教學目標


1．知道電流的熱效應及其在生活與生產(chǎn)中的應用。


2．知道焦耳定律,會運用焦耳定律進行簡單的計算。


重、難點


教學重點：探究電流的熱效應，從電流做功的公式推導得出焦耳定律。


教學難點：理解焦耳定律。


器材準備


多媒體課件。


一、引入新課


提問：


(1)燈泡發(fā)光一段時間后，用手觸摸燈泡，有什么感覺？為什么？


(2)電風扇使用一段時間后，用手觸摸電動機外殼部分有什么感覺？為什么？


學生回答：發(fā)燙.是電流的熱效應.


二、新課教學


探究點一：通電導體放出的熱量跟哪些因素有關


1.介紹實驗裝置，在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各裝一根電阻絲，甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的大，串聯(lián)起來，通電后電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量使煤油的溫度升高，體積膨脹，煤油在玻璃管里會上升，電流產(chǎn)生的熱量越多，煤油上升得越高.觀察煤油在玻璃管里上升的情況，就可以比較電流產(chǎn)生的熱量.


2.三次實驗：


第一次實驗：兩個電阻串聯(lián)它們的電流相等，加熱的時間相同，甲瓶相對乙瓶中的電阻較大，甲瓶中的煤油上升得高.表明：電流一定時，導體的電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.


第二次實驗：調(diào)節(jié)滑動變阻器，增大電流，重做實驗，讓通電的時間與前次相同，兩次實驗比較甲瓶前后兩次煤油上升的高度，第二次煤油上升的高，表明：電阻一定時，通過導體的電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.


第三次實驗：如果加長通電的時間，瓶中煤油上升越高，表明：通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多.


3.總結(jié)：


（1）在通電電流和通電時間相同的條件下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.


（2）在電阻和通電時間相同的條件下，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多，進一步的研究表明產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比.


（3）在通電電流和電阻相同的條件下，通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多。


探究點二：焦耳定律


1．介紹英國物理學家焦耳做了大量的實驗，于1840年最先精確地確定了電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。這個規(guī)律叫做焦耳定律.


2．說明：焦耳定律可以用下面的公式表示：Q=I2Rt。


公式中的電流I的單位要用安培（A），電阻R的單位要用歐姆(Ω)，通過的時間t的單位要用秒(s)這樣，熱量Q的單位就是焦耳（J）.


注意：電功與電熱的區(qū)別！


練習：一根60Ω的電阻絲接在36V的電流上，在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量？


推導：在一定的條件下，根據(jù)電功公式和歐姆定律公式推導出焦耳定律公式。如果電流通過導體時，其電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有同時轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，也就是電流所做的功全部用來產(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Q=W. W=UIt，根據(jù)歐姆定律U=IR推導出焦耳定律Q=I2Rt。


討論電熱與電阻的關系：


（1）當電流相等時，由W=UIt和U=IR得W=Q=I2Rt。


結(jié)論：當電流與通電時間一定時，電熱與電阻成正比。


（2）當電壓相等時，由W=UIt和I=U/R得W=Q=U2t/R。


結(jié)論：當電壓與通電時間一定時，電熱與電阻成反比。


3.探究活動：“焦耳定律”的演示


【實驗方案示例】


實驗器材：干電池四節(jié)，玻璃棒，若干電阻絲，蠟燭，火柴棒．


實驗準備：把同一根電阻絲分別繞在玻璃棒的兩端，繞線匝數(shù)比例為1∶8，兩線圈相距5ｃｍ左右，然后在這兩個線圈上滴上同樣多的蠟，使線圈被蠟均勻地包住。點著火柴立即吹滅，靠其余熱將兩根火柴桿粘在兩個線圈上。


實驗步驟：


（1）用兩節(jié)干電池給玻璃棒上的電阻絲通電，可看到匝數(shù)多的線圈（電阻大）上的火柴桿比匝數(shù)少的線圈（電阻小）上的火柴桿先掉．這就表明：在電流和通電時間相同的情況下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量就越多。


（2）經(jīng)過較長時間后，匝數(shù)少的線圈（電阻?。┥系幕鸩駰U也會掉下來．這就說明：通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多。


（3）用四節(jié)電池（增大電源電壓）重做上述實驗，可看到兩根火柴桿都先后很快掉下來。在線圈的溫度不太高時，可認為總電阻不變，電壓增大時，通過它們的電流增大．這就表明：電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多．


4、電熱的利用與防止


（1）純電阻電路就是指電流通過導體，電流所做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，沒有轉(zhuǎn)化為機械能等。這樣的電路叫做純電阻電路.


