資源簡介

教學(xué)設(shè)計
課程基本信息
學(xué)科 初中物理 年級 九年級 學(xué)期 秋季
課題 焦耳定律
教學(xué)目標(biāo)
1.能通過實例，認(rèn)識電流的熱效應(yīng)，知道電流熱效應(yīng)與導(dǎo)體的電阻、通過導(dǎo)體的電流、通電時間的定性關(guān)系。 2.通過理論推導(dǎo)和實驗探究了解電流的熱效應(yīng)的影響因素，培養(yǎng)猜想、制定計劃、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等科學(xué)探究能力，進(jìn)一步學(xué)習(xí)控制變量的科學(xué)研究方法，體會轉(zhuǎn)換法的研究思想，鍛煉創(chuàng)新思維能力。 3.通過學(xué)習(xí)電流熱效應(yīng)的應(yīng)用實例和危害防止，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、將所學(xué)知識運用于實際的意識，體會物理知識對生產(chǎn)、生活的重要意義。 4.通過對物理學(xué)家焦耳事跡的學(xué)習(xí)，體會不懈追求的科研創(chuàng)新精神，激發(fā)熱愛科學(xué)的情感。
教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)重點： 1. 通過實驗探究電熱與電流、電阻和通電時間的定性關(guān)系。 教學(xué)難點： 1.利用控制變量法和轉(zhuǎn)換法設(shè)計探究實驗。 2.電功與電熱的關(guān)系。
教學(xué)過程
第一環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)情景，引入新課 觀察“口香糖鋁箔包裝紙使電池短路”實驗。看到了什么現(xiàn)象？說明了什么問題？在這個過程中能量是如何轉(zhuǎn)化的？ 電流通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體會發(fā)熱，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫電流的熱效應(yīng)。 生活中許多用電器接通電源后，都伴有熱現(xiàn)象發(fā)生。同學(xué)們還能舉出生活中哪些產(chǎn)生電熱的現(xiàn)象？ 我們總結(jié)這些電熱現(xiàn)象并進(jìn)行歸類，發(fā)現(xiàn)有些電熱有用可以利用，如家里的電熱水器、電鈑鍋等，有些電熱對人們有害要加以防止，如電腦、電動機工作時產(chǎn)生的電熱等。 不論是利用電熱還是防止電熱帶來的危害，首先要搞清電流的熱效應(yīng)與什么因素有關(guān)。 請同學(xué)們結(jié)合觀察與生活經(jīng)驗提出合理的猜想。 第二環(huán)節(jié)：提出猜想，理論推導(dǎo) 【提出猜想】 問題1：“口香糖紙使電池短路”實驗中，為什么中間比較窄的部分先冒煙起火？ 猜想電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與電阻有關(guān)。 問題2：插線板接入用電器太多，電源線發(fā)熱會更明顯，嚴(yán)重的會燒焦起火，這是為什么？ 猜想電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與電流的大小有關(guān)。 問題3：長時間放在衣服上的電熨斗會使衣服燒焦，這說明什么？ 猜想電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與時間的大小有關(guān)。 生活中的一些現(xiàn)象告訴我們，電熱確實與電流、電阻、通電時間有關(guān)。 我們能否根據(jù)電流通過導(dǎo)體時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能推導(dǎo)電熱與這三個因素的關(guān)系？ 【理論推導(dǎo)】 當(dāng)消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（電熱）時，有Q＝W W=UIt，且U=IR ∴Q=W=UIt=I2Rt ∴Q=I2Rt 這就是焦耳定律的內(nèi)容。 第三環(huán)節(jié)：設(shè)計方案，實驗驗證 【問題提出】 如果我們能通過實驗來證明電熱確實與這三個因素有關(guān)，那么就達(dá)到了實驗與理論的完美統(tǒng)一！ 【實驗設(shè)計】 當(dāng)電熱可能同時與電流、電阻、通電時間三個因素有關(guān)時，我們可以用什么方法去研究？怎樣研究？請同學(xué)們根據(jù)以下表格完善探究過程與方法。 明確探究目的理清探究思路設(shè)計實驗方法探究電熱與電阻的關(guān)系保持I、t相同，改變導(dǎo)體R將兩個阻值不同的電阻串聯(lián)同時通電，比較電熱探究電熱與電流的關(guān)系保持R、t相同，改變導(dǎo)體中的電流方案一：改變電流，比較同一電阻相同時間產(chǎn)生的電熱 方案二：通電相同時間阻值相同的電阻電流不同時產(chǎn)生的電熱探究電熱與通電時間的關(guān)系保持I、R相同，改變通電時間對某個電阻通電持續(xù)觀察放熱情況
采用什么方法來顯示電熱呢？ 介紹課本上使用的方法的原理，并交流學(xué)生的其他創(chuàng)新方法。 方法示意圖說明方法一 加熱液體，通過液體吸熱溫度變化的多少顯示電熱的大小方法二加熱空氣，通過空氣吸熱膨脹使U型管中液面高度差大小顯示電熱的大小 方法三給電阻絲通電，觀察火柴頭點燃時間的多少顯示電熱的大小方法四在電阻上貼上NCW系列可逆型變色測溫貼片，通過變色快慢來顯示電熱的大小其它方法…………
