《焦耳定律》教案教學(xué)目標(biāo)知識(shí)要點(diǎn)課標(biāo)要求1．電流的熱效應(yīng)通過(guò)生活實(shí)例，認(rèn)識(shí)電流的熱效應(yīng)2．焦耳定律能在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引出焦耳定律，會(huì)用焦耳定律進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算eq\o(\s\up7(),\s\do5(教學(xué)過(guò)程))新課引入老師給學(xué)生展示：給白熾燈和電風(fēng)扇通電相同的時(shí)間，讓學(xué)生分別觸摸白熾燈和電風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)部分，體驗(yàn)一下有什么感覺(jué)？為什么通電相同的時(shí)間，發(fā)熱程度不同？能否解釋這一現(xiàn)象？從學(xué)生的質(zhì)疑中導(dǎo)入新課。合作探究探究點(diǎn)一電流的熱效應(yīng)活動(dòng)1：課件展示，讓學(xué)生分析這些用電器在工作的過(guò)程中的共同特點(diǎn)是什么？電烤箱電爐子電熨斗電飯鍋活動(dòng)2：小組之間交流、討論這些用電器工作時(shí)能量的轉(zhuǎn)化情況。歸納總結(jié)：（1）總結(jié)：電流通過(guò)這些用電器后，都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生。（2）電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。活動(dòng)3：讓學(xué)生走進(jìn)生活，列舉出生活中你見(jiàn)到的用電器有哪些？它們之間的能量轉(zhuǎn)化是怎樣的？哪些是利用了電流的熱效應(yīng)？哪些是防止電流的熱效應(yīng)？總結(jié)：電熱既有有利的一面也有不利的一面，電熱器是利用電流的熱效應(yīng)；但在很多情況下我們并不希望用電器溫度過(guò)高，因?yàn)闇囟冗^(guò)高會(huì)影響用電器的使用壽命，會(huì)使絕緣皮老化，甚至引起火災(zāi)，電視機(jī)的后蓋有許多小孔，就是為了通風(fēng)散熱；電動(dòng)機(jī)的外殼有許多散熱片，也是為了降溫。探究點(diǎn)二焦耳定律1．實(shí)驗(yàn)探究電影響電流產(chǎn)生熱量的因素提出問(wèn)題：根據(jù)導(dǎo)課時(shí)的問(wèn)題，請(qǐng)同學(xué)們猜想一下，電流通過(guò)不同的導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量為什么不同？電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)？小組之間交流、討論，闡明自己的觀點(diǎn)。猜想：可能與電流、電阻和通電時(shí)間有關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：根據(jù)猜想，小組之間設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，交流討論出探究的方法、實(shí)驗(yàn)中電流產(chǎn)生的熱量如何表現(xiàn)出來(lái)？探究分為幾步完成？根據(jù)每個(gè)小組的發(fā)言和交流，師進(jìn)行補(bǔ)充和總結(jié)，出示課件，展示內(nèi)容：探究方法：控制變量法研究問(wèn)題的方法：轉(zhuǎn)換法。即實(shí)驗(yàn)中通過(guò)U形管兩邊的液面的高度的變化轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生熱量的多少。探究步驟：（1）取兩個(gè)阻值不同的電阻串聯(lián)起來(lái)，通電相同的時(shí)間，觀察U形管兩邊的液面的高度的變化；（2）取兩個(gè)阻值相同的電阻，讓其通過(guò)的電流不同，加熱相同的時(shí)間，觀察U形管兩邊的液面的高度的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生上講臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)報(bào)告投影出來(lái)，并重點(diǎn)就結(jié)論、電路圖、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行交流，生生、師生互問(wèn)、互辯。歸納總結(jié)：（1）在電流和通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。（2）在通電時(shí)間一定、電阻相同的情況下，通過(guò)電流越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。2．