《焦耳定律》教学设计

《焦耳定律》教学设计

湖北省荆州市沙市区岑河中学(434010) **

教学目标

【知识与技能】

1. 知道电流的热效应

2．通过实验，探究并了解焦耳定律

3．能用焦耳定律解释生产、生活中的一些现象

【过程与方法】

通过实验探究及进一步的分析、归纳总结出焦耳定律

【情感态度与价值观】

1. 在实验和交流中培养学生初步的实验探究能力和勇于发表自己观点的意识

2. 通过对相关现象的解释和讨论，引导学生勇于探索生活中的物理道理，树立将科学技术应用于日常生活和社会实践的意识

教学重点、难点

教学重点

通过实验，探究并推导出焦耳定律

教学难点：

应用焦耳定律解解和解解有关电热的问题

重点突破：根据新课程基本理念“注重科学探究，提倡学习方式多样化”，在本节课教学中，采用“提出问题--实验探究──交流评价”的物理课堂教学模式，通过对实验现象的观察、分析、讨论，启发学生发现知识，找出规律，培养学生的观察能力和思维能力。

难点突破：教学活动是教与学相互促进活动，为了调动学生学习的主动性，使学生在课堂教学过程中积极思考，发展思维，做到课堂教学面向全体学生，针对本课内容特点和教法。采用的学法如下： 发现问题--提出假设和猜想--设计实验--验证假设--交流评价--分析归纳--练习应用。

教法与学法导航

教学方法：实验法、归纳法、讲授法

学习方法：实验法、自主--合作--探究法、对比法。

教学准备

教师准备：投影仪、自制PPT课件、火柴、电阻、电源、电炉、电熨斗、热得快等电热器

学生准备（4个人一组，每组一套）：

电炉、测空气温度实验装置（两个4Ω的电阻，分别可以处于密闭的容器内，内置温度计）、两个学生电源、导线若干。烧瓶、温度计、铜丝、电炉丝、导线、煤油、电源.

教学过程

一、创设情境，激趣导入

演示实验：将一根螺旋状电阻丝上夹一根火柴，电阻丝接触火柴头的鳞，用一根长导线将电阻丝接入学生电源上，让一个学生帮忙拿着导线并将电阻丝举起，合上开关，让学生观察看到的现象：一会儿，火柴冒烟并点着火，断开电源，让学生吹灭火焰。

老师：在实验中，火柴为什么会燃烧起来？

学生：通电了。

学生：电流的热效应。

老师：电流通过电阻丝产生热，这种现象叫做电流的热效应，电热使和它接触的火柴也温度升高点着了。

询问刚才帮助实验的同学：刚才拿着导线，有没有感觉到导线的温度升高？

学生：没有。

老师：电阻丝的温度升高到可以点燃火柴了，而与它相连的导线却几乎没有发热，为什么会形成这么大的差差异呢？今天我们就来解决这个问题。

板书课题：焦耳定律

二、自主学习，感受新知

下面请同学们带着这样几个问题阅读课文，进行预习：

1.什么是电流的热效应？电流热效应过程中的能量是怎么样转化的？

2.焦耳定律的内容是怎样叙述的？公式怎么写？

3. 你家里有哪些利用电流热效应工作的电器？家里的电视机为什么外壳后有许多孔窗？

三、合作探究、突破重点

（一）电流的热效应

教师：什么叫电流的热效应？

学生回答：电流通过导体时电能转化为内能的现象。

老师：现象应该是电流通过导体时产生热，实质是电能转化为内能。

老师：生活中许多用电器接通电源后都伴有热现象的产生，请同学们举例生活中电能转化成热能的例子。

学生：热水器、电炉、电熨斗、电饭锅、热的快等等

老师：举出讲桌上有的物品，课件也同时展示一些电器的图片。

（二）电流热效应的影响因素

老师：我们知道了电流的热效应，那么电流通过导体产生热量的多少跟哪些因素有过呢？请同学们根据刚才的实验和日常生活中的应用电热的经历，说出你的猜想。

学生先分组讨论，每组派一名学生上台板书猜想：电流；电压；电阻；通电时间等等（让学生尽量说和写，但要说出猜想的依据）

师生一起整合猜想：今天我们只来研究电流产生的热量与电流、电阻和时间的关系。大家想一想：研究多个变量的关系的时我们常用的实验方法是什么？

学生：控制变量法

教师提出下列问题，学生回答？

问题1：要研究电流通过导体产生的热量Q与电阻R的关系，应该怎么办？

学生回答：控制电流I和通电时间t不变，让两个电阻的阻值不同。

问题2：要研究电流通过导体产生的热量Q与通过的电流I的关系，应该怎么办？

学生回答：要控制导体的电阻R和通电时间t不变，加大电路中的电流。

教师要引导学生理解：只把一个电阻接入电路利用滑动变阻器改变电流是为了保证电阻、时间相同。

问题3：要研究电流通过导体产生的热量Q与通过电流的时间关系，应该怎么办？

学生回答：控制电流I和导体的电阻R不变，通电时间t越长电流放出的热量越多。

老师：下面我们先来研究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。并对照实验装置进行介绍（课本图18.4-2的装置）。U形管我们哪里见过？我们通过什么来知道电流通过电阻产生热量不同？

