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第4节　焦耳定律
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.能通过实例,认识电流的热效应。
2.能在实验的基础上得出电热的大小与电流、电阻和通电时间有关,知道焦耳定律。
3.会用焦耳定律进行计算,会利用焦耳定律解释生活中电热的利用与防止。
重点:电流产生的热量与电流、电阻大小之间的关系。
难点:理解焦耳定律。
【新课导入】
情境导入
有一天,孙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孙明在写作业,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,孙明没有按照妈妈说的做,看过电视。你知道孙明的妈妈是根据什么道理判定的吗 从而引入新课。
问题导入
电炉丝通过导线接到电路中,电炉丝和导线中通过的电流大小相同,为什么电炉丝热得发红,而导线却几乎不发热
【课堂探究】
探究点一　探究电流通过导体产生的热量跟什么因素有关
一、提出问题
电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关
学生结合生活实际进行猜想:电流、电压、电阻、通电时间……
二、猜想与假设
提示:电热是电流通过电阻时产生的热量,电路中有电压不一定有电流,所以电压对电流通过电阻产生热量的多少没有影响。(排除电压这个物理量)
电流通过导体产生热量的多少与　电流、电阻、通电时间　有关。
你能结合实例说出这三个因素对电热的影响吗
三、设计实验
要探究电流通过电阻产生热量与电阻的关系,如何设计实验 如何比较产生热量的多少
学生回答:实验时要控制电路中的电流相等,改变电阻的大小,比较在相同时间内放出热量的多少。
可以通过加热相同物体,比较物体吸热升温的多少。
四、进行实验
展示实验装置1
观察本实验装置,思考:
1.本装置可以用于探究电热与哪个因素的关系
提示:本装置探究电热与电阻的关系。
2.两电阻为什么要串联
提示:电阻串联,可以使通过两根电阻丝的电流和通电时间相同。
3.如何比较电流通过电阻放出热量的多少
提示:通过左右两U形管液面的高度差来比较,高度差越大,放出热量越多。
4. 设计实验数据记录表格。
电流I/A
电阻名称 R1 R2
电阻/Ω 5 10
产生热量(多/少)
分析实验数据,可以得到什么结论
提示:学生根据实验数据,得出结论:在电流和通电时间相同时,电阻越大,电流通过电阻产生的热量越多。
展示实验装置2
1.本装置可以用于探究电热与哪个因素的关系
提示:本装置探究电热与电流的关系。
2.右边电阻丝上为什么要再并联一根电阻丝
提示:使右边容器中的电阻丝中的电流与左边容器中的电阻丝不等(左边电流大于右边电流)。
3.如何比较电流通过电阻放出热量的多少
提示:通过左右两U形管液面的高度差来比较,高度差越大,放出热量越多。
4.设计实验数据记录表格。
电阻R/Ω
电阻名称 R1 R2
电流I/A
产生热量(多/少)
分析实验数据,可以得到什么结论
提示:学生根据实验数据,得出结论:在电阻和通电时间相同时,电流越大,电流通过电阻产生的热量越多。
五、分析论证,得出结论
对以上两个实验进行总结。电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关,电流越大、电阻越大、通电时间越长,电流通过电阻产生热量越多。
探究点二　焦耳定律
物理学家焦耳在1840年就确定了电热与电流、电阻和通电时间的关系,也就是著名的焦耳定律。
活动:自学教材P100内容,完成下列问题:
1.焦耳定律内容:　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　,这就是著名的焦耳定律。
2.公式:Q=　I2Rt　。
3.符号的意义及单位
Q——　热量　——焦耳(J)
R——电阻——　欧姆(Ω)
I——　电流　——　安培(A)　
t——时间——　秒(s)
教师要提醒大家注意:代入数值计算的时候,要将电流的单位“A”一起平方。
提出问题:我们通过实验、观察,利用公式推导得出了电流热效应跟电阻大小的关系。同学们现在能不能回答本节开始时的问题
学生回答:　导线和电炉中通过的电流相同,但是导线的电阻较小,那些电炉丝的电阻较大。所以,电炉丝热得发红,而导线几乎感觉不到热　。
探究点三　电热的利用和防止
提出问题:生活中有些电热我们要利用,有些电热我们是要防止的。关于电热的利用,同学们已经了解了许多,谁能简单地讲几个
生:电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤箱、电炉。
师:刚刚举出的都是利用电来　加热的　设备,都是常见的电热器。同学们知道了利用电热的好处,但有些时候,有些地方的电热我们是不需要的,还要设法防止。例如:
生1:电视机使用过程中会发热,如果连续使用时间过长,还会烧坏电视机。
生2:有些导体上的绝缘材料会因温度过高,使绝缘材料迅速老化,甚至烧坏。
