滬粵版初中物理九上15.4探究焦耳定律 教案

第四節(jié)探究焦耳定律設(shè)計(jì)說(shuō)明本節(jié)主要內(nèi)容有：探究通電導(dǎo)體放出的熱量與哪些因素有關(guān)，焦耳定律及其公式，電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與控制。本節(jié)是在前面學(xué)習(xí)了電能、電功的基礎(chǔ)上，研究電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的定量關(guān)系，探究并了解焦耳定律，了解電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與控制。焦耳定律是能量守恒定律在電熱轉(zhuǎn)換中的體現(xiàn)，是物理學(xué)中的重要規(guī)律，是解決電熱問(wèn)題的主要理論依據(jù)，在生產(chǎn)和生活中有許多應(yīng)用。教學(xué)時(shí)要以焦耳定律為核心，以“探究—規(guī)律—應(yīng)用”為主線，讓學(xué)生經(jīng)歷探究通電導(dǎo)體放出的熱量與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)習(xí)焦耳定律的內(nèi)容和公式，了解電流熱效應(yīng)在實(shí)際中的應(yīng)用與控制，即讓學(xué)生較為系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)焦耳定律這一科學(xué)規(guī)律的來(lái)龍去脈。教學(xué)中不僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)焦耳定律的內(nèi)容和公式，而且注重科學(xué)探究過(guò)程，注重物理知識(shí)與生產(chǎn)、生活的聯(lián)系，從知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度和價(jià)值觀三個(gè)方面全面落實(shí)課程目標(biāo)。教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)與技能】1.了解焦耳定律，用焦耳定律說(shuō)明生產(chǎn)、生活中的一些現(xiàn)象。2.知道電流的熱效應(yīng)及其在實(shí)際中的應(yīng)用與控制?！具^(guò)程與方法】通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究通電導(dǎo)體放出的熱量與哪些因素有關(guān)。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中運(yùn)用控制變量法和轉(zhuǎn)換法?！厩楦袘B(tài)度和價(jià)值觀】通過(guò)學(xué)習(xí)焦耳定律,意識(shí)到各種自然現(xiàn)象(如電和熱)之間存在聯(lián)系,并辯證地看待電流熱效應(yīng)在生活中的利與弊。重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)焦耳定律的內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程。教學(xué)難點(diǎn)探究通電導(dǎo)體放出的熱量與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)探究、觀察、討論和分析相結(jié)合的教學(xué)方法。教具、學(xué)具多媒體課件、學(xué)生電源(輸出電流大于2A)、廣口瓶2只、量筒、開(kāi)關(guān)、煤油、電阻絲5Ω、10Ω各2只、電爐絲、吹塑板、溫度計(jì)2只、電吹風(fēng)、電爐等。授課時(shí)數(shù)1課時(shí)教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課同學(xué)們根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)，一定能舉出許多電能變成內(nèi)能的例子。通過(guò)對(duì)電能的學(xué)習(xí)，大家已經(jīng)了解了電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱。在小燈泡的發(fā)光實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們?cè)幸獾厝ビ|摸過(guò)小燈泡，感覺(jué)小燈泡發(fā)熱。有沒(méi)有同學(xué)觸摸過(guò)導(dǎo)線，連接小燈泡的導(dǎo)線熱不熱？同學(xué)們有沒(méi)有考慮過(guò)這樣的問(wèn)題：導(dǎo)線和用電器中流過(guò)了相同的電流，用電器發(fā)熱而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱，這是為什么？用電器和導(dǎo)線不同的是電阻，今天我們就來(lái)一起探討電流經(jīng)過(guò)用電器時(shí)產(chǎn)生的熱量與電阻是什么關(guān)系？講授新課一、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)多媒體課件展示：電熨斗、電烤箱、電爐、電烙鐵等。【交流總結(jié)】電流通過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱的現(xiàn)象，叫做電流的熱效應(yīng)?！咎岢鰡?wèn)題】電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)？【思考】1.浴霸燈泡和電線串聯(lián)在電路中，電流相同，燈泡下面非常熱，電線卻不怎么熱，這是為什么？（電阻不同）2.如果將小功率的浴霸燈泡換成大功率的浴霸燈泡，燈泡下面更熱，這又是為什么？（電流不同）3.浴霸燈泡通電的時(shí)間更長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，這說(shuō)明了什么？（時(shí)間不同）【猜想】影響電熱大小的因素——導(dǎo)體的電阻、導(dǎo)體的電流、通電時(shí)間等?！舅伎肌课覀儜?yīng)該采用什么樣的研究方法？【交流總結(jié)】控制變量法活動(dòng)：探究通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：用電阻絲給瓶?jī)?nèi)等質(zhì)量的煤油加熱，觀察溫度計(jì)示數(shù)，進(jìn)而比較電熱的多少?！