资源简介

18.4焦耳定律
【学习目标】
1.通过生活实例，认识电流的热效应。
2. 能在实验的基础上深入理解焦耳定律，会用焦耳定律进行计算。
3.认识电热的利用和防止，并能解释生活中的相关现象。
【教学重难点】
重点：焦耳定律的理解及应用。
难点：焦耳定律的理解及应用。
【教学方法】
读图指导法、活动探究法。
【教学过程】
新课导入：
观察实验：一中间窄两边宽的锡箔纸，直接用手压在一节干电池的正负两极，不一会儿，可以观察到，锡箔纸中间被点燃了。
思考：这个过程中，锡箔纸中有电流通过，锡箔纸燃烧起来，电能转化为内能。
新课讲授：
知识点一：电流的热效应
1.生活中，有许多这样的用电器：
冬季用于取暖的油汀、小太阳，煮饭的电饭锅，电熨斗，电烤盘，电热水壶。
他们有一个共同特点：工作时，将电能转化为内能。
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。
知识点二：探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
1.提出问题：
这些用电器工作时，为什么只有一部分发热，而导线却不发热？
观察电烤盘内部结构，内部加热的电热丝又弯又长，且材料是由电阻率较大的镍铬合金制成。再观察电烤盘的电线，可以看出线比较粗，且内部是由电阻率较小的铜丝制成。
可以猜测，电流产生热量的多少可能跟电阻大小有关。
那么，还有哪些因素可能与产生热量多少有关呢？与此同时，应该怎么验证这些猜测呢？
2.实验：
（1）本实验中，实验结果可能与多个因素有关，为得到科学的实验结论，应使用控制变量法设计实验。
（2）本实验的研究对象：产生热量的多少，无法直接观察，所以要设计一种方法，能够将无法直接观察到的产生的热量的多少转换成便于直接观察的量。
（3）实验装置示意图：
（4）根据以上实验装置提出问题：
①该装置的原理是什么？
②该装置探究电流产生热量与什么因素的关系？
③该装置如何比较产生热量的多少？利用了什么方法？
（5）观察实验，得出结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
（6）提出问题：如何探究与电流的关系？
（7）实验装置示意图;
（8）提出问题：
①解释该装置如何在同一电路中控制电阻相同的情况下使电流不同。
（9）观察实验，得出结论：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多。
知识点三：焦耳定律
19世纪英国物理学家焦耳在40年时间内经过400多次实验研究热和功的关系。通过大量的实验，于 1840 年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系：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。
即焦耳定律。
公式：Q = I2Rt
单位：焦耳（J）
知识点四：电能与电热的关系
当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即
Q = W = UIt = I2Rt
如：电暖器，电饭锅，电炉子等。
当电流通过导体时，如果电能只有一部分转化为内能，还有一部分转化为其他形式的能量，那么电路中产生的热量Q 就小于消耗的电能W，即
Q > I2Rt
如，电风扇工作时，将电能转化为内能和机械能。这一类电路中Q < W。
知识点五：电热的利用和防止
1.电热的利用
生活中，如冬季用于取暖的油汀、小太阳，煮饭的电饭锅，电熨斗，电烤盘，电热水壶等，这些电器的工作原理就是电流的热效应。
2.电热的防止
很多用电器，工作目的并不是发热，却又无法避免电流的热效应，所以在工作时不可避免地产生热量，但有些用电器在高温环境下易烧坏，所以要对此进行有效的防止。
比如，电脑主机中都会有一个散热扇，通过空气流动，带走CPU高速运行时产生的大量热。有很多高性能计算机的主机可能需要更有效的降温措施，比如，阿里巴巴的服务器被放置在千岛湖底，其中一个重要的原因，就是可以利用但湖底的低温水对服务器进行有效的降温。
课堂练习：
1.某人坐在匀速向西行驶的列车中，以列车车厢为参照物，他是 （填“运动”或“静止”）的；此人看到路边的房屋向 运动。
2.对于坐在行驶于河中的游船上的游客而言，若以河岸为参照物，他是 的；以游船为参照物，他是 。
3.兰兰在商场乘自动扶梯上楼，以自动扶梯的扶手为参照物她是 的，以她所站立的台阶为参照物，她是 的。
4.在放学回家的路上，小刚与小明并肩行走，以 参照物，小明是静止的。
5.航天飞机在太空中与宇宙空间站对接时，两者在太空中行的速度大小和方向必须
，此时两物体间彼此处于对 状态。
课堂小结：
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。
2．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
3．电热的利用：电饭锅、电熨斗等……
电热的防止：用电器的散热设备。
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：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。
二、探究电流产生热量多少与哪些因素有关
1.实验方法：控制变量法、转换法。
2.实验装置
3.结论：
（1）在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
（2）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多。
三、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
3. 单位：焦耳（J）
四、电能与电热的关系
1．电能全部转化为内能：Q = W = UIt = I2Rt
2．电能只有一部分转化为内能：W＞Q热
五、电热的利用和防止
【课后反思】
本节课是初中物理中最重要的定律之一，是能量守恒定律在电能与内能之间转化与守恒的具体体现。本节课内容从生活实际出发，深入讲解电热知识，最后回到生活中电热的利用与防止。头尾内容相对容易，但中间的实验、公式，尤其是焦耳定律公式在不同电路中能否适用等内容，学生相对难以较快吸收理解。所以第一课时应先讲解头尾与实验，得出公式后即可结束，公式的具体理解等内容，可以放到第二课时，结合相关习题，进行对应的练习巩固。除了公式理解，更难的是焦耳定律与前面所学内容相结合后的综合解题，这需要进行大量的练习，才能使学生逐渐深入理解本节课在电学中的意义。
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