2025年初中九年級上冊【物理(人教版)】焦耳定律+教學(xué)設(shè)計(jì)

課程基本信息課例編號2020QJ09WLRJ032學(xué)科物理年級9年級學(xué)期第1學(xué)期課題焦耳定律教科書書名：物理九年級上冊出版社：人教版出版日期：教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：會通過生活實(shí)例，認(rèn)識電流的熱效應(yīng)；會用焦耳定律分析解決簡單問題。能力目標(biāo)：會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究電熱跟電阻、電流、通電時(shí)間的定性關(guān)系；學(xué)習(xí)運(yùn)用控制變量法、轉(zhuǎn)換法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。情感目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)電熱的利用和防止，學(xué)會辯證的看問題。教學(xué)重點(diǎn)：探究電熱跟電阻、電流、通電時(shí)間的定性關(guān)系；焦耳定律的理解及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：探究電熱跟電阻、電流、通電時(shí)間的定性關(guān)系；焦耳定律的理解及應(yīng)用。教學(xué)過程時(shí)間教學(xué)環(huán)節(jié)主要師生活動(dòng)2分鐘1分鐘8分鐘7分鐘1分鐘1分鐘1分鐘1分鐘1分鐘1分鐘1分鐘引入提出問題提出猜想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)定量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析總結(jié)結(jié)論解決問題電功和電熱的關(guān)系解釋現(xiàn)象電熱的利用和防止課堂小結(jié)布置作業(yè)一、電流的熱效應(yīng)【點(diǎn)PPT】請同學(xué)們觀察以下用電器的工作過程，思考這些用電器個(gè)工作時(shí)有什么共同特點(diǎn)？電爐通電一段時(shí)間以后，電爐絲熱得發(fā)紅了；電烙鐵通電一段時(shí)間以后，可以熔斷焊錫；熱熔膠槍通電一段時(shí)間以后，固態(tài)膠棒變成了液態(tài)膠水?！军c(diǎn)PPT】這些用電器工作時(shí)都要消耗電能，都會發(fā)熱，【點(diǎn)PPT】將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能?！军c(diǎn)PPT】電流通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體會發(fā)熱。這種現(xiàn)象叫電流的熱效應(yīng)。很多用電器都是利用電流的熱效應(yīng)工作的?！军c(diǎn)PPT】例如電暖器、【點(diǎn)PPT】電飯鍋【點(diǎn)PPT】電熱水壺【點(diǎn)PPT】電熨斗等，我們把這些利用電流熱效應(yīng)工作的用電器叫做電熱器?！军c(diǎn)PPT】電爐通電時(shí)，電爐絲熱得發(fā)紅，而與它串聯(lián)的導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱。【點(diǎn)PPT】同學(xué)們，電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量可能跟什么因素有關(guān)呢？【點(diǎn)PPT】電爐絲和導(dǎo)線的電阻不等，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能跟電阻大小有關(guān)；【點(diǎn)PPT】既然是電流的熱效應(yīng)，那么，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量應(yīng)改跟電流大小有關(guān)；【點(diǎn)PPT】電爐工作時(shí)間越長，消耗電能越多，產(chǎn)生的熱量越多，那么，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量應(yīng)該跟通電時(shí)間長短有關(guān)。探究：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少與電阻大小是否有關(guān)？【點(diǎn)PPT】首先我們來探究：電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟電阻是否有關(guān)？【點(diǎn)PPT】請同學(xué)們思考，怎樣判斷電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少?