2021学年第4节 焦耳定律教学设计

课程基本信息

课例编号

学科

物理

年级

9年级

学期

第1学期

课题

焦耳定律

教科书

书名： 物理 九年级上册                         

出版社：人教版             出版日期： 2012   年 6 月

教学人员

姓名

单位

授课教师

指导教师

教学目标

教学目标：

知识目标：会通过生活实例，认识电流的热效应；会用焦耳定律分析解决简单问题。

能力目标：会设计实验探究电热跟电阻、电流、通电时间的定性关系；学习运用控制变量法、转换法设计实验。

情感目标：通过学习电热的利用和防止，学会辩证的看问题。

教学重点：

探究电热跟电阻、电流、通电时间的定性关系；焦耳定律的理解及应用。

教学难点：

探究电热跟电阻、电流、通电时间的定性关系；焦耳定律的理解及应用。

教学过程

时间

教学环节

主要师生活动

2分钟

1分钟

8分钟

7分钟

1分钟

1分钟

1分钟

1分钟

1分钟

1分钟

1分钟

引入

提出问题

提出猜想

设计实验

进行实验

定量实验设计与数据分析

总结结论

解决问题

电功和电热的关系

解释现象

电热的利用和防止

课堂小结

布置作业

一、电流的热效应

【点PPT】请同学们观察以下用电器的工作过程，思考这些用电器个工作时有什么共同特点？电炉通电一段时间以后，电炉丝热得发红了；电烙铁通电一段时间以后，可以熔断焊锡；热熔胶枪通电一段时间以后，固态胶棒变成了液态胶水。

【点PPT】这些用电器工作时都要消耗电能，都会发热，

【点PPT】将电能转化为内能。

【点PPT】电流通过导体时，导体会发热。这种现象叫电流的热效应。

很多用电器都是利用电流的热效应工作的。

【点PPT】例如电暖器、

【点PPT】电饭锅

【点PPT】电热水壶

【点PPT】电熨斗等，我们把这些利用电流热效应工作的用电器叫做电热器。

【点PPT】电炉通电时，电炉丝热得发红，而与它串联的导线却几乎不发热。

【点PPT】同学们，电流通过导体时产生热量可能跟什么因素有关呢？

【点PPT】电炉丝和导线的电阻不等，电流通过导体产生的热量可能跟电阻大小有关；

【点PPT】既然是电流的热效应，那么，电流通过导体产生的热量应改跟电流大小有关；

【点PPT】电炉工作时间越长，消耗电能越多，产生的热量越多，那么，电流通过导体产生的热量应该跟通电时间长短有关。

探究：电流通过导体产生热的多少与电阻大小是否有关？

【点PPT】首先我们来探究：电流通过导体时产生的热量跟电阻是否有关？

【点PPT】请同学们思考，怎样判断电流通过导体时产生热量的多少?

