初中物理人教版九年级全册第4节 焦耳定律教学设计

这是一份初中物理人教版九年级全册第4节 焦耳定律教学设计，共6页。教案主要包含了知识与技能，过程与方法，情感、态度与价值观，自主学习，合作探究，教师点拨，跟进训练等内容，欢迎下载使用。

【知识与技能】
1．知道在电流相同的条件下，电能转化成热能的功率跟导体的电阻成正比．
2．知道利用电热和防止电热的场合和方法．
【过程与方法】
通过实验探究电流的热效应与电阻大小的关系，培养学生的观察分析能力和概括能力．
【情感、态度与价值观】
通过电热的利用和防止知识的学习，认识到科学是有用的．
重点难点
【重点】
通过实验探究电流热效应跟电阻大小的关系．
【难点】
焦耳定律的计算．
教学过程
知识点一 电流的热效应
【自主学习】
阅读课本P99－100，完成以下问题：
电流通过导体时电能转化为内能，这个现象叫做电流的热效应．
【合作探究】
演示 电流的热效应
1．这些用电器在工作的过程中的共同特点是什么？
答：电流通过这些用电器后，都伴有热现象产生．
2．这些用电器工作时能量的转化情况是怎样的？
答：电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应．
3．生活中你见到的用电器有哪些？它们之间的能量转化是怎样的？哪些是利用了电流的热效应？哪些是防止电流的热效应？
答：电热既有有利的一面，也有不利的一面．电热器是利用电流的热效应；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．
探究 电流的热效应的影响因素
现象思考：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？
答：提出问题：电流通过不同的导体时产生的热量为什么不同？电流产生的热量与哪些因素有关？
猜想假设：可能与电流、电阻和通电时间有关．
设计实验：(1)取两个阻值不同的电阻串联起来，通电相同的时间，观察U形管两边的液面的高度的变化．(2)取两个阻值相同的电阻，让其通过的电流不同，加热相同的时间，观察U形管两边的液面的高度的变化．
进行实验：(1)如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化．将两容器中的电阻丝(左边电阻丝为5 Ω，右边电阻丝为10 Ω)串联起来接到电源两端，通电一段时间后，发现右边U形管中的液面高于左边U形管中的液面．
实验结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多．
甲
乙
(2)如图乙所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在右边容器的外部，将另一个相同的电阻和这个容器内的电阻并联．然后再与左边容器的电阻并联，接通电路，在通电时间相同的情况下，会看到左边U形管中的液面高于右边U形管中的液面．
实验结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多．
【教师点拨】
1．在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”时，应采用控制变量法.
2．利用空气受热膨胀，挤压液体使液面上升的现象，来显示电流产生的热量的多少，运用了转换法.
【跟进训练】
1．下列用电器中，利用电流热效应工作的是( B )
A．电视机 B．电热毯
C．电风扇 D．电脑
2．用如图所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”．
(1)实验中通过观察两支温度计示数来比较电流产生的热量的多少．
(2)为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入质量相同、初温相同的同种液体．
(3)为达到实验目的，选用的两电阻丝的阻值不能相同.
(4)实验结论是在电流、通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多.
知识点二 焦耳定律
【自主学习】
阅读课本P100－101，完成以下问题：
1．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，这个规律叫做焦耳定律.
2．焦耳定律用公式表达为Q＝I2Rt.
【合作探究】
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，其内容是什么？
答：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．
2．焦耳定律的表达式及各个物理量的单位分别是什么？
答：公式：Q＝I2Rt.公式中的电流I的单位要用安培(A)，电阻R的单位要用欧姆(Ω)，通电时间t的单位要用秒(s)．这样热量的单位就是焦耳(J)．
3．焦耳定律的实质是什么？
答：揭示了电能向内能转化的规律，它是计算电流通过电路时产生的热量(简称电热)的一般公式．公式中的各物理量都是对同一段电路或同一导体而言的，也是对应于同一状态而言的．
【教师点拨】
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Q＝eq \f(U2,R)t.故此时W和Q的关系为：W＝Q＝I2Rt＝eq \f(U2,R)t＝Pt＝UIt.
【跟进训练】
如图所示的电路中，电源电压U＝12 V，R1＝10 Ω，闭合开关后，电流表读数为0.5 A，求R1在1 min内产生的热量．
解答：由图知，两电阻串联，电流表测电路中电流，由串联电路的电流特点知，I＝I1＝I2＝0.5 A，所以R1在1 min内产生的热量Q1＝I2R1t＝(0.5 A)2×10 Ω×60 s＝150 J.
知识点三 电热的利用和防止
【自主学习】
阅读课本P101，完成以下问题：
1．生产生活中要用到电热，如热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等．
2．有些电热需要防止，如电视机后盖的散热孔、电脑的散热风扇.
【合作探究】
1．家中的哪些用电器是利用电热的用电器？
答：电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉、电炉等均是利用了电热．
2．家中电视机、电脑等用电器，并不希望电流发热，这时必须防止电热的危害，这些用电器是如何防止电热危害的？
答：电视机使用过程中会发热，如果连续使用时间过长，还会烧坏电机；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，甚至烧坏等均属于电热的危害，我们要采取一定的措施防止．如电视机开的时间长了会发热．电视机后盖上有许多孔，就是为了能通风散热．电脑中还装有风扇，也是为了散热，减少电热的危害．老师用的投影仪上也装有小风扇，也是为了快点散热．农村抽水、磨面用的电动机连续工作一段时间后要休息一会，等凉了再用，都是为了防止电热可能造成的危害．
【教师点拨】
1．电热器是利用电来加热的设备，电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉等都是常见的电热器．电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的．电热器清洁卫生，没有污染，热效率高，有的还可以方便地控制和调节温度.
2．在电动机里，电流主要是用来做机械功的，但电动机里的导线有电阻，也要产生热量，使导线的温度升高．温度超过绝缘材料的耐热温度，绝缘材料会迅速老化，甚至可能烧坏．为此有的电动机里装有风扇，电动机的外壳做成镂空状，都是为了加快散热.
【跟进训练】
电烙铁通电一段时间后变得很烫，而连接电烙铁的导线却没有明显发热，这主要是因为( D )
A．导线的绝缘皮隔热
B．导线散热比电烙铁快
C．通过导线的电流小于通过电烙铁的电流
D．导线的电阻远小于电烙铁电热丝的电阻
课堂小结
1．电流的热效应
(1)电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应．
(2)电热的大小可能的影响因素——电阻、电流和时间．
2．焦耳定律
(1)内容：电流流过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比 .
(2)公式：Q＝I2Rt
(3)单位：I－安，R－欧，t－秒，Q－焦．
3．电热的利用和防止
练习设计
完成本课对应训练．
温馨提示：实验视频见课件．