2024年秋初中物理九年級下冊教學(xué)設(shè)計（教案）第1課時 焦耳定律（教案）

第4節(jié)焦耳定律第1課時焦耳定律【教學(xué)目標(biāo)】1.知道電流的熱效應(yīng).2.理解焦耳定律的內(nèi)容、公式、單位及其運用.3.知道等效替代法和控制變量法在本節(jié)實驗中的運用.4.通過對焦耳生平的介紹，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)，勇于克服困難的決心和信心.【教學(xué)重點】電流的熱效應(yīng)跟電阻、電流和時間的關(guān)系的探究.【教學(xué)難點】組織指導(dǎo)學(xué)生在探究過程中認(rèn)真觀察、分析，并得出正確的結(jié)論.【教具準(zhǔn)備】學(xué)生電源、導(dǎo)線、開關(guān)、滑動變阻器、電阻絲、燒瓶、溫度計、水、多媒體課件等.【教學(xué)課時】1課時【鞏固復(fù)習(xí)】教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)上一節(jié)內(nèi)容，并講解學(xué)生所做的課后作業(yè)（教師可針對性地挑選部分難題講解），加強學(xué)生對知識的鞏固.【新課引入】教師出示一些用電器的圖片，讓學(xué)生觀察，并提出問題：（1）比較它們有何不同？（2）燈泡發(fā)光一段時間后，用手觸摸燈泡，有什么感覺？為什么？（3）電風(fēng)扇使用一段時間后，用手觸摸電動機部分有什么感覺？為什么？學(xué)生討論、回答：燈泡發(fā)熱，電風(fēng)扇的電動機發(fā)熱.師這節(jié)課我們就來研究一下電與熱的有關(guān)問題.【進(jìn)行新課】電流的熱效應(yīng)師請大家觀察教材P99頁圖18.4-1，圖中四個用電器通電時都會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？說明電流在工作過程中消耗的電能轉(zhuǎn)化成什么能了？生：會產(chǎn)生熱現(xiàn)象，說明電能轉(zhuǎn)化成熱能了.板書：電流通過導(dǎo)體時，電能要轉(zhuǎn)化成熱能，我們把這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng).教師總結(jié)：電熱的實質(zhì)是電能的轉(zhuǎn)化.電熱既是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，同時也是電流做功的過程.但是對不同的用電器來說，在消耗相同的電能的情況下，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的多少是不同的.比如電爐子、電飯鍋、電烙鐵等用電器的主要作用就是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，從而供人們利用，此時在不考慮能量損耗的情況下可以近似認(rèn)為電能全部轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能；但是對于像電風(fēng)扇、電冰箱、電視機、洗衣機等用電器，它們的主要目的不是將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而是轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，所以此時消耗的電能中，只有很少一部分電能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，這時的熱效應(yīng)體現(xiàn)得不明顯.師電流的熱效應(yīng)是一種普遍現(xiàn)象；電流還有另外兩種效應(yīng)：化學(xué)效應(yīng)，如電鍍、電解；磁效應(yīng)，電磁鐵、電動機等.【課外拓展】電流的三種效應(yīng)：課堂演練完成本課時對應(yīng)課堂練習(xí).知識點2焦耳定律Q＝I2Rt1.探究電流產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)（1）猜想：（教師引導(dǎo)鼓勵學(xué)生發(fā)言）生1：可能與電壓有關(guān)，因為電壓越大，電爐中產(chǎn)生的熱越多；生2：可能與電阻有關(guān)，因為電爐絲發(fā)熱，而跟電爐絲相連的銅導(dǎo)線卻不太熱；生3：可能跟電流有關(guān)，因為常聽說，電流大容易引發(fā)火災(zāi).教師總結(jié)：電流、電壓和電阻三個量之間是有聯(lián)系的，明確了兩個量就可以再確定另外一個量，故我們研究電流、電阻與導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的關(guān)系就可以了.