資源簡介

第十八章 電功率
第4節(jié) 焦耳定律
教學目標
一、物理觀念
1.認識電流的熱效應(yīng)。
2.知道焦耳定律，會利用焦耳定律進行簡單的計算。
3.知道電熱在生活中的利用和防止。
二、科學思維
1.根據(jù)對生活中的現(xiàn)象進行思考，提出合理的猜想。
2.運用所學知識從理論上推理得出純電阻電路中電熱等于電功。
三、科學探究
1.通過探究，知道電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)。
2.通過實驗探究，體會控制變量和轉(zhuǎn)換法的物理方法，提高實驗探究能力和思維能力。
四、科學態(tài)度與責任
1.通過經(jīng)歷探究實驗，培養(yǎng)嚴謹求實的科學態(tài)度。
2.通過學習電熱的利用和防止，學會辯證地看待問題。
教學重點
1.通過實驗探究電熱與電流、電阻和通電時間的關(guān)系。
2.焦耳定律的簡單計算。
教學難點
設(shè)計實驗方案、實驗步驟并得出結(jié)論。
教具準備
焦耳定律演示器、電源、導(dǎo)線、若干個電阻(5Ω、10Ω)、多媒體課件等。
教學過程
新課引入
出示生活場景：放假在家的小明被媽媽要求安排好自己的學習，不能偷偷自己看電視。媽媽回來后發(fā)現(xiàn)小明在認真寫作業(yè)，很欣慰，但是媽媽還是發(fā)現(xiàn)了小明看了電視。讓學生猜想是如何發(fā)現(xiàn)的。從電視發(fā)熱與什么因素有關(guān)引入新課。
新課講授
探究點一：電流的熱效應(yīng)
活動1：提出問題：生活中很多用電器在使用時都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生，你知道有哪些呢
學生思考并回答。在展示一些用電器：電熱水器、電飯煲、電路、熱水壺、電焊等。再讓學生思考這些用電器的能量轉(zhuǎn)化。
總結(jié)得出：電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。
活動2：提出問題：為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線幾乎不發(fā)熱？讓學生思考電熱的產(chǎn)生與什么因素有關(guān)？
通過出示一些實例引導(dǎo)：
（1）電爐絲的材料是鎳鉻合金絲，導(dǎo)線材料是銅。不同的材料會影響產(chǎn)生的熱量嗎？
（2）電爐絲通電的時間越長，那么電爐的產(chǎn)生的熱量會如何？
（3）大功率的電熱水壺燒開水和小功率的電熱水壺燒開水誰會更快一點呢？
通過以上對學生進行引導(dǎo)得出：電流產(chǎn)生熱量的多少可能與電流、電阻和通電時間有關(guān)。同時課件展示提出的問題與猜想。
活動3：設(shè)計實驗：提出一系列問題，讓學生充分思考與討論。
（1）當一個物理量被猜測與多個因素有關(guān)，應(yīng)該用什么方法去研究？
（2）如何保證研究電阻不同時，電流和時間相同？研究電流和時間呢？
（3）用什么辦法去體現(xiàn)熱量的多少？
通過以上問題的引導(dǎo)，在老師補充完善下，確定最終的實驗方案為：使用控制變量法和轉(zhuǎn)換法進行研究。使用焦耳定律演示器進行實驗，研究電阻時，將兩個不同的電阻串聯(lián)，閉合和斷開開關(guān)；研究電流時，可以將兩個相同的電阻接在焦耳定律演示器兩邊，再在其中一個電阻上再并聯(lián)一個電阻（不放入演示器內(nèi)）；研究通電時間時，只接入一個電阻，通電不同時間。
焦耳定律演示器原理：當電流通過電阻絲時，電流產(chǎn)生的熱量就使瓶中的空氣溫度升高、體積膨脹，導(dǎo)管里面液柱的高度就會發(fā)生變化。電流產(chǎn)生的熱量越多，液面高度就相差越大。實驗中通過觀察液面高度來比較電流產(chǎn)生熱量的多少。
活動4：進行實驗：
實驗1：研究電熱與電阻的關(guān)系；
實驗2：研究電熱與電流的關(guān)系；
實驗3：研究電熱與時間的關(guān)系。
實驗表格如下：
活動5：分析與論證：分析記錄的數(shù)據(jù)與現(xiàn)象并總結(jié)。
總結(jié)得出：
（1）電流和通電時間相同時，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多（2）電阻和 通電時間相同時，通過它的電流越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多（3）電阻和電流相同時，通電時間越長，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。
活動6：交流與評估。
交流實驗中遇到的問題，并進行分析和判斷原因。
探究點二：焦耳定律
活動1：早在1840年英國物理學家焦耳就精確地確定了它們的關(guān)系，得到了焦耳定律，讓學生自學P100的內(nèi)容，完成下列問題：
（1）焦耳定律的內(nèi)容？
（2）焦耳定律的表達式？各個物理量的單位？
總結(jié)得出：內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時間成正比。公式：Q=I2Rt
活動2：指導(dǎo)學生對純電阻電路中電功全部轉(zhuǎn)化為電熱進行理論推導(dǎo)。
根據(jù)電功公式：W=UIt，歐姆定律：U=IR推導(dǎo)得到Q=W
活動3：介紹科學家焦耳。
例題訓(xùn)練：見課件
活動4：通過想想議議辨析問題。
額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，正常工作時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多?？墒前凑战苟?，電阻越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎矛盾，這是怎么回事
前提條件不同（見課件）
探究點三：電熱的利用和防止
活動1：介紹電熱器的概念，讓學生討論電熱器的優(yōu)點。
活動2：提出問題：電熱總是能夠帶來好處嗎，有哪些危害？繼續(xù)提問：如何防止電熱的危害。
討論得出：電熱既有有利的一面也有不利的一面，但在很多情況下我們并不希望用電器溫度過高，因為溫度過高會影響用電器的使用壽命，會使絕緣皮老化，甚至引起火災(zāi)，電視機的后蓋有許多小孔，就是為了通風散熱；電動機的外殼有許多散熱片，也是為了降溫。
（延伸拓寬：電流通過導(dǎo)體時，如果電能全部轉(zhuǎn)化為熱，而沒有同時轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，那么電流產(chǎn)生的熱量Q等于消耗的電能，即Q=W=UIt。此時結(jié)合歐姆定律還可推導(dǎo)出另一個公式。故此時W和Q的關(guān)系為：。）
課堂小結(jié)（板書設(shè)計）
第4節(jié) 焦耳定律
教學反思
焦耳定律是電功率知識的一個升華，對電學內(nèi)容起著承上啟下的作用。授課過程中我從學生生活中熟悉的用電器入手，使學生進一步認識電和熱的關(guān)系，自然的導(dǎo)出電流的熱效應(yīng)，然后通過通電相同時間，白熾燈和電風扇的發(fā)熱程度不同，讓學生猜想電流產(chǎn)生熱量的影響因素，進而通過實驗說明電熱與電阻、電流、通電時間都有關(guān)系（實驗中很好地運用了控制變量和轉(zhuǎn)換的研究方法），最后指出焦耳經(jīng)過大量實驗才于1840年得到精確的結(jié)果——焦耳定律，同時為了使學生加深對焦耳定律的認識，又從電能轉(zhuǎn)化和歐姆定律推出了公式Q=I2Rt，這時啟發(fā)學生從實驗和理論兩方面來學習、研究物理問題也有一定的作用。

展開更多......

收起↑