人教版初中物理九年級(jí)上冊(cè)課時(shí)28 第十八章 18.4 焦耳定律 教案

《焦耳定律》謝小麗一．教材分析1、單元整體分析：焦耳定律是初中物理學(xué)習(xí)的重要定律之一，是能量守恒定律在電能規(guī)律。2三部分組成。二．學(xué)情分析：對(duì)于將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的用電器也不陌生。三．教學(xué)目標(biāo)：1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解焦耳定律。2.能用焦耳定律解釋生產(chǎn)、生活中的一些現(xiàn)象。四、教學(xué)重難點(diǎn)：研究電熱與電阻、電流、通電時(shí)間的定性關(guān)系，焦耳定律的理解及其應(yīng)用教學(xué)策略：只有電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時(shí)，電熱才等于電能。六、教學(xué)過(guò)程：教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)導(dǎo)入：同學(xué)們大家好，我是來(lái)自廣州市花都區(qū)新華街培新學(xué)校的謝小麗老師。電流的熱效應(yīng)今天我們一起來(lái)學(xué)習(xí)人教版九年級(jí)物理第十八章第四節(jié)的內(nèi)容《焦耳定（時(shí)間2:30）律》。生活中，我們可以見(jiàn)到各種各樣的用電器，比如電飯鍋、電熱水壺、電暖器、電爐等，它們通電后，都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生。把電爐接入家庭電路中，請(qǐng)同學(xué)們觀(guān)察電爐的工作情況。（播放視頻）我們可以看到，通電之后，電爐絲逐漸發(fā)紅發(fā)熱電能電爐絲電爐絲的

內(nèi)能師：電能通過(guò)電爐絲之后，能量是怎樣轉(zhuǎn)化的呢？請(qǐng)同學(xué)們思考一下。師：沒(méi)錯(cuò)，很多同學(xué)都回答出來(lái)了，電能通過(guò)電爐絲后，轉(zhuǎn)化為電爐絲的內(nèi)能。我們把電流通過(guò)電爐絲時(shí)電能轉(zhuǎn)化成電爐絲的內(nèi)能的現(xiàn)象稱(chēng)為電流的熱效應(yīng)。師：電流做功使電爐絲的內(nèi)能增加，忽略散熱，電爐絲增加的內(nèi)能Q耗的電能W有什么關(guān)系呢？焦耳定律電能（電流做功）電爐絲電爐絲的內(nèi)能（電爐絲增加的內(nèi)能）（時(shí)間1:00）生：忽略散熱，電爐絲增加的內(nèi)能Q應(yīng)該等于電流做功W1師：電熱的多少與什么因素有關(guān)？我們又該如何計(jì)算電熱呢？1840年，英國(guó)物理學(xué)家焦耳最先精確的確定了電流產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時(shí)間有關(guān)，用公式表示為QI2。在使用公式時(shí)，電流I的單位為安培A，電阻單位為歐姆，時(shí)間t單位用秒sQ的單位為焦耳J。從公式中我們可以看到，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，這個(gè)規(guī)律叫做焦耳定律。根據(jù)焦耳定律QI2I和t一定時(shí)，是不是電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多呢？接下來(lái)我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證當(dāng)流經(jīng)電阻的電流以及通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越大產(chǎn)生的熱量越多。師：當(dāng)流經(jīng)電阻的電流以及通電時(shí)間相同時(shí)，是不是電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多呢？老師這里有一個(gè)方案，請(qǐng)大家一起來(lái)分析。

反映電阻絲放出方案：小明把兩段阻值不同的電阻絲（2R=R=2Ω）串聯(lián)，在開(kāi)關(guān)閉合前了熱量；如何通和閉合后，用測(cè)溫槍分別測(cè)出兩條電阻絲的過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Q與溫度。假設(shè)電阻產(chǎn)生的熱量全部用于自身的R的關(guān)系；升溫。通過(guò)記錄的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)通電后電阻大的電阻絲溫度升高得比電阻小的電阻絲多。R1的溫度℃R2的溫度℃開(kāi)關(guān)閉合前2020開(kāi)關(guān)閉合2min3247實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1.小明認(rèn)為升溫多的電阻產(chǎn)生的熱量就多，根據(jù)之前我們所學(xué)的熱學(xué)知識(shí)，焦耳定律他的結(jié)論是否正確？