第4节 焦耳定律 教学设计8

《焦耳定律》教学设计
一、教学目标
 
（一）知识与技能
 
1．能通过实例，认识电流的热效应。
 
2．能在实验的基础上得出电热的大小与电流、电阻和通电时间有关，知道焦耳定律。
 
3．会用焦耳定律进行计算，会利用焦耳定律解释生活中电热利用与防治。
 
（二）过程与方法
 
体验科学探究过程，了解控制变量的物理方法，提高实验探究能力和思维能力。
 
（三）情感态度和价值观
 
会解释生活中一些电热现象，通过学习电热的利用与防止，学会辩证地看待问题。
 
二、教学重难点
 
重点：通过实验研究电热与电流、电阻和通电时间的关系，并确定研究方法及实验操作中各个环节应注意的问题。
 
难点：对焦耳定律的理解及焦耳定律在实际生活中的应用。
 
三、教学过程
 
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图

复习提问
（2分钟）
1．电功的大小与哪些因素有关？如何计算？
 
2．能说出一些用电器工作时能量的转化情况？
 
学生按要求回忆，回答。
为本节课作知识上的铺垫。

创设情景
引入新课
（3分钟）
电流在电路中做功，可以将电能转化为其它形式的能，如电动机、电灯发光、电视机工作……。
 
当这些用电器工作一段时间后，我们触摸它们的有关部位，会有什么感觉？这是什么原因？
学生说出常见用电器工作过程中能量的转化。
 
 
电流通过导体时电能转化成内能。
创造课堂情景，激发学生的兴趣和求知欲。
 
联系实际，引入新课。

新课教学（28分钟）
电流的热效应
 
投影：电饭锅、取暖器、油灯、电炉丝、电铬铁……
 
这些用电器工作时有什么共同特点？
 
导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线并不很热？说明什么？
 
一、提出问题
 
电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关？
 
二、猜想与假设
 
提示：电热是电流通过电阻时产生的热量，电路中有电压不一定有电流，所以电压对电流通过电阻产生热量的多少没有影响。（排除电压这个物理量）
 
电流通过导体产生热量的多少与________________有关。
 
你能结合实例说出这三个因素对电热的影响吗？
 
三、设计实验
 
要研究电流通过电阻产生热量与电阻的关系，如何设计实验？如何比较产生热量的多少？
 
四、进行实验
 
展示实验装置1
 


 
观察本实验装置，思考：
 
1．本装置可以用于研究电热与哪个因素的关系？
 
2．两电阻为什么要串联？
 
3．如何比较电流通过电阻放出热量？
 
4．设计实验数据记录表格
 
电路接通，进行实验，观察U形管中液柱的上升情况，把实验结果填入表格中。
 
分析实验数据，可以得到什么结论？
 
展示装置2
 


 
1．本装置可以用于研究电热与哪个因素的关系？
 
2．右边电阻丝上为什么要再并联一根电阻丝？
 
3．如何比较电流通过电阻放出热量？
 
4．设计实验数据记录表格
 
电路接通，进行实验，观察U形管中液柱的上升情况，把实验结果填入表格中。
 
分析实验数据，可以得到什么结论？
 
对于某一个电阻，在电流一定时，通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多。这个结论可以通过刚才的实验中看出来，某一根电阻丝通电时间越长，液柱上升越高，说明放出热量越多。
 
五、分析论证，得出结论
 
对以上两个实验进行总结，电流通过电阻产生热量多少与电流、电阻和通电时间。
 
学生总结：
 
这些用电器工作时都是把电能转化成内能。
 
（得出电流的热效应的概念）
 
 
电热的大小可能与导体的电阻有关。
 
学生结合生活实际进行猜想:
 
电流、电压、电阻、通电时间……
 
学生举例证明猜想的合理性。
 
 
学生讨论：
 
实验时要控制电路中的电流相等，改变电阻，比较在相同时间内放出热量的多少。
 
可以通过加热相同物体，比较物体吸热升温的多少
 
 
学生观察实验装置讨论得出：
 
1．本装置研究电热与电阻的关系。
 
2．电阻串联，可以使流过两根电阻丝的电流和通电时间相同。
 
3．通过左右两管液面的高度差来比较，液柱上升的越高，放出热量越多。
 
电流I/A
 

 
R1
R2

电阻/Ω
5
10

产生热量（多/少）
 
 

 
4．实验数据表格
 
学生根据实验数据，得出结论：在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。
 
 
学生观察实验装置讨论得出：
 
1．本装置研究电热与电流的关系。
 
2．使右边容器中的电阻丝中的电流与左边容器中的电阻丝不等（左边电流大于右边电流）。
 
3．通过左右两管液面的高度差来比较，液柱上升的越高，放出热量越多。
 
4．实验数据表格
 
电阻R/Ω
 

 
R1
R2

电流I/A
 
 

产生热量（多/少）
 
 

 
 
学生根据实验数据，得出结论：在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多。
 
学生总结以上两个实验：
 
电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关，电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流通过电阻产生热量越多。
 
 
培养学生总结问题的能力。
 
 
 
 
 
 
 
由生活现象培养学生发现问题并提出问题的能力。
 
 
培养学生合理猜想，并分析猜想的合理性。学会排除不合理猜想。
 
 
 
