2024年中學(xué)物理課件：《焦耳定律》

第頁2024年中學(xué)物理課件：《焦耳定律》中學(xué)物理課件：《焦耳定律》1

一、教材分析

焦耳定律是重要的物理定律，它是能量守恒定律在電能和熱能轉(zhuǎn)換中的體現(xiàn)，本節(jié)在電學(xué)中是重要的概念之一。

二、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識與技能

1、理解電功的概念，知道電功是指電場力對自由電荷所做的功，理解電功的公式，能進行有關(guān)的計算。

2、理解電功率的概念和公式，能進行有關(guān)的計算。

3、知道電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。

（二）過程與方法

通過推導(dǎo)電功的計算公式和焦耳定律，培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。

（三）情感、態(tài)度與價值觀

通過電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化和守恒，進一步滲透辯證唯物主義觀點的教育。

三、教工作總結(jié)學(xué)重點難點

電功、電功率的概念、公式；焦耳定律、電熱功率的概念、公式。

電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。

四、學(xué)情分析

學(xué)生學(xué)好這節(jié)知識是非常必要的，

A、重點：理解電功和電功率和焦耳定律。

B、難點：幫助學(xué)生認(rèn)識電流做功和電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量之間的區(qū)別和聯(lián)系是本節(jié)的教學(xué)難點，防止學(xué)生亂套用公式。

C、關(guān)鍵：本節(jié)的教學(xué)關(guān)鍵是做好通電導(dǎo)體放出的熱量與哪些因素有關(guān)的實驗。在得出了焦耳定律以后介紹焦耳定律公式及其在生活、生產(chǎn)上的應(yīng)用

五、教學(xué)方法

等效法、類比法、比較法、實驗法

六、課前準(zhǔn)備

燈泡（36V，18W）、電壓表、電流表、電源、滑動變阻器、電鍵、導(dǎo)線若干、投影儀、投影片、玩具小電機

七、課時安排

八、教學(xué)過程

（一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑

（二）情景引入、展示目標(biāo)

教師：用電器通電后，可以將電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，請同學(xué)們列舉生活中常用的用電器，并說明其能量的轉(zhuǎn)化情況。

學(xué)生：

（1）電燈把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能；

（2）電爐把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能；

（3）電動機把電能轉(zhuǎn)化成機械能；

（4）電解槽把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。

教師：用電器把電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程，就是電流做功的過程。電流做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關(guān)呢？本節(jié)課我們學(xué)習(xí)關(guān)于電功和電功率的知識。

（三）合作探究、精講點播

1、電功和電功率

教師：請同學(xué)們思考下列問題

（1）電場力的功的定義式是什么？

（2）電流的定義式是什么？

學(xué)生：

（1）電場力的功的定義式W=qU

（2）電流的定義式I=qt

教師：投影教材圖2.5—1（如圖所示）

如圖所示，一段電路兩端的電壓為U，由于這段電路兩端有電勢差，電路中就有電場存在，電路中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流I，在時間t內(nèi)通過這段電路上任一橫截面的電荷量q是多少？

學(xué)生：在時間t內(nèi)，通過這段電路上任一橫截面的電荷量q=It。

教師：這相當(dāng)于在時間t內(nèi)將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端。在這個過程中，電場力做了多少功？

學(xué)生：在這一過程中，電場力做的功W=qU=IUt

教師：在這段電路中電場力所做的功，也就是通常所說的電流所做的功，簡稱電功。電功：

（1）定義：在一段電路中電場力所做的功，就是電流所做的功，簡稱電功。

（2）定義式：W=UIT

教師：電功的定義式用語言如何表述？

學(xué)生：電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U，電路中的電流I和通電時間t三者的乘積。