【点PPT】这是一个装有电阻丝的盒子，

【点PPT】密封盖的顶部有两个接线柱，

【点PPT】还有两个与外界相通的通气孔。

【点PPT】用软胶管把其中一个通气孔与装有红色液体的U形管连接起来，

【点PPT】另一个通气孔上也安装一段软胶管，并用止水夹夹紧。此时U型管左右两侧的液面相平。将密闭容器中的电阻连入电路，通电，会有什么现象呢？

【点PPT】请同学们注意观察。（播放视频）

【点PPT】通电，我们看到U形管两侧液面出现了高度差。

【点PPT】电流通过导体时产生的热量（Q放）

【点PPT】被盒内空气吸收（Q吸）

【点PPT】空气吸热升温，体积膨胀（∆V）

【点PPT】部分空气进入胶管，使U形管左侧液注下降、右侧液面升高，产生高度差（∆h）。

【点PPT】可以用U形管两侧液面高度差h表示电流通过导体产生的热量Q。∆h越大，表明产生的热量Q越多。

【点PPT】探究电流通过导体时产生热量跟电阻大小是否有关时，需要使用阻值不等的定值电阻，还要控制电流和通电时间一定。

【点PPT】实验时可以采用将两个阻值不等的电阻串联接入电路，并且使用稳压电源--的方案。

【点PPT】我们一起来进行实验吧。

【点PPT】按照电路图连接电路，检查无误后通电。

【点PPT】一段时间后，与5欧电阻所在空气盒相连的U形管液面高度差∆h1，小于与10欧电阻所在空气盒相连的U形管液面高度差∆h2。我们看到h1小于h2。

【点PPT】把现象记录下来

【点PPT】实验结论：电流产生的热量跟电阻有关。当电流和通电时间一定时，电阻大，液面高度差也大。

【点PPT】产生热量就多。

探究：电流通过导体产生热量与电流大小是否有关？

【点PPT】下面我们来探究，电流通过导体产生热量与电流大小是否有关？本实验需要在改变电流的同时，控制电阻和通电时间一定。

【点PPT】如何做到通过阻值相同的电阻的电流不相同呢？如图所示电路中，R1、R2和R3三个电阻的阻值相等。干路电流I1是一条支路电流I2的二倍，I1=2I2，我们研究电阻R1和R2产生热量的情况，这样就满足电阻相等，但电流不相同的实验条件。

【点PPT】按照电路图连接电路，请同学们认真观察现象。（观看视频）

【点PPT】通电一段时间后，与干路电阻R1所在空气盒相连的U形管液面高度差∆h1，与支路电阻R2所在空气盒相连的U形管液面高度差∆h2。∆h1大于∆h2

【点PPT】把现象记录下来

【点PPT】实验结论：电流产生的热量跟电流有关。在电阻和通电时间一定时，电流大，液面高度差也大，

【点PPT】即产生热量多。

【点PPT】大量实验表明：

电流通过导体产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间长短有关；电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。

实验定量研究Q-R

【点PPT】在探究电流通过导体时产生的热跟电阻是否有关时，老师截取了三副图，左右两侧电阻为5欧、10欧，比值为1：2；

【3点PPT】左侧U形管液面高度差∆h1，与右侧U形管液面高度差∆h2之比，也是1：2。

同学们，你有新的猜想吗？

【点PPT】电流通过导体时产生的热量跟电阻成正比。

【点PPT】我们有这个装置进行检验，

【点PPT】首先，用电子秤（或电子天平）称取80克的水。

【点PPT】将电阻丝浸没水中，

【点PPT】用电子温度计测量水的温度

【点PPT】电流通过电阻产生的热量，

【点PPT】被水吸收，

【点PPT】使水的温度升高，

【点PPT】可以用水的温度升高量表示电流通过导体产生的热量。

【点PPT】实验时使用6个阻值不等的电阻串联在稳压电路中，控制电流和通电时间不变。

【点PPT】（观看视频）闭合开关、记录电阻值、水的初始温度，用秒表计时两分钟，再把水的末温记录下来

【点PPT】数据如表格所示。

【点PPT】用⊿t=t-t0计算温度变化量并记录下来。

【点PPT】以电阻为横坐标、温度变化量为纵坐标，

【点PPT】将数据在坐标系中描出，

【点PPT】并连线，

【点PPT】得到一条过原点的直线。

【点PPT】可得定量结论：当电流和通电时间相同时，水的温度变化量，

【点PPT】即电流通过导体产生的热量，跟电阻成正比。

实验定量研究Q-R

【点PPT】同学们,电流通过导体时产生热量跟电流大小有什么定量关系呢?

【点PPT】探究电流通过导体时产生热量跟电流大小的定量关系时，

【点PPT】我们将阻值不变的电阻与滑动变阻器串联接入电路，利用滑动变阻器改变电流，

【点PPT】注意使用同一个定值电阻，还要控制通电时间相等。

【点PPT】一起来做做看吧，（看视频），连好电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流为0.5A，通电两分钟，

【点PPT】数据如表中所示，

【点PPT】继续调节滑动变阻器，改变电流，再做多次实验，

【点PPT】数据如表中所示，

【点PPT】用⊿t=t-t0计算温度变化量并记录下来。

【点PPT】以电流为横坐标、温度变化量为纵坐标，

【点PPT】将数据在坐标系中描出，

【点PPT】并连线，

【点PPT】得到一条平滑的曲线。

【点PPT】当电阻和通电时间相同时，水的温度变化量，与电流好像是二次函数的关系。

【点PPT】我们尝试着把横坐标改为I 2，看看能得到什么图象。我们先在表格中加入一行I 2

【点PPT】计算出I2的值，

【点PPT】以电流的平方为横坐标、温度变化量为纵坐标，

【点PPT】将数据在坐标系中描出，

【点PPT】绘制平滑的线，

【点PPT】得到一条过原点的直线。电热果然和电流的平方成正比。

【点PPT】我们一起写出结论：当电阻和通电时间相同时，水的温度变化量，跟电流的二次方成正比。

【点PPT】即电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方成正比。

二、焦耳定律

【点PPT】英国物理学家焦耳做了大量的实验，于1840年最先精确的确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的定量关系。