焦耳定律活動(dòng)1：從剛才的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)我們知道了電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少跟導(dǎo)體的電阻、電流和通電時(shí)間都有關(guān)系。其實(shí)早在1840年英國(guó)物理學(xué)家焦耳就精確地確定了它們的關(guān)系，得到了焦耳定律，讓學(xué)生自學(xué)P100的內(nèi)容，完成下列問(wèn)題：（1）焦耳定律的內(nèi)容？（2）焦耳定律的表達(dá)式？各個(gè)物理量的單位？活動(dòng)2：學(xué)生結(jié)合自己的認(rèn)識(shí)，完成課件展示的內(nèi)容，并歸納總結(jié)。歸納總結(jié)：（1）內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。（2）公式：公式中的電流I的單位要用安培（A），電阻R的單位要用歐姆（Ω），通電時(shí)間t的單位要用秒（s）。這樣熱量的單位就是焦耳（J）。活動(dòng)3：針對(duì)焦耳定律，老師進(jìn)一步的延伸拓寬。出示課件展示。延伸拓寬：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，如果電能全部轉(zhuǎn)化為熱，而沒(méi)有同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，那么電流產(chǎn)生的熱量Q等于消耗的電能，即Q=W=UIt。此時(shí)結(jié)合歐姆定律還可推導(dǎo)出另一個(gè)公式。故此時(shí)W和Q的關(guān)系為：。板書設(shè)計(jì)第1課時(shí)焦耳定律教學(xué)反思焦耳定律是電功率知識(shí)的一個(gè)升華，對(duì)電學(xué)內(nèi)容起著承上啟下的作用。授課過(guò)程中我從學(xué)生生活中熟悉的用電器入手，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)電和熱的關(guān)系，自然的導(dǎo)出電流的熱效應(yīng)，然后通過(guò)通電相同時(shí)間，白熾燈和電風(fēng)扇的發(fā)熱程度不同，讓學(xué)生猜想電流產(chǎn)生熱量的影響因素，進(jìn)而通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明電熱與電阻、電流、通電時(shí)間都有關(guān)系（實(shí)驗(yàn)中很好地運(yùn)用了控制變量和轉(zhuǎn)換的研究方法），最后指出焦耳經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)才于1840年得到精確的結(jié)果——焦耳定律，同時(shí)為了使學(xué)生加深對(duì)焦耳定律的認(rèn)識(shí)，又從電能轉(zhuǎn)化和歐姆定律推出了公式Q=I2Rt，這時(shí)啟發(fā)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面來(lái)學(xué)習(xí)、研究物理問(wèn)題也有一定的作用。知能演練提升能力提升1.將規(guī)格都是“220V150W”的一臺(tái)電風(fēng)扇、一臺(tái)電視機(jī)和一只電烙鐵分別接入家庭電路中,正常工作相同時(shí)間,以下說(shuō)法正確的是()A.三個(gè)用電器均能將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.根據(jù)R=U2C.三個(gè)用電器消耗的電能一樣多D.三個(gè)用電器產(chǎn)生的熱量相等2.陳師傅在檢修一只1000W的電爐時(shí),發(fā)現(xiàn)電爐絲斷了一小截,他用一段較細(xì)一些但由同種材料制成的電爐絲將殘缺部分補(bǔ)接至原長(zhǎng),這樣再接入原電路中時(shí),其實(shí)際發(fā)熱功率將()A.小于1000WB.等于1000WC.大于1000W D.無(wú)法判斷3.當(dāng)溫度下降到很低時(shí),部分導(dǎo)體電阻會(huì)突然消失,這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象,假如白熾燈燈絲、電動(dòng)機(jī)內(nèi)線圈、電飯鍋的發(fā)熱板、電熨斗發(fā)熱電阻都是用超導(dǎo)材料制作的,則通電后下列說(shuō)法正確的是()A.燈仍發(fā)光B.電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)且效率比原來(lái)更高C.電飯鍋仍能煮飯D.電熨斗仍能熨衣服4.關(guān)于電熱和電熱器有以下幾種說(shuō)法,正確的是()A.電熱只有積極作用而無(wú)消極作用B.電熱器的電阻越大,電流通過(guò)它時(shí)產(chǎn)生的熱量就越多C.電爐、電烤箱、電吹風(fēng)、電熨斗、電風(fēng)扇等都是電熱器D.500W的電熱器連續(xù)正常工作2h就消耗1kW·h的電能5.