教師：請同學(xué)們說出電功的單位有哪些？

學(xué)生：

（1）在國際單位制中，電功的單位是焦耳，簡稱焦，符號是J。

（2）電功的常用單位有：千瓦時，俗稱“度”，符號是kWh。

教師：1kWh的物理意義是什么？1kWh等于多少焦？

學(xué)生：1kWh表示功率為1kW的用電器正常工作1h所消耗的電能。

1kWh=1000W×3600s=3。6×106J

說明：使用電功的定義式計算時，要注意電壓U的'單位用V，電流I的單位用A，通電時間t的單位用s，求出的電功W的單位就是J。

教師：在相同的時間里，電流通過不同用電器所做的功一般不同。例如，在相同時間里，

電流通過電力機車的電動機所做的功要顯著大于通過電風(fēng)扇的電動機所做的功。電流做功不僅有多少，而且還有快慢，為了描述電流做功的快慢，引入電功率的概念。

（1）定義：單位時間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。用P表示電功率。

（2）定義式：P=W=IUt

（3）單位：瓦（W）、千瓦（kW）

［說明］電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”不同。電流做功快，但做功不一定多；電流做功慢，但做功不一定少。

教師：在力學(xué)中我們講功率時有平均功率和瞬時功率之分，電功率有無平均功率和瞬時功率之分呢？

學(xué)生分組討論。

師生共同總結(jié)：

（1）利用P=W計算出的功率是時間t內(nèi)的平均功率。t

（2）利用P=IU計算時，若U是某一時刻的電壓，I是這一時刻的電流，則P=IU就是該時刻的瞬時功率。

教師：為什么課本沒提這一點呢？

學(xué)生討論，教師啟發(fā)、引導(dǎo)：

這一章我們研究的是恒定電流，用電器的構(gòu)造一定，通過的電流為恒定電流，則用電器兩端的電壓必是定值，所以U和I的乘積P不隨時間變化，也就是說瞬時功率與平均功率總是相等的，故沒有必要分什么平均功率和瞬時功率了。

［說明］利用電功率的公式P=IU計算時，電壓U的單位用V，電流I的單位用A，電功率P的單位就是W。

2、焦耳定律

教師：電流做功，消耗的是電能。電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能與電路中的電學(xué)元件有關(guān)。在純電阻元件中電能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，于是導(dǎo)體發(fā)熱。

設(shè)在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為R，通過的電流為I，試計算在時間t內(nèi)電流通過此電阻產(chǎn)生的熱量Q。

學(xué)生：求解產(chǎn)生的熱量Q。

解：據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓U=IR

在時間t內(nèi)電場力對電阻元件所做的功為W=IUt=I2Rt

由于電路中只有純電阻元件，故電流所做的功W等于電熱Q。

產(chǎn)生的熱量為

Q=I2Rt

教師指出：這個關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實驗得到的，叫焦耳定律，同學(xué)們在初中已經(jīng)學(xué)過了。

學(xué)生活動：總結(jié)熱功率的定義、定義式及單位。

熱功率：

（1）定義：單位時間內(nèi)發(fā)熱的功率叫做熱功率。

（2）定義式：P熱=Q2=IRt

（3）單位：瓦（W）

［演示實驗］研究電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。

（投影）實驗電路圖和實驗內(nèi)容：

取一個玩具小電機，其內(nèi)阻R=1。0Ω，把它接在如圖所示的電路中。

（1）先夾住電動機軸，閉合電鍵，電機不轉(zhuǎn)。調(diào)整滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)為0。50V，記下電流表的示數(shù)，算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。

（2）再松開夾子，使小電機轉(zhuǎn)動，調(diào)整滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)為2。0V（此電壓為小電機的額定電壓），記下電流表的示數(shù)，算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。

［實驗結(jié)果］

（1）電機不轉(zhuǎn)時，U=0.50V，I=0.50A，

P電=UI=0.50×0。50、W=0.25W

P熱=I2R=0.502×1.0、W=0.25W

P電=P熱

（2）電機轉(zhuǎn)動時，U=2.0V，I=0.40A，

P電=UI=2.0×0.40、W=0.80W

P熱=I2R=0.402×1.0W=0.16W

P電＞P熱

學(xué)生：分組討論上述實驗結(jié)果，總結(jié)電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。

師生共同活動：總結(jié)：

（1）電功率與熱功率的區(qū)別

電功率是指輸入某段電路的全部功率或在這段電路上消耗的全部電功率，決定于這段電路兩端電壓U和通過的電流I的乘積。

熱功率是在某段電路上因發(fā)熱而消耗的功率，決定于通過這段電路的電流的平方I2和電阻R的乘積。

（2）電功率與熱功率的聯(lián)系

若在電路中只有電阻元件時，電功率與熱功率數(shù)值相等。即P熱=P電

教師指出：上述實驗中，電機不轉(zhuǎn)時，小電機就相當(dāng)于純電阻。若電路中有電動機或電解槽時，電路消耗的電功率絕大部分轉(zhuǎn)化為機械能或化學(xué)能。

