初中物理探究焦耳定律学案

探究焦耳定律
 
1.叙述什么是电流的热效应及电热现象的实质,叙述焦耳定律.
2.经历分析论证电热现象跟导体电阻之间关系的过程,体验科学思维方法.
3.重点:体会电流热效应与电阻的关系,经历电热的应用.
4.能从利弊两个方面认识电热现象,体验辩证的思想观点分析问题.
 
一、通电导体产生的热量跟哪些因素有关
1.事实表明,电流通过导体时,导体总是会发热的,物理学中把这种现象叫做　电流的热效应　.说明电流在工作过程中消耗的　电　能转化成　内能　. 
2.课本活动1中, A、B两个烧瓶中盛有　等量　的煤油.温度计测量　煤油　的温度.若A中的金属是铜丝,则电阻R较　小　,若B中金属丝是镍铬合金丝,则电阻R比较　大　,A、B两个电阻丝　串　联在电源上,这样做的目的是使通过它们的电流　相等　.通电一定时间后,比较两瓶中煤油　温度　的变化量,若B瓶中煤油温度变化量Δt_B大,说明了　在电流、通电时间相等的情况下,电阻越大,产生的热量越多　.实验中采用了　控制变量　法,相等的量有　电流、时间　,变化的量有　电阻　.实验中将电阻丝放热多少的问题,转换为煤油温度变化量大小的问题,这种研究方法叫做转换法. 
3.通电导体产生的热量跟导体的　电阻　通过导体中的　电流　以及　通电时间　有关. 
二、焦耳定律
4.　英　国物理学家　焦耳　总结出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. 
5.用公式表示:Q=　I²Rt　. 
公式中各物理量的意义和单位:
I表示　电流　,单位　A　;R表示　电阻　,单位　Ω　;t表示　时间　,单位　s　;Q表示　热量　,单位　J　. 
6.某导体的电阻是2 Ω,通过2 A的电流时,1 min产生多少焦耳的热量?
解:Q=I²Rt=(2 A)²×2 Ω×60 s=480 J.
7.利用Q=I²Rt理论推导解释“电炉工作时,电炉丝热的发红,而和它串联的导体却几乎不发热”这一现象.
答案　电炉内的电炉丝与外部的导线是串联的,通过它们的电流相等,但是导线的电阻远小于电炉丝的电阻,故根据焦耳定律Q=I²Rt可知,在电流、通电时间相同的情况下,电阻越大产生的热量越多,故导线产生的热量远小于电炉丝产生的热量.
三、电流热效应的应用与控制
8.列举现实生活生产中电热的利用与防止的事例.
答案　(1)电热器是利用电流的热效应制成的加热设备,如:电热水器、电炉、电热毯等.
(2)电热的防止:在用电器上开散热窗、加散热片、安装电风扇,都是为了散热.
9.据报道:近年来有许多重大火灾都是因线路连接处接触不良造成的,教训十分深刻.当线路连接处接触不良时,该处的电阻将　增大　,造成局部过热,接触处的电阻又将随着温度的升高而　增大　,从而形成电热的逐步积累,以致引发火灾.(均选填“增大”、“减小”或“不变”) 
 
1.电流的热效应我们不方便比较,但是可以通过温度或热胀冷缩来直观的比较热效应的强弱.
提出问题:　通过导体产生的热量多少与什么因素有关　? 
猜想假设:　可能与导体的电阻、电流以及通电时间有关　. 
2.用什么器材去测量本实验中的物理量?实验中要观察什么?
答案　温度计.温度计升高的示数,电流产生的热量越多,温度计示数升高得越高.
 
3.用同种材料制成两段长度相等、横截面积不同的圆柱形导体,甲比乙的横截面积大,如图所示.将它们串联在电路中,通电一段时间后,比较甲、乙两导体升高的温度,下列说法中正确的是(B)
 
A.甲导体产生的热量多
B.乙导体产生的热量多
C.甲、乙两导体产生的热量相同　　　
D.条件不足,无法判断
4.焦耳定律公式的运用:
(1)某导体的电阻是2 Ω,通过2 A的电流时,10 s产生多少热量?
解:Q=I²Rt=(2A)²×2 Ω×10 s=80 J.
 
(2)某导体的电阻是1 Ω,通过200 mA的电流时,多少min产生热量24 J?
解:Q=I²Rt得:t===600 s=10 min.
 
(3)某导体的电阻是1 Ω,通过多少 mA的电流时, 5 min能产生12 J的热量?
解:由Q=I²Rt得:I===0.2 A=200 mA.
 
5.电热器是利用电来加热的设备,你认为电热器的主要工作部分是什么?它的特点是什么?电热器有哪些优点?
答案　电热器的主要工作部分是发热体,它是用电阻大、熔点高的金属电阻线绕在绝缘材料上制成的.它的优点是清洁、无污染、热效率高,且便于控制和调节.
 
6.为什么在制作和使用电器时要采取有效措施进行散热?小组内讨论交流.
你的答案是　用电器中通过电流时产生的热,会使导体的温度升高,使用电器不能正常工作,并且使绝缘材料迅速老化,造成危害　. 
7.电流通过电炉时的发热状况与通过电视机时的一样吗?
答案　不一样.
 
8.电流通过导体时,如果消耗的电能全部转化为热能,而没有同时转化为其他形式的能量时(即电路为纯电阻电路),那么,电流产生的热量Q=　W　.