压表，电流表的示数，并观察
小灯泡发光情况；
6．断开开关，计算电功率值填入表格。

数据分析，总结结论：(1)分析数据知，实际功率随实际电压改变而改变；
(2)灯泡的亮度了取决于灯泡的实际功率，实际功率越大灯泡越亮。

注意事项
1．仪器选择：①电源：电源电压应高于小灯泡的额定电压。

例如：，至少要选择2节
干电池串联作电源，学生电源选择3V的电源。

②电压表的量程应大于，电流表的量程应大于灯泡正常的工作电流；在被测电压、电流不超电压表、电流表量程的情况下，应尽可能选用小量程；例如的小灯泡电压表量
程选0—3V，电流表选0—0.6A的量程。

③滑动变阻器的允许通过最大电流要大于灯泡的正常工作电流，而其最大阻值应与灯泡的电阻差不多，以便调节效果明显。

2．连电路时注意事项：同伏安法测电阻。

知识点2：利用电能表和钟表测量家用电器的功率
1．原理：
2．仪器：电能表、钟表、家用电器。

3．测量的物理量：电能表表盘的转数，时间。

4．实验步骤：要测某家用电器的功率，可只让其工作，其他用电器关闭，观察记录电能表表盘转数，同时记下钟表的时间值，再计算出功率。

5．计算方法：
例如：电能表的参数3000R/kW·h，记录的转数为n转，时间为t(s)，则
t秒消耗的电能：
电功率：
注意事项：①明确电能表参数的物理意义;
②被测的电器一定要单独工作;
③单位的对应关系。

例如：家用电能表的盘面上，标有3000R/KW·h字样，当接入一个用电器正常工作时，1min内电能表的转盘转了15转，则该电器消耗的实际功率是( )
A．5W B．500W C．300W D．3KW
解析：用电器消耗的电能。

规律方法指导：
1．测量电功率的方法：
①测量电功率可以使用专用的功率表
②用电能表测量出电流通过小灯泡做的功(消耗的电能)用钟表测出所用的时间，根据公式
计算出要用电器的电功率。

③用电压表测得小灯泡两端的电压，用电流表测得通过小灯炮的电流(用伏安法)，然后通过公式P=UI，计算出小灯泡的功率。

2．本实验关于使用滑动变阻器的规律方法：
①本实验测量小灯泡在不同电压下电功率，使用调节电源电压的方法不方便，例如小灯泡的额定电压是3.8V，直接调电源电压调不出来，所以通过串联滑动变阻器，调节灯炮两端电压来完成实验目的。

②本实验滑动变阻器的作用一是保护电路，二是调节灯泡两端的电压。

③注意事项：连电路时，滑片要滑到阻值最大端。

通过的最大电流不能超过滑动变阻器允许通过的最大电流。

3．伏安法测小灯泡电阻和测小灯泡电功率的异同点：
①原理不同：，
②仪器相同；电路图相同
③分析的方法与结论不同
测小灯泡电阻：分析方法是电阻的不同，不是由于电流、电压引起的而是温度引起的，结论是温度越高，电阻越大。

测小灯泡功率：分析方法是电压不同功率不同，功率的变化是由于电压的变化引起的。

【例1】如甲图所示是“测量小灯泡的电功率”实验的电路图，图乙是即将连接完成的实验电路，其中电源为3节新的干电池，灯泡的额定电压为3.8V，灯丝的电阻约为10Ω，滑动变阻器标有“10Ω、1A”的字样。

(1)对照电路图，用笔画线代替导线，将实物图未完成部分连接好；
(2)当闭合电路的开关时，若出现以下不正常现象：(见下表)
电路中出现的不正常现象
可能的原因
顺序电灯的亮暗电流表的示数A 电压表的示数V
甲不亮0.54 0
乙很亮0.42 4.2
丙不亮0 4.5
请你从下列选项中选择可能原因填入表中(只要填写代号)
A．电路中a、b间断路 B．电路中a、b间短路 C．滑动变阻器连入电路中的电阻太小
解析：若电路a、b间断路，电压表、电流表、滑动变阻器串联在电路中，电压表的示数等于电源电压，电流表示数为0，灯泡不亮；若电路中a、b间短路，灯泡不亮，电压表示数为0，电流表与滑动变阻器串联，电流表示数较大；若滑动变阻器连入电路中的电阻太小，灯泡两端的电压很高，通过灯泡的电流会较大，灯泡很亮。