中學(xué)物理課件：《焦耳定律》2

一、教學(xué)目標(biāo)：

1、知識和技能目標(biāo)：知道電流的熱效應(yīng)，理解焦耳定律的內(nèi)容、公式及其運用，知道電熱器的原理及構(gòu)造。

2、過程與方法目標(biāo)：要求學(xué)生能從感知事物→提出問題→自己設(shè)計→動手動腦探究科學(xué)規(guī)律中體會科學(xué)研究的方法，學(xué)會科學(xué)探究、知識遷移的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究的能力。

3、情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新的思想和精神，培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義精神，滲透實事求是和科學(xué)獻身教育，激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)重點與難點

如何引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究；如何使學(xué)生在科學(xué)探究中掌握科學(xué)研究的方法，培養(yǎng)科學(xué)研究的能力。

三、教法與學(xué)法

將學(xué)生分組，以小組為單位進行教師引導(dǎo)下的科學(xué)探究，加強組內(nèi)同學(xué)間的合作、討論和交流，加強師生間相互反饋，以問題和小組交流貫穿教學(xué)的始終，不斷提出新問題，不斷解決新問題。開學(xué)時就將學(xué)生4人一組分組，分組時男女生分開后，自由組合，便于討論與交流，隨著學(xué)習(xí)的深入，可適當(dāng)調(diào)整小組成員，每個組至少有一個好的同學(xué)能起到小老師的作用，帶領(lǐng)小組同學(xué)開展自主式學(xué)習(xí)。

四、教具與學(xué)具

學(xué)生用：鐵架臺、學(xué)生電源、大號試管和溫度計各三支、導(dǎo)線若干、量筒、煤油、電阻絲（5、10、10歐各一根，教師課前用電爐絲截取并焊好導(dǎo)線）。每小組一套。

教師用：與學(xué)生的基本相同，溫度計改用數(shù)字的，另加各種電熱器（電爐、電飯鍋、白熾燈、電風(fēng)扇等）、多媒體課件及教學(xué)平臺。

五、探究實驗：

研究通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和時間的關(guān)系。

六、教學(xué)活動實錄（部分）：

（一）導(dǎo)入新課

老師：（教師出示電飯鍋，白熾燈、電風(fēng)扇）這幾種電器各有什么功能？

學(xué)生：煮飯、照明、吹風(fēng)。

老師：這些電器雖然功能不同，有沒有共同點？

（學(xué)生小組討論，請三位同學(xué)上來各拿一個電器，同時通電實驗1分鐘，并請他們觸摸電器和電扇的電動機部分）

（凡教師提出問題，教師留有一定的時間，讓學(xué)生同桌或四人小組討論）

學(xué)生：它們工作時都會發(fā)熱。

老師：對！電流通過任何電器或?qū)w，電器和導(dǎo)體都會發(fā)熱，這種現(xiàn)象叫電流熱效應(yīng)。（教師

板書：電流熱效應(yīng)）

老師：這種現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？

學(xué)生：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（教師板書：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能）

老師：它們產(chǎn)生的熱量有什么不同？

學(xué)生：（學(xué)生討論后）它們產(chǎn)生的熱量有多有少。

（在學(xué)生心里自然產(chǎn)生了“產(chǎn)生熱量有多少？”這個問題。）

根據(jù)學(xué)生的日常生活創(chuàng)設(shè)問題情景，提出問題，建立問題期待，能有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動機。

（二）科學(xué)探究焦耳定律：

老師：既然電流通過用電器產(chǎn)生的熱量不同，同學(xué)們會想到什么問題？

（學(xué)生議論紛紛，舉手發(fā)言，教師引導(dǎo)）

學(xué)生：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)？（學(xué)生自己提出問題）

老師：你們覺得與什么因素有關(guān)？（引導(dǎo)學(xué)生去猜想）

（學(xué)生議論紛紛，舉手發(fā)言，教師引導(dǎo)）

學(xué)生：可能與電壓、電流、電阻、時間或其它等等因素有關(guān)。（學(xué)生猜想）

老師：同學(xué)們討論很熱烈！猜想對不對呢？（引導(dǎo)學(xué)生進入實驗研究）

學(xué)生：我們用實驗來驗證?。ㄍㄟ^平時的教學(xué)，學(xué)生都明白：實踐是檢驗真理的標(biāo)準(zhǔn)，任何問題都要由實驗事實來評判）