依據(jù)是什么？生：我認(rèn)為是正確的；電阻升溫越多，說(shuō)明電阻產(chǎn)生的熱量越多。電阻產(chǎn)生的熱量全部用于自身的升溫，則有Q。你能利用公式Q=cmΔt分析一下，溫度變化量Δt與Q的關(guān)系？生：根據(jù)公式Q=cmtc和m一定時(shí)，溫度變化量Δt越大，Q就越大。題目中沒(méi)有提到兩電阻的比熱容c和質(zhì)量m一樣大，所以不能說(shuō)明Q師：根據(jù)Q=cmΔt，Δt大，但無(wú)法比較c和m大小，所以無(wú)法說(shuō)明Q吸越大。電阻產(chǎn)生的熱量全部用于自身的升溫，則有Q由于無(wú)法比較Q大小，也就無(wú)法比較Q大小了。既然Δt越大不能說(shuō)明QQ就說(shuō)明小明的結(jié)論是錯(cuò)誤的。師：請(qǐng)同學(xué)們回顧一下比熱容實(shí)驗(yàn)，我們?cè)鯓永脺囟确从澄矬w吸收的熱量？我們能否利用該知識(shí)對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)呢？生：加熱質(zhì)量相同的同種液體，如果液體升溫多，就可以推斷出液體吸收的熱量多。師：怎樣才能將電阻放出的熱量與液體吸收的熱量建立聯(lián)系？生：可以把電阻絲放入液體中，用電阻絲加熱液體，如果電阻絲放出的熱量全部被液體吸收，則有Q。師：老師現(xiàn)在有一個(gè)1Ω的電阻和一個(gè)2Ω的電阻，我們?cè)趺纯刂屏鹘?jīng)這兩個(gè)電阻的電流以及通電時(shí)間是相同的？生甲：把1Ω的電阻接入電路中，用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)電流記為；實(shí)驗(yàn)完畢之后再換2Ω的電阻接入電路,用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)電流也為I。生乙：把兩個(gè)電阻串聯(lián)連接起來(lái)接入電路。師：同學(xué)認(rèn)為哪個(gè)方案更好呢？生：串聯(lián)起來(lái)更好，這樣還可以保證通電時(shí)間是一樣的。師：請(qǐng)整理一下，寫(xiě)出你的實(shí)驗(yàn)方案。師：我們一起來(lái)看看這個(gè)同學(xué)的方案。1.實(shí)驗(yàn)器材：1Ω和2.方案：把R和R=2Ω的電阻串聯(lián)接入電路中，分別加熱質(zhì)量相同的煤油。3.分析：QQ=cmΔt可知，c和m相同，如果越大，Q吸就越多，那就推斷出這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。電阻阻值R/Ω升高的溫度Δ℃師：為了計(jì)算升高的溫度，我們需要把液體的初溫和末溫也記錄下來(lái)。電阻阻t初t升高的溫度Δ值R/Ω℃℃℃師：接下來(lái)我們就用以上實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將電阻R=1Ω和RΩ串聯(lián)接入電路中，分別加熱質(zhì)量相同的煤油，請(qǐng)看實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所記錄的數(shù)據(jù)如表1表1電阻阻值Ωt初℃t/℃升高的溫度Δ℃137.338.61.3239.637.32.5師：從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，我們能否判斷出在電流和通電時(shí)間一定時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多？R1中煤油的溫度變化量小于R2ΔQ=cmtc和mtΔtQ吸<Q吸QQ放<Q放流和通電時(shí)間一定時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。根據(jù)焦耳定律QI2R和tI越大，產(chǎn)生的熱量越多呢？接下來(lái)我們也通過(guò)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證同一定值電阻，在通電時(shí)間相同的情況下，電流越大產(chǎn)生的熱量越多。師：我們可以怎么進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)?？生：可以用阻值?0.5A1A的電流下，分別加熱30g的煤油4min，記錄溫度計(jì)示數(shù)的變化。師我們?cè)趺慈フ{(diào)節(jié)電流大小以及顯示電流大小呢？生：可以在電路中接入滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)電流大小，串聯(lián)接入電流表觀(guān)察電流大小。師：請(qǐng)寫(xiě)出你的實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生：1.實(shí)驗(yàn)器材：電源、開(kāi)關(guān)、電阻（阻值2Ω）、煤油（30g）、溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖：實(shí)驗(yàn)表格：I/A初油溫t末油溫t末升高的溫度Δ初/℃/℃師：接下來(lái)我們一起觀(guān)看實(shí)驗(yàn)視頻。