初中物理探究焦耳定律教案

来源：物理好资源网编辑：秩名时间：2019-12-14 点击量：次

15.4 探究焦耳定律

【教学目标】
1、知道电流的热效应.
2、理解焦耳定律的内容、公式、单位及其应用.
3、通过探究“电流通过导体产生的热量跟那些因素有关”初步培养学生发现、研究、解决问题的能力.
【教学重点】
焦耳定律
【教学难点】
电功率的概念，用电功率的公式进行计算.
【教学过程】
（一）引入新课：
1、演示实验：灯泡接入电路中，闭合开关，灯泡发光，提出问题：
（1）灯泡在工作过程中，把什么能转化为什么能？学生回答：灯泡在工作过程中，把电能能转化为内能和光能.
（2）在灯泡工作过程中，电线中通过的电流和灯泡灯丝中通过的电流是否相同？学生回答：相同.
（3）电线中通过的电流和灯泡灯丝中通过的电流既然相同，那为什么灯泡灯丝热得发热发光，而导线几乎不发热呢？
2、多媒体展示家庭电路中使用大功率用电器引起火灾的图片.指明：11月9日是我国“消防日”，据有关资料表明，城市火灾中的大部分火灾是因为使用大功率用电器，使电线发热而引起的.家庭电路中使用大功率用电器为什么会引起火灾？

3、进一步分析：
（1）电灯在工作时把电能转化为内能和光能，人们利用电灯来照明.电炉子在工作时把电能转化为内能，人们利用电炉子来烧水等.
（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？人们利用的是电风扇的什么能量？
（3）提出问题：电流通过导体都要产生热量，有些设备是利用了电流通过导体产生热量，有些设备在工作时电流通过导体产生热量是有害的，为了更好的让电热为人类服务，又要减少电热对人类造成的危害，就要研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关？它们之间存在着什么样的规律？今天我们就学习第九章第五节的内容：焦耳定律.
（二）进行新课：
1、电流产生的热量跟哪些因素有关（学生讨论）
（1）引导学生根据日常生活中的现象进行分析：
电流     I
电热Q →        电阻     R 有关
通电时间 t
（先引导学生分析电流产生的热量跟电流I、电阻R和通电时间t有关，使学生获得感性认识，为下面的实验打下基础.）
（2）用实验进行研究.学生讨论研究方法控制变量法.
① 当电流I、时间t相同时，研究电热Q与电阻R的关系.
② 当电阻R、时间t相同时，研究电热Q与电流I的关系.
③ 当电流I、电阻R相同时，研究电热Q与通电时间t的关系.
（引导学生分析研究多变量问题的方法——控制变量法，并在实验过程中具体使用，对学生进行研究方法的教育.）
（3）介绍实验器材
学生电源一个，开关一个，导线若干，滑动变阻器一个，量热器两个（4欧一个，16欧一个）温度计两只，打孔的橡胶塞两个，钟表一个.
（4）实验原理：
给量热器内的电阻丝通电，电阻丝通电后放出的热量被量热器内的空气吸收，量热器内的空气吸收热量后温度升高，电流通过电阻丝做功放出的热量越多，量热器内空气的温度升高得越高.用温度计测量量热器内空气温度上升的多少，就可以比较电流通过电阻丝做功放出的热量的多少.
（5）实验设计
① 电路图：通过学生讨论研究设计出实验电路如图：让一个学生把本组设计的电路图画在黑板上，并进一步说明如何进行实验.
② 实验记录：由小组共同设计实验记录表格，
③ 实验探究：四位同学分工合作进行实验探究，并记录实验数据.
④ 归纳实验结论：四位同学共同探讨，归纳实验结论，电流通过导体产生的热量跟那些因素有关.
（6）交流探究结果：请一位同学将本组的实验数据写在黑板上，并阐述本组得到的结论.
电流时间t R大=16欧 R小=4欧
电流   I1=0.4A 2min
电流   I2=0.8A 2min
① 研究电热Q跟电阻R的关系：电流I、通电时间t相同，电阻R越大，电热Q越多.
② 研究电热Q跟电流I的关系：电阻R、通电时间t相同，电流越大，电热越多.
③ 研究电热Q跟通电时间t的关系：电流I、电阻R相同，通电时间越长，电热越多.
2、焦耳定律：
焦耳简介：焦耳定律是英国物理学家焦耳经过无数次实验探索总结出来的.我们不仅要学习他发现的定律，而且要学习他的刻苦钻研的精神.
（1）内容：电流通过导体时产生的热量，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.
注意：“电流产生的热量Q与电流的平方I2成正比”的含义是：当I1=2I2
时，Q1=4Q2
（2）公式：Q=I2Rt
（3）单位：I－安，R－欧，t－秒，Q－焦.
（4）说明：焦耳定律是从实验中总结出来的规律，它适用于任何情况下的电热的计算.
3、理论推导：
焦耳定律是焦耳在大量实验基础上归纳总结得出来的规律，还需要理论上的支持，我们能不能通过理论来推导出焦耳定律的数学表达式呢？学生讨论推导.
                     电功
当满足条件，电能 —————内能（电热）时，有Q＝W
                （全部转化）
    W=UIt，且U=IR
    ∴Q=W=UIt=I2Rt
    ∴Q=I2Rt
通过理论推导，同样得出了焦耳定律的数学表达式，达到理论和实践的完美的统一.
最后再让学生总结得出当电流通过导体做功全部转化为内能时热量的计算方法：
①Q = W ；②Q = UIt ；③Q = Pt；④Q = I2Rt；⑤Q =（U2/R） t
4、引导学生运用本节课研究的结论解决实际问题.
问题1：灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来.这是为什么？
问题2：假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾.这又是为什么？
（2）利用焦耳定律解决实际问题：
①连接电路用的导线应选择电阻率较大的导线还是选择电阻率较小的导线？为什么？
②制作电炉子用的发热体应选择电阻率较大的导线还是选择电阻率较小的导线？为什么？
③制作电扇电动机线圈的导线应选择电阻率较大的导线还是选择电阻率较小的导线？为什么？
（3）再通过例题讨论可以用几种不同的方法求解电流通过导体产生的热量
通过对实际问题的分析、讨论，材料的选择、及热量的不同计算方法的运用，提高学生运用物理知识解决实际问题的能力.进一步加深学生对物理知识的理解.
在教学中注重培养学生运用物理规律解决实际问题的能力，特别是让学生通过讨论，自己得出结论.这样做，培养了学生的思维能力和分析问题的能力.
（三）课堂小结：
1.归纳研究物理问题的方法——控制变量法.
2.归纳物理知识：焦耳定律.
3.归纳电热的计算方法.
【布置作业】

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