各種研究問題和教學(xué)活動都是由學(xué)生自己提出來的，而不是教師強加的，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用，學(xué)生充滿興趣和動力去解決自己發(fā)現(xiàn)的問題。

老師：好！下面就請你們以小組為單位設(shè)計實驗方案（學(xué)生設(shè)計實驗）

（學(xué)生小組討論，討論時間可以長一點）

教師開始不要給任何提示，以免禁錮了學(xué)生的思維，讓學(xué)生放開思維去思考，培養(yǎng)學(xué)生開放型思維能力。

老師：哪個小組匯報一下你們設(shè)計的實驗方案？

（學(xué)生七嘴八舌，但真能設(shè)計完整方案的不多，此時需要教師的引導(dǎo)）

老師：你們說說做這個實驗首先要解決一些什么問題？（教師引導(dǎo)學(xué)生如何進行實驗設(shè)計）生：熱量的多少如何用實驗展示出來？

學(xué)生：如何用實驗來驗證熱量與電流、電阻、時間的關(guān)系。

學(xué)生：用什么樣的電路去實驗。

學(xué)生：

老師：大家想想在前面的學(xué)習(xí)中有沒有可以體現(xiàn)熱量多少的辦法？

學(xué)生：（學(xué)生討論并發(fā)言）有熱脹冷縮比較熱量法，測溫度比較熱量法等等。

老師：請××同學(xué)談?wù)勀銈兊姆椒ā?/p>

學(xué)生：我們利用熱脹冷縮的辦法：找兩個相同的燒瓶？？

老師：很好！因為要進行比較，一定要條件相同，所以要用相同的燒瓶？？其他小組還有什么方法？

滲透科學(xué)的比較方法：條件相同。

學(xué)生：可以將上述燒瓶中的空氣膨脹換成液體（水或煤油）

老師：也很好！測溫度比較熱量法呢？

學(xué)生：可以直接用溫度計去測量升高的溫度，質(zhì)量相等的煤油溫度升高越多，吸熱越多？？師：××同學(xué)說得很好！只是上述前幾種方法是定性討論方法，只能說明多少關(guān)系，最后這種方法是從定量的角度去考慮的，我們今天就采用他說的這種實驗方法，好嗎？

滲透教學(xué)民主的觀念。

老師：現(xiàn)在再來看看如何用實驗來驗證熱量與電流、電阻、時間的關(guān)系。大家想想：在前面的學(xué)習(xí)中，經(jīng)常學(xué)到某個物理量由幾個物理量決定，當(dāng)討論它與其中一個量的關(guān)系時，要使另外的量相同或不變。這是什么方法？

學(xué)生：這是控制變量法。

再次滲透科學(xué)的比較方法和控制變量法：條件相同。

老師：因此我們可以將上述問題分解成三個問題來研究？分解成哪三個問題？

學(xué)生：熱量與電流，熱量與電阻，熱量與時間三個關(guān)系問題。

老師：如何用實驗研究熱量與電阻的關(guān)系？

學(xué)生：將兩個不同的電阻通以相同的電流（可以串聯(lián)），比較兩個電阻在相同的時間里產(chǎn)生的熱量。

老師：如何用實驗研究熱量與電流的關(guān)系？

學(xué)生；將兩個相同的電阻通以不同的電流（可以并聯(lián)），比較兩個電阻在相同的時間里產(chǎn)生的熱量。

老師：如何用實驗研究熱量與時間的關(guān)系？

學(xué)生：選擇任意一個電阻，不斷通電，觀察溫度是否隨通電時間不斷升高。

老師：綜合大家的意見，我們要做三次實驗，花的時間太長。為了節(jié)省實驗時間，能否將上述三次實驗合并為一次實驗？看哪個小組最先設(shè)計好實驗電路。

（學(xué)生小組討論，畫出初步的實驗電路圖，不一定每個小組都對，教師用投影儀展示某組設(shè)計的實驗電路圖，并請該組代表講述設(shè)計思路）

學(xué)生：

（用多媒體教學(xué)平臺展示探究過程中的問題流程圖，如右圖所示。教師結(jié)合該圖，小結(jié)一下同學(xué)們設(shè)計實驗的過程，并統(tǒng)一認(rèn)識和完善實驗電路）