【點(diǎn)PPT】這是一個(gè)裝有電阻絲的盒子，【點(diǎn)PPT】密封蓋的頂部有兩個(gè)接線柱，【點(diǎn)PPT】還有兩個(gè)與外界相通的通氣孔。【點(diǎn)PPT】用軟膠管把其中一個(gè)通氣孔與裝有紅色液體的U形管連接起來，【點(diǎn)PPT】另一個(gè)通氣孔上也安裝一段軟膠管，并用止水夾夾緊。此時(shí)U型管左右兩側(cè)的液面相平。將密閉容器中的電阻連入電路，通電，會有什么現(xiàn)象呢？【點(diǎn)PPT】請同學(xué)們注意觀察。（播放視頻）【點(diǎn)PPT】通電，我們看到U形管兩側(cè)液面出現(xiàn)了高度差?！军c(diǎn)PPT】電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量（Q放）【點(diǎn)PPT】被盒內(nèi)空氣吸收（Q吸）【點(diǎn)PPT】空氣吸熱升溫，體積膨脹（?V）【點(diǎn)PPT】部分空氣進(jìn)入膠管，使U形管左側(cè)液注下降、右側(cè)液面升高，產(chǎn)生高度差（?h）?！军c(diǎn)PPT】可以用U形管兩側(cè)液面高度差h表示電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q。?h越大，表明產(chǎn)生的熱量Q越多。【點(diǎn)PPT】探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量跟電阻大小是否有關(guān)時(shí)，需要使用阻值不等的定值電阻，還要控制電流和通電時(shí)間一定?！军c(diǎn)PPT】實(shí)驗(yàn)時(shí)可以采用將兩個(gè)阻值不等的電阻串聯(lián)接入電路，并且使用穩(wěn)壓電源--的方案?！军c(diǎn)PPT】我們一起來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)吧?！军c(diǎn)PPT】按照電路圖連接電路，檢查無誤后通電?！军c(diǎn)PPT】一段時(shí)間后，與5歐電阻所在空氣盒相連的U形管液面高度差?h1，小于與10歐電阻所在空氣盒相連的U形管液面高度差?h2。我們看到h1小于h2?！军c(diǎn)PPT】把現(xiàn)象記錄下來【點(diǎn)PPT】實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電流產(chǎn)生的熱量跟電阻有關(guān)。當(dāng)電流和通電時(shí)間一定時(shí)，電阻大，液面高度差也大?！军c(diǎn)PPT】產(chǎn)生熱量就多。探究：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量與電流大小是否有關(guān)？【點(diǎn)PPT】下面我們來探究，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量與電流大小是否有關(guān)？本實(shí)驗(yàn)需要在改變電流的同時(shí)，控制電阻和通電時(shí)間一定?！军c(diǎn)PPT】如何做到通過阻值相同的電阻的電流不相同呢？如圖所示電路中，R1、R2和R3三個(gè)電阻的阻值相等。干路電流I1是一條支路電流I2的二倍，I1=2I2，我們研究電阻R1和R2產(chǎn)生熱量的情況，這樣就滿足電阻相等，但電流不相同的實(shí)驗(yàn)條件?！军c(diǎn)PPT】按照電路圖連接電路，請同學(xué)們認(rèn)真觀察現(xiàn)象。（觀看視頻）【點(diǎn)PPT】通電一段時(shí)間后，與干路電阻R1所在空氣盒相連的U形管液面高度差?h1，與支路電阻R2所在空氣盒相連的U形管液面高度差?h2。?h1大于?h2【點(diǎn)PPT】把現(xiàn)象記錄下來【點(diǎn)PPT】實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電流產(chǎn)生的熱量跟電流有關(guān)。在電阻和通電時(shí)間一定時(shí)，電流大，液面高度差也大，【點(diǎn)PPT】即產(chǎn)生熱量多。【點(diǎn)PPT】大量實(shí)驗(yàn)表明：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流大小、電阻大小、通電時(shí)間長短有關(guān)；電流越大、電阻越大、通電時(shí)間越長，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。實(shí)驗(yàn)定量研究Q-R【點(diǎn)PPT】在探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱跟電阻是否有關(guān)時(shí)，老師截取了三副圖，左右兩側(cè)電阻為5歐、10歐，比值為1：2；【3點(diǎn)PPT】左側(cè)U形管液面高度差?h1，與右側(cè)U形管液面高度差?h2之比，也是1：2。