第十六章 电流做功与电功率 第四节 科学探究：电流的热效应（配套教参）-【名校培优课堂】2023-2024学年九年级上册物理同步教案（沪科版）

第四节 科学探究：电流的热效应 设计说明 本节主要内容有：探究通电导体放出的热量与哪些因素有关，焦耳定律及其公式，电流热效应的应用与控制。本节是在前面学习了电能、电功的基础上，研究电能转化为内能的定量关系，探究并了解焦耳定律，了解电流热效应的应用与控制。焦耳定律是能量守恒定律在电热转换中的体现，是物理学中的重要规律，是解决电热问题的主要理论依据，在生产和生活中有许多应用。 教学时要以焦耳定律为核心，以“探究—规律—应用”为主线，让学生经历探究通电导体放出的热量与哪些因素有关的实验过程，学习焦耳定律的内容和公式，了解电热效应在实际中的应用与控制，即让学生较为系统地认识焦耳定律这一科学规律的来龙去脉。教学中不仅让学生学习焦耳定律的内容和公式，而且注重科学探究过程，注重物理知识与生产、生活的联系，从知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三个方面全面落实课程目标。 教学目标 【知识与技能】 1.了解焦耳定律，用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象。 2.知道电流的热效应及其在实际中的应用与控制。 【过程与方法】 通过实验，探究通电导体放出的热量与哪些因素有关。在设计实验的过程中运用控制变量法和转换法。 【情感、态度和价值观】 通过学习焦耳定律，意识到各种自然现象(如电和热)之间存在联系，并辩证地看待电流热效应在生活中的利与弊。 重点难点 教学重点 焦耳定律的内容及实验探究过程。 教学难点 探究通电导体放出的热量与哪些因素有关的实验设计。 教学方法 实验探究、观察、讨论和分析相结合的教学方法。 教具、学具 多媒体课件、学生电源(输出电流大于)、开关、煤油、电阻不同的电阻丝、温度计2只等。 授课时数 1课时 教学过程 导入新课 讲授新课 一、通电导体放出的热量跟哪些因素有关 多媒体课件展示：电熨斗、电烤箱、电炉等。 【交流总结】电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。 【提出问题】电流的热效应与哪些因素有关？ 【思考】1.浴霸灯泡和电线串联在电路中，电流相同，灯泡下面非常热，电线却不怎么热，这是为什么？（电阻不同） 2.如果将小功率的浴霸灯泡换成大功率的浴霸灯泡，灯泡下面更热，这又是为什么？（电流不同） 3.浴霸灯泡通电的时间更长，会产生更多的热量，这说明了什么？（时间不同） 【猜想】影响电热大小的因素——导体的电阻、导体的电流、通电时间等。 【思考】我们应该采用什么样的研究方法？ 【交流总结】控制变量法 活动：探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关。 设计实验：用电阻丝给瓶内等质量的煤油加热，观察温度计示数，进而比较电热的多少。 【教师点拨】由于电流通过用电器所产生热量的大小不易直接进行观察比较，实验中将通过煤油温度的变化来比较产生热量的多少。即运用了转换法。 【演示实验】 （1）电流产生的热量与通电时间的关系 在烧瓶内装有煤油，在里边放上电阻丝，盖紧瓶盖，在瓶塞上插上温度计，将两个相同的电阻并联起来，一个通电时间长一点，一个短一点，发现时间越长，温度计的示数越高。 结论：在电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多。 （2）电流产生的热量与电流的关系 一个电阻与串联，再将相同的电阻并联起来，加热相同的时间，观察温度计的示数，发现只有电阻的温度计示数升高得较快。 结论：在通电时间和电阻相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多。 （3）电流产生的热量与电阻的关系 将电阻不同的两个电阻串联起来，加热相同的时间，观察到电阻大的温度计示数升高得高。 结论：在通电时间和电流相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多。 二、焦耳定律 1.内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 【教师点拨】“电流产生的热量与电流的平方成正比”的含义是：当时，。 2.公式： 3.单位：——安，——欧，——秒，——焦。 4.说明：焦耳定律是从实验中总结出来的规律，它适用于任何情况下的电热的计算。 【小资料】焦耳（J.P.Joule，1818—1889），英国物理学家。他用近年的时间做了多次实验，研究热和功的关系。通过大量的实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。 【拓展】理论推导 焦耳定律是焦耳在大量实验基础上归纳总结得出来的规律，还需要理论上的支持，我们能不能通过理论来推导出焦耳定律的数学表达式呢？学生讨论推导。 在一定的条件下，根据电功公式和欧姆定律公式推导出公式。如果电流通过导体时，其电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，也就是电流所做的功全部用来产生热量。那么，电流产生的热量就等于电流做的功，即，根据欧姆定律推导得出。 通过理论推导，同样得出了焦耳定律的数学表达式，达到理论和实践的完美统一。 【问题回扣】