（2）電熱器就是一個純電阻電路，人們利用它來作加熱的設備。


例如： 電爐、電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電烤爐都是電熱器.


電熱器重要組成部分是發(fā)熱體，發(fā)熱體是由電阻率大、熔點高的電阻絲繞在絕緣材料上做成的，電流通過電阻絲放出熱量.


電熱器清潔衛(wèi)生，沒有環(huán)境污染；熱效率高；有的還可以方便地控制和調(diào)節(jié)溫度等.


例如：電褥、電烘箱；家禽電熱孵卵器，引發(fā)炸藥的電熱裝置乃至高空飛行服里的電熱保溫裝置，都是電熱器，它們有不同的構(gòu)造和用途，但原理都相同.


（3）防止電熱的危害


在電動機里，電流所做的功主要用來做機械功，但電流通過電動機里的電阻也會產(chǎn)生熱量（這樣的電路我們叫它非純電阻電路），會使導線溫度升高，溫度超過絕緣材料的耐熱溫度，絕緣材料會迅速老化甚至可能燒壞，這就需要考慮散熱，還要加快散熱，有的電動機里裝有風扇，同時把外殼做成特殊的形狀，都是為了迅速散熱.


收音機、電視機等用電器也都要考慮散熱，它們的機殼上都有散熱孔.


板書設計


15.4 探究焦耳定律


一、實驗：探究通電導體放出的熱量跟哪些因素有關（控制變量法）


（ 電流，電阻及通電時間）


二、焦耳定律


1.公式：


2.單位：


三、電流熱效應的應用與控制


教學反思


本節(jié)課從實驗和理論兩個角度研究了電熱與電流、電阻和時間的關系，這樣做的好處是體現(xiàn)物理研究問題的方法，在實驗過程中學生能更好地體會一些科學研究方法，避免了一開始就從理論上推導給學生造成理解的困難和對純電阻電路的理解的困難.在實驗基礎上再去推導，這樣使學生更信服.同時啟發(fā)學生從實驗和理論兩方面學習物理知識.


根據(jù)學生實際和課程標準的要求進行設計，通過學生的觀察和生活經(jīng)驗，提出問題，進行分析，共同歸納總結(jié)。教學中應該充分地相信學生，給學生活動的空間，真正的讓學生成為學習的主人，在實驗的過程中學生也可能提出許多問題，教學中一定要發(fā)揮學生的主體作用，尤其是在大力提倡科學探究的今天，在教學過程中要讓學生參與討論，充分調(diào)動學生學習的積極性，提高思維分析能力，培養(yǎng)學生解決問題的能力，并將所學到的知識與實際相聯(lián)系，使學生達到學以致用的目的。


本節(jié)課也注意電能公式W=UIt與電熱公式Q=I2Rt的區(qū)別與聯(lián)系，計算電熱公式Q＝I2Rt可以計算任何電路的電熱。只是在純電阻電路，這兩個公式相等。教材應該說清楚焦耳定律適用于一般電路的電熱計算。否則學生會認為Q＝I2Rt只適用于純電阻電路


通過本節(jié)課的教學，我進一步相信我的學生，相信他們的能力，在今后的教學中，充分發(fā)揮學生學習的主動性，只有讓他們愛學、會學，我們教師才能真正走出多年的困惑，不要只強調(diào)結(jié)果，讓我們更多地關注過程吧，只有這樣結(jié)果才會更加美好。








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15.4 探究焦耳定律

版本： 粵滬版

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