九年級:焦耳定律(實驗)

2021-02-08 初中物理同步

【預習新知】

電流的熱效應

我們每個家庭都有各種家用電器,電冰箱、洗衣機、電餅鐺、電飯煲、電熱水壺、電爐子等等。


其中電餅鐺、電飯煲、電熱水壺、電爐子與你冬天相伴的暖寶寶原理相同,都是把電能轉化為熱能的裝置。


物理學中把電流通過導體產生熱量的現象叫做電流的熱效應。


常見利用電流熱效應工作的設備通常稱為電熱器.例如


電餅鐺                   電飯煲

 


電爐子                           電熱水壺




暖寶寶


【舉手提問】

在使用暖寶寶和電爐子等用電器時,暖寶寶能熱到燙手,電爐絲熱得發紅,為什麼與他串聯的導線幾乎不熱?


【新課學習】

為了探究「電流通過導體時產生的熱量的多少與什麼因素有關」,課本中設計了如下圖實驗裝置。



實驗分析:

1.實驗中兩個燒瓶中裝有等量的煤油,用溫度計顯示的示數表示熱量的多少,溫度越高說明電阻絲產生的熱量越多。



2.探究熱量與電阻的關係

電阻絲RA、RB串聯後分別放在兩個燒瓶中,由於通電時電流相等,通電時間也相等,觀察比較不同電阻絲產生的熱量多少.


實驗發現電阻越大的瓶子溫度計的示數高.


實驗結論:

在電流、通電時間相同時,電阻越大,產生的熱量越多。


實驗反思:


本實驗用到了兩個物理方法:

(1).控制變量法

兩瓶都用同一種物質煤油;質量相等;電阻絲RA、RB串聯電流相等,通電時間相等。


(2).轉換法

用溫度計顯示的溫度高低來說明電熱絲產生熱量的多少。


3.探究熱量與電流的關係

仍然用控制變量法,取同一個燒瓶RB,通電時間相同,改變電流的大小,觀察比較前後兩次溫度計示數的大小.


實驗發現電流大時溫度計的示數高.


實驗結論:

在通電時間和電阻相同時,電流越大產生的熱量越多。


問題解答:

為什麼電爐子工作時,電爐絲熱得發紅而連接的導線幾乎不熱?



導線與電爐絲串聯電流相等,通電時間也相等,由於導線的電阻很小,而電阻絲的電阻很大,在電流、通電時間相同時,電阻越大,產生的熱量越多,所以導線幾乎不熱。


【同步訓練】

(2018河北34題)

用如圖甲所示的裝置探究「電流通過導體產生的熱量與電流的關係」相同燒瓶內裝滿了煤油.

(1)燒瓶中裝入的煤油是                        (選填「導體」或「絕緣體」).


(2)請根據實物電路,在虛線框內畫出對應的電路圖.


(3)為達到實驗目的,選用的兩電阻絲R₁與R₂的阻值應                      . 通過R₁的電流            通過R₂的電流.


(4)通電一段時間後,乙瓶中玻璃管內液面上升的高度較大,說明                                                        .


(5)小紅用如圖乙所示的裝置,進一步探究「電流通過導體產生的熱量與電流的關係」,經多次測量,收集實驗數據,繪製了燒瓶中玻璃管內液面上升的高度h與電流I的關係圖像,根據焦耳定律可知,圖丙能正確反映h—I關係的是        .



【拓展】用Q=I²Rt可以計算電流通過任何用電器產生的熱量,能用Q=UIt計算電流通過任何用電器產生的熱量嗎?請用實例說明原因                                                                                           .

(1)絕緣體

(2)如答圖所示

(3)相等        小於

(4)在通電時間和電阻相同情況下,通過導體的電流越大,導體產生的熱量越多.

(5)A      

【拓展】不能.電動機工作時,消耗的電能為W=UIt,但其消耗的電能轉化為機械能和內能,則W>Q=I²Rt,所以電流通過有些用電器時,其產生的熱量是不能用Q=UIt來計算的.


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