答案：(1)如图
(2)B、C、A
总结升华：测量电功率实验中的故障大多是由于部分电路的开路或者短路引起的。

(1)当出现开路
(电压表除外)，一般电流表无示数，灯泡不发光。

可能断路无电流，也可能灯泡断路，电压表串联在电路中，有电流，但是太小，电压表有示数。

(2)当出现短路时：(电流表除外)若灯短路时，灯不亮，电压表无示数，电流表示数很大，若滑动变阻器短路时，灯泡较亮
举一反三
在测量小灯泡电功率的实验中，小明应用的是如图所示的电路，当开关S闭合时，可能出现的现象如下表所示，下列判断正确的是( )
电流表示数电压表示数小灯泡情况
a 无有发光
b 无有不发光
c 有无发光
d 有无不发光
A．a表明电流表断路 B．b表明小灯泡断路
C．c表明电压表短路 D．d表明小灯泡断路
解析：如果电流表断路，小灯泡不发光，电路中无电流，A错；如果小灯泡断路，电流表、电压表、滑动变阻器串联，电路中有电流很小，不能使电流表指针偏转，也不能使灯泡发光。

B对；D错。

如果电压表短路，灯泡也被短路，灯不亮，C错。

【例2】小明看到他家5月份电费缴费通知单，这个月的用电量是116kW·h，过去他家每个月的用电量在90～100kW·h之间，家里没有增添新的电器且用电器的工作时间与过去基本相同，5月份为什么会用这么多电呢？于是小明将一个标准的灯泡(220V，100W)单独连入家庭电路中，用调节好的电压表测出了其两端电压为198V，观察到电能表(3000R/kW·h)的表盘在10min内转过了50转(灯丝电阻不变)，求
(1)灯泡的灯丝电阻多大？
(2)灯泡消耗的实际功率多大？
(3)10min内灯泡消耗多少电能？
(4)请通过计算分析小明家的电能表是否存在问题。

解析：(1)小灯泡电阻
(2)灯泡的实际功率
(3)10min消耗的电能
(4)从电能表中的信息知
∵ 60000J>48600J
∴电能表存在问题。

第二课时焦耳定律
1、电流的热效应。

2、焦耳定律实验：
在电流、通电时间不变时，电阻越大，电流产生的热量越多；
在电阻、通电时间不变时，电流越大，电流产生的热量越多；
在通电电流和电阻不变时，通电时间越长，电流产生的热量越多。

3、焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。

公式：Q=I2Rt
热量的单位：焦（J）
4、中考物理焦耳定律考点总结：
（1）焦耳定律反映了电流热效应的规律，是能量转化和守恒定律在电能和内能转化中的体现。

由公式Q=I2Rt可知，电流通过导体产生的热量和电流强度I，电阻R及通电时间t有关，又因为产生的热量跟导体中电流强度的平方成正比，所以，电流强度大小的变化对产生热量多少影响更大。

（2）运用公式Q=I2Rt解决问题时，电流强度I的单位是安，电阻R的单位是欧，时间t的单位是秒，热量Q的单位才是焦耳，即各物理量代入公式前应该先统一单位。

用电功公式和欧姆定律推导焦耳定律公式的前提是电能全部转化为内能。

因为电能还可能同时转化为其他形式，所以只有电流所做的功全部用来产生热量，才有或成立。

（3）电热器的原理是电流的热效应，它表现的是电流通过导体都要发热的现象，在这一现象中产生热量的多少可运用焦耳定律计算。

发热体是电热器的主要组成部分，它的作用是将电能转变为内能供人类使用。

常见考法：本知识点主要考查焦耳定律的应用，考察的形式主要是选择题、填空题。

误区提醒：
（1）凡是有电流通过导体时，都可以用它来计算所产生的热量;
（2）公式Q=UIt，只适用于纯电阻电路，这时电流所做的功全部用来产生热量，用它计算出来的结果才是导体产生的热量。

【典型例题】
【例1】在电源电压不变时，为了使电炉在相等的时间内发热多些，可采取的措施是( )
A. 增大电热丝的电阻
B. 减小电热丝的电阻
C. 在电热丝上并联电阻
D. 在电热丝上串联电阻
解析：有同学认为应选(A)，根据焦耳定律 Q=I2Rt，导体上放出的热量与电阻成正比，所以要增加热量，可增大电阻。

