PAGEPAGE1第4節焦耳定律

教學目標

【學問與技能】1.知道電流熱效應的現象及能量的轉化。2.通過探究影響電流熱效應的因素,理解焦耳定律的內容,能夠利用焦耳定律公式進行簡潔的計算。3.會利用焦耳定律說明一些生活中簡潔現象。4.舉例說誕生活中利用電熱的實例,了解電熱的危害和防治方法。【過程與方法】通過試驗探究,培育學生的試驗探究的實力和理論分析的實力,體會運用限制變量法和轉換法進行試驗。【情感·看法·價值觀】會說明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。

教學重難點

【教學重點】焦耳定律、電流熱效應的應用、電熱的計算。【教學難點】電熱大小的影響因素的猜想和試驗設計。

教學過程

一、新課導入2024年的第一場大雪之后,一些地方的電線上結了厚厚的冰,給人們的生活帶來了很多不便,也造成肯定的經濟損失。為此,科技人員探討出“直流融冰”技術,使冰熔化,避開了巨大的經濟損失。你知道這種融冰技術的原理嗎?二、教學步驟探究點1電流的熱效應[閱讀課本]P99“生活中……通過一個電阻的電流越大,這個電阻產生的熱量越多。”[思索]電飯鍋通電后發熱用來煮飯,手機長時間運用也會發熱,你還能列舉哪些用電器通電后發熱的例子?[提示]電水壺通電后會發熱,電動機工作時會發熱,電腦工作時會發熱等。[歸納提升]電流通過導體時電能轉化成內能,這種現象叫做電流的熱效應。[思索]導線和電爐絲串聯接入電路中,為什么電爐絲熱得發紅而導線并不是很熱?產生這種現象的影響因素有哪些?[提示]電熱的大小可能與導體的電阻有關。[思索]當電路短路時,為什么會發熱燒毀導線呢?[提示]電熱的大小可能與電流的大小有關,電路短路時,電流很大,所以會發熱燒毀導線。[思索]為什么手機用時間久了才會感覺到發熱呢?[提示]電熱的大小可能與通電的時間有關。[思索]閱讀P99“圖18.4—2”這個試驗設計限制了哪些物理量相同,變更了哪個物理量呢?[提示]兩電阻絲串聯,限制了電流和通電時間相同,變更的是電阻大小。[思索]該試驗是如何比較兩個導體產生的熱量?采納的是什么方法?[提示]通過比較U形管中液面高度的變更來比較導體產生熱量的多少。U形管液面高度的變更反映了密閉容器中空氣溫度的變更,即電阻絲產生熱量的多少。試驗采納的是“轉換法”。[思索]這一試驗現象說明白什么?[小結論]在電流相同、通電時間相同的狀況下,電阻越大,這個電阻產生的熱量越多。[思索]閱讀P100“圖18.4—3”右邊電阻絲上為什么要再并聯一根電阻絲?[提示]兩個電阻絲的阻值相同,右邊的電阻絲并上一個相同的電阻絲后,通過該電阻絲的電流變小了,這樣設計的目的是變更通過右邊電阻絲的電流。這個試驗設計是探究產生的熱量與電流的關系。[思索]哪邊液面差明顯?是電流大的還是電流小的產生的熱量多?可以得到什么結論?[提示]通過右邊的電阻絲的電流小,液面低,說明右邊產生的熱量少。[小結論]在電阻相同、通電時間相同的狀況下,通過一個電阻的電流越大,這個電阻產生的熱量越多。[思索]如何探究產生熱量的多少與通電時間的關系呢?[提示]電路中只接入一根電阻絲,第一次通電5s,其次次通電20s,視察U形管中液面的變更狀況。[小結論]在電阻相同、通過電阻的電流相同的狀況下,通電時間越長,這個電阻產生的熱量越多。[歸納提升]當電流通過導體時,電流越大、電阻越大、通電時間越長,產生的熱量越多。[習題]如圖是“探究電流通過導體產生的熱量與導體電阻間關系”的試驗裝置,兩個透亮容器中封閉著等量的空氣,電路正確連接后,通電進行試驗的過程中,下列說法正確的是()A.左邊容器電阻絲中的電流比右邊容器電阻絲中的電流大B.U形管中液面高度的變更反映電阻絲產生熱量的多少C.要保持兩個電阻絲兩端電壓相等D.通電時間相同,兩個容器中空氣汲取的熱量相同[分析]兩個阻值不同的電阻絲串聯,通過電阻絲的電流相同,即左邊容器電阻絲中的電流等于右邊容器電阻絲中的電流;由試驗裝置可知,電流通過導體產生熱量使容器中的空氣受熱膨脹,從而導致U形管中的液面發生變更,雖然產生熱量的多少不能干脆視察,但可以通過U形管液面高度差的變更來推斷;此裝置用來探究電流產生的熱量與電阻的關系,故須要保持兩個電阻絲兩端電流相等;兩電阻絲串聯,電流相同,依據Q=I2Rt可知,由于圖中右邊容器的電阻絲阻值較大,在相同時間內,電流在右側容器中產生的熱量較多,B管液面上升得高。