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研究性学习教案-焦耳定律

来源:物理ok网 编辑:陈老师 时间:2017-11-05 点击量:
研究性学习教案-焦耳定律
 
教学目标
知识目标
  1.知道电流的热效应.
  2.理解焦耳定律的内容、公式、单位及其运用.
 
能力目标
  知道等效替代法和控制变量法在本节实验中的运用.
 
情感目标
  通过对焦耳生平的介绍,培养学生热爱科学,勇于克服困难的信念.
 
教学建议
教材分析
  教材从实验出发定性研究了电热与电流、电阻和时间的关系,这样做的好处是体现物理研究问题的方法,在实验过程中学生能更好地体会一些科学研究的方法,避免了一开始就从理论上推导,给学生造成理解的困难.在实验基础上再去推导,使学生更信服.同时启发学生从实验和理论两方面学习物理知识.
 
  做好实验是本节课的关键.
 
教法建议
  本节课题主题突出,就是研究电热问题.可以从电流通过导体产生热量入手,可以举例,也可以让学生通过实验亲身体验.然后进入定性实验.
 
对焦耳定律内容的讲解应注意学生对电流平方成正比不易理解,可以通过一些简单的数据帮助他们理解.推导中应注意条件的交代.定律内容清楚后,反过来解决课本中在课前的问题.
 
 教学设计方案
  提问:
  (1)灯泡发光一段时间后,用手触摸灯泡,有什么感觉?为什么?
(2)电风扇使用一段时间后,用手触摸电动机部分有什么感觉?为什么?
 
学生回答:发烫.是电流的热效应.
 
  引入新课
  (1)演示实验:
1、  介绍实验装置,在两个相同的烧瓶中装满煤油,瓶中各装一根电阻丝,甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大,串联起来,通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高,体积膨胀,煤油在玻璃管里会上升,电流产生的热量越多,煤油上升得越高.观察煤油在玻璃管里上升的情况,就可以比较电流产生的热量.
 
2、  三种情况:
  第一次实验:两个电阻串联它们的电流相等,加热的时间相同,甲瓶相对乙瓶中的电阻较大,甲瓶中的煤油上升得高.表明:电阻越大,电流产生的热量越多.
 
第二次实验:在两玻璃管中的液柱降回原来的高度后,调节滑动变阻器,加大电流,重做实验,让通电的时间与前次相同,两次实验比较甲瓶前后两次煤油上升的高度,第二次煤油上升得高,表明:电流越大,电流产生的热量越多.
 
第三次实验:如果加长通电的时间,瓶中煤油上升越高,表明:通电时间越长,电流产生的热量越多.
 
  (2)焦耳定律
英国物理学家焦耳做了大量的实验于1840年最先精确地确定电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比.跟通电时间成正比,这个规律叫做焦耳定律.
 
焦耳定律可以用下面的公式表示:
Q=I2Rt
公式中的电流I的单位要用安培(A),电阻R的单位要用欧姆(Ω),通过的时间t的单位要用秒(s)这样,热量Q的单位就是焦耳(J).
 
  例题 一根60Ω的电阻丝接在36V的电流上,在5min内共产生多少热量.
  解: I=U/R=36V/60Ω=0.6A
          Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J
 
在一定的条件下,可根据电功公式和欧姆定律公式推导出焦耳定律公式,如果电流通过导体时,其电能全部转化为内能,而没有同时转化为其他形式的能量,也就是电流所作的功全部用来产生热量.那么,电流产生的热量Q就等于电流做的功W,即Q=W. W=UIt,根据欧姆定律U=IR推导出焦耳定律Q=I2Rt.
 
  (3)总结
  在通电电流和通电时间相同的条件下,电阻越大,电流产生的热量越多.
  
在电阻和通电时间相同的条件下,电流越大,电流产生的热量越多,进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成正比.
  
在通电电流和电阻相同的条件下,通电时间越长,电流产生的热量越多.

探究活动-研究焦耳定律
【课题】“焦耳定律”的演示.
 
【组织形式】学生分组或教师演示
 
【活动方式】
  1.提出问题
  2.实验观察
  3.讨论分析
 
【实验方案示例】
  1.实验器材:干电池四节,玻璃棒,若干电阻丝,蜡烛,火柴棒.
  
2.制作方法
  把同一根电阻丝分别绕在玻璃棒的两端,绕线匝数比例为1∶8,两线圈相距5cm左右,然后在这两个线圈上滴上同样多的蜡,使线圈被蜡均匀地包住.点着火柴立即吹灭,靠其余热将两根火柴杆粘在两个线圈上,如图所示.

 
  3.实验步骤
  
(1)用两节干电池给玻璃棒上的电阻丝通电,可看到匝数多的线圈(电阻大)上的火柴杆比匝数少的线圈(电阻小)上的火柴杆先掉.这就表明:在电流强度和通电时间相同的情况下,电阻越大,电流产生的热量就越多.
  
(2)经过较长时间后,匝数少的线圈(电阻小)上的火柴杆也会掉下来.这就说明:通电时间越长,电流产生的热量越多.
 
  (3)用四节电池(增大电源电压)重做上述实验,可看到两根火柴杆都先后很快掉下来.在线圈的温度不太高时,可认为总电阻不变,电压增大时,通过它们的电流增大.这就表明:电流越大,电流产生的热量越多.
 

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