窘處燑c(diǎn)撥】由于電流通過(guò)用電器所產(chǎn)生熱量的大小不易直接進(jìn)行觀察比較，實(shí)驗(yàn)中將通過(guò)煤油溫度的變化來(lái)比較產(chǎn)生熱量的多少。即運(yùn)用了轉(zhuǎn)換法?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，在兩個(gè)相同的燒瓶中裝等量和初溫相同的煤油，瓶中各裝一根電阻絲，甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的小，串聯(lián)起來(lái)，通電電流通過(guò)電阻絲產(chǎn)生的熱量使煤油的溫度升高，瓶?jī)?nèi)溫度計(jì)的示數(shù)升高，電流產(chǎn)生的熱量越多，溫度計(jì)示數(shù)升得越高。觀察瓶?jī)?nèi)溫度計(jì)示數(shù)的情況，就可以比較電流產(chǎn)生的熱量。步驟：1.兩個(gè)電阻串聯(lián)，它們的電流相等，加熱的時(shí)間相同，甲瓶相對(duì)乙瓶中的電阻較小，乙瓶中的溫度計(jì)示數(shù)上升得高。數(shù)據(jù)記錄：溫度t電阻R/ΩtttttttRR表明：電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。2.在瓶中溫度計(jì)示數(shù)降回到原來(lái)的初溫后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，加大電流，重做實(shí)驗(yàn)，讓通電的時(shí)間與前次相同，兩次實(shí)驗(yàn)比較乙瓶前后兩次溫度計(jì)示數(shù)上升的高度，第二次溫度計(jì)示數(shù)上升得高。表明：電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。3.如果加長(zhǎng)通電的時(shí)間，瓶中溫度計(jì)示數(shù)上升越高。表明：通電時(shí)間越長(zhǎng)，電流產(chǎn)生的熱量越多。【歸納總結(jié)】通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體的電阻、導(dǎo)體中的電流以及通電時(shí)間有關(guān)。分析評(píng)估：1.為什么要用煤油，用水不可以做嗎？【教師點(diǎn)撥】其實(shí)完全可以用水來(lái)代替煤油，只不過(guò)時(shí)間可能要長(zhǎng)一些才能從溫度計(jì)上讀出溫度值。2.為什么是等量的煤油，不是等量的行嗎？【教師點(diǎn)撥】只有等量的煤油，才能通過(guò)它們的溫度變化討論電流產(chǎn)生的熱量。這樣的方法就是控制變量法?！緦?shí)驗(yàn)拓展】為了探究影響電熱的因素，實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備了兩個(gè)裝滿煤油的燒瓶、兩個(gè)帶有橡皮塞的粗細(xì)均勻的相同玻璃管，兩根不同阻值的電阻絲以及滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、電源等。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材，分別設(shè)計(jì)了如圖甲、乙所示的兩個(gè)方案：甲乙(1)這兩個(gè)方案的共同點(diǎn)是通過(guò)觀察什么知道電熱的多少？(2)甲方案探究的問(wèn)題是什么？(3)乙方案探究的問(wèn)題是什么？【交流總結(jié)】(1)電熱的多少在實(shí)驗(yàn)中是通過(guò)轉(zhuǎn)換法體現(xiàn)出來(lái)，此題中是通過(guò)玻璃管中液面的高度來(lái)體現(xiàn)的，液面上升得越高，表示產(chǎn)生的電熱越多；(2)在甲圖中由于兩根電阻絲是串聯(lián)的，故通過(guò)它們的電流和通電時(shí)間相同，所以研究的是在電流和通電時(shí)間一定時(shí)，電熱與電阻的關(guān)系；(3)圖乙中的電阻絲是并聯(lián)的，故電壓和通電時(shí)間相等，所以研究的是在電壓和通電時(shí)間一定時(shí)，電熱與電阻的關(guān)系。二、焦耳定律1.內(nèi)容：電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)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，跟通電的時(shí)間成正比。這個(gè)規(guī)律叫做焦耳定律?！窘處燑c(diǎn)撥】“電流產(chǎn)生的熱量Q與電流的平方I2成正比”的含義是：當(dāng)I1=2I2.公式：Q3.單位：I——安，R——?dú)W，t——秒，Q——焦。4.說(shuō)明：焦耳定律是從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的規(guī)律，它適用于任何情況下的電熱的計(jì)算?！拘≠Y料】焦耳（JamesPrescottJoule，1818—1889），英國(guó)物理學(xué)家。他用近40年的時(shí)間做了400多次實(shí)驗(yàn)，研究熱和功的關(guān)系。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，于1840年最先精確地確定了電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時(shí)間的關(guān)系?！就卣埂坷碚撏茖?dǎo)焦耳定律是焦耳在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上歸納總結(jié)得出來(lái)的規(guī)律，還需要理論上的支持，我們能不能通過(guò)理論來(lái)推導(dǎo)出焦耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式呢？學(xué)生討論推導(dǎo)。在一定的條件下，根據(jù)電功公式和歐姆定律公式推導(dǎo)出焦耳定律公式。如果電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，其電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒(méi)有同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，也就是電流所做的功全部用來(lái)產(chǎn)生熱量。