学生讨论并回答：探究液体压强的特点。通过观察液面的高度差来判断。

问题1：两根电热丝是如何连接的？闭合开关后，两根电热丝的电流大小和通电时间有什么关系？

学生回答：串联，保证电流和通电时间相同（教师要引导学生理解：两个阻值不同的电阻串联在电路中是为了保证电流、时间相同这个条件的成立）

老师：闭合开关后，哪一边U形管中的液面上升得高？这说明了什么？

学生根据实验现象回答：右边U形管中的液面上升得高，说明10Ω电阻比5Ω产生的热量多。

老师进一步引导学生完善结论：在电流I和通电时间t相同的情况下，电阻越大，产生的热量就越多。

老师：下面我们先来研究电流通过导体产生的热量与电流的关系。并对照实验装置进行介绍（课本图18.4-3的装置）。在右边电阻上并联一个相同的5Ω的电阻，根据并联电路的分流作用，使得通过密闭容器中5Ω的电阻的电流减小。达到改变电流的作用。

老师：闭合开关后，哪一边U形管中的液面上升得高？这说明了什么？

学生根据实验现象回答：左边U形管中的液面上升得高，说明左边电阻产生的热量多。

老师进一步引导学生完善结论：在电阻R和通电时间t相同的情况下，通过的电流越大，产生的热量就越多。

老师：下面我们来探讨一下电流通过导体产生的热量与通电时间的关系？我们能否从上面的实验中找到答案？

学生：在上面两个实验中，实验时间越长，也就是通电时间越长，U形管中液面升高得久越高。

老师：非常正确。又比如我们家用电水壶烧一壶相同质量的水，你烧的时间越长，水温就越高。

老师引导学生归纳影响电流热效应的因素，学生回答。

（三）焦耳定律

老师：我们前面学习了电功的公式，哪个同学上来写一下，其他同学写在草稿纸上，

学生写：W=UIt

老师：假如电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。大家把这个等式写出来，再结合欧姆定律推导一下：Q=W=UIt=IRIt=I2Rt

大家看一下这个公式和我们课本上的焦耳定律的公式相同吗？

学生看书，惊讶：一样的。

老师：好，下面大家把这个定律读两遍，争取能够记下。

教师强调：（1）焦耳定律是一个实验定律，是焦耳通过大量的实验总结来的，定律揭示了电流通过导体时产生热效应的规律，实质是定量的表示电能向内能转化的规律；

（2）Q＝I2Rt中的各物理量都是对同一段电路或同一导体而言的，要搞清Q、I、R、t各个量的单位，进行公式变形。

（3）我们从理论上也推导出了焦耳定律，要注意适用条件：电能全部用来产生热量，电功的计算公式也适用于电热的计算。如果电流通过导体消耗的电能不是全部用来产生热量，就只能用焦耳定律计算电热。

老师：我们学习了焦耳定律，再回头讨论前面“电阻丝能够让火柴燃烧而导线不怎么发热”的问题。

学生分析讨论：通过的电流和通电时间相同，导线电阻远小于电炉丝电阻，故产生的热量少。

（三）电热的利用和防止：

老师：在生活中，我们经常要利用电流的热效应，请大家举几个课本以外的应用实例。

学生：（举例）

老师：刚才大家说的这些电器，大多是电热器，电热器就是利用电能来加热的设备，电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上而形成。

老师（播放火灾现场的视频）：电热在为我们服务的同时，也带来了危害，我们可以采取什么措施来防止电热产生的危害呢？

学生讨论：（1）加大散热面积；（2）加速发热部位空气的对流．

老师（播放关于电热的利用和防止短片）

四、知识运用、化解难点

（教师出示例题，学生先练习，找学生上台演排，然后师生一起分析订正。）

例题：一跟60欧的电阻丝接在36伏的电源上，在5分钟内共产生多少热量？

解题思路：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，再用焦耳定律公式计算电流产生的热量。

解：通过电阻丝的电流为：I=U/R=36V/60Ω=0.6A

电流产生的热量为： Q=I2Rt=(0.6A)2×60 Ω×5×60s=6480J

例2.（课本17面“动手动脑学物理”）一只额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，每分钟产生多少热量？

解题思路：因为电饭锅工作时将电能全部转化为内能，已知电饭锅的额定功率和工作时间，根据公式W=Pt可求消耗的电能也就等于产生的热量。对不少同学先计算电流，再算电阻，最后利用Q=I2Rt的思路也给予肯定。平时训练要尽量做到“一题多解”以提升直接的思维能力，开始时尽可能用最简的方法解题。

解：Q=W=Pt=450W×60s=27000J

五、课堂小结、形成系统

让学生回答本课学到了什么?

1.学了哪些新知识？

2.用到了哪些科学方法和学习方法？

六、课堂作业、巩固新知

完成课本第17面“动手动脑学物理”1、2、3题。

板书展示

第四节 焦耳定律

一、电流的热效应：电能转化为内能

二、焦耳定律：Q=I2Rt

三、电热的利用与防止

焦耳定律教学设计

焦耳定律教案

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