资源简介

《焦耳定律》
一． 教材分析
1、单元整体分析：焦耳定律是初中物理学习的重要定律之一，是能量守恒定律在电能和内能之间转化的具体表现，教材在电功、电功率之后安排焦耳定律，符合学生的认知规律。
2、本节课教材分析： 本节课由“电流的热效应”“焦耳定律”和“电热的利用和防止”三部分组成。
二． 学情分析：
学生学习了电能、比热容等知识，有一定的知识储备；生活中接触了形形色色的用电器，对于将电能转化为内能的用电器也不陌生。
三． 教学目标：
1.通过实验，了解焦耳定律。
2.能用焦耳定律解释生产、生活中的一些现象。四、 教学重难点：
研究电热与电阻、电流、通电时间的定性关系，焦耳定律的理解及其应用五、 教学策略：
以图片结合视频，引导学生能够从生活中的用电器归纳出它们的共同特点。利用实验进
行研究，验证产生电热的多少与电流、电阻、加热时间有关。利用直流电动机实验数据分析只有电能完全转化为内能时，电热才等于电能。
六、 教学过程：
教学环节 教师活动
导入： 电流的热效应 （时间 2:30） 同学们大家好 今天我们一起来学习人教版九年级物理第十八章第四节的内容《焦耳定 律》。生活中，我们可以见到各种各样的用电器，比如电饭锅、电热水壶、电暖器、电炉等，它们通电后，都伴有热现象产生。把电炉接入家庭电路中，请同学们观察电炉的工作情况。（播放视频）我们可以看到，通电之后，电炉丝逐渐发红发热
电能 电炉丝 电炉丝的内能 师：电能通过电炉丝之后，能量是怎样转化的呢？请同学们思考一下。师：没错，很多同学都回答出来了，电能通过电炉丝后，转化为电炉丝的内能。我们把电流通过电炉丝时电能转化成电炉丝的内能的现象称为电流的热效应。
焦耳定律 （时间 1:00） 师：电流做功使电炉丝的内能增加，忽略散热，电炉丝增加的内能 Q 与消 耗的电能 W 有什么关系呢？ 电能 电炉丝 电炉丝的内能 （电流做功 W） （电炉丝增加的内能 Q） 生：忽略散热，电炉丝增加的内能 Q 应该等于电流做功 W（语音 1）。师：电热的多少与什么因素有关？我们又该如何计算电热呢？ 师：早在 1840 年，英国物理学家焦耳最先精确的确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关，用公式表示为Q I 2 Rt 。 在使用公式时，电流 I 的单位为安培 A，电阻单位为欧姆，时间 t 单 位用秒 s，Q 的单位为焦耳 J。 从公式中我们可以看到，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，这个规律叫做焦耳定律。
反映电阻丝放出了热量；如何通过实验验证Q 与 R 的关系； 根据焦耳定律Q I 2 Rt ，当 I 和 t 一定时，是不是电阻越大，产生的热量越多呢？接下来我们通过实验去验证。 实验一：验证当流经电阻的电流以及通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多。 师：当流经电阻的电流以及通电时间相同时，是不是电阻越大，产生的热量越多呢？老师这里有一个方案，请大家一起来分析。 方案：小明把两段阻值不同的电阻丝（2R1=R2=2Ω）串联，在开关闭合前和闭合后，用测温枪分别测出两条电阻丝的 温度。假设电阻产生的热量全部用于自身的升温。通过记录的数据发现通电后电阻大的电阻丝温度升高得比电阻小的电阻丝多。
时刻 R1 的温度/℃ R2 的温度/℃
开关闭合前 20 20
开关闭合 2min 钟后 32 47
实验验证 1.小明认为升温多的电阻产生的热量就多，根据之前我们所学的热学知识，
焦耳定律 他的结论是否正确？依据是什么？
生：我认为是正确的；电阻升温越多，说明电阻产生的热量越多。
师： 电阻产生的热量全部用于自身的升温，则有 Q 放=Q 吸。你能利用公式
