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第六章 电功率
6.3 焦耳定律
教学目标：
1.物理观念：
知道电流的热效应；了解焦耳定律，能用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象。有安全用电和节约用电意识。
2.科学思维：
通过电热的利用和防止知识的学习，认识到科学也是辩证的统一。
3.科学探究：
通过实验探究电流的热效应跟电流大小的关系，学习控制变量法，经历探究的过程。
4.科学态度与责任：
通过探究电流的热效应跟电阻、电流大小的关系，认识科学探究的重要性。使学生体会到物理与生活生产的紧密联系，培养学生将物理知识主动应用于生产生活的意识。
教学重点：焦耳定律及应用
教学难点：探究电流的热效应与电阻的关系
教学课时：1课时
教学用具：多媒体、不同阻值的电热丝、相同阻值的电热丝、滑动变阻器、电源、开关、导线。
教学互动设计：
1、 创设情景，导入新课
电流通过灯丝时，电能转化为内能，灯丝变得灼热而发光。电能转化为内能。
二、新课讲授，师生互动
电流通过灯泡的灯丝时，灯丝变得灼热而发光，这种电能转化为内能的现象叫做电流的热效应（heating effect）。
动手做 自制灯泡
如图所示，将钉子垂直穿过橡皮盖，选一条金属丝，两端分别绕在钉子的尖端，装好后放入玻璃瓶内。钉子之间的细金属丝就如同电灯泡的灯丝。
钉子之间的细金属丝就如同电灯泡的灯丝。当电流通过时，金属丝迅速发热并变红，当很快就烧掉了。换用不同材质、不同粗细、不同长度的金属丝，接通电源，观察现象。在这短暂的时间内，你经历了发明家爱迪生发明灯泡的过程。
（1） 电流的热效应与什么因素有关
生甲：我发现亮度不同的灯泡，灯丝的粗细不同。
生乙：长度相同，粗细不同的灯泡，电阻不同。
生丙：看来灯泡的热效应跟灯丝的电阻有关。
制定计划与设计实验：自制3个如图所示的“灯泡”，其内金属丝分别选用电阻值相同的镍铬合金丝2条和电阻值不同的镍铬合金丝1条。瓶盖中间打一孔，插入带有红色液柱的玻璃管，给金属丝通电，观察玻璃管中红色液柱的上升情况，就可以比较电流通过镍铬合金丝产生的热量。
取三个“灯泡”的电阻为R1、R2和R1，我们分两步进行实验：
1.串联电路各处电流相等。将R1和R2串联，观察电流相同时，产生的热量与电阻大小的关系。
实验现象：串联时，电阻大的液柱上升快。
实验表明：在相同时间内，电流相同时，电阻较大比电阻较小的导体产生的热量多。
2. 将R1和变阻器串联，再与R1并联接入电路，观察电阻相同时，产生的热量与电流大小的关系。
现象：电阻相同时，电流大的液柱上升快。
实验表明：在相同时间内，电阻相同时，电流较大比电流较小的导体产生的热量多。
实验表明：在相同时间内，电流相同时，电阻较大比电阻较小的导体产生的热量多；电阻相同时，电流较大比电流较小的导体产生的热量多。
从能量角度来说，电能转化为内能的过程，是用电器消耗电能做功的过程。所以，我们可以利用电功关系进行理论探究。
理性探究：热效应与电阻的关系
如图所示，将R1和R2串联，接在电源上，通过它们的电流应该是相等的。通电一段时间后，对这两端镍铬合金丝产生的热量就是电流所做的功。
即Q=W
电流所做的功W=UIt，
根据欧姆定律导体两端电压U=IR，所以Q=W=UIt=IR×It=I2Rt，
即电热Q=I2Rt。
（二）焦耳定律
英国物理学家焦耳做了大量实验于1840年最先精确地确定了电流通过导体产生的热量（电热）与电阻、电流、通电时间的关系。
电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，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（Joule law）。
公式表述：Q=I2Rt。
热量Q的单位：J
电流I的单位：A
电阻R的单位：Ω
时间t的单位：s
焦耳（1818-1889）英国物理学家，用40多年时间做了400多次试验，研究热与功的关系，得出焦耳定律。
（三）电流的热效应的利用与危害
在生活和生产中，许多地方要利用电热。根据电流的热效应，人们制造出电烤箱、电熨斗、电烙铁、白炽电灯等电器。电流还用于熔化和焊接金属。
防止电热危害。有很多情况下，我们并不希望导体的温度过高，要设法减少电热。例如在电路中，由于导线有电阻，也要产生热量，容易使导线的绝缘外皮迅速老化，甚至可能烧坏，这就需要考虑如何减少产生的热量。焦耳定律是我们解决这些问题的理论依据。
例题 标有“220V 880 W”电热水器，正常工作时，通过它的电流是多少？电阻是多少 通电100s产生的热量是多少？
解: （1）正常工作通过的电流 = / =880W/220V=4A
（2）电阻 = / =220V/4A=55Ω
（3）产生的热量
Q=W=Pt=880W╳100s
=8.8╳104J
另解：Q=I2Rt =(4A)2╳55Ω╳100s=4.4╳104J
三、总结反思，超越自我
1. 电流的热效应与什么因素有关
(1)电流通过导体，导体发热的现象叫做电流热效应。实质：电能转化为内能。
(2)实验探究：将电流产生的热量转化为液柱变化。控制变量电流、通电时间、电阻。电热与电流、电阻、通电时间有关
(3)理性探究：电热器Q=UIt=IR×It=I2Rt
2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
公式表述：Q=I2Rt。
3.电流热效应的利用与危害
利用电热加热：电热器、电焊接、电切割
防止电热危害，减小电阻，散热。
四、板书设计，整合提升
1. 电流的热效应与什么因素有关
(1)电流通过导体，导体发热的现象叫做电流热效应。实质：电能转化为内能。
(2)实验探究：将电流产生的热量转化为液柱变化。控制变量电流、通电时间、电阻。电热与电流、电阻、通电时间有关
(3)理性探究：电热器Q=UIt=IR×It=I2Rt
2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
公式表述：Q=I2Rt。
3.电流热效应的利用与危害
利用电热加热：电热器、电焊接、电切割
防止电热危害，减小电阻，散热。
五、大海扬帆，尝试远航
1. 下列说法不正确的是（ ）
A. 电能转化为内能的现象叫做电流的热效应
B. 影响电热的因素有电流、电阻和通电时间
C. 电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
D. 电流通过手机不产生电热
2．下列用电器不是利用电流的热效应的是（ ）
A.电饭煲
B.电熨斗
C.电风扇
D.电烙铁
3．下列设备是利用电流热效应工作的是（ ）
A. 输电导线用铝线
B. 输电线用铜线
C. 在各种电路板上用铜箔或银箔做导线
D. 养鸡场的电热孵化器
4．下列设备是利用电流热效应工作的是（ ）
5．一只灯泡灯丝断了，把断了的灯丝搭在一起，下列说法正确的是（ ）
A.灯泡比原来暗一些
B.灯丝电阻比原来大一些
C.灯泡的实际功率大一些
D.灯泡的实际功率小一些
参考答案1.D；2.C；3.D；4.C；5.C。
六、作业：P97.T3
课外作业P97T1、T2、T4。
P97家庭实验室 自制一个简单的电热器
教学反思：
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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