《第4节 焦耳定律 第1课时》示范课教学设计【初中物理人教版九年级】

2/2第4节焦耳定律教学设计教学目标1．能通过生活实例，认识电流的热效应。2．能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算。3．通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。教学重难点教学重点：焦耳定律的理解及应用。教学难点：焦耳定律的理解及应用。教学用具实验装置（U型玻璃管，橡胶管，电阻丝，密闭空气盒）相关资源图片资源等。教学过程课堂引入水壶烧水、电烙铁焊接、电吹风吹头发、电熨斗熨衣服、电炉丝烧红。上述生活中的实例，从能量转化的角度来看，各用电器工作时有什么共同特点呢？新知讲解一、电流的热效应从能量转化的角度来看，这些用电器在工作的过程中，电流通过用电器内部的发热器时，要消耗电能，同时发热器会发热。在这个过程中，电能转化为发热器的内能。电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。电路闭合，经过一段时间t后，电热器会发热。那么电流通过电热器产生热的多少跟什么因素有关呢？电热来自于电流的热效应，所以电热的多少很可能与电路中的电流、用电器的电阻以及它两端的电压有关。根据欧姆定律我们知道，如果知道其中两个量就可以知道第三个量。这样看，我们只要研究电热与电流、电热与电阻的关系即可。根据生活经验，我们知道电水壶在烧水时，通电时间越长，产生的热量就越多，所以我们猜想：电流通过电热器产生的热量Q很可能与电流I、电阻R、时间t有关。如何来通过实验验证我们的猜想呢？实验设计：一方面需要考虑控制变量的问题。即电流产生的热量与三个因素有关，那么我们要控制两个因素相同。另一方面需要考虑测量量的转换问题。如下面的实验装置图。两个密闭容器中都装有电阻丝，当电流通过电阻丝发热时，会使密闭容器中的气体受热膨胀，而密闭容器又跟U形管相通。这样，电热的多少就可以从气体的受热膨胀量看出。而气体的受热膨胀量可以从U形管液面高度差的变化看出。也就是说，我们可以通过观察U形管中液面高度差的变化来判断产生热量的多少。实验1：研究电热与电阻的关系。实验设计：让电流I一定，时间相同，电阻R不同。参考电路图如下，5Ω、10Ω两个电阻串联起来，电流相等。观察实验结果，通过实验得到结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。实验2：研究电热与电流的关系。实验设计：让电阻R一定，时间相同，电流I不同。如下右图为参考电路图。这是一个混联电路，右边两10Ω电阻并联后再与左边的一个10Ω电阻串联。根据并联电路特点，右边两个10Ω电阻的支路电流相等且电流之和等于左边的10Ω电阻的电流。即I=2I1。在如下左图的实验装置图中，我们也可以得出，密闭容器中左边10Ω电阻的电流是右边密闭容器中10Ω电阻电流的2倍。通过实验得到结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，电流越大，通过这个电阻产生的热量越多。研究电热与通电时间的关系，根据生活经验，电阻R一定，电流I相同时，通电时间越长，产生的热量越多。由以上实验我们定性得出：电热Q与电流I、电阻R、通电时间t有关。二、焦耳定律英国物理学家焦耳通过大量的定量实验发现：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。我们称之为焦耳定律。公式：Q=I2Rt，其中Q表示热量，单位是焦耳。三、电热的利用和防止利用电流的热效应来加热的用电设备叫做电热器。例如电炉、电热水器、电热孵化器、熔丝等等。电热的利用——电热水器（如图）。当电流通过电热水器时，加热管内的导体发热使水温升高，这个过程中主要是电能转化为内能。电热的利用——电热孵化器。电热孵化器主要是利用电流的热效应，达到小鸡孵化的适宜温度和湿度。电流通过用电器产生的热量有没有不利的一面呢？有的，电流的热效应有时是有害的。由于电流的热效应，远距离输电时在输电线上的电能损耗非常可观。根据焦耳定律Q=I2Rt可知，输电线上电流过大时导线会明显发热，既浪费了宝贵的电能，又容易引发事故。如何防止电热给人们生活带来的不便和伤害呢？防止电热的方法多种多样。如图所示，电流通过电动机的线圈时，线圈就会发热。电动机利用翼状散热片来增大散热面积。再如：计算机运行时温度会升高，需要用小风扇把热空气驱散，及时散热。过多的电热，如果不能够及时散失，就会产生许多安全隐患。同学们，在你的家里，有没有电热的隐患呢？（让学生思考）典型例题例1电炉通电后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么热，其原因是（）A．通过电炉丝的电流大 B．电炉丝与导线是并联的 C．电炉丝的通电时间长 D．导线的电阻远小于电炉丝的电阻解析：电炉在使用时，电炉丝和导线是串联的，则I电炉丝＝I导线，通电时间t相同，电炉丝热得发红，炉丝相连的导线却不怎么热，说明电炉丝产生的热量多，即Q电炉丝＞Q导线，由Q＝I2Rt可知，R电炉丝＞R导线，即原因是导线的电阻远小于电炉丝的电阻，故ABC错误，D正确。答案：D。例2如图是探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是（）A．甲实验是为了研究电流产生的热量与电压的关系 B．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多 C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电流的关系 D．乙实验通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大解析：甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，其电阻值不同，所以是研究电热和电阻的关系，故A错误。甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，右侧电阻阻值大，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，右侧电阻产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多，故B错误；乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流不同，所以研究电流产生的热量与电流的关系，故C正确；乙实验通电一段时间后，由于左侧的电流大，产生的热量多，则左侧U形管中液面的高度差比右侧的大，故D错误。答案：C。课堂小结一、电流的热效应1．概念：电流通过导体时电能转