Q 吸=cmΔt 分析一下，温度变化量Δt 与 Q 吸的关系？
生：根据公式 Q 吸=cmΔt，当 c 和 m 一定时，温度变化量Δt 越大，Q 吸就
越大。题目中没有提到两电阻的比热容 c 和质量 m 一样大，所以不能说明
Q 吸越大
师：根据 Q 吸=cmΔt，Δt 大，但无法比较 c 和 m 大小，所以无法说明 Q 吸
越大。
电阻产生的热量全部用于自身的升温，则有 Q 放=Q 吸。
由于无法比较 Q 吸大小，也就无法比较 Q 放大小了。
既然Δt 越大不能说明 Q 吸越大，那就不能说明电阻产生的热量 Q 放越多。那
就说明小明的结论是错误的。
师：请同学们回顾一下比热容实验，我们怎样利用温度反映物体吸收的热
量？我们能否利用该知识对本实验进行改进呢？
生：加热质量相同的同种液体，如果液体升温多，就可以推断出液体吸收
的热量多。
师：怎样才能将电阻放出的热量与液体吸收的热量建立联系？
生：可以把电阻丝放入液体中，用电阻丝加热液体，如果电阻丝放出的热
量全部被液体吸收，则有 Q 放=Q 吸。
师：老师现在有一个 1Ω的电阻和一个 2Ω的电阻，我们怎么控制流经这两
个电阻的电流以及通电时间是相同的？
生甲：把 1Ω的电阻接入电路中，用滑动变阻器调节电流记为 I；实验完毕
之后再换 2Ω的电阻接入电路,用滑动变阻器调节电流也为 I。
生乙：把两个电阻串联连接起来接入电路。
师：同学认为哪个方案更好呢？
生：串联起来更好，这样还可以保证通电时间是一样的。
师：请整理一下，写出你的实验方案。
师：我们一起来看看这个同学的方案。
1.实验器材：
电源、开关、电阻两个（阻值分别为 1Ω和 2Ω）、煤油、温度计、导线若干
2.方案：
把 R1=1Ω和 R2=2Ω的电阻串联接入电路中，分别加热质量相同的煤油。 3.分析： 假设电阻丝放出的热量全部被液体吸收，则有 Q 放=Q 吸。根据公式 Q=cmΔt可知，c 和 m 相同，如果Δt 越大，Q 吸就越多，那就推断出这个电阻产生的热量越多。 师：为了计算升高的温度，我们需要把液体的初温和末温也记录下来。生： 师：接下来我们就用以上实验方案进行实验。 将电阻 R1=1Ω和 R2=2Ω串联接入电路中，分别加热质量相同的煤油，请看实验。 实验所记录的数据如表 1 所示 表 1 师：从实验数据中，我们能否判断出在电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多？ 生：可以。从数据中我们可以看到 R1 中煤油的温度变化量小于 R2 中煤
(
电阻阻值
R/
Ω
升高的温度Δ
t/
℃
) (
电阻阻
值
R/
Ω
初温
t
初
/
℃
末温
t
末
/
℃
升高的温度Δ
t/
℃
) (
电阻阻值
R/
Ω
初温
t
初
/
℃
末温
t
末
/
℃
升高的温度Δ
t/
℃
1
37.3
38.6
1.3
2
39.6
37.3
2.5
)
油的温度变化量，即Δt1<Δt2。根据公式 Q=cmΔt，由于电阻丝加热的是质 量相同的煤油，c 和 m 相同，Δt1<Δt2，则 Q 吸 1< Q 吸 2。如果电阻丝放出的热量全部被煤油吸收，则有 Q 放=Q 吸，则说明 Q 放 1< Q 放 2，所以可验证在电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多。 根据焦耳定律Q I 2 Rt ，当 R 和 t 一定时，是不是流经电阻的电流 I 越大，产生的热量越多呢？接下来我们也通过实验去验证。 实验二：验证同一定值电阻，在通电时间相同的情况下，电流越大产生的热量越多。 师：我们可以怎么进行实验呢？ 生：可以用阻值为 2Ω的电阻在 0.5A、1A 的电流下，分别加热 30g 的煤油 4min，记录温度计示数的变化。 师:我们怎么去调节电流大小以及显示电流大小呢？ 生：可以在电路中接入滑动变阻器调节电流大小，串联接入电流表观察电流大小。 师：请写出你的 实验方案。学生： 1.实验器材： 电源、开关、电阻（阻值 2Ω）、煤油（30g）、温度计 2.实验电路图： 3.实验表格： 师：接下