通過上述引導(dǎo)和展示圖例，教會學(xué)生學(xué)會分解問題和合并問題，學(xué)會逐步解決問題的方法，提高解決問題的能力。另外也提倡了開放性思維、多種解決方案。

老師：請同學(xué)們按照上述我們設(shè)計的實驗方案開始實驗。

說明：學(xué)生以小組為單位進行實驗操作并記錄有關(guān)實驗數(shù)據(jù)，教師隨時指導(dǎo)實驗。（進行實驗）

實驗記錄：煤油的初溫：T0=____。

煤油的末溫：T1=____，T2=____，T3=____（三個末溫應(yīng)為同時的溫度）。

（教師巡視各個小組，有選擇地將某個小組的實驗數(shù)據(jù)用投影儀展示出來，并請該組同學(xué)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成下表內(nèi)容）

老師：其它小組實驗數(shù)據(jù)雖然與這不同，但都與這個數(shù)據(jù)差不多，可以看出其中的規(guī)律。哪個同學(xué)說一下，你從這數(shù)據(jù)中看出了什么？（數(shù)據(jù)分析，歸納總結(jié)）

學(xué)生：（學(xué)生可能說不準(zhǔn)確，但大體的意思肯定能說得出來）。

老師：××同學(xué)發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)律，我們不妨把這個規(guī)律稱為××定律。大家鼓掌祝賀他。其實這個定律早在很多年前，物理學(xué)家焦耳就是按照剛才大家的研究方法，實驗研究了很多年才得出的，因此這個定律也叫焦耳定律。

（教師用教學(xué)平臺投影焦耳定律的內(nèi)容、公式、單位等）

說明：在現(xiàn)實中學(xué)實驗條件下，該實驗?zāi)軌虻贸鲚^準(zhǔn)確的數(shù)量關(guān)系。

開展成功與激勵教育，另外強調(diào)了我們的研究方法與物理學(xué)家進行科學(xué)研究的方法一樣，潛意識地使學(xué)生認(rèn)同科學(xué)探究的方法。

老師：有的.同學(xué)會問：我們一節(jié)課就能把這個規(guī)律研究出來，而焦耳要用好多年才能研究出來，是不是他有點問題？這里面有幾個方面的問題：

第一：那時的實驗條件不夠好；

第二：缺少必要的指導(dǎo)老師，因為在他之前沒有任何人研究和知道這個問題；

第三：缺少與其他科學(xué)家的合作與交流，基本上是一個人關(guān)門在家研究，要走很多彎路。而我們有老師指導(dǎo)和小組交流合作，集體的智慧是無窮的；

第四：很重要的一點就是實驗要精確，實驗數(shù)據(jù)沒有什么誤差，誤差大了就得重新做，不然就不叫規(guī)律了。焦耳就是在實驗條件簡陋的情況下，重復(fù)實驗了幾千次，直至實驗很精確了才得出了焦耳定律。

老師：請問你們哪個小組的實驗沒有什么誤差？

學(xué)生：有較大誤差。

通過對焦耳的故事介紹，對學(xué)生進行科學(xué)精神和實事求是精神的教育，并培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)獻身精神，激勵學(xué)生勤奮學(xué)習(xí)。同時也告訴了學(xué)生在科學(xué)研究中合作與交流的重要，還為下面的評估作了鋪墊。

老師：能不能找一找誤差的原因和改進的辦法？（對實驗探究的評估）

學(xué)生：（學(xué)生討論后發(fā)言）有熱量的散失，試管外面包隔熱材料。

學(xué)生：有可能這電阻絲的電阻不準(zhǔn)確，可換用阻值準(zhǔn)確的電阻絲。

學(xué)生：溫度計讀數(shù)不同時，盡量同時讀數(shù)。