资源简介

18.4 焦耳定律
一、本节知识框架导图
二、教学目标
1.物理观念：
（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。
2.科学思维
会用焦耳定律进行计算，会利用焦耳定律解释生活中电热利用与防治。
3.科学探究
体验科学探究过程，了解控制变量的物理方法，提高实验探究能力和思维能力。
4.科学态度与责任
通过教学活动，激发学生对生活中物理现象的关注，乐于探索一些自然现象中的道理。
三、教学重点
教学重点：电流产生热效应跟什么因素有关
四、教学难点
教学难点：如何让学生提出与本节课相关的问题，如何进行探究实验设计。
五、教学用具（以及参考资料）
学生电源、焦耳定律演示器、电流表、导线、多媒体课件及教学平台等
六、预习设计（简单、实用、操作性强、能启发思考、问题不要太多）
1、什么是电流的热效应
2、电流热效应的实质是什么
3、电流的热效应与哪些因素有关
4、想探究电流的热效应与哪些因素有关，我们需要设计怎样的实验 请你分别解释一下书中的两个实验的设计4意图，它们分别是怎样应用控制变量法的。
七、教学过程
电流在电路中做功，可以将电能转化为其它形式的能，如电动机、电灯发光、电视机工作。 当这些用电器工作一段时间后，我们触摸它们的有关部位，会有什么感觉？这是什么原因,通过今天我们对18.4的学习焦耳定律我们就能找到答案。
(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。
八、达标练习
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？
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。
九、板书设计
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
十、作业设计
（1）巩固性作业（面向全体学生，巩固当堂内容，必做）
1、如图13-19中甲所示是用来研究焦耳定律的实验装置：
（1）实验采用的是 研究方法，实验的设计原理是根据电流的 ?
（2）选用图乙中第一组电阻来进行实验，接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油 上升得高。我们可以推测：在通电时间相同、通过电流相等的情况下 越大放热越多。这个实验是控制 、 两个物理量不变，来研究 和 两个物理量的关系。
（3）选用图乙中第二组电阻来进行实验，分别在通电时间相同时，调解滑动变阻器，加大电流，发现电流越大，电阻丝放热越 。
2、某同学仔细观察家中的四种电器，发现它们上面都标有“220V 150W”的字样，若它们都在额定电压下工作相同的时间，则产生热量最多的是（　　）
A．暖手宝 B．电视机 C．电冰箱 D．抽油烟机
3、如图为远距离输电示意图，I为输电电流，r为输电线总电阻，U为用户端的电压，则因输电线发热而损耗的电能为（t为通电时间）（　　）
A．I2rt B． C．UIt D．UIt﹣I2rt
4、下列情况中不属于防止电热危害的是（　　）
A．电视机的后盖有许多孔 B．家电长时间停用，隔一段时间应通电一次
C．电动机外壳有许多散热片 D．电脑机箱内有小风扇
5、下列实例中，为了防止电热产生危害的是（　　）
A．用电熨斗熨衣服 B．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置
C．电视机的机壳上有许多小孔 D．孵化家禽的电热孵卵机
（2）拓展型作业（注重知识应用和迁移，培养学科能力）
1、甲，乙两个电热器的电阻之比为3：2，通电相同时间产生的热量之比为8：3．则通过甲、乙的电流之比为（　　）
A．3：2 B．2：3 C．3：4 D．4：3
2、有两根阻值分别为R1、R2的电阻丝，分别采用如图所示的四种方法接在同一电源上后，相同时间内产生的热量最小的是（　　）
A．
B．
3、如图所示的电路，电源电压恒为6V，滑动变阻器的最大阻值为50Ω，闭合开关S，滑动变阻器滑片P置于a端时，电流表示数为0.6A，下列说法正确的是（　　）
A．电阻R1的阻值为12Ω
B．滑片P在移动的过程中，电流表的最小示数为0.2A
C．当变阻器滑片P处于a端时，电压表的示数为1V
D．当变阻器滑片P处于b端时，通电1min电阻R1产生的热量为6J

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