这是由于对焦耳定律理解不全面的缘故。

焦耳定律所阐述的导体上放出的热量和某一个量的比例关系是在其他一些量不变的条件下才成立的，如放出的热量和电阻成正比，是指电流强度和通电时间都不变的条件下热量与电阻成正比，按题意，通电时间是相同的，但由于电源电压是不变的，通过电热丝的电流强度将随着电阻的增大而减小，若再根据Q=I2Rt，将不易得出正
确的结论。

事实上，在电压一定的条件下，根据可知，减小电热丝的电热丝的电阻就可增大电功率，即在相同时间内发热多些。

答案：B
【例2】图是某简易电吹风工作原理的电路图(R为电热丝，M为电动机)，表3是该电吹风的铭牌。

求：
(1)电吹风正常工作且吹热风时，流过电热丝的电流多大。

(2)电热丝R的阻值多大(电热丝的阻值随温度变化不计)。

【例3】如图所示的电路中，电阻R1的阻值为10Ω，电源电压不变。

当开关S接1时，电压表的示数为6V，电流表的示数为1A。

求：
（1）R2的阻值是多少？
（2）当开关S接2时，电压表的示数为多大？若通电1min，电阻R2产生的热量是多少？
解：（1）==0.6A
I 2=I－I
1
=1A－0.6A=0.4A
R
2
===15Ω
（2）当开关S接2时，电阻R1被短路，电压表的示数为零
Q=t=×60s=144J
【例4】某一电饭锅，内部电路如图7所示。

R1是加热电阻，R2是限流电阻，R2阻值为484Ω，煮饭时，接通电源(220V)、闭合手动开关S1，电饭锅处在加热状态。

当锅内食物温度达到103℃时，开关S1会自动断开，断开后若无外力作用则不会自动闭合。

S2是一个自动温控开关，当锅内食物温度达到80℃时会自动断开，温度低于70℃时会自动闭合。

问：
(1)若接通电源后没有闭合开关S1，那么电饭锅能将饭煮熟吗?为什么?
(2)在一个标准大气压下若用这种电饭锅烧水，则开关S1的自动断电功
能不起作用，这是为什么?
(3)在加热情况下，电饭锅消耗的电功率是1000W，求R1的阻值。

(4)在保温情况下，电饭锅消耗的电功率是多少？
解析：(1)不能，因为当锅内温度达到80℃时，S2自动断开，电饭锅进入保温状态。

(2)因为在一个标准大气压下，水的沸点是100℃，达不到103℃，所以S1不会自动断开。

(3) 48.4Ω (4)90.9W
【例5】某电热水壶的铭牌如下表所示。

小菲研究有关资料后得知，在正常情况下用9min可烧开一壶20℃的水（在1标准大气压下）。

一天她用这个热水壶，烧开同样的一壶水却用了10min。

问：（1）烧开这壶水需要吸收多少热量？
（2）当时的电压是多少？（计算结果保留一位小数）
（3）烧开同样一壶水所用的时间不同的主要原因？
【例6】为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，王军设计了如下图所示的家甲、乙两种装置，他将两端阻值不同的电阻丝（R1<R2）分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连，两次实验电源电压不变。

（1）在这个实验中，电流产生的热量多少是通过
体现出来的，像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫“转换法”，这种方法在物理学研究中经常用到，请举一例：
（2）甲装置可探究电流产生的热量与的关系。

（3）在装置甲、乙的来两次实验中，通过比较相同时间里气球B与D的变化情况可探究电流产生的热量与的关系。

（4）在甲、乙两装置同时实验，在相同的通电时间里，与气球（填气球字母标号）相通的电阻丝产生热量最多。

（5）教材上的实验装置如图丙所示（烧瓶与图中的相同）。

比较甲、乙和丙图所示的两种不同的实验装置，你认为较好的装置是，理由是：
解析：（1）气球膨胀的程度大小（1分）例如：①研究声音是由振动产生的，用乒乓球的振动来显示音叉的振动②研究分子运动时，用固体、液体、气体的扩散推测分子的热运动③用吸引大头针的多少观测磁铁的磁性强弱。

