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18.4 焦耳定律
【学习目标】
1．知道电流热效应的现象及能量的转化。
2．通过探究影响电流热效应的因素，理解焦耳定律的内容，能够利用焦耳定律公式进行简单的计算。
3．会利用焦耳定律解释一些生活中的简单现象。
4．举例说出生活中利用电热的实例，了解电热的危害和防止方法。
【教学重难点】
重点：焦耳定律、电流热效应的应用、电热的计算。
难点：电热大小的影响因素的猜想和实验设计。
【教学方法】分析归纳法、探究法、观察法。
【教学过程】
（一）新课导入：
有一天，小明放学回家后接到妈妈的电话，妈妈嘱咐他好好写作业，不要看电视。等妈妈下班回家时看到小明在写作业，电视机也没打开，很高兴。可妈妈用手摸一下电视机的后盖就发现，小明没有按照妈妈说的做，看过电视。你知道小明的妈妈是根据什么道理判定的吗？
（二）新课讲授：
(一)电流的热效应
1．定义
教师引导：像电暖气这样的用电器通电以后会产生热量。
得出定义：电流通过导体时，导体要发热，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。
2．影响电流产生热量多少的因素
教师提出探究问题：电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？换句话说，电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？
学生讨论猜想：(1)跟导体的电阻有关。
(2)跟导体的材料有关。
(3)跟导体两端的电压有关。
(4)跟电功率有关。
……
教师对学生的猜想进行归纳说明，物理学家通过大量的实验发现：电流通过任何导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关。
演示实验：影响电流产生热量多少的因素
(1)两个透明容器中密封着等量的空气，密闭容器中各有一段电阻丝，右边的电阻丝的电阻比较大。两电阻丝串联起来接到电源两端，通电一段时间后，比较U形管中液面高度的变化。
(2)两个透明容器中密封着等量的空气，密闭容器中各有一段电阻丝，两电阻丝的电阻相同。右边的电阻丝与一个相同的电阻丝并联后再与左边的电阻丝串联起来接到电源两端，通电一段时间后，比较U形管中液面高度的变化。
教师指导：电阻丝加热密封容器中的空气，推动U形管中液体，形成液面差，液面高的一侧电阻丝产生的热量多，像这种在实验中，将不易观察到的现象通过其他方式直观、形象地显示出来的方法，我们称之为转化法。
学生根据实验现象得出实验结论：
在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。在电阻相同、通电时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。
(二)焦耳定律
1．焦耳定律
教师介绍：英国物理学家焦耳做了大量的实验，最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻、通电时间有关系。
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。
2．焦耳定律公式的推导
教师提问：什么是电功？
学生回顾电功：电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。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。根据欧姆定律U＝IR，就得到Q＝I2Rt。
3．焦耳定律的应用
教师引导学生思考：我们学习了焦耳定律，现在你知道为什么电炉工作时，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热吗？
学生思考并回答：电炉丝和导线串联，通过的电流和通电时间相同，但电炉丝的电阻要比导线的电阻大得多，所以产生的热量不同。
教师利用多媒体展示例题：
(三)电热的利用和防止
教师提出问题：我们知道了电流通过导体时会有热效应，生活中，哪里会用到电热呢？
学生举例：电热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器、电褥子……
电热的利用在生活中很常见，那么有时我们不需要电热，又有哪些防止电热的方法呢？
学生举例，教师多媒体展示：
这些都是人们不需要电热的，引导学生找到解决这类问题的方法，由此说明事物的两面性。
（三）课堂练习：
1．如图所示的各种用电器中，利用电流的热效应来工作的是(　　)
2．如图是电饭锅的电路图，S是温控开关，R1、R2是电阻丝，断开或闭合开关S，可选择电饭锅处于“加热”或“保温”状态。若R1∶R2＝1∶35，电饭锅加热时的总功率为P1，保温时的总功率为P2，则P1∶P2为(　　)
A．36∶1 B．35∶1
C．36∶35 D．35∶36
3．有一台“220 V　100 W”的洗衣机，由于使用不当，造成电动机卡死，电动机的温度升高而被烧坏。从出产厂家得知，这种电动机内的线圈的阻值为2 Ω。
(1)这台洗衣机正常工作时，1 min耗电多少焦？
(2)电动机被卡死时，1 min产生多少热量？
【答案】1.B　2.A
3．解：(1)1 min消耗的电能：W＝Pt＝100 W×60 s＝6 000 J；
(2)通过电动机的电流I＝＝＝110 A；
电动机产生的热量：Q＝I2Rt＝(110 A)2×2 Ω×60 s＝1.452×106 J。
（4）课堂小结：
今天你学到了什么，有什么成功的经验和收获？
1．知道了什么是电流的热效应，焦耳定律的内容和公式。
2．知道电热在生产和生活中的利用和危害，以及如何防止。
（五）作业布置：
完成配套课后练习。
【板书设计】
第4节　焦耳定律
(一)电流的热效应
(二)焦耳定律
1．内容：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
2．公式：Q＝I2Rt
电能全部转化为内能：Q＝W＝UIt
(三)电热的利用和防止
【课后反思】
从电灯发光发热这种学生常见的现象及生活中的电热器引入电流的热效应，贴近生活、贴近实际，体现了从生活走向物理的理念。在学习电流通过导体产生的热跟什么因素有关的过程中，注重了科学探究过程，特别突出了猜想和设计实验环节，在教学过程让学生参与讨论，充分调动学生学习的积极性，不仅使学生掌握了知识，而且培养了他们的分析归纳能力和辩证思维能力，充分体现了以学生为主体的教学思想，注重了对物理研究方法的教学。
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