《焦耳定律》教學設計

這是《焦耳定律》教學設計，是優秀的物理教案文章，供老師家長們參考學習。

　　一、教學目標

　　(一)知識與技能

　　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。

　　(二)過程與方法

　　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。

　　(三)情感態度和價值觀

　　會解釋生活中一些電熱現象，通過學習電熱的利用與防止，學會辯證地看待問題。

　　二、教學重難點

　　電熱是指電流做功把電能轉化為內能，電熱的大小與哪些因素這個實驗從提出問題、猜想、設計實驗、進行實驗與收集證據、得出結論幾個方進行研究。重點是研究電熱與電流、電阻和通電時間的關系，實驗中要采用控制變量的方法。研究電熱與電阻關系時要控制電流和通電時間相同，設計出的電路要使用兩個不同的電阻串聯。研究電熱與電流的關系的設計是一個難點，電阻相同改變電流，可以利用并聯分電流的思想，也可以兩個電路來完成。

　　焦耳定律研究的是把電能轉化為內能的多少，它與電功有聯系也有區別。電功是指電流做功，可以把電能轉化為各種形式能，而電熱只是電功的一部分。只有在純電阻電路中，這兩個量才相等。

　　重點：通過實驗研究電熱與電流、電阻和通電時間的關系，并確定研究方法及實驗操作中各個環節應注意的問題。

　　難點：對焦耳定律的理解及焦耳定律在實際生活中的應用。

　　三、教學策略

　　電流做功的過程就是把電能轉化為其它形式能的過程，不同的用電器轉化成不同形式的能量。本節研究的是把電能轉化為內能多少，生活中的用電器工作時都伴有熱的現象，用此引入電流的熱效應，從電爐絲與連接的導線入手，提出問題，學生也比較容易猜到電阻是影響電熱的因素之一。在設計實驗研究電熱與電流、電阻和通電時間關系時，要利用到控制變量的方法。研究電熱與電阻的關系要比研究電熱與電流關系思維難度上略低一些，體現了從簡入難的層次性。設計實驗時結合了電路的特點，利用串聯電路使兩電阻的電流相等，利用分電壓的方法使兩電阻的電流不相等。

　　電熱與電功的聯系與區別，可以通過公式推導的方法得出在純電阻電路中Q=W，在非純電阻電路中，電熱只是電功的一部分。也可以從能量轉化的角度來比較電熱與電功，電熱是指把電能轉化為內能，而電功是把電能轉化為其它形式的能，電熱只是電功的一部分。

　　四、教學資源準備

　　校園局域網、多媒體課件整合網絡、家庭電路演示板(含電能表)、功率不同的用電器(如熱得快和白熾燈)、電源、開關、導線、規格已知的小燈泡、滑動變阻器等。

　　五、教學過程

　　教學環節

　　教師活動

　　學生活動

　　設計意圖

　　復習提問

　　(2分鐘)

　　1.電功的大小與哪些因素有關?如何計算?

　　2.能說出一些用電器工作時能量的轉化情況?

　　學生按要求回憶，回答。

　　為本節課作知識上的鋪墊。

　　創設情景

　　引入新課

　　(3分鐘)

　　電流在電路中做功，可以將電能轉化為其它形式的能，如電動機、電燈發光、電視機工作……。

　　當這些用電器工作一段時間后，我們觸摸它們的有關部位，會有什么感覺?這是什么原因?

　　學生說出常見用電器工作過程中能量的轉化。

　　電流通過導體時電能轉化成內能。

　　創造課堂情景，激發學生的興趣和求知欲。

　　聯系實際，引入新課。

　　新課教學(28分鐘)

　　電流的熱效應

　　投影：電飯鍋、取暖器、油燈、電爐絲、電烙鐵……

　　這些用電器工作時有什么共同特點?

　　導線和電爐絲串聯，為什么電爐絲熱得發紅而導線并不很熱?說明什么?

　　一、提出問題

　　電流通過導體時產生熱量的多少跟什么因素有關?

　　二、猜想與假設

　　提示：電熱是電流通過電阻時產生的熱量，電路中有電壓不一定有電流，所以電壓對電流通過電阻產生熱量的多少沒有影響。(排除電壓這個物理量)

　　電流通過導體產生熱量的多少與________________有關。

　　你能結合實例說出這三個因素對電熱的影響嗎?