【点PPT】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。

【点PPT】其表达式为：Q = I2Rt

“Q”表示电热，单位是焦耳（J）

 “I”表示电流， 单位是安培（A）

“R”表示电阻，单位是欧姆（Ω）

“t”表示通电时间，单位是秒（s）

所以，1J=1A2·Ω·s

【点PPT】请同学们做一个计算：一根60 Ω的电阻丝接在36 V的电源两端，在5 min内共产生多少热量？

【点PPT】先求出电流

【点PPT】再用焦耳定律求热量，注意使用国际单位，把时间5分钟换算成300秒。结果是6480焦，你算对了吗？

【点PPT】当电流通过电热水壶、电饭煲、电暖器等用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即Q=W。

【点PPT】焦耳定律是一个实验定律，当电流所做的功全部转化为热时，可以根据电功公式W等于UIt，

【点PPT】以及欧姆定律导出式U = IR，可得：Q = I2 Rt。从理论上证明该定律的正确性。

【点PPT】对只存在电流热效应的电路也可以用计算电功W的公式来计算电热，如利用公式Q=W=UIt；或Q=W=U2t/R等进行计算。

【点PPT】当电流通过电风扇、电视机、电动车等用电器时，

【点PPT】电能主要转化为其它能量，只有少部分转化为内能，Q < W。

【点PPT】电流通过这些用电器时产生的电热，只能用焦耳定律Q = I2 Rt来进行计算。

【点PPT】同学们，学过了焦耳定律，你能解释为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热这一现象了吗？

【点PPT】答：电炉通过导线接到电路中，流过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。但导线的电阻远小于电炉丝的电阻。

【点PPT】根据焦耳定律 Q=I 2Rt 可知，在相同时间内，电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，所以电炉丝很热，而导线却几乎不发热。

三、电热的利用和防止

【点PPT】生活和生产中，很多地方都要利用电热，电熨斗、电烙铁、电热饮水机、烤食品的电烤箱、

【点PPT】养鸡场用的电热孵化器等等，都是利用电热的利子。

【点PPT】这些电热器的的主要部分是发热体，是安装在绝缘材料上的电阻大、熔点高的金属丝或合金片。

【点PPT】利用电热优点很多，清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。

在生产和生活中越来越受到人们的欢迎。

【点PPT】电热给我们带来了方便，但所用用电器功率过大或用电时间过长，都是很危险的，何况很多时候我们并不希望用电器温度过高。这不，由于用电时间太长，在加上使用方法不当，取暖的电褥子也能失火的。其实，只要用电器中有电流流过，它内部的电路元件，都会发热，瞧， 这个小电风扇使用时间太长了，内部的电机都烧坏了。

【点PPT】为了防止用电器温度过高，必须通风散热，电视机的外壳上有很多孔，就是为了散热的，叫做散热窗。

【点PPT】电脑工作时，CPU等部件温度也会升高，

【点PPT】需要用散热窗、微型风扇及时散热。

【点PPT】电动机等大功率的用电器，都有散热片、散热窗、电风扇等散热装置，都是为了起到降温作用，以免用电器过热。

同学们下面，我们来梳理今天所学内容，

课堂小结

【点PPT】首先，我们知道了电流的热效应，通过实验探究，得到了电热与电流、电阻的关系，学习了焦耳定律，认识到生活中的电热有些可以利用、有些要注意防止它带来危害。

【点PPT】今天的作业：

    基础性作业：完成“学生资源”中的课后练习。  

    拓展性作业：观察家庭中的用电器，哪些是利用电热工作的？哪些是要防止电热带来危害的？  

    今天，我们就学到这里。同学们，再见！