培养学生利用控制变量的方法来设计实验。
 
 
 
 
 
通过分析实验装置的合理性来培养学生的设计实验的能力。
 
培养学生利用转换的方法把不易观察的量转换为易观察的现象。
 
 
 
 
 
学会设计实验数据记录表格
 
 
 
 
 
 
 
会根据实验数据得出结论，利用控制变量的方法准确的描述出结论。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
培养学生设计数据记录表格、分析实验、总结实验、描述实验结论的能力。
 
 
 
 
 
 
培养学生对实验数据综合分析能力。


焦耳定律
 
介绍科学家焦耳。
 
英国科学家做了大量实验于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。
 
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻成正比，跟通电时间成正比。
 
如果热量用Q表示，电流用I表示，电阻用R表示，时间用t表示，则焦耳定律为Q=I2Rt。
 
 
 
例题：一电热水器电阻丝的阻值为48．4Ω，正常工作时的电流为4．55A，工作10min放出的热量为多少J  ？
 
 
 
练习：一取暖器接在家庭电路中，正常工作时的电流为6．8A，工作10min放出的热量是多少？
 
 
了解焦耳在电热上的成就
 
 
 
 
学生了解焦耳定律的内容，记住公式。
 
 
 
 
 
学生快速的计算本题中的电热。
 
Q=I2Rt=（4．55A）2×48．4Ω×600s=6×105J
 
 
 
学生结合欧姆定律进行计算
 


 
Q=I2Rt=（6．8A）2×32．3Ω×600s=9×105J
培养学生的人文精神、学习科学家的实事求是的精神。
 
 
 
 
 
  
利用焦耳定律进行简单计算，培养学生利用公式解决实际问题的能力，进一步熟悉公式。
 
 
 
培养学生利用物理知识解决实际问题的能力。


电功与电热
 
上题中已知电压、电流和通电时间，可以计算出取暖器消耗的电能，那么取暖器消耗的电能与电热之间有什么关系呢？
通过计算我们发现电流做功与产生的电热是相等，那么用电器在工作时，电功与电热间有什么关系呢？
 
当电流做的功全部转化为内能时：
 
由于 W=UIt，U=IR
 
     Q=W=I2Rt
 
电吹风工作时，消耗了1000J的电能，电流在电阻线上产生热量等于1000J吗？
 
电功与电热的联系与区别
 
1．纯电阻电路中W=Q
 
2．非纯电阻电路中W>Q
 
电热Q=I2Rt
 
其它形式的能W?Q
 
 
学生计算电流做的电功（电能）
 
W=UIt=220V×6．8A×600s=9×105J
 
 
 
 
 
学生讨论：
 
在前面的计算过程中利用了欧姆定律，它只能用在纯电阻电路中，用电器工作时把电能全部转化为内能。
 
 
 
不是的，电吹风工作时把电能转化为内能，还有一部分转化为动能。它不是一个纯电阻。电功大于电热。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
加强知识的联系，培养学生系统学习的能力。
 
 
 
 
培养利用物理知识解决实际问题能力。
 
 
 
培养学生合作学习的能力、团队精神和交往能力。


利用焦耳定律解释现象
 
讨论：电炉通过导线接到电路中，导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线并不很热？
 
想想议议：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。二者似乎有矛盾，这是怎么回事？
学生讨论：
 
电线与电炉丝串联，电流相等，根据焦耳定律，导线的电阻比电炉丝小的多，相同时间内放出热量也少。
 
学生讨论
 
这两种情况下有不同的变量，前者是在电压一定时，电阻越小，电流越大，电热与电流是平方的关系，所以电流对电热影响较大。后者的前提是在电流一定时，电阻越大，电热越多。
培养学生知识应用能力，合作学习的能力、团队精神和交往能力。 
 
利用控制变量的方法来分析问题。通过辨析加强对焦耳定律的理解。 


电热的利用和防止
 
展示常见一些用电器（电熨斗、电视机散热孔、取暖器、电饭锅、电脑主板风扇、笔记本散热孔、电动机外壳……），给这些用电器进行分类，哪些是利用电热、哪些是防止电热造成危害的。
 
电热在实际中有利用也有防止的。我们要利用辩证的态度来对待电热。
 
 
分成两类
 
利用电热的有：电熨斗、取暖器、电饭锅等。
 
防止电热的有：电视机散热孔、电脑主板风扇、笔记本散热孔、电动机外壳等
 
 
 
利用分类的方法来培养学生利用辩证的态度来看待问题
 
 

总结（5分钟）
回忆本节课内容
 
1．电流的热效应与哪些因素有关？
 
2．焦耳定律
 
3．电功与电热的关系
 
4．电热的利用 防止
 
 
梳理本节课知识内容，学生根据问题逐个回忆本节课的内容，形成一个知识体系。
 
 
 
 
利用问题引领的方法培养学生总结归纳的能力

布置作业
1．课后“动手动脑学物理”第1、2、3题
 
2．调查生活中还有哪些是利用电热，哪些是防止电热的措施。
 
学生按要求完成作业，对生活实际开展力所能及的调查。
巩固本课学习内容，同时增加课外调查的作业，使物理走向社会、走向生活。