《第4節(jié) 焦耳定律 第1課時(shí)》示范課教學(xué)設(shè)計(jì)【初中物理人教版九年級(jí)】

2/2第4節(jié)焦耳定律教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)1．能通過生活實(shí)例，認(rèn)識(shí)電流的熱效應(yīng)。2．能在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引出焦耳定律，會(huì)用焦耳定律進(jìn)行計(jì)算。3．通過學(xué)習(xí)電熱的利用和防止，學(xué)會(huì)辯證地看待問題。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：焦耳定律的理解及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：焦耳定律的理解及應(yīng)用。教學(xué)用具實(shí)驗(yàn)裝置（U型玻璃管，橡膠管，電阻絲，密閉空氣盒）相關(guān)資源圖片資源等。教學(xué)過程課堂引入水壺?zé)?、電烙鐵焊接、電吹風(fēng)吹頭發(fā)、電熨斗熨衣服、電爐絲燒紅。上述生活中的實(shí)例，從能量轉(zhuǎn)化的角度來看，各用電器工作時(shí)有什么共同特點(diǎn)呢？新知講解一、電流的熱效應(yīng)從能量轉(zhuǎn)化的角度來看，這些用電器在工作的過程中，電流通過用電器內(nèi)部的發(fā)熱器時(shí)，要消耗電能，同時(shí)發(fā)熱器會(huì)發(fā)熱。在這個(gè)過程中，電能轉(zhuǎn)化為發(fā)熱器的內(nèi)能。電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。電路閉合，經(jīng)過一段時(shí)間t后，電熱器會(huì)發(fā)熱。那么電流通過電熱器產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)呢？電熱來自于電流的熱效應(yīng)，所以電熱的多少很可能與電路中的電流、用電器的電阻以及它兩端的電壓有關(guān)。根據(jù)歐姆定律我們知道，如果知道其中兩個(gè)量就可以知道第三個(gè)量。這樣看，我們只要研究電熱與電流、電熱與電阻的關(guān)系即可。根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，我們知道電水壺在燒水時(shí)，通電時(shí)間越長，產(chǎn)生的熱量就越多，所以我們猜想：電流通過電熱器產(chǎn)生的熱量Q很可能與電流I、電阻R、時(shí)間t有關(guān)。如何來通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證我們的猜想呢？實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：一方面需要考慮控制變量的問題。即電流產(chǎn)生的熱量與三個(gè)因素有關(guān)，那么我們要控制兩個(gè)因素相同。另一方面需要考慮測量量的轉(zhuǎn)換問題。如下面的實(shí)驗(yàn)裝置圖。兩個(gè)密閉容器中都裝有電阻絲，當(dāng)電流通過電阻絲發(fā)熱時(shí)，會(huì)使密閉容器中的氣體受熱膨脹，而密閉容器又跟U形管相通。這樣，電熱的多少就可以從氣體的受熱膨脹量看出。而氣體的受熱膨脹量可以從U形管液面高度差的變化看出。也就是說，我們可以通過觀察U形管中液面高度差的變化來判斷產(chǎn)生熱量的多少。實(shí)驗(yàn)1：研究電熱與電阻的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：讓電流I一定，時(shí)間相同，電阻R不同。參考電路圖如下，5Ω、10Ω兩個(gè)電阻串聯(lián)起來，電流相等。觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論：在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。實(shí)驗(yàn)2：研究電熱與電流的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：讓電阻R一定，時(shí)間相同，電流I不同。如下右圖為參考電路圖。這是一個(gè)混聯(lián)電路，右邊兩10Ω電阻并聯(lián)后再與左邊的一個(gè)10Ω電阻串聯(lián)。根據(jù)并聯(lián)電路特點(diǎn)，右邊兩個(gè)10Ω電阻的支路電流相等且電流之和等于左邊的10Ω電阻的電流。即I=2I1。在如下左圖的實(shí)驗(yàn)裝置圖中，我們也可以得出，密閉容器中左邊10Ω電阻的電流是右邊密閉容器中10Ω電阻電流的2倍。通過實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論：在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，電流越大，通過這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。