1、1第 4 节 焦耳定律教学目标【知识与技能】1.知道电流热效应的现象及能量的转化。2.通过探究影响电流热效应的因素,理解焦耳定律的内容,能够利用焦耳定律公式进行简单的计算。3.会利用焦耳定律解释一些生活中简单现象。4.举例说出生活中利用电热的实例,了解电热的危害和防治方法。【过程与方法】通过实验探究,培养学生的实验探究的能力和理论分析的能力,体会运用控制变量法和转换法进行实验。【情感态度价值观】会解释生活中一些电热现象,通过学习电热的利用与防止,学会辩证地看待问题。教学重难点【教学重点】焦耳定律、电流热效应的应用、电热的计算。【教学难点】电热大小的影响因素的猜想和实验设计。教学过程一、新课导入
2、2018 年的第一场大雪之后,一些地方的电线上结了厚厚的冰,给人们的生活带来了很多不便,也造成一定的经济损失。为此,科技人员研究出“直流融冰”技术,使冰熔化,避免了巨大的经济损失。你知道这种融冰技术的原理吗?2二、教学步骤探究点 1 电流的热效应阅读课本P99“生活中通过一个电阻的电流越大,这个电阻产生的热量越多。”思考电饭锅通电后发热用来煮饭,手机长时间使用也会发热,你还能列举哪些用电器通电后发热的例子?提示电水壶通电后会发热,电动机工作时会发热,电脑工作时会发热等。归纳提升电流通过导体时电能转化成内能,这种现象叫做电流的热效应。思考导线和电炉丝串联接入电路中,为什么电炉丝热得发红而导线并不
3、是很热?产生这种现象的影响因素有哪些?提示电热的大小可能与导体的电阻有关。思考当电路短路时,为什么会发热烧毁导线呢?提示电热的大小可能与电流的大小有关,电路短路时,电流很大,所以会发热烧毁导线。思考为什么手机用时间久了才会感觉到发热呢?提示电热的大小可能与通电的时间有关。思考阅读 P99“图 18.42”这个实验设计控制了哪些物理量相同,改变了哪个物理量呢?提示两电阻丝串联,控制了电流和通电时间相同,改变的是电阻大小。思考该实验是如何比较两个导体产生的热量?采用的是什么方法?提示通过比较 U 形管中液面高度的变化来比较导体产生热量的多少。U 形管液面高度的变化反映了密闭容器中空气温度的变化,即
4、电阻丝产生热量的多少。实验采用的是“转换法”。思考这一实验现象说明了什么?3小结论在电流相同、通电时间相同的情况下,电阻越大,这个电阻产生的热量越多。思考阅读 P100“图 18.43”右边电阻丝上为什么要再并联一根电阻丝?提示两个电阻丝的阻值相同,右边的电阻丝并上一个相同的电阻丝后,通过该电阻丝的电流变小了,这样设计的目的是改变通过右边电阻丝的电流。这个实验设计是探究产生的热量与电流的关系。思考哪边液面差明显?是电流大的还是电流小的产生的热量多?可以得到什么结论?提示通过右边的电阻丝的电流小,液面低,说明右边产生的热量少。小结论在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过一个电阻的电流越大,这个电
5、阻产生的热量越多。思考如何探究产生热量的多少与通电时间的关系呢?提示电路中只接入一根电阻丝,第一次通电 5 s,第二次通电 20 s,观察 U 形管中液面的变化情况。小结论在电阻相同、通过电阻的电流相同的情况下,通电时间越长,这个电阻产生的热量越多。归纳提升当电流通过导体时,电流越大、电阻越大、通电时间越长,产生的热量越多。习题如图是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置,两个透明容器中封闭着等量的空气,电路正确连接后,通电进行实验的过程中,下列说法正确的是( )A.左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大B.U 形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少C.要保持
6、两个电阻丝两端电压相等D.通电时间相同,两个容器中空气吸收的热量相同分析两个阻值不同的电阻丝串联,通过电阻丝的电流相同,即左边容器电阻丝中的电流等于右边容器电阻丝中的电流;由实验装置可知,电流通过导体产生热量使容器中的空气4受热膨胀,从而导致 U 形管中的液面发生变化,虽然产生热量的多少不能直接观察,但可以通过 U 形管液面高度差的变化来判断;此装置用来探究电流产生的热量与电阻的关系,故需要保持两个电阻丝两端电流相等;两电阻丝串联,电流相同,根据 Q=I2Rt 可知,由于图中右边容器的电阻丝阻值较大,在相同时间内,电流在右侧容器中产生的热量较多,B 管液面上升得高。答案B探究点 2 焦耳定律阅