同學(xué)們，你有新的猜想嗎？【點(diǎn)PPT】電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟電阻成正比?！军c(diǎn)PPT】我們有這個(gè)裝置進(jìn)行檢驗(yàn)，【點(diǎn)PPT】首先，用電子秤（或電子天平）稱取80克的水?！军c(diǎn)PPT】將電阻絲浸沒水中，【點(diǎn)PPT】用電子溫度計(jì)測量水的溫度【點(diǎn)PPT】電流通過電阻產(chǎn)生的熱量，【點(diǎn)PPT】被水吸收，【點(diǎn)PPT】使水的溫度升高，【點(diǎn)PPT】可以用水的溫度升高量表示電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量。【點(diǎn)PPT】實(shí)驗(yàn)時(shí)使用6個(gè)阻值不等的電阻串聯(lián)在穩(wěn)壓電路中，控制電流和通電時(shí)間不變?！军c(diǎn)PPT】（觀看視頻）閉合開關(guān)、記錄電阻值、水的初始溫度，用秒表計(jì)時(shí)兩分鐘，再把水的末溫記錄下來【點(diǎn)PPT】數(shù)據(jù)如表格所示?！军c(diǎn)PPT】用⊿t=t-t0計(jì)算溫度變化量并記錄下來?！军c(diǎn)PPT】以電阻為橫坐標(biāo)、溫度變化量為縱坐標(biāo)，【點(diǎn)PPT】將數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出，【點(diǎn)PPT】并連線，【點(diǎn)PPT】得到一條過原點(diǎn)的直線?！军c(diǎn)PPT】可得定量結(jié)論：當(dāng)電流和通電時(shí)間相同時(shí)，水的溫度變化量，【點(diǎn)PPT】即電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電阻成正比。實(shí)驗(yàn)定量研究Q-R【點(diǎn)PPT】同學(xué)們,電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量跟電流大小有什么定量關(guān)系呢?【點(diǎn)PPT】探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量跟電流大小的定量關(guān)系時(shí)，【點(diǎn)PPT】我們將阻值不變的電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，利用滑動(dòng)變阻器改變電流，【點(diǎn)PPT】注意使用同一個(gè)定值電阻，還要控制通電時(shí)間相等?！军c(diǎn)PPT】一起來做做看吧，（看視頻），連好電路后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流為0.5A，通電兩分鐘，【點(diǎn)PPT】數(shù)據(jù)如表中所示，【點(diǎn)PPT】繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變電流，再做多次實(shí)驗(yàn)，【點(diǎn)PPT】數(shù)據(jù)如表中所示，【點(diǎn)PPT】用⊿t=t-t0計(jì)算溫度變化量并記錄下來。【點(diǎn)PPT】以電流為橫坐標(biāo)、溫度變化量為縱坐標(biāo)，【點(diǎn)PPT】將數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出，【點(diǎn)PPT】并連線，【點(diǎn)PPT】得到一條平滑的曲線?！军c(diǎn)PPT】當(dāng)電阻和通電時(shí)間相同時(shí)，水的溫度變化量，與電流好像是二次函數(shù)的關(guān)系?！军c(diǎn)PPT】我們嘗試著把橫坐標(biāo)改為I2，看看能得到什么圖象。我們先在表格中加入一行I2【點(diǎn)PPT】計(jì)算出I2的值，【點(diǎn)PPT】以電流的平方為橫坐標(biāo)、溫度變化量為縱坐標(biāo)，【點(diǎn)PPT】將數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出，【點(diǎn)PPT】繪制平滑的線，【點(diǎn)PPT】得到一條過原點(diǎn)的直線。電熱果然和電流的平方成正比。【點(diǎn)PPT】我們一起寫出結(jié)論：當(dāng)電阻和通電時(shí)間相同時(shí)，水的溫度變化量，跟電流的二次方成正比。【點(diǎn)PPT】即電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的二次方成正比。二、焦耳定律【點(diǎn)PPT】英國物理學(xué)家焦耳做了大量的實(shí)驗(yàn)，于1840年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)間的定量關(guān)系?！