（2）設(shè)計實驗:(采用控制變量的方法)①如何控制電流一定時電阻的變化？②如何控制電阻一定時電流的變化？③如何比較電流產(chǎn)生熱量的多少？（轉(zhuǎn)換的思想）師請同學(xué)們觀察通電的電爐和相連的導(dǎo)線.生：電阻絲很快地發(fā)紅，與之相連的導(dǎo)線卻不太熱.師電阻絲與導(dǎo)線是怎樣連接的？請就此提出一個值得探究的課題——在電流相同時，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻有什么關(guān)系？演示實驗1：把兩個電阻不同的金屬絲串聯(lián)起來，放入裝有相同質(zhì)量煤油的兩個燒瓶中，通電，觀察燒瓶中的溫度計的示數(shù).說明哪個燒瓶中產(chǎn)生的熱量多？可得出產(chǎn)生熱量的多少與什么因素有關(guān)？分析結(jié)論：在電流、通電時間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多.演示實驗2：用一個電阻來做，通過滑動變阻器改變通過電阻的電流，觀察燒瓶中的溫度計的示數(shù).得出什么結(jié)論？分析結(jié)論：在電阻、通電時間相同的情況下，通過的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多.演示實驗3：用一個電阻來做，通過相同的電流，改變通電的時間，觀察燒瓶中溫度計的示數(shù).得出什么結(jié)論？分析結(jié)論：在電阻、通過的電流相同的情況下，通電時間越長，產(chǎn)生的熱量越多.說明：探究電熱因素的方案較多，學(xué)生提到的，都可盡量鼓勵學(xué)生大膽地去探究.（3）怎樣理解實驗所選器材的目的：①實驗時，選用的燒瓶要完全相同，里面所盛的煤油質(zhì)量也要相同，以使兩瓶中的煤油吸收不同的熱量時，升高不同的溫度.②瓶中阻值不同的電阻絲也可分別用鎳鉻合金絲和銅絲.③燒瓶中，為什么要裝煤油？答：因為煤油的比熱容小，吸收相同的熱量，溫度變化明顯，從而使實驗現(xiàn)象明顯，另外煤油不導(dǎo)電，還能防止漏電.④在實驗中，為什么要將兩電阻絲串聯(lián)？答：由于影響電熱大小的因素有多個，所以必須采用控制變量法，才能探究某一因素對電熱的具體影響.例如，探究電阻大小對電熱的影響時，必須控制電流和通電時間相同，當(dāng)兩電阻絲串聯(lián)時，可以絕對保證電流大小和通電時間相同.⑤由于實驗中電流在導(dǎo)體上產(chǎn)生的熱量無法直接觀察，故采用轉(zhuǎn)化法，把放出熱量的多少轉(zhuǎn)化為能直接觀察的溫度變化的多少.通電后電流在電阻絲上產(chǎn)生的熱量越多，煤油上升的溫度越高，觀測溫度的變化情況，就可以定性比較電流產(chǎn)生熱量的多少了.（說明：當(dāng)然本實驗還有很多轉(zhuǎn)化方案.例如，轉(zhuǎn)化為燒瓶中煤油受熱使煤油柱升高的高度；或轉(zhuǎn)化為密閉空氣受熱膨脹使U形管中紅色液柱出現(xiàn)高度差；或轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體上用蠟均勻黏住的火柴棒掉下的數(shù)目等.注意用心體會吧！）2.焦耳定律師英國物理學(xué)家焦耳通過大量的實驗于1840年最先精確地確定了電流通過導(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，跟通電時間成正比的結(jié)論，這與我們剛才得出的電熱與電流、電阻的關(guān)系是一致的，于是人們?yōu)榱擞涀∷堰@個規(guī)律叫做焦耳定律.板書：公式：Q=I2Rt.單位：電流I——安培（A），電阻R——歐姆（Ω）,時間t——秒（s），熱量Q——焦耳（J）.教師總結(jié)：運用焦耳定律計算電熱時應(yīng)注意：（1）焦耳定律公式Q=I2Rt,是由實驗總結(jié)出來，只要有電流通過導(dǎo)體，都可以用它來計算所產(chǎn)生的熱量.（2）公式中各物理量都是對同一段電路或同一導(dǎo)體而言的，也是對應(yīng)于同一狀態(tài)的.課堂演練完成本課時對應(yīng)課堂練習(xí).純電阻電路中利用求電熱師像剛才接電爐的電路中，電流工作時將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，這樣的電路叫純電阻電路.初中我們所研究的電路，大部分是純電阻電路，如電燈、電阻的電路.而電風(fēng)扇所在的電路，電流工作時，消耗的電能只有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，大部分轉(zhuǎn)化為機械能，這樣的電路為非純電阻電路.消耗的電能W與產(chǎn)生的電熱Q之間的關(guān)系：（1）純電阻電路中，消耗的電能W等于產(chǎn)生的電熱Q；（2）非純電阻電路中，消耗的電能W大于產(chǎn)生的電熱Q.