初中物理第十四章 了解电路第四节 科学探究：串联和并联电路的电流教学设计

第4节  科学探究：电流的热效应

【教学目标】

知识与技能

1、知道电流的热效应

2、知道焦耳定律

3、知道电热的利用和防止

过程与方法

通过探究，知道电流通过导体产生的热量与什么因素有关

情感态度与价值观

1、通过学习电热的利用和危害，学会辩证地看待问题

2、通过讨论和交流培养合作学习的态度和意识

【教学重难点】

重点   焦耳定律  

难点   探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关。

【导学过程】

【创设情景，引入新课】

一、导入新课

观察下面四个电器，回答问题：

（1）图中四个用电器通电时都会产生什么现象？

（2）说明电流在工作过程中消耗的电能转化成了什么能？

总结得出：电流通过导体时电能转化成热能，这个现象叫电流的热效应。

现象： 给电炉通电时，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却几乎不热。

同学们有没有考虑过这样的问题：导线和电炉丝中流过的电流相同吗？导线和电炉丝产生的热量相同吗？今天我们就一起来探讨电流经过用电器时产生的热量与什么因素有关。

【自主预习案】

一、电流的热效应

(1) 图中四个用电器通电时都会发生什么现象？这种现象叫做                 。

（2）说明电流在工作过程过程中消耗的电能转化成什么形式的能了？

（3）列举你熟悉的类似的实例。

二、焦耳定律

1、电流通过导体产生的热量跟通过导体的______________成正比，跟通过导体的______________平方成正比，跟通电______________成正比。

2、Q =I2Rt，Q表示产生的______________，单位是______________；I表示通过导体的______________，单位是______________；R表示______________，单位是______________；t表示______________单位是______________，计算时单位要一致！！

3、研究焦耳定律时，采用______________法和______________法

三、电热的利用与防止

（1）电热器是利用电流的_______________制成的加热设备，如：电热水器、_______________电热毯等。

优点：清洁卫生没有环境污染、热效率高、方便控制和调节温度。

（2）电热的防止：在用电器上开散热窗、加散热片、安装_______________，都是为了_______________

【课堂探究案】

探究点1：电流通过导体产生的热量与什么因素有关？

1、提出问题

引导学生，提出问题：电流通过导体产生的热量与什么因素有关？

2、猜想

引导学生进行猜想

 3、设计实验

问：要研究与多个因素是否有关时，我们得采用什么研究方法？（控制变量法）。

课件展示：

实验一、研究电流产生的热量与电阻的关系

问：①实验中要控制    相同，使    不同。②如何控制电流和通电时间相同？

③如何比较电流通过导体产生热量的多少？

引导学生讨论实验步骤

4、进行实验

5、得出结论：1、在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流通过导体产生的热量越多。

实验二、探究电流产生的热量与电流的关系

问：①实验中要控制    相同，使    不同。

②如何改变通过导体的电流？

引导学生讨论实验步骤

得出结论：在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多。

引导学生得出结论：在电流和电阻相同时，通电时间越长，产生的热量越多。

引导学生得出焦耳定律

探究点2：电功和电热

（1）在纯电阻电路中：电流通过用电器以发热为目的，例如电炉、电熨斗、电饭锅，电烙铁、白炽灯泡等。这时电能全部转化为内能，电功等于电热，即W=UIt=I2Rt=.同理P=UI=I2R=.

（2）在非纯电阻电路中：电流通过用电器是以转化为内能以外的形式的能为目的，发热不是目的，而是难以避免的内能损失。例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等.这时电路消耗的电能，即W=UIt分为两部分，一大部分转化为其他形式的能（例如电流通过电动机，电动机转动，电能转化为机械能）；另一小部分不可避免地转化为电热Q=I2R t（电枢的电阻生热）.这里W=UIt不再等于Q=I2Rt，应该是W=E其他＋Q.

（3）电功和电热是两个不同的物理量，只有在纯电阻电路中，电功才等于电热，W=Q=UIt=I 2R t=；在非纯电阻电路中，电功大于电热，W>Q，这时电功只能用W=UIt计算，电热只能用Q=I2Rt计算，两式不能通用。

例1 一台电风扇，内阻为20 Ω，接上220 V电压后，消耗功率66 W，问：

（1）电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？

（2）电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？

（3）如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流，以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？

解答 （1）因为P入=IU

所以I= A=0.3 A

（2）电风扇正常工作时转化为内能的功率

P内=I2R=0.32×20 W=1.8 W

电风扇正常工作时转化为机械能的功率

P机=P入-P内=66 W-1.8 W=64.2 W

电风扇正常工作时的效率

η=×100%=97.3%

(3)电风扇风叶被卡住后电动机不转时可视为纯电阻，通过电风扇的电流

I= A=11 A

电动机消耗的电功率

P=IU=11×220 W=2420 W

电动机发热功率

P内=I2R=112×20 W=2420 W

【当堂训练案】

1、下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是（    ）

A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多

B．适用于任何电路，而只适用于纯电阻的电路

C．在不是纯电阻的电路中，

D．焦耳热适用于任何电路

2、一个直流电动机所加电压为U，电流为 I，线圈内阻为 R，当它正常工作时，下述错误的是 （   ）

A．电动机的输出功率为U2／R         B．电动机的发热功率为I2R

C．电动机的输出功率为IU-I2R         D．电动机的功率可写作IU=I2R=U2/R

3.下图电路中，电灯L1、L2都标有“220V，100W”；电灯L3、L4都标有“220V，40W”．将A、B两端接入电源，最暗的灯是　 (　 )

A．L1     B．L2       C．L3     D．L4

4.把两个相同的电灯分别接在图中甲、乙两个电路里，调节滑动变阻器，使两灯都正常发光，两电路中消耗的总功率分别为和，可以断定(                            )

A.〉  B.〈  C.=  D.无法确定

5、一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R，设通过它们的电流相同(电动机正常运转)，则在相同时间内（    ）                                                               

A.电炉和电动机产生的热量相同        B.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率

C.电炉两端电压小于电动机两端电压    D.电炉和电动机两端电压相等

6、有一电风扇上标有“220V ,55W”，若风扇的电动机线圈电阻为8Ω，当它正常工作时：

(1).电源供给的电功率是多少？     (2).转化为风的电功率是多少？

(3).电动机的发热功率是多少？

7.一台直流电动机线圈电阻r =1Ω，与一阻值R=10Ω的电阻串联，当所加电压U=150V，电动机正常工作时电压表示数100V，求电动机消耗的总功率及输出的机械功率？