那么，電流產(chǎn)生的熱量Q就等于電流做的功W，即W=UIt，根據(jù)歐姆定律U=通過(guò)理論推導(dǎo)，同樣得出了焦耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，達(dá)到理論和實(shí)踐的完美統(tǒng)一。【問(wèn)題回扣】為什么用導(dǎo)線連接的電爐通電后，電爐很快發(fā)紅發(fā)熱，而導(dǎo)線卻不熱？【交流總結(jié)】導(dǎo)線和用電器(電爐或電飯鍋或電燈)中通過(guò)的電流相同，但是導(dǎo)線的電阻較小，而那些用電器的電阻較大，所以，那些用電器發(fā)熱，而導(dǎo)線幾乎感覺(jué)不到熱。【問(wèn)題回扣】額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，正常工作時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多?？墒前凑战苟?，電阻越大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事?【交流總結(jié)】額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，正常工作時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多,其前提條件是電壓相同；按照焦耳定律，電阻越大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，其前提條件是電流相同，兩者并不矛盾，要注意公式成立的條件。例題：一根60Ω的電阻絲接在36V的電源兩端，在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量?解：I=UR三、電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與控制【教師點(diǎn)撥】生活中有些電熱我們要利用，有些電熱我們是防止。關(guān)于電熱的利用，同學(xué)們已經(jīng)了解了許多，比如電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電烤爐、電爐。剛剛舉出的都是利用電來(lái)加熱的設(shè)備，都是常見(jiàn)的電熱器。同學(xué)們知道了利用電熱的好處，但有些時(shí)候，有些地方的電熱會(huì)造成危害，還要設(shè)法防止。電視機(jī)使用過(guò)程中會(huì)發(fā)熱，如果連續(xù)使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，還會(huì)燒壞電視機(jī)；有些導(dǎo)體上的絕緣材料會(huì)因溫度過(guò)高，使絕緣材料迅速老化，甚至燒壞；電腦中還裝有風(fēng)扇，也是為了散熱，減少電熱的危害；農(nóng)村抽水、磨面用的電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作一段時(shí)間后要暫停一會(huì)，等涼了再用，是為了防止電熱可能造成的危害。【交流總結(jié)】將電器置于通風(fēng)良好處；勿使電器淋雨或受潮；長(zhǎng)期不用的電器隔一段時(shí)間應(yīng)該通電一次。電器工作時(shí)，置于通風(fēng)良好的地方，是為了使電器更好地散熱、防止電熱產(chǎn)生危害。課堂小結(jié)一、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)1.當(dāng)電流一定時(shí)，導(dǎo)體的電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。2.當(dāng)電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。3.通電時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的熱量越多。二、焦耳定律1.電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)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，跟通電的時(shí)間成正比。這個(gè)規(guī)律叫做焦耳定律。2.公式：Q三、電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與控制1.利用電熱：電爐、電熨斗、電飯鍋等。2.防止危害：（1）電視機(jī)后蓋有散熱孔；（2）電腦用風(fēng)扇散熱。當(dāng)堂達(dá)標(biāo)1.下列家用電器，利用電流的熱效應(yīng)工作的是()A.電暖氣B.洗衣機(jī)C.電風(fēng)扇D.電視機(jī)2.電爐中的電阻絲通電一段時(shí)間后變得很燙，而連接的導(dǎo)線卻不怎么熱，主要是()A.通過(guò)導(dǎo)線的電流小于通過(guò)電阻絲的電流B.導(dǎo)線的絕熱皮隔熱C.導(dǎo)線的電阻遠(yuǎn)小于電阻絲的電阻D.導(dǎo)線散熱比電阻絲快3.下列用電器均標(biāo)有“220V100W”，在額定電壓下工作相同時(shí)間產(chǎn)生熱量最多的是()A.電熱水袋B.電視機(jī)C.電風(fēng)扇D.電燈４.某導(dǎo)體電阻為10Ω，通電5min產(chǎn)生的熱量是1200J，當(dāng)通過(guò)該導(dǎo)體的電流增大為原來(lái)的2倍時(shí)，在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量是_______J。5.下列情況中防止電熱危害的是()A.電視機(jī)背后有散熱窗B.家電長(zhǎng)時(shí)期不使用，隔一段時(shí)間要通電一次C.家庭電路一般安裝保險(xiǎn)絲D.大型爆破工程用電熱引發(fā)炸藥6.探究“電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)。如圖甲和乙所示，兩個(gè)透明容器中密閉著等質(zhì)量的空氣，兩容器中的電阻絲串聯(lián)起來(lái)，連接到電源兩端，通電一定時(shí)間后，比較兩個(gè)U形管中液面高度差的變化。（1）在圖甲中，通過(guò)兩電阻絲的電流_______；該裝置是探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體_______的關(guān)系。（2）在圖乙中，是探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通過(guò)導(dǎo)體_____