（1分）
（2）电阻（1分）（3）电流（1分）（4）C（1分）
（5）若选用图甲乙（1分）理由是：气体的热胀冷缩效果比固液态更明显，实验现象更直观，时间更短。

（1分）（或：选择丙，理由是：用温度计能较准确地测出煤油的温度变化，便于定量研究。

）
【例7】用如图所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”。

（1）实验中通过观察来比较电流产生的热量的多少。

（2）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不是用水，主要是由于_____。

（3）为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入、的同种液体。

（4）为达到实验目的，选用的两电阻丝的阻值不能。

（5）实验结论是。

（6）该实验装置还可以研究通电时间一定时导体产生的热量与的关系。

你还需要的操作是____________________
解析：（1）温度计示数的变化
（2）煤油的比热容小，吸热升温快
（3）质量相同初温相同
（4）相同
（5）在电流、通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多
（6）电流大小、移动滑动变阻器的滑片，比较通电时间相同时，甲（或乙）烧瓶中温度计示数的变化。

第三课时课堂检测
1．一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈电阻为2，通过线圈的电流为10A，这台电动机正常工作时，1s消耗的电能为___________J，产生的热量为______________J。

2.一个电热水壶，铭牌部分参数如下：额定电压220 V，额定功率模糊不清，热效率为90%。

正常工作情况下烧开满壶水需要5 min，水吸收的热量为118800 J，此时热水壶消耗的电能为________J，其额定功率为________W，电阻是________Ω。

若实际电压为198 V，通过电热水壶的电流是
________A，1 min内电热水壶产生的热量是________J。

(假设电阻不随温度改变)
3. 小刚用如图甲所示电路来探究电流与电压的关系，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P从a端移至b端，电流表和电压表的示数变化关系如图乙所示，由图像可得，定值电阻R
的阻值
1
是Ω．实验时，电源电压保持5V不变，当滑片P位于a端时，滑动变阻器消耗的电功率是＿＿＿ W，此时，电阻R1在10min内产生的热量为＿＿＿＿ J．
4. 一个电炉接在220V的电路上时用10min可以烧开一壶水，若该接在110V的电路上（忽略散热等因素影响），烧开这壶水需要的时间为（）
A．10min B．20min C ．30min D．40min
5.两个电热器的电阻之比是3:2，把它们串联在电路中使用，在相同时间内它们放出的热量之比是（）
A.3:2;
B.2:3;
C.9:4 ;
D.4:9.
6.用一根电阻丝R1烧一壶开水，需要的时间是t，如果R1串联或并联另一个电阻R2，则烧开水的时间将会( )
A．串联时间大于t，并联时间小于t B．串联时间小于t，并联时间大于t
C．串、并联时，烧开水的时间都大于t D．串、并联时，烧开水的时间都小于t
7.两个电阻器的电阻之比为5：4，把它们并联在电路中使用，在相同时间内它们放出的热量之比是（）
A．5：4 B．4：5 C．25：16 D．16：25
8.关于电流通过导体时产生的热量，以下说法正确的是（）
A．根据Q＝I2Rt可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
B．根据可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越少
C．根据Q＝UIt可知，相同时间内，电流产生的热量与电阻无关
D．根据Q＝I2Rt可知，在电流一定时，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
9. 电吹风是现代家庭的常用电器。

如图是某简易电吹风工作原理的电路图(R为电热丝，M 为电动机)该电吹风的铭牌见右表。

求：
①电吹风正常工作且吹热风时，通过电热丝的电流。

②电热丝R的阻值(电热丝的阻值随温度变化忽略)。

③电吹风正常工作且吹热风时，5min内电流通过R产生的
热量。

④若电吹风工作时电热丝的实际功率为810W，此时供电的
实际电压为多少?
10.小红和小明分别用下图所示的装置，探究电流一定时，电流产生的热量与电阻的关系。

他们分别将两段阻值不同的电阻丝（）密封在完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与气球相连。

（设
他们所用的各种同类器材性能相同）
（1）在这个实验中电流产生热量的多少是通过什么现象体现出来的？
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（2）他们同时开始进行实验，在a、b、c、d四个气球中，鼓起来最快的是
（3）小红和小明的实验方案中有一个是错误的，是哪一个，为什么？
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