為了能較好地培養(yǎng)創(chuàng)新思維，實驗設(shè)計可不做任何器材限制，給學(xué)生提供充分開放的發(fā)揮空間，讓學(xué)生用轉(zhuǎn)換的思想反映出電熱的多少。 教師可讓學(xué)生評價方案的優(yōu)劣和改進(jìn)意見，并建議課后學(xué)生在開放實驗室實踐自己的方案并優(yōu)化改進(jìn)。大家也可以掃二維碼和老師一起參與實驗進(jìn)行拓展探究。 介紹焦耳在1840年所做的實驗裝置，提出焦耳化了40年時間做了400多次實驗才完成了實驗。當(dāng)然隨著科學(xué)的發(fā)展，實驗的精準(zhǔn)性得到了大大的提高，我們現(xiàn)在的測量器材比較先進(jìn)，我們可以選擇焦耳類似的實驗方法，優(yōu)化實驗器材，進(jìn)行實驗，驗證電熱與電流、電阻與通電時間的關(guān)系。 【進(jìn)行實驗】 介紹實驗裝置，觀察實驗，得出實驗結(jié)論。 研究電熱Q跟電阻R的關(guān)系： 【數(shù)據(jù)記錄】 溫度t/℃ 電阻R/Ω12345R1=4Ω 26.827.027.427.828.0R2=2Ω26.326.426.626.826.9
實驗結(jié)論：當(dāng)電流I、通電時間t相同時，電阻R越大，產(chǎn)生的電熱Q越多。 在電流和電阻相同時，通電時間越長，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。 進(jìn)一步分析數(shù)據(jù) 初步得出：當(dāng)電流I、通電時間t相同時，Q與R成正比 當(dāng)電阻R、電流I相同時，Q與t成正比 研究電熱Q跟電流I的關(guān)系： 【數(shù)據(jù)記錄】 溫度t/℃ 電流I/A123456I 25.826.226.627.027.427.80.5I26.226.326.426.526.626.7
實驗結(jié)論：當(dāng)電阻R、通電時間t相同時，電流越大，產(chǎn)生的電熱Q越多。 進(jìn)一步分析數(shù)據(jù) 初步得出：當(dāng)電流R、通電時間t相同時，Q與I2成正比. 我們的實驗初步證實了我們的理論推導(dǎo)！為了要得到更為精準(zhǔn)的實驗結(jié)論，我們還要像焦耳一樣選擇不同的用電器在不同的工作狀態(tài)下采集更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行實驗，我們今天學(xué)習(xí)焦耳定律，我們不僅要學(xué)習(xí)他發(fā)現(xiàn)的定律幫助我們解釋了生活中的電熱現(xiàn)象，而且要學(xué)習(xí)他的刻苦鉆研的精神。 焦耳定律內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體時產(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 單位：I－安培，R－歐姆，t－秒，Q－焦耳。 說明：焦耳定律是從大量實驗中總結(jié)出來的規(guī)律，它適用于任何情況下的電熱的計算。 第四環(huán)節(jié)：實踐應(yīng)用，服務(wù)生活 為了更好的讓電熱為人類服務(wù)，又要減少電熱對人類造成的危害。現(xiàn)在我們利用所學(xué)的焦耳定律來解決一些實際問題。 1．取暖器中的電熱絲通電一段時間后電熱絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻不怎么熱，為什么 2. 電流的熱效應(yīng)在科研生產(chǎn)、生活中被廣泛應(yīng)用。電熱器就是利用電流的熱效應(yīng)來工作的，電熱器的主要構(gòu)造？能量轉(zhuǎn)換？ 3. 電熱的好處很多，但有些卻是對我們有害的，我們又該如何防止或減少電熱呢？ 通過對實際問題的分析、討論，材料的選擇運用，進(jìn)一步提高學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力。加深對物理概念與規(guī)律的理解。 第五環(huán)節(jié)：構(gòu)建模型 深度理解 1. 一微型電動機線圈的電阻為1Ω，線圈兩端所加電壓為2V時，電流為0.8A，電動機正常工作。求電動機正常工作1 min內(nèi)電流通過電動機時消耗的電能與電流通過線圈產(chǎn)生的熱量。 2.一根60Ω的電阻絲接在 36 V的電源兩端，在5min內(nèi)共消耗多少電能？產(chǎn)生多少熱量 先計算，對比比較這兩組計算結(jié)果，大家有沒有產(chǎn)生新的疑惑？電路消耗的電能與電流產(chǎn)生的熱量為什么有的用電器相同，有的用電器不同？它們之間有何區(qū)別與聯(lián)系？ 電熱的實質(zhì)是電能的轉(zhuǎn)化。電熱既是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，同時也是電流做功的過程.但是對不同的用電器來說，在消耗相同的電能的情況下，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的多少是不同的。如電爐、電飯鍋、電烙鐵等用電器的主要作用就是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，從而供人們利用，此時在不考慮能量損耗的情況下可以近似認(rèn)為電能全部轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能；但是對于像電風(fēng)扇、電冰箱、電視機、洗衣機等用電器，它們的主要目的不是將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而是轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，所以此時消耗的電能中，只有很少一部分電能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，這時的熱效應(yīng)體現(xiàn)得不明顯。 播放電動機不轉(zhuǎn)時，機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的視頻。 小結(jié)：今天這節(jié)課我們從生活中的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流、電阻、通電時間存在著一定的關(guān)系。在尋求它們之間具體的關(guān)系過程中，我們首先借助電功和歐姆定律推導(dǎo)得出，我們還進(jìn)一步通過實驗驗證了它們之間的關(guān)系。從中發(fā)現(xiàn)要研究一個物理問題，我們可以從實驗和理論兩方面來進(jìn)行實踐探索，就是我們研究問題最重要也是最常用的方法。

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