　　三、設計實驗

　　要研究電流通過電阻產生熱量與電阻的關系，如何設計實驗?如何比較產生熱量的多少?

　　四、進行實驗

　　展示實驗裝置1

　　觀察本實驗裝置，思考：

　　1.本裝置可以用于研究電熱與哪個因素的關系?

　　2.兩電阻為什么要串聯?

　　3.如何比較電流通過電阻放出熱量?

　　4.設計實驗數據記錄表格

　　電路接通，進行實驗，觀察U形管中液柱的上升情況，把實驗結果填入表格中。

　　分析實驗數據，可以得到什么結論?

　　展示裝置2

　　1.本裝置可以用于研究電熱與哪個因素的關系?

　　2.右邊電阻絲上為什么要再并聯一根電阻絲?

　　3.如何比較電流通過電阻放出熱量?

　　4.設計實驗數據記錄表格

　　電路接通，進行實驗，觀察U形管中液柱的上升情況，把實驗結果填入表格中。

　　分析實驗數據，可以得到什么結論?

　　對于某一個電阻，在電流一定時，通電時間越長，電流通過電阻產生熱量越多。這個結論可以通過剛才的實驗中看出來，某一根電阻絲通電時間越長，液柱上升越高，說明放出熱量越多。

　　五、分析論證，得出結論

　　對以上兩個實驗進行總結，電流通過電阻產生熱量多少與電流、電阻和通電時間。

　　學生總結：

　　這些用電器工作時都是把電能轉化成內能。

　　(得出電流的熱效應的概念)

　　電熱的大小可能與導體的電阻有關。

　　學生結合生活實際進行猜想:

　　電流、電壓、電阻、通電時間……

　　學生舉例證明猜想的合理性。

　　學生討論：

　　實驗時要控制電路中的電流相等，改變電阻，比較在相同時間內放出熱量的多少。

　　可以通過加熱相同物體，比較物體吸熱升溫的多少

　　學生觀察實驗裝置討論得出：

　　1.本裝置研究電熱與電阻的關系。

　　2.電阻串聯，可以使流過兩根電阻絲的電流和通電時間相同。

　　3.通過左右兩管液面的高度差來比較，液柱上升得越高，放出熱量越多。

　　電流I/A

　　R1

　　R2

　　電阻/Ω

　　5

　　10

　　產生熱量(多/少)

　　4.實驗數據表格

　　學生根據實驗數據，得出結論：在電流和通電時間相同時，電阻越大，電流通過電阻產生的熱量越多。

　　學生觀察實驗裝置討論得出：

　　1.本裝置研究電熱與電流的關系。

　　2.使右邊容器中的電阻絲中的電流與左邊容器中的電阻絲不等(左邊電流大于右邊電流)。

　　3.通過左右兩管液面的高度差來比較，液柱上升得越高，放出熱量越多。

　　4.實驗數據表格

　　電阻R/Ω

　　R1

　　R2

　　電流I/A

　　產生熱量(多/少)

　　學生根據實驗數據，得出結論：在電阻和通電時間相同時，電流越大，電流通過電阻產生的熱量越多。

　　學生總結以上兩個實驗：

　　電流通過電阻產生熱量的多少與電流、電阻和通電時間都有關，電流越大、電阻越大、通電時間越長，電流通過電阻產生熱量越多。

　　培養學生總結問題的能力。

　　由生活現象培養學生發現問題并提出問題的能力。

　　培養學生合理猜想，并分析猜想的合理性。學會排除不合理猜想。

　　培養學生利用控制變量的方法來設計實驗。

　　通過分析實驗裝置的合理性來培養學生的設計實驗的能力。

　　培養學生利用轉換的方法把不易觀察的量轉換為易觀察的現象。

　　學會設計實驗數據記錄表格

　　會根據實驗數據得出結論，利用控制變量的方法準確的描述出結論。

　　培養學生設計數據記錄表格、分析實驗、總結實驗、描述實驗結論的能力。

　　培養學生對實驗數據綜合分析能力。

　　焦耳定律

　　介紹科學家焦耳。

　　英國科學家做了大量實驗于1840年最先精確地確定了電流產生的熱量跟電流、電阻和通電時間的關系，即焦耳定律。

　　電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻成正比，跟通電時間成正比。

　　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Q=I2Rt。

　　例題：一電熱水器電阻絲的阻值為48.4Ω，正常工作時的電流為4.55A，工作10min放出的熱量為多少J?

