第十八章電功率18.4焦耳定律教學目標：1.物理觀念：（1）能通過實例，認識電流的熱效應。

（2）能在實驗的基礎上得出電熱的大小與電流、電阻和通電時間有關，知道焦耳定律。

（3）會用焦耳定律進行計算，會利用焦耳定律解釋生活中電熱利用與防治。2.科學思維：利用控制變量的方法探究電熱與哪些因素有關。3.科學探究：體驗科學探究過程，了解控制變量的物理方法，提高實驗探究能力和思維能力。4.科學態(tài)度與責任：會解釋生活中一些電熱現(xiàn)象，通過學習電熱的利用與防止，學會辯證地看待問題。教學重點：通過實驗研究電熱與電流、電阻和通電時間的關系。教學難點：對焦耳定律的理解及焦耳定律在實際生活中的應用。教學課時：1課時教學用具：多媒體、兩個一端密封的U型玻璃管、兩個密閉容器、阻值相同的電阻絲、阻值不同的電阻絲、電流表、學生電源、開關、導線。教學互動設計：創(chuàng)設情景，導入新課電烤箱是利用什么原理工作的？產(chǎn)生的電熱與哪些因素有關？電熱水器是利用什么原理工作的？產(chǎn)生的電熱與哪些因素有關？電熨斗是利用什么原理工作的？產(chǎn)生的電熱與哪些因素有關？二、新課講授，師生互動（一）電流的熱效應生活中，許多用電器接通電源后，都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生。電流通過導體時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應。在研究電流的熱效應時，有個問題值得我們思考：電爐絲通過導線接到電路里，電爐絲和導線通過的電流相同。為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導線卻幾乎不發(fā)熱？換句話說，電流通過導體產(chǎn)生的熱得多少跟什么因素有關？演示1如圖所示，兩個透明容器中密封著等量的空氣，U型管中液面高度變化反映密閉空氣溫度的變化。兩個密閉容器中都有一段電阻絲，右邊容器中的電阻絲較大。如圖所示，兩容器的電阻絲，串聯(lián)起來接到電源兩端，通過兩端電阻絲的電流相同。通電一定時間后，比較兩個U型管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說明了什么？如圖所示，通電一定時間后，右邊管中液面高度的變化大。說明右邊產(chǎn)生的熱量多。實驗表明，在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。演示2如圖所示，兩個密閉容器中的電阻一樣大，在其中一個容器的外部，將一個電阻和容器中內(nèi)的電阻并聯(lián)，因此通過兩容器中電阻的電流不同。在通電時間相同時，觀察兩個U型管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說明了什么？如圖所示，在電阻相同、通電時間相同時，左邊管中液面高度的變化大。左邊電阻產(chǎn)生的多。實驗表明，在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。（二）焦耳定律英國物理學家焦耳做了大量的實驗，于1840年最先精確地確定了電流產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時間的關系。焦耳（1818-1889），一生致力于實驗研究。他用近40年時間做了400多次實驗，研究熱和功的關系，根據(jù)所測電流通過電阻放出的熱量，提出焦耳定律。焦耳的研究為能量守恒定律的建立奠定了基礎。電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。這個規(guī)律叫做焦耳定律（Joule’slaw）。如果熱量用Q表示，電流用Ｉ表示，電阻用R表示，時間用t表示，則焦耳定律為??=????????熱量Q單位是焦耳（J），電流Ｉ單位是安培（A），電阻R單位是歐姆（Ω），時間t單位是秒（s）。電流通過導體時，如果電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有同時轉(zhuǎn)化其他形式的能量，那么，電流產(chǎn)生的熱量Q就等于消耗的電能W，即??=??=??????再跟據(jù)歐姆定律??=????，就得到??=????????可見，在消耗的電能全部用來產(chǎn)生熱量的情況下，根據(jù)電功公式和歐姆定律推導出來的結論與焦耳定律一致。學過了焦耳定律，你能回答這節(jié)開始提出的問題嗎？原來，電爐通過導線的電路中，流過導線的電流全部流過電爐絲，導線中的電流跟電爐絲中的電流相等。但導線的電阻很小，1m長的導線，電阻不過百分之幾歐姆，而電爐絲的電阻可達幾十到上百歐姆。所以，通過電流相等時，電爐絲很熱，而導線卻不熱。