師：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示：表2初油溫t/℃末油溫t末℃升高的溫度Δ℃0.532.333.20.9133.337.84.5師：同學(xué)們，通過(guò)以上數(shù)據(jù)，我們能驗(yàn)證同一定值電阻，在通電時(shí)間相同的情況下，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多嗎？生：可以。從數(shù)據(jù)中我們可以看到電流為0.5A時(shí)煤油的溫度變化量小于電流為1A時(shí)煤油的溫度變化量，即ΔΔQ=cmtc和mt<tQ吸<Q吸2如果電阻絲放出的熱量全部被煤油吸收，則有Q則說(shuō)明Q放<Q放2所以可驗(yàn)證同一定值電阻，在通電時(shí)間相同的情況下，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。師：在剛才的實(shí)驗(yàn)中我們也可以看到，隨著時(shí)間的增加，煤油升溫越多。根據(jù)公式Q=cmΔc和mt越大，可知煤油吸收的熱量越多，如Q越多。這也說(shuō)明，在電阻和電流一定時(shí)，通電時(shí)間越長(zhǎng)，電阻產(chǎn)生的熱量越多。電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，如果電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，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就等于消耗的電能WQ=W=UIt,電熱與電功，同學(xué)們能否根據(jù)歐姆定律推出焦耳定律？直流電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)由此可見(jiàn)，在消耗的電能全部用來(lái)產(chǎn)生熱量的情況下，根據(jù)電功和歐姆定律的公式推出來(lái)的結(jié)論與焦耳定律是一致的。是不是所有用電器工作時(shí)，電功與電熱都是相等呢？接下來(lái)我們來(lái)看個(gè)實(shí)驗(yàn)：直流電動(dòng)機(jī)的工作實(shí)驗(yàn)。電動(dòng)機(jī)的線(xiàn)圈電阻值通電時(shí)間1.470.71.8601.47師：現(xiàn)在利用電功公式計(jì)算電動(dòng)機(jī)消耗的電能。生：電動(dòng)機(jī)消耗的電能W=UIt=1.8V×0.7A×60s=75.6J,請(qǐng)同學(xué)們利用焦耳定律計(jì)算電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量。2(0.7A)21.47×60s=43.218J.師：同學(xué)們能從能量轉(zhuǎn)化的角度分析W不等于Q的原因嗎？生：電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，并不是將電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2來(lái)計(jì)算電熱。生活和生產(chǎn)中都要用到電熱，家里的電飯鍋、電爐、電熨斗、電熱毯都是利用電熱進(jìn)行工作。但是，過(guò)多的電熱也會(huì)對(duì)生活造成不便，比如電熱毯，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，電熱的利用有可能引起火災(zāi)。所以我們?cè)诶秒姛岬耐瑫r(shí)，要避免因熱量過(guò)多而帶來(lái)和防止的影響?，F(xiàn)在我們一起來(lái)回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容：1.電流的熱效應(yīng)：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為電流的知識(shí)回顧

熱效應(yīng)；2.焦耳定律：2；好了，本節(jié)新課的學(xué)習(xí)到此結(jié)束，謝謝大家。同學(xué)們大家好，我是來(lái)自廣州市花都區(qū)新華街培新學(xué)校的謝小麗老師歡迎來(lái)到《焦耳定律》的答疑環(huán)節(jié)。1:相同的情況下，電流越大產(chǎn)生的熱量越多”2Ω電阻絲加熱質(zhì)量為的4min，電阻絲兩端的電壓如圖所示U=2V，請(qǐng)同學(xué)們利用數(shù)據(jù)計(jì)算電阻消耗電答疑部分能，電阻產(chǎn)生的熱量以及煤油吸收的熱量。（煤油的比熱容為2.1×10J/kg.電阻阻值電流通電時(shí)初油溫末油溫升高的溫度Δt/℃I/A間t/st/℃t2124036.939.42.5W=UIt=2V1A×240s=480JQ=IRt=(1A)22Ω×240s=480JQ=cmΔt=2.110J/kg.℃×××2.5=157.5J師：從計(jì)算的結(jié)果，同學(xué)們有何發(fā)現(xiàn)？生：消耗的電能和電阻產(chǎn)生的熱量相等，但是與