(
电流
I/A
初油温
t
初/℃
末油温
t
末
/℃
升高的温度Δ
t/℃
)
来我们一起观看实验视频。 师：实验数据如表 2 所示： 表 2 师：同学们，通过以上数据，我们能验证同一定值电阻，在通电时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多吗？ 生：可以。从数据中我们可以看到电流为 0.5A 时煤油的温度变化量小于电流为 1A 时煤油的温度变化量，即Δt1<Δt2。根据公式 Q=cmΔt，由于电阻丝加热的是质量相同的煤油，c 和 m 相同，Δt1<Δt2，所以 Q 吸 1< Q 吸 2如果电阻丝放出的热量全部被煤油吸收，则有 Q 放=Q 吸，则说明 Q 放 1< Q 放 2所以可验证同一定值电阻，在通电时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。 师：在刚才的实验中我们也可以看到，随着时间的增加，煤油升温越多。根据公式 Q=cmΔt，c 和 m 一定，Δt 越大，可知煤油吸收的热量越多，如果电阻丝放出的热量全部被煤油吸收，则有 Q 放=Q 吸，说明电阻产生的热量越多。这也说明，在电阻和电流一定时，通电时间越长，电阻产生的热量越多。
电热与电功，直流电动机实验 电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他 形式的能量，那么电流产生的热量 Q 就等于消耗的电能 W，即 Q=W=UIt, 同学们能否根据欧姆定律推出焦耳定律？ 由此可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功和欧姆定律的公式推出来的结论与焦耳定律是一致的。 是不是所有用电器工作时，电功与电热都是相等呢？接下来我们来看个实验：直流电动机的工作实验。
(
电流
I/A
初油温
t
初
/
℃
末油温
t
末
/
℃
升高的温度Δ
t/
℃
0.5
32.3
33.2
0.9
1
33.3
37.8
4.5
)
师：用毫欧表测得电动机的电阻为 1.47，电动机工作时的数据如表格所示 师：现在利用电功公式计算电动机消耗的电能。 生：电动机消耗的电能 W=UIt=1.8V×0.7A×60s=75.6J, 请同学们利用焦耳定律计算电流通过电动机产生的热量。 生：电流通过电动机产生的热量 Q=I2Rt= (0.7A)2×1.47×60s=43.218J. 师：同学们能从能量转化的角度分析 W 不等于 Q 的原因吗？ 生：电动机工作时，电能转化为机械能和内能，并不是将电能完全转化为内能。 师：很好。对于这类用电器，我们只能用焦耳定律 Q=I2Rt 来计算电热。
电热的利用和防止 生活和生产中都要用到电热，家里的电饭锅、电炉、电熨斗、电热毯 都是利用电热进行工作。 但是，过多的电热也会对生活造成不便，比如电热毯，当温度过高时，有可能引起火灾。所以我们在利用电热的同时，要避免因热量过多而带来
(
电动机的线圈电阻值
R/
电流
I/A
电压
U/V
通电时间
t/s
1.47
0.7
1.8
60
)
的影响。
知识回顾 现在我们一起来回顾本节课所学内容： 电流的热效应：电流通过导体时电能转化为内能，这个现象称为电流的热效应； 焦耳定律：Q=I2Rt； 好了，本节新课的学习到此结束，谢谢大家。

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