　　練習：一取暖器接在家庭電路中，正常工作時的電流為6.8A，工作10min放出的熱量是多少?

　　了解焦耳在電熱上的成就

　　學生了解焦耳定律的內容，記住公式。

　　學生快速的計算本題中的電熱。

　　Q=I2Rt=(4.55A)2×48.4Ω×600s=6×105J

　　學生結合歐姆定律進行計算

　　Q=I2Rt=(6.8A)2×32.3Ω×600s=9×105J

　　培養學生的人文精神、學習科學家的實事求是的精神。

　　利用焦耳定律進行簡單計算，培養學生利用公式解決實際問題的能力，進一步熟悉公式。

　　培養學生利用物理知識解決實際問題的能力。

　　電功與電熱

　　上題中已知電壓、電流和通電時間，可以計算出取暖器消耗的電能，那么取暖器消耗的電能與電熱之間有什么關系呢?

　　通過計算我們發現電流做功與產生的電熱是相等，那么用電器在工作時，電功與電熱間有什么關系呢?

　　當電流做的功全部轉化為內能時：

　　由于W=UIt，U=IR

　　Q=W=I2Rt

　　電吹風工作時，消耗了1000J的電能，電流在電阻線上產生熱量等于1000J嗎?

　　電功與電熱的聯系與區別

　　1.純電阻電路中W=Q

　　2.非純電阻電路中W>Q

　　電熱Q=I2Rt

　　其它形式的能E=W-Q

　　學生計算電流做的電功(電能)

　　W=UIt=220V×6.8A×600s=9×105J

　　學生討論：

　　在前面的計算過程中利用了歐姆定律，它只能用在純電阻電路中，用電器工作時把電能全部轉化為內能。

　　不是的，電吹風工作時把電能轉化為內能，還有一部分轉化為動能。它不是一個純電阻。電功大于電熱。

　　加強知識的聯系，培養學生系統學習的能力。

　　培養利用物理知識解決實際問題能力。

　　培養學生合作學習的能力、團隊精神和交往能力。

　　利用焦耳定律解釋現象

　　討論：電爐通過導線接到電路中，導線和電爐絲串聯，為什么電爐絲熱得發紅而導線并不很熱?

　　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產生的熱量越多?？墒前凑战苟?，電阻越大，單位時間內產生的熱量越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事?

　　學生討論：

　　電線與電爐絲串聯，電流相等，根據焦耳定律，導線的電阻比電爐絲小得多，相同時間內放出熱量也少。

　　學生討論

　　這兩種情況下有不同的變量，前者是在電壓一定時，電阻越小，電流越大，電熱與電流是平方的關系，所以電流對電熱影響較大。后者的前提是在電流一定時，電阻越大，電熱越多。

　　培養學生知識應用能力，合作學習的能力、團隊精神和交往能力。

　　利用控制變量的方法來分析問題。通過辨析加強對焦耳定律的理解。

　　電熱的利用和防止

　　展示常見一些用電器(電熨斗、電視機散熱孔、取暖器、電飯鍋、電腦主板風扇、筆記本散熱孔、電動機外殼……)，給這些用電器進行分類，哪些是利用電熱、哪些是防止電熱造成危害的。

　　電熱在實際中有利用也有防止的。我們要利用辯證的態度來對待電熱。

　　分成兩類

　　利用電熱的有：電熨斗、取暖器、電飯鍋等。

　　防止電熱的有：電視機散熱孔、電腦主板風扇、筆記本散熱孔、電動機外殼等

　　利用分類的方法來培養學生利用辯證的態度來看待問題

　　總結(5分鐘)

　　回憶本節課內容

　　1.電流的熱效應與哪些因素有關?

　　2.焦耳定律

　　3.電功與電熱的關系

　　4.電熱的利用 防止

　　梳理本節課知識內容，學生根據問題逐個回憶本節課的內容，形成一個知識體系。

　　利用問題引領的方法培養學生總結歸納的能力

　　布置作業

　　1.課后“動手動腦學物理”第1、2、3題

　　2.調查生活中還有哪些是利用電熱，哪些是防止電熱的措施。

　　學生按要求完成作業，對生活實際開展力所能及的調查。

　　鞏固本課學習內容，同時增加課外調查的作業，使物理走向社會、走向生活。