板書：在純電阻電路中，Q=W=Pt=I2Rt=.師請大家看教材P101頁《想想議議》，分析討論.學(xué)生討論后回答.教師總結(jié)：額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多.因為燈泡的電路是純電阻電路，所以有Q=W=Pt=，當(dāng)電壓一定時，電阻越小，相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多.而用焦耳定律比較兩個電阻在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量的多少時，其前提條件是流過兩個電阻的電流相同.二者并不矛盾，是兩者的前提條件不同.對于焦耳定律的理解，教師應(yīng)注意強調(diào)公式適用的條件，而不能片面地利用數(shù)學(xué)知識去討論.對于焦耳定律可從兩點加深理解：①在時間、電壓相同時，由Q=可知電阻越小，產(chǎn)生的熱量越多；②在時間、電流相同時，由Q=I2Rt可知，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多.例題（多媒體展示）冬天，王剛同學(xué)使用電熱毯時發(fā)現(xiàn)電熱毯有高溫?fù)鹾偷蜏負(fù)?，于是他設(shè)計了電熱毯的模擬電路圖甲和圖乙（電熱絲相當(dāng)于電熱毯內(nèi)部發(fā)熱電阻）.（1）圖甲中有定值電阻R1（置于電熱毯外部），電熱絲R2，請說明要使電熱毯處于低溫?fù)?，開關(guān)S1、S2應(yīng)處于什么狀態(tài)？并寫出低溫?fù)鯐r電熱毯發(fā)熱電功率的表達(dá)式.（2）圖乙中有兩根電熱絲R2、R3，請說明要使電熱毯處于高溫?fù)酰_關(guān)S1、S2應(yīng)處于什么狀態(tài)？并寫出高溫?fù)鯐r電熱毯發(fā)熱電功率的表達(dá)式.（3）請指出你認(rèn)為其中較好的電路，并說明理由.分析：所謂“擋位”問題，通常是在電壓不變的情況下，通過改變電路電阻，從而改變用電器的電功率，所以常用公式P=U2/R來判定，R越大，P越小，是低擋位；R越小，P越大，是高擋位.特別提醒：解答此類問題時要正確選用公式.在串聯(lián)電路中，電流相等，一般選用公式P=I2R；在并聯(lián)電路中，電壓相等，一般選用公式P=U2/R.課堂演練完成本課時對應(yīng)課堂練習(xí).【教師結(jié)束語】本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電熱產(chǎn)生的原因，影響電熱產(chǎn)生多少的因素，焦耳定律，以及純電阻電路中電熱的計算等知識.實驗設(shè)計時我們一定要有控制變量的思想，在說明一個物理量與另一個物理量之間關(guān)系時，一定要強調(diào)其條件，是在什么量不變的情況下才有這樣的關(guān)系，使自己的敘述更加嚴(yán)密.課后作業(yè)完成本課時對應(yīng)課后練習(xí).1.本節(jié)課的設(shè)計要體現(xiàn)從生活走向物理，從物理走向社會的基本理念，注重科學(xué)的探究，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣.2.根據(jù)學(xué)生實際和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行設(shè)計，通過學(xué)生的觀察和生活經(jīng)驗，提出問題，進(jìn)行分析，共同歸納總結(jié).教學(xué)中應(yīng)該充分地相信學(xué)生，給學(xué)生活動的空間，真正的讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，在實驗的過程中學(xué)生也可能提出許多問題.教學(xué)中一定要發(fā)揮學(xué)生的主體作用，尤其是在大力提倡科學(xué)探究的今天.在教學(xué)過程中要讓學(xué)生參與討論，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與思維分析能力，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，并將所學(xué)到的知識與實際相聯(lián)系，使學(xué)生達(dá)到學(xué)以致用.3.這是一節(jié)實驗應(yīng)用課，其中的理論需要實驗驗證，得出的理論又要在生活中加以印證，所以該課的內(nèi)容多，需要教師及時轉(zhuǎn)換的角色也多.（1）實驗的猜想既要注意挖掘?qū)W生的不同觀點，又要將這些觀點注意引導(dǎo)到我們所要探究的因素上.（2）對實驗的設(shè)計要放