下圖是探究電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置。兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣,通電一段時(shí)間后,右側(cè)U形管中液面高度差比左側(cè)的大。下列說(shuō)法正確的是()A.左側(cè)容器中電阻絲的阻值比右側(cè)容器中的大B.該裝置用來(lái)探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流大小的關(guān)系C.該裝置可以用來(lái)探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量跟電阻大小的關(guān)系D.U形管中液面高度發(fā)生變化是由U形管中液體的熱脹冷縮造成的6.電爐中的電阻絲通電一段時(shí)間后變得很燙,而連接的導(dǎo)線卻不怎么熱,主要原因是()A.通過(guò)導(dǎo)線的電流小于通過(guò)電阻絲的電流B.導(dǎo)線的絕熱皮隔熱C.導(dǎo)線的電阻遠(yuǎn)小于電阻絲的電阻D.導(dǎo)線散熱比電阻絲快7.如圖甲所示,把電阻R與燈L接在3V的電源上,電阻R與燈L的U-I圖像如圖乙所示,當(dāng)S閉合時(shí),電路消耗的功率為W,通電2min電阻R產(chǎn)生的熱量為J。

8.甲、乙兩只電爐分別標(biāo)有“220V500W”和“220V1000W”字樣,把它們串聯(lián)在220V的電路中。在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量較多的是,將它們并聯(lián)在電路中,產(chǎn)生熱量較多的是(選填“甲”或“乙”)。串聯(lián)時(shí)甲電爐消耗的電功率與并聯(lián)時(shí)甲電爐消耗的電功率的比為。

★9.探究電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中。如圖甲和乙所示,兩透明容器中密封著等質(zhì)量的空氣,兩容器中的電阻絲串聯(lián)起來(lái)連接到電源兩端,通電一定時(shí)間后,比較兩個(gè)U形管中液面高度差的變化。(1)在圖甲中,通過(guò)兩電熱絲的電流;該實(shí)驗(yàn)是探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體的的關(guān)系。

(2)圖乙所示實(shí)驗(yàn)是探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通過(guò)導(dǎo)體的的關(guān)系。

(3)在該實(shí)驗(yàn)中,我們是通過(guò)觀察U形管中液面的來(lái)比較各容器中電熱絲產(chǎn)生熱量的多少的。

(4)英國(guó)物理學(xué)家焦耳通過(guò)大量實(shí)驗(yàn),最先精確地確定了電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導(dǎo)體的成正比,跟成正比這個(gè)規(guī)律,即焦耳定律,其表達(dá)式為。

探究創(chuàng)新★10.電吹風(fēng)是現(xiàn)代家庭常用的電器,右圖是小華家中使用的電吹風(fēng)。使用過(guò)程中,她發(fā)現(xiàn)電吹風(fēng)既可以吹熱風(fēng),又可以吹冷風(fēng)。根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象她斷定:在電吹風(fēng)中有帶有風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)和可以發(fā)熱的電熱絲。根據(jù)電吹風(fēng)能夠單獨(dú)輸出冷風(fēng)的現(xiàn)象,她認(rèn)為電動(dòng)機(jī)和電熱絲是并聯(lián)的。圖甲、乙是她根據(jù)現(xiàn)象分析畫出的兩個(gè)電路圖。(1)你認(rèn)為上述兩個(gè)電路,哪一個(gè)更符合實(shí)際情況?(2)小華查看說(shuō)明書得知,該型號(hào)電吹風(fēng)的正常工作電壓為220V,且吹熱風(fēng)時(shí)的功率為460W,吹冷風(fēng)時(shí)的功率為20W,求電吹風(fēng)正常工作且吹熱風(fēng)時(shí),電熱絲的功率、電阻及1min內(nèi)電流通過(guò)電熱絲所產(chǎn)生的熱量。知能演練·提升1.C電烙鐵工作時(shí),能將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;電風(fēng)扇、電視機(jī)工作時(shí),其消耗的電能不只是轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,還會(huì)轉(zhuǎn)化為其他能量,故A錯(cuò)誤。雖然三個(gè)用電器的規(guī)格相同,但公式R=U2P只適用于純電阻用電器,即利用該公式能計(jì)算電烙鐵的電阻,不能計(jì)算電風(fēng)扇和電視機(jī)的電阻,事實(shí)上它們的電阻也是不相同的,故B錯(cuò)誤。