[答案]B探究點2焦耳定律[閱讀課本]P100“英國的物理學家焦耳……與焦耳定律一樣。”[思索]焦耳定律的內容是什么?[提示]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。假如熱量用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。[思索]你能用前面所學的學問推導出焦耳定律嗎?[提示]電流通過導體時,假如所做的功全部轉化為內能,即W=Q,由W=UIt,將U=IR代入,可得Q=I2Rt[思索]電吹風工作時,消耗了1000J的電能,電流在電阻線上產生的熱量等于1000J嗎?[提示]電吹風工作時把電能轉化為內能,還有一部分轉化為動能。電吹風不是一個純電阻用電器,消耗的電熱大于產生的電熱,所以產生的熱量小于1000J。[歸納提升]電流通過導體時,假如電能全部轉化為內能,而沒有同時轉化為其他形式能量,那么,電流產生的熱量Q和消耗的電能W的關系是Q=W,這樣的電路稱為純電阻電路。例如電爐、電飯鍋、電熱水器、電烤箱、電熱水壺等;像電動機、電視機等消耗的電能除轉化為內能外還轉化為其他形式的能,這樣的電路稱為非純電阻電路,計算非純電阻電路產生的熱量只能用公式Q=I2Rt。[習題]電視機、電動機、電暖氣都標有“220V200W”,把它們并聯在220V的電壓下,則相同時間內產生熱量最多的是?為什么?[分析]由W=Pt可知,三個用電器消耗的電能一樣多。電視機:W=Q+E光;電動機:W=Q+Ek;電暖氣:W=Q,所以相同時間內電暖氣產生的熱量多。[答案]電暖氣產生的熱量最多[閱讀課本]P101“原來……而導線卻不熱。”[思索]當電爐絲A和導線B通過的電流相同時,為什么電爐絲熱的發紅,而導線卻幾乎不發熱?[提示]導線的電阻很小,而電爐絲的電阻很大,由焦耳定律Q=I2Rt可知,在相同時間內電流相同時,電阻越大、熱量越多,因此電爐熱得發紅,而導線卻不熱。[思索]你知道“直流融冰”技術的原理嗎?[提示]“直流融冰”一般會在輸電線路中輸入3000A左右的大電流,當電阻、通電時間肯定時,電流越大,產生的熱量越多,產生的熱量可以把電線上的冰全部熔化。[思索]P101“想想議議”[提示]這兩種狀況下有不同的變量,前者是在電壓肯定時,電阻越小,電流越大,電熱與電流是二次方的關系,所以電流對電熱影響較大。后者的前提是在電流肯定時,電阻越大,電熱越多。[習題]一根60Ω的電阻絲接在36V的電源上,在5min內共產生多少熱量?[分析]通過電阻絲的電流為I=UR電流產生的熱量為Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×5×60s=6480J[答案]6480J探究點3電熱的利用和防止[閱讀課本]P101“電熱的利用和防止”[思索]電熱對我們是有利還是有害的?[提示]既有利又有害,電飯鍋、電水壺等電熱是有利的;手機、電腦等電熱是有害的。[思索]生活中電熱器件有哪些優點?[提示]具有清潔衛生、無污染、效率高、便于調整溫度等優點。[思索]我們如何防止電熱帶來的危害?[提示]電視機的后蓋有很多孔,就是為了通風散熱,運用時肯定要把防塵布罩拿開;電腦里安裝了微型風扇剛好散熱等。[歸納提升]電熱器的優點:清潔衛生、效率高、便利調溫;防止電熱措施:設法散熱、加散熱窗、加風扇。[習題]下列各種方法和措施中,不是為了防止電熱危害的是()A.電腦機箱中安有電風扇B.燥熱夏天,連續長時間工作的電視機要停用一會兒C.天氣潮濕時,長期不用的電器隔一段時間要通一次電D.電視機的后蓋上有很多散熱孔[分析]電腦機箱中安有電風扇,是為了加快空氣流淌速度,加快散熱,使電腦內產生的熱量能剛好散出,屬于防止電熱危害;燥熱夏天,連續長時間工作的電視機要停用一會兒,是為了防止產生過多的熱量,影響電視機的正常運用,屬于防止電熱危害;天氣潮濕時,長期不用的電器隔一段時間要通一次電,是利用電熱來防潮,屬于利用電熱的例子;電視機的后蓋上有很多散熱孔,是為了把各電器元件產生的熱量剛好散出,屬于防止電熱危害。[答案]C三、板書設計第4節焦耳定律1.電流的熱效應電能轉化為內能2.影響電流產生熱量的因素(1)電流的大小(2)電阻的大小(3)通電時間3.焦