军c(diǎn)PPT】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(shí)間成正比?！军c(diǎn)PPT】其表達(dá)式為：Q=I2Rt“Q”表示電熱，單位是焦耳（J）“I”表示電流，單位是安培（A）“R”表示電阻，單位是歐姆（Ω）“t”表示通電時(shí)間，單位是秒（s）所以，1J=1A2·Ω·s【點(diǎn)PPT】請同學(xué)們做一個(gè)計(jì)算：一根60Ω的電阻絲接在36V的電源兩端，在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量？【點(diǎn)PPT】先求出電流【點(diǎn)PPT】再用焦耳定律求熱量，注意使用國際單位，把時(shí)間5分鐘換算成300秒。結(jié)果是6480焦，你算對了嗎？【點(diǎn)PPT】當(dāng)電流通過電熱水壺、電飯煲、電暖器等用電器時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電流產(chǎn)生的熱量就等于消耗的電能，即Q=W。【點(diǎn)PPT】焦耳定律是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律，當(dāng)電流所做的功全部轉(zhuǎn)化為熱時(shí)，可以根據(jù)電功公式W等于UIt，【點(diǎn)PPT】以及歐姆定律導(dǎo)出式U=IR，可得：Q=I2Rt。從理論上證明該定律的正確性。【點(diǎn)PPT】對只存在電流熱效應(yīng)的電路也可以用計(jì)算電功W的公式來計(jì)算電熱，如利用公式Q=W=UIt；或Q=W=U2t/R等進(jìn)行計(jì)算?！军c(diǎn)PPT】當(dāng)電流通過電風(fēng)扇、電視機(jī)、電動(dòng)車等用電器時(shí)，【點(diǎn)PPT】電能主要轉(zhuǎn)化為其它能量，只有少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，Q<W?！军c(diǎn)PPT】電流通過這些用電器時(shí)產(chǎn)生的電熱，只能用焦耳定律Q=I2Rt來進(jìn)行計(jì)算?！军c(diǎn)PPT】同學(xué)們，學(xué)過了焦耳定律，你能解釋為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱這一現(xiàn)象了嗎？【點(diǎn)PPT】答：電爐通過導(dǎo)線接到電路中，流過導(dǎo)線的電流全部流過電爐絲，導(dǎo)線中的電流跟電爐絲中的電流相等。但導(dǎo)線的電阻遠(yuǎn)小于電爐絲的電阻?！军c(diǎn)PPT】根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知，在相同時(shí)間內(nèi)，電爐絲產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)大于導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量，所以電爐絲很熱，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱。三、電熱的利用和防止【點(diǎn)PPT】生活和生產(chǎn)中，很多地方都要利用電熱，電熨斗、電烙鐵、電熱飲水機(jī)、烤食品的電烤箱、【點(diǎn)PPT】養(yǎng)雞場用的電熱孵化器等等，都是利用電熱的利子?！军c(diǎn)PPT】這些電熱器的的主要部分是發(fā)熱體，是安裝在絕緣材料上的電阻大、熔點(diǎn)高的金屬絲或合金片?！军c(diǎn)PPT】利用電熱優(yōu)點(diǎn)很多，清潔衛(wèi)生，沒有環(huán)境污染，熱效率高，還可以方便地控制和調(diào)節(jié)溫度。在生產(chǎn)和生活中越來越受到人們的歡迎。【點(diǎn)PPT】電熱給我們帶來了方便，但所用用電器功率過大或用電時(shí)間過長，都是很危險(xiǎn)的，何況很多時(shí)候我們并不希望用電器溫度過高。這不，由于用電時(shí)間太長，在加上使用方法不當(dāng)，取暖的電褥子也能失火的。其實(shí)，只要用電器中有電流流過，它內(nèi)部的電路元件，都會發(fā)熱，瞧，這個(gè)小電風(fēng)扇使用時(shí)間太長了，內(nèi)部的電機(jī)都燒壞了。【點(diǎn)PPT】為了防止用電器溫度過高，必須通風(fēng)散熱，電視機(jī)的外殼上有很多孔，就是為了散熱的，叫做散熱窗?！军c(diǎn)PPT】電腦工作時(shí)，CPU等部件溫度也會升高，【點(diǎn)PPT】需要用散熱窗、微型風(fēng)扇及時(shí)散熱?！军c(diǎn)PPT】電動(dòng)機(jī)等大功率的用電器，都有散熱片、散熱