2021学年第4节 焦耳定律教学设计

这是一份2021学年第4节 焦耳定律教学设计，共9页。教案主要包含了电流的热效应，焦耳定律，电热的利用和防止等内容，欢迎下载使用。
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！