资源简介

第十八章 电功率
第4节 焦耳定律
教学目标
一、物理观念
1.认识电流的热效应。
2.知道焦耳定律，会利用焦耳定律进行简单的计算。
3.知道电热在生活中的利用和防止。
二、科学思维
1.根据对生活中的现象进行思考，提出合理的猜想。
2.运用所学知识从理论上推理得出纯电阻电路中电热等于电功。
三、科学探究
1.通过探究，知道电流的热效应与哪些因素有关。
2.通过实验探究，体会控制变量和转换法的物理方法，提高实验探究能力和思维能力。
四、科学态度与责任
1.通过经历探究实验，培养严谨求实的科学态度。
2.通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。
教学重点
1.通过实验探究电热与电流、电阻和通电时间的关系。
2.焦耳定律的简单计算。
教学难点
设计实验方案、实验步骤并得出结论。
教具准备
焦耳定律演示器、电源、导线、若干个电阻(5Ω、10Ω)、多媒体课件等。
教学过程
新课引入
出示生活场景：放假在家的小明被妈妈要求安排好自己的学习，不能偷偷自己看电视。妈妈回来后发现小明在认真写作业，很欣慰，但是妈妈还是发现了小明看了电视。让学生猜想是如何发现的。从电视发热与什么因素有关引入新课。
新课讲授
探究点一：电流的热效应
活动1：提出问题：生活中很多用电器在使用时都伴有热现象产生，你知道有哪些呢
学生思考并回答。在展示一些用电器：电热水器、电饭煲、电路、热水壶、电焊等。再让学生思考这些用电器的能量转化。
总结得出：电流通过导体时电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。
活动2：提出问题：为什么电炉丝热得发红，而导线几乎不发热？让学生思考电热的产生与什么因素有关？
通过出示一些实例引导：
（1）电炉丝的材料是镍铬合金丝，导线材料是铜。不同的材料会影响产生的热量吗？
（2）电炉丝通电的时间越长，那么电炉的产生的热量会如何？
（3）大功率的电热水壶烧开水和小功率的电热水壶烧开水谁会更快一点呢？
通过以上对学生进行引导得出：电流产生热量的多少可能与电流、电阻和通电时间有关。同时课件展示提出的问题与猜想。
活动3：设计实验：提出一系列问题，让学生充分思考与讨论。
（1）当一个物理量被猜测与多个因素有关，应该用什么方法去研究？
（2）如何保证研究电阻不同时，电流和时间相同？研究电流和时间呢？
（3）用什么办法去体现热量的多少？
通过以上问题的引导，在老师补充完善下，确定最终的实验方案为：使用控制变量法和转换法进行研究。使用焦耳定律演示器进行实验，研究电阻时，将两个不同的电阻串联，闭合和断开开关；研究电流时，可以将两个相同的电阻接在焦耳定律演示器两边，再在其中一个电阻上再并联一个电阻（不放入演示器内）；研究通电时间时，只接入一个电阻，通电不同时间。
焦耳定律演示器原理：当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，导管里面液柱的高度就会发生变化。电流产生的热量越多，液面高度就相差越大。实验中通过观察液面高度来比较电流产生热量的多少。
活动4：进行实验：
实验1：研究电热与电阻的关系；
实验2：研究电热与电流的关系；
实验3：研究电热与时间的关系。
实验表格如下：
活动5：分析与论证：分析记录的数据与现象并总结。
总结得出：
（1）电流和通电时间相同时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多（2）电阻和 通电时间相同时，通过它的电流越大，这个电阻产生的热量越多（3）电阻和电流相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
活动6：交流与评估。
交流实验中遇到的问题，并进行分析和判断原因。
探究点二：焦耳定律
活动1：早在1840年英国物理学家焦耳就精确地确定了它们的关系，得到了焦耳定律，让学生自学P100的内容，完成下列问题：
（1）焦耳定律的内容？
（2）焦耳定律的表达式？各个物理量的单位？
总结得出：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。公式：Q=I2Rt
活动2：指导学生对纯电阻电路中电功全部转化为电热进行理论推导。
根据电功公式：W=UIt，欧姆定律：U=IR推导得到Q=W
活动3：介绍科学家焦耳。
例题训练：见课件
活动4：通过想想议议辨析问题。
额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎矛盾，这是怎么回事
前提条件不同（见课件）
探究点三：电热的利用和防止
活动1：介绍电热器的概念，让学生讨论电热器的优点。
活动2：提出问题：电热总是能够带来好处吗，有哪些危害？继续提问：如何防止电热的危害。
讨论得出：电热既有有利的一面也有不利的一面，但在很多情况下我们并不希望用电器温度过高，因为温度过高会影响用电器的使用寿命，会使绝缘皮老化，甚至引起火灾，电视机的后盖有许多小孔，就是为了通风散热；电动机的外壳有许多散热片，也是为了降温。
（延伸拓宽：电流通过导体时，如果电能全部转化为热，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等于消耗的电能，即Q=W=UIt。此时结合欧姆定律还可推导出另一个公式。故此时W和Q的关系为：。）
课堂小结（板书设计）
第4节 焦耳定律
教学反思
焦耳定律是电功率知识的一个升华，对电学内容起着承上启下的作用。授课过程中我从学生生活中熟悉的用电器入手，使学生进一步认识电和热的关系，自然的导出电流的热效应，然后通过通电相同时间，白炽灯和电风扇的发热程度不同，让学生猜想电流产生热量的影响因素，进而通过实验说明电热与电阻、电流、通电时间都有关系（实验中很好地运用了控制变量和转换的研究方法），最后指出焦耳经过大量实验才于1840年得到精确的结果——焦耳定律，同时为了使学生加深对焦耳定律的认识，又从电能转化和欧姆定律推出了公式Q=I2Rt，这时启发学生从实验和理论两方面来学习、研究物理问题也有一定的作用。

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