三個(gè)用電器都在額定電壓下工作,實(shí)際功率相同,都是150W,由W=Pt可知,相同時(shí)間內(nèi)三個(gè)用電器消耗的電能一樣多,故C正確。電烙鐵工作時(shí),電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,因此正常工作相同時(shí)間,電烙鐵產(chǎn)生的熱量最多,故2.A由題意可知,修補(bǔ)電路所用的電爐絲與原來(lái)的電爐絲長(zhǎng)度、材料相同,但橫截面積較小,因此電爐絲修補(bǔ)后的電阻比原來(lái)增大了,根據(jù)公式P=U2R可知,在U不變,R增大時(shí),P將減小,因此選項(xiàng)3.B白熾燈發(fā)光、電飯鍋煮飯、電熨斗熨衣服都是利用電流熱效應(yīng)來(lái)工作的,假如它們用超導(dǎo)材料制作,由于電阻為0,根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt,可知它們都不能工作。而電動(dòng)機(jī)工作時(shí)電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,由于電流熱效應(yīng),同時(shí)線圈發(fā)熱,如果線圈電阻為0,則電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,減少了能量損耗。4.D電熱既有利也有害,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)Q=I2Rt,電流通過(guò)電熱器產(chǎn)生的熱量由電流I、電阻R和通電時(shí)間t共同決定,電阻越大,產(chǎn)生的熱量不一定越多,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電吹風(fēng)、電風(fēng)扇不是電熱器,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;500W的電熱器連續(xù)正常工作2h,消耗的電能W=Pt=0.5kW×2h=1kW·h,故選項(xiàng)D正確。5.C容器中的兩個(gè)電阻絲串聯(lián),通過(guò)它們的電流I與通電時(shí)間t相同,由焦耳定律Q=I2Rt可知,左邊容器中的電阻小于右邊容器中的電阻,故A錯(cuò)誤;在裝置中,容器中的兩個(gè)電阻絲串聯(lián),通過(guò)它們的電流I與通電時(shí)間t相同,左邊容器中的電阻小于右邊容器中的電阻,所以實(shí)驗(yàn)是為了探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系,故B錯(cuò)誤,C正確;U形管中液面高度發(fā)生變化是由透明容器中密封著等量的空氣的熱脹冷縮造成的,故D錯(cuò)誤。6.C電爐在使用時(shí),電阻絲和導(dǎo)線串聯(lián),I電阻絲=I導(dǎo)線,通電時(shí)間t相同,因?yàn)镼=I2Rt,R電阻絲>R導(dǎo)線,所以電流產(chǎn)生的熱量:Q電阻絲>Q導(dǎo)線,從而出現(xiàn)電阻絲熱得發(fā)燙,但跟電爐絲連接的導(dǎo)線卻不發(fā)燙的現(xiàn)象,故C符合題意。7.解析由題圖甲可知,電阻R與燈L并聯(lián)接在3V的電源上,因并聯(lián)電路各支路兩端的電壓相等,則電阻R與燈L的電壓都為3V;由題圖乙可知,通過(guò)電阻R與燈L的電流IR=IL=0.3A,電路中的總電流I=IR+IL=0.3A+0.3A=0.6A,電路消耗的功率P=UI=3V×0.6A=1.8W;通電2min電阻R產(chǎn)生的熱量Q=WR=UIRt=3V×0.3A×2×60s=108J。答案1.81088.解析由P=U2R得,電爐的電阻R=U2P,因?yàn)榧住⒁覂芍浑姞t的額定電壓相同,額定功率P甲<P乙,所以甲、乙兩只電爐的電阻R甲>R乙,通過(guò)甲、乙兩只電爐的電流I甲=I乙,根據(jù)Q=I2Rt可知,在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q甲>Q乙,故串聯(lián)時(shí)產(chǎn)生熱量較大的是甲;將它們并聯(lián)在220V電路上,根據(jù)并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等,即U甲=U乙=220V,可知兩電爐的實(shí)際功率等于額定功率,即P甲=500W,P乙=1000W,根據(jù)Q=W=Pt可知,在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q甲<Q乙,故并聯(lián)時(shí)產(chǎn)生熱量較大的是乙;甲電爐的電阻為R甲=U額2P額甲=(220V)2500W=96.8Ω,乙電爐的電阻為R乙=U額2P額乙=(220V)21000W=48.4Ω,串聯(lián)在220V電路中甲消耗的實(shí)際功率為P實(shí)甲=I實(shí)2R甲=UR甲+R乙2×R甲=220V96答案甲