7、读课本P100“英国的物理学家焦耳与焦耳定律一致。”思考焦耳定律的内容是什么?提示电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。如果热量用 Q 表示,电流用 I 表示,电阻用 R 表示,时间用 t 表示,则焦耳定律为 Q=I2Rt。思考你能用前面所学的知识推导出焦耳定律吗?提示电流通过导体时,如果所做的功全部转化为内能,即 W=Q,由 W=UIt,将 U=IR 代入,可得 Q=I2Rt思考电吹风工作时,消耗了 1000 J 的电能,电流在电阻线上产生的热量等于 1000 J吗?提示电吹风工作时把电能转化为内能,还有一部分转化为动能。电吹风不是一个纯电阻用电器
8、,消耗的电热大于产生的电热,所以产生的热量小于 1000 J。归纳提升电流通过导体时,如果电能全部转化为内能,而没有同时转化为其他形式能量,那么,电流产生的热量 Q 和消耗的电能 W 的关系是 Q=W,这样的电路称为纯电阻电路。例如电炉、电饭锅、电热水器、电烤箱、电热水壶等;像电动机、电视机等消耗的电能除转化为内能外还转化为其他形式的能,这样的电路称为非纯电阻电路,计算非纯电阻电路产生的热量只能用公式 Q=I2Rt。习题电视机、电动机、电暖气都标有“220 V 200 W”,把它们并联在 220 V 的电压下,则相同时间内产生热量最多的是?为什么?分析由 W=Pt 可知,三个用电器消耗的电能一
9、样多。电视机:W=Q+E 光 ;电动机:W=Q+E k;电暖气:W=Q,所以相同时间内电暖气产生的热量多。答案电暖气产生的热量最多阅读课本P101“原来而导线却不热。”5思考当电炉丝 A 和导线 B 通过的电流相同时,为什么电炉丝热的发红,而导线却几乎不发热?提示导线的电阻很小,而电炉丝的电阻很大,由焦耳定律 Q=I2Rt 可知,在相同时间内电流相同时,电阻越大、热量越多,因此电炉热得发红,而导线却不热。思考你知道“直流融冰”技术的原理吗?提示“直流融冰”一般会在输电线路中输入 3000 A 左右的大电流,当电阻、通电时间一定时,电流越大,产生的热量越多,产生的热量可以把电线上的冰全部熔化。思
10、考P101“想想议议”提示这两种情况下有不同的变量,前者是在电压一定时,电阻越小,电流越大,电热与电流是二次方的关系,所以电流对电热影响较大。后者的前提是在电流一定时,电阻越大,电热越多。习题一根 60 的电阻丝接在 36 V 的电源上,在 5 min 内共产生多少热量?分析通过电阻丝的电流为I= =0.6 AUR=36V60电流产生的热量为Q=I2Rt=(0.6 A)260 560 s=6480 J答案6480 J探究点 3 电热的利用和防止阅读课本P101“电热的利用和防止”思考电热对我们是有利还是有害的?提示既有利又有害,电饭锅、电水壶等电热是有利的;手机、电脑等电热是有害的。思考生活中
11、电热器件有哪些优点?提示具有清洁卫生、无污染、效率高、便于调节温度等优点。思考我们如何防止电热带来的危害?提示电视机的后盖有很多孔,就是为了通风散热,使用时一定要把防尘布罩拿开;电脑里安装了微型风扇及时散热等。6归纳提升电热器的优点:清洁卫生、效率高、方便调温;防止电热措施:设法散热、加散热窗、加风扇。习题下列各种方法和措施中,不是为了防止电热危害的是 ( )A.电脑机箱中安有电风扇B.炎热夏天,连续长时间工作的电视机要停用一会儿C.天气潮湿时,长期不用的电器隔一段时间要通一次电D.电视机的后盖上有许多散热孔分析电脑机箱中安有电风扇,是为了加快空气流动速度,加快散热,使电脑内产生的热量能及时散
12、出,属于防止电热危害;炎热夏天,连续长时间工作的电视机要停用一会儿,是为了防止产生过多的热量,影响电视机的正常使用,属于防止电热危害;天气潮湿时,长期不用的电器隔一段时间要通一次电,是利用电热来防潮,属于利用电热的例子;电视机的后盖上有许多散热孔,是为了把各电器元件产生的热量及时散出,属于防止电热危害。答案C三、板书设计第 4 节 焦耳定律1.电流的热效应电能转化为内能2.影响电流产生热量的因素(1)电流的大小(2)电阻的大小(3)通电时间3.焦耳定律(1)内容(2)公式:Q=I 2Rt4.电热的利用和防止(1)电热的优点7(2)防止电热措施教学反思在探究电热跟哪些因素有关的过程中,从猜想到设计实验到得出实验结论,需要引导学生经过认真的思考和讨论而完成设计实验的环节,需充分调动学生的学习积极性和创造能力,设计出多种实验方案,并对每一种方案的优缺点进行评估,使学生设计实验的能力得到了锻炼,同时也能很好地渗透物理思想。
