第4節焦耳定律第1課時焦耳定律【教學目標】1.知道電流的熱效應.2.理解焦耳定律的內容、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實驗中的運用.4.通過對焦耳生平的介紹，培養學生熱愛科學，勇于克服困難的決心和信心.【教學重點】電流的熱效應跟電阻、電流和時間的關系的探究.【教學難點】組織指導學生在探究過程中認真觀察、分析，并得出正確的結論.【教具準備】學生電源、導線、開關、滑動變阻器、電阻絲、燒瓶、溫度計、水、多媒體課件等.【教學課時】1課時【鞏固復習】教師引導學生復習上一節內容，并講解學生所做的課后作業（教師可針對性地挑選部分難題講解），加強學生對知識的鞏固.【新課引入】教師出示一些用電器的圖片，讓學生觀察，并提出問題：（1）比較它們有何不同？（2）燈泡發光一段時間后，用手觸摸燈泡，有什么感覺？為什么？（3）電風扇使用一段時間后，用手觸摸電動機部分有什么感覺？為什么？學生討論、回答：燈泡發熱，電風扇的電動機發熱.師這節課我們就來研究一下電與熱的有關問題.【進行新課】電流的熱效應師請大家觀察教材P99頁圖18.4-1，圖中四個用電器通電時都會產生什么現象？說明電流在工作過程中消耗的電能轉化成什么能了？生：會產生熱現象，說明電能轉化成熱能了.板書：電流通過導體時，電能要轉化成熱能，我們把這種現象叫做電流的熱效應.教師總結：電熱的實質是電能的轉化.電熱既是電能轉化為內能的過程，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，電能轉化為內能的多少是不同的.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化為內能，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為電能全部轉化成了內能；但是對于像電風扇、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化為內能，而是轉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化成了內能，這時的熱效應體現得不明顯.師電流的熱效應是一種普遍現象；電流還有另外兩種效應：化學效應，如電鍍、電解；磁效應，電磁鐵、電動機等.【課外拓展】電流的三種效應：課堂演練完成本課時對應課堂練習.知識點2焦耳定律Q＝I2Rt1.探究電流產生的熱量跟哪些因素有關（1）猜想：（教師引導鼓勵學生發言）生1：可能與電壓有關，因為電壓越大，電爐中產生的熱越多；生2：可能與電阻有關，因為電爐絲發熱，而跟電爐絲相連的銅導線卻不太熱；生3：可能跟電流有關，因為常聽說，電流大容易引發火災.教師總結：電流、電壓和電阻三個量之間是有聯系的，明確了兩個量就可以再確定另外一個量，故我們研究電流、電阻與導體產生熱量的關系就可以了.（2）設計實驗:(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如何比較電流產生熱量的多少？（轉換的思想）師請同學們觀察通電的電爐和相連的導線.生：電阻絲很快地發紅，與之相連的導線卻不太熱.師電阻絲與導線是怎樣連接的？請就此提出一個值得探究的課題——在電流相同時，電流通過導體產生的熱量與電阻有什么關系？演示實驗1：把兩個電阻不同的金屬絲串聯起來，放入裝有相同質量煤油的兩個燒瓶中，通電，觀察燒瓶中的溫度計的示數.說明哪個燒瓶中產生的熱量多？可得出產生熱量的多少與什么因素有關？分析結論：在電流、通電時間相同的情況下，電阻越大，產生的熱量越多.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.得出什么結論？分析結論：在電阻、通電時間相同的情況下，通過的電流越大，產生的熱量越多.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.得出什么結論？分析結論：在電阻、通過的電流相同的情況下，通電時間越長，產生的熱量越多.說明：探究電熱因素的方案較多，學生提到的，都可盡量鼓勵學生大膽地去探究.（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，從而使實驗現象明顯，另外煤油不導電，還能防止漏電.④在實驗中，為什么要將兩電阻絲串聯？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，當兩電阻絲串聯時，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體上產生的熱量無法直接觀察，故采用轉化法，把放出熱量的多少轉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生熱量的多少了.（說明：當然本實驗還有很多轉化方案.例如，轉化為燒瓶中煤油受熱使煤油柱升高的高度；或轉化為密閉空氣受熱膨脹使U形管中紅色液柱出現高度差；或轉化為導體上用蠟均勻黏住的火柴棒掉下的數目等.注意用心體會吧！）2.焦耳定律師英國物理學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體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比的結論，這與我們剛才得出的電熱與電流、電阻的關系是一致的，于是人們為了記住他，把這個規律叫做焦耳定律.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：運用焦耳定律計算電熱時應注意：（1）焦耳定律公式Q=I2Rt,是由實驗總結出來，只要有電流通過導體，都可以用它來計算所產生的熱量.（2）公式中各物理量都是對同一段電路或同一導體而言的，也是對應于同一狀態的.課堂演練完成本課時對應課堂練習.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.而電風扇所在的電路，電流工作時，消耗的電能只有一部分轉化為熱能，大部分轉化為機械能，這樣的電路為非純電阻電路.消耗的電能W與產生的電熱Q之間的關系：（1）純電阻電路中，消耗的電能W等于產生的電熱Q；（2）非純電阻電路中，消耗的電能W大于產生的電熱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.學生討論后回答.教師總結：額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，單位時間內產生的熱量越多.因為燈泡的電路是純電阻電路，所以有Q=W=Pt=，當電壓一定時，電阻越小，相同時間內產生的熱量越多.而用焦耳定律比較兩個電阻在單位時間內產生的熱量的多少時，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，教師應注意強調公式適用的條件，而不能片面地利用數學知識去討論.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，產生的熱量越多.例題（多媒體展示）冬天，王剛同學使用電熱毯時發現電熱毯有高溫擋和低溫擋，于是他設計了電熱毯的模擬電路圖甲和圖乙（電熱絲相當于電熱毯內部發熱電阻）.（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擋，開關S1、S2應處于什么狀態？并寫出低溫擋時電熱毯發熱電功率的表達式.（2）圖乙中有兩根電熱絲R2、R3，請說明要使電熱毯處于高溫擋，開關S1、S2應處于什么狀態？并寫出高溫擋時電熱毯發熱電功率的表達式.（3）請指出你認為其中較好的電路，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.在串聯電路中，電流相等，一般選用公式P=I2R；在并聯電路中，電壓相等，一般選用公式P=U2/R.課堂演練完成本課時對應課堂練習.【教師結束語】本節課我們學習了電熱產生的原因，影響電熱產生多少的因素，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系時，一定要強調其條件，是在什么量不變的情況下才有這樣的關系，使自己的敘述更加嚴密.課后作業完成本課時對應課后練習.1.本節課的設計要體現從生活走向物理，從物理走向社會的基本理念，注重科學的探究，激發學生的學習興趣，培養良好的思維習慣.2.根據學生實際和課程標準的要求進行設計，通過學生的觀察和生活經驗，提出問題，進行分析，共同歸納總結.教學中應該充分地相信學生，給學生活動的空間，真正的讓學生成為學習的主人，在實驗的過程中學生也可能提出許多問題.教學中一定要發揮學生的主體作用，尤其是在大力提倡科學探究的今天.在教學過程中要讓學生參與討論，充分調動學生學習的積極性與思維分析能力，培養學生解決問題的能力，并將所學到的知識與實際相聯系，使學生達到學以致用.3.這是一節實驗應用課，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，所以該課的內容多，需要教師及時轉換的角色也多.（1）實驗的猜想既要注意挖掘學生的不同觀點，又要將這些觀點注意引導到我們所要探究的因素上.（2）對實驗的設計要放