师:那么,对这些电器采取什么措施来防止过热
生1:电视机后盖上有许多孔,就是为了通风散热。
生2:电脑中装有风扇,也是为了散热,减少电热的危害。
生3:老师用的投影仪上也装有小风扇,也是为了快点散热。
师:同学们对电热的危害及防止了解得还真不少,这儿有一份电器的说明书,请大家仔细阅读,并分析说明其中的道理。(投影电器说明书)
教师引导学生着重注意以下内容:电器工作时,置于　通风良好　处;勿使电器淋雨或受潮,长期不用的电器隔一段时间应该　通电　一次。
生1:电器工作时,置于通风良好的地方,是为了能使电器更好地散热、防止电热产生危害。
生2:电器淋雨或受潮会降低绝缘性能,使电路工作失常,影响用电器的使用。长期不用的电器隔一段时间要通电,是为了利用电热来驱潮,是电热的利用。
【课堂小结】
第4节　焦耳定律
1.电流的热效应
2.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,Q=W=Pt。
3.电热的利用和防止
1.将规格都是“220 V　100 W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁,分别接入220 V的电路中,通电时间相同,电流通过它们产生的热量最多的是(A)
A.电烙铁 B.电视机 C.电风扇 D.一样多
2.将阻值为40 Ω的电阻丝接在电源两端,通电 10 min,电流产生的热量是1.5×103 J,若将阻值为10 Ω的电阻丝接入同一电源的两端,通电 10 min,电流产生的热量是(D)
A.1.5×103 J B.3.75×103 J
C.7.5×103 J D.6.0×103 J
3.将阻值为R甲=40 Ω和R乙=10 Ω的两个电阻串联后接在电源上,相同时间内,两电阻中产生热量较多的是　R甲(或甲电阻)　。若将两电阻并联后接在4 V的电源上,1 min内两电阻产生的总热量为　120　J。
4.如图所示是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。
(1)该实验是通过观察U形管中　液面高度差　的变化反映密闭空气温度的变化。
(2)如图(甲)所示的实验装置,两个相同的透明容器中所装空气的质量　相等　(选填“相等”或“不相等”);在电阻通电过程中,U形管　不是　(选填“是”或“不是”)连通器。
(3)(乙)装置可探究电流通过导体产生的热量与　电流　的关系。此装置通电一段时间后,右边U形管的液面高度差更　小　(选填“大”或“小”)。
(4)(甲)装置中5 Ω和10 Ω两电阻串联,是为了控制通电时间和　电流　相同,探究电热与　电阻　的关系。此装置通电一段时间后,　右　(选填“左”或“右”)边U形管的液面高度差更大。
5.一台直流电动机,线圈电阻为0.5 Ω,接在12 V的电源上时,通过的电流为2 A。求:
(1)这台电动机工作5 min消耗多少电能
(2)有多少电能转化为机械能
解析:(1)消耗的电能W=UIt=12 V×2 A×300 s=7 200 J。
(2)5 min电流通过电动机产生的热量
Q=I2Rt=(2 A)2×0.5 Ω×300 s=600 J,
W机=W-Q=7 200 J-600 J=6 600 J。
答案:(1)7 200 J　(2)6 600 J
从电热器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。在学习电流通过导体产生的热量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,在教学过程中让学生参与讨论,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,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。在科学探究的设计实验环节,引导学生应用控制变量法和转换法进行实验设计,培养学生应用所学物理研究方法解决物理问题的能力。
一、家用电热器具的分类
1.按电加热方式的原理分类
电阻加热、远红外线加热、电磁感应加热和微波加热。
2.按用途分类
(1)电炊具:如电饭锅、电烤箱、电磁灶、微波炉、电热饮水机等。
(2)取暖用具:如电暖器、电热毯等。
(3)卫生洁具类及其他:如电热水器(电淋浴器)、家用消毒器、洗碗机、电熨斗、电烙铁等。
二、家用电热器具的基本结构
1.发热部件
主要功能是将电能转化为内能。常见的电热元件有电热丝、电阻发热体、红外线灯、管状红外线辐射元件、PTC电热元件等。
2.温控部件
主要功能是控制发热部件的发热程度,使电热器具所发出的热量符合要求。常用的温控部件有双金属式恒温控制器和磁控式温度调节器。近年来PTC温控部件、电子温控以及微电脑温控部件逐渐被广泛采用。
3.安全装置
安全装置(温度保险器)的功能是当电热器具发热温度超过正常范围时,自动切断电源,防止器具过热,确保安全。常用的安全装置有温度熔丝等。

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