例題一根60Ω的電阻絲接在36V的電源兩端，在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量。解：先利用歐姆定律計算出通過電阻絲的電流。??=??/??=36??/60Ω=0.6A再用焦耳定律計算電流產(chǎn)生的熱量。??=????????=(??.????)??×????Ω×????????=??????????想想議議額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，正常工作時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多?？墒前凑战苟?，電阻越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者是否有矛盾，這是怎么回事？解析：二者并不矛盾。主要是條件不同，燈泡的額定電壓一定時，電阻越小，通過的電流越大，額定功率越大，正常工作時單位時間產(chǎn)生的熱量越多。焦耳定律的條件是電流一定時，電阻越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。（三）電熱的利用和防止生活中和許多產(chǎn)業(yè)中都要用到電熱。家里的電熱水器、電飯煲、電熨斗，養(yǎng)雞場的電熱孵化器，都是利用電熱的例子。利用電熱孵化器孵小雞。很多情況下我們并不希望電器的溫度過高。電視機的后蓋有很多空，就是為了通風散熱，使用時一定要把防塵罩拿開。電視機、電腦背面散熱孔。很多情況下我們并不希望電器的溫度過高。電腦運行時溫度會升高，需要用微型風扇及時散熱。過多的電熱如果不能及時散失，會產(chǎn)生許多安全隱患。利用微型風扇為電腦散熱有些電熱不及時散失，甚至發(fā)生火災。例題某校師生自制一臺電烘箱。電烘箱的電阻絲通過5A的電流時，每分鐘產(chǎn)生6.6╳104J的熱量，求這臺電烘箱的電功率和電阻絲工作時的電阻。解：（1）這臺電烘箱是電熱器，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能W=Q=6.6╳104J，電烘箱的電功率為??=??/??=(6.6×104??)/60??=1100W（2）這臺電烘箱的工作電壓??=??/??=1100??/5??=220V，電阻絲的電阻??=??/??=220??/5??=44Ω三、總結反思，超越自我1.電流通過導體時，電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應。探究電流通過導體產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關的使用采用了轉(zhuǎn)換法和控制變量法。2.焦耳定律：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。公式Q=Ｉ2Rt。熱量Q單位：J；電流Ｉ單位：A；電阻R單位：Ω；時間t單位:s。3.利用電熱來加熱；防止電熱的危害要散熱。四、板書設計，整合提升1.電流通過導體時，電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應。探究電流通過導體產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關的使用采用了轉(zhuǎn)換法和控制變量法。2.焦耳定律：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。公式Q=Ｉ2Rt。熱量Q單位：J；電流Ｉ單位：A；電阻R單位：Ω；時間t單位:s。3.利用電熱來加熱；防止電熱的危害要散熱。五、大海揚帆，嘗試遠航1.下列說法不正確的是（）A.電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象叫做電流的熱效應B.電熱水器是利用電流的熱效應工作的C.電風扇是利用電流的熱效應工作的D.電飯煲是利用電流的熱效應工作的2．在探究電流通過導體產(chǎn)生的熱的多少跟什么因素有關實驗中采用了如圖所示裝置，說法錯誤的是（）A.將導體產(chǎn)生的熱的多少轉(zhuǎn)化為液柱變化量多少B.兩個電阻串聯(lián)，控制電流相等C.右邊液柱變化量大，表示電阻大的產(chǎn)生熱多D.實驗表明，電熱的多少電流的大小有關3．家庭電路使用的電爐，電爐絲與導線是串聯(lián)的，當電爐絲發(fā)熱發(fā)紅時，連接導線卻不熱，這是因為（）A.通過電爐絲電流比通過連接導線的電流大B.通過電爐絲電流比通過連接導線的電流小C.電爐絲兩端電壓比連接導線兩端電壓小D.電爐絲的電阻比連接導線的電阻大4．下列用電器中，不屬于電熱器的是（）A.電飯鍋B.電熨斗C.電風扇D.