研究電熱與通電時(shí)間的關(guān)系，根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，電阻R一定，電流I相同時(shí)，通電時(shí)間越長，產(chǎn)生的熱量越多。由以上實(shí)驗(yàn)我們定性得出：電熱Q與電流I、電阻R、通電時(shí)間t有關(guān)。二、焦耳定律英國物理學(xué)家焦耳通過大量的定量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。我們稱之為焦耳定律。公式：Q=I2Rt，其中Q表示熱量，單位是焦耳。三、電熱的利用和防止利用電流的熱效應(yīng)來加熱的用電設(shè)備叫做電熱器。例如電爐、電熱水器、電熱孵化器、熔絲等等。電熱的利用——電熱水器（如圖）。當(dāng)電流通過電熱水器時(shí)，加熱管內(nèi)的導(dǎo)體發(fā)熱使水溫升高，這個(gè)過程中主要是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。電熱的利用——電熱孵化器。電熱孵化器主要是利用電流的熱效應(yīng)，達(dá)到小雞孵化的適宜溫度和濕度。電流通過用電器產(chǎn)生的熱量有沒有不利的一面呢？有的，電流的熱效應(yīng)有時(shí)是有害的。由于電流的熱效應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸電時(shí)在輸電線上的電能損耗非?？捎^。根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知，輸電線上電流過大時(shí)導(dǎo)線會(huì)明顯發(fā)熱，既浪費(fèi)了寶貴的電能，又容易引發(fā)事故。如何防止電熱給人們生活帶來的不便和傷害呢？防止電熱的方法多種多樣。如圖所示，電流通過電動(dòng)機(jī)的線圈時(shí)，線圈就會(huì)發(fā)熱。電動(dòng)機(jī)利用翼狀散熱片來增大散熱面積。再如：計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度會(huì)升高，需要用小風(fēng)扇把熱空氣驅(qū)散，及時(shí)散熱。過多的電熱，如果不能夠及時(shí)散失，就會(huì)產(chǎn)生許多安全隱患。同學(xué)們，在你的家里，有沒有電熱的隱患呢？（讓學(xué)生思考）典型例題例1電爐通電后，電爐絲熱得發(fā)紅，而與電爐絲相連的導(dǎo)線卻不怎么熱，其原因是（）A．通過電爐絲的電流大 B．電爐絲與導(dǎo)線是并聯(lián)的 C．電爐絲的通電時(shí)間長 D．導(dǎo)線的電阻遠(yuǎn)小于電爐絲的電阻解析：電爐在使用時(shí)，電爐絲和導(dǎo)線是串聯(lián)的，則I電爐絲＝I導(dǎo)線，通電時(shí)間t相同，電爐絲熱得發(fā)紅，爐絲相連的導(dǎo)線卻不怎么熱，說明電爐絲產(chǎn)生的熱量多，即Q電爐絲＞Q導(dǎo)線，由Q＝I2Rt可知，R電爐絲＞R導(dǎo)線，即原因是導(dǎo)線的電阻遠(yuǎn)小于電爐絲的電阻，故ABC錯(cuò)誤，D正確。答案：D。例2如圖是探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置。兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。下列說法正確的是（）A．甲實(shí)驗(yàn)是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電壓的關(guān)系 B．甲實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后，左側(cè)容器內(nèi)空氣吸收的熱量更多 C．乙實(shí)驗(yàn)是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系 D．乙實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后，右側(cè)U形管中液面的高度差比左側(cè)的大解析：甲實(shí)驗(yàn)兩電阻絲串聯(lián)，則通過電阻絲的電流和通電時(shí)間相同，其電阻值不同，所以是研究電熱和電阻的關(guān)系，故A錯(cuò)誤。甲實(shí)驗(yàn)兩電阻絲串聯(lián)，則通過電阻絲的電流和通電時(shí)間相同，右側(cè)電阻阻值大，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，右側(cè)電阻產(chǎn)生熱量多；則右側(cè)容器內(nèi)空氣吸收的熱量多，故B錯(cuò)誤；乙實(shí)驗(yàn)，右側(cè)電阻絲與另一電阻絲并聯(lián)，故左右空氣盒中電阻絲的電阻和通電時(shí)間相同，但通過電阻的電流不同，所以研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系，故C正確；乙實(shí)驗(yàn)通電一段時(shí)間后，由于左側(cè)的電流大，產(chǎn)生的熱量多，則左側(cè)U形管中液面的高度差比右側(cè)的大，故D錯(cuò)誤。答案：C。課堂小結(jié)一、電流的熱效應(yīng)1．概念：電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)