16.4科学探究：电流的热效应 教学设计-2023-2024学年沪科版九年级物理全一册

第十六章第4节 科学探究：电流的热效应教学设计 教学目标 【物理观念】 能理解电流热效应；会利用焦耳定律进行相关计算；理解电功和电热的区别，学会把物理理论与生活实践相结合并用来解决生活中的问题。 【科学思维】 结合生活实际认识电流热效应在生产生活中的应用，理解焦耳定律，并能从能量角度理解电流做功和电流产生热量的区别和联系。 【科学探究】 从生活中的现象着手猜想电流产生热量与什么因素有关，能熟练运用控制变量法、转换法设计实验，从而进一步理解焦耳定律。 【科学态度与责任】 联系生活实际认识电流热效应，培养学生的科学素质以形成科学观念，感受科学就在我们的生活中。 教学内容 教学重点： 1.知道电流热效应并理解电流产生热量的多少与什么因素有关 2.理解并会运用焦耳定律 教学难点： 1. 理解并会利用公式计算电热 2. 理解电功和电热的区别，并能在纯电阻和非纯电阻电路中进行正确的计算 教学过程 新课导入： 提出问题：利用电池和口香糖能否取火？ 能，口香糖纸是锡箔纸，可以导电，连接电池两端时电流通过会起火燃烧。 生活中利用电流通过导体时会产生热量的例子还有很多，如电热水器，电水壶，电炉，电暖气等。 新课教学： 一：电流热效应： 这些电器在使用的过程中内部的金属丝电阻会发红，靠近会感觉到发热。 这种电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。 我们发现使用过程中有些用电器产热多有些用电器产热少，那么，电流产生热量的多少与哪些因素有关呢？ 二：电流产生热量的影响因素 1、联系实际生活中的现象，哪些因素会影响电流产生热量呢？ 电暖器要通电一段时间之后才暖和——可能与通电时间有关 电暖器在不同的档位不一样热——功率不同但电压相同，可能与电流大小有关 电暖器灯丝部分很热，导线却几乎不热——可能与电阻大小有关 总结：猜想：电流流产生的热量Q与通电时间t、电流大小I和电阻R有关。 2、电流通过导体产热,其中所产生的热量既看不见也摸不着，实验中怎么测量电流产生热量的多少？ 关于热量我们学过公式Q=cm∆t，可以通过转换法转换成能测量的物理量。 使用煤油瓶，让电流产生的热量被煤油吸收，煤油温度升高，若使用等量的煤油，只需通过比较它们的温度变化量即可比较电流产生的热量的多少。 但煤油加热后升温较慢，我们将实验设施改进，改为加热空气。 贮气盒内空气受热后温度升高，体积膨胀，压强变大，挤压U型管中与贮气盒相连一侧液面，从而使U型管中液面形成高度差。 电流通过贮气盒内电阻时放出的热量越多，贮气盒内温度上升越明显。U型管内液面高度差越大。 3、多个因素影响电热，实验中应如何处理？ 使用控制变量法。 控制电阻R、电流I相同:研究时间t变化→对电热Q的影响 控制电阻R、时间t相同:研究电流I变化→对电热Q的影响 控制电流I、时间t相同:研究电阻R变化→ 对电热Q的影响 4、如何改变时间、电流、电阻？ 时间通过开关配合秒表改变。 电流通过移动滑动变阻器滑片改变，并配合电流表测量电流大小。 电阻通过改变使用贮气盒中电阻连接，单个电阻为5Ω，若右侧两个电阻串联时则为10Ω。 所以需要的实验器材有： 电源、导线、开关、秒表、焦耳定律演示仪电流表、滑动变阻器 5、进行实验 （1）电流产生的热量与通电时间关系 设计实验电路图，并连接实物，保持电阻、电流不变，改变通电时间，观察玻璃管中液面高度差。 得出结论：电阻相同，电流大小不变的情况下，通电时间越长，贮气盒内空气的温度越高，表明电流产生的热量越多 （2）电流产生的热量与电流大小关系 使用电路图同（1）。 保持通电时间、电阻不变，调节滑动变阻器，改变通电电流，观察玻璃管中液面高度差。 得出结论：电阻相同，通电时间相同的情况下，通电电流越大，贮气盒内空气的温度越高，表明电流产生的热量越多。 （3）电流产生的热量与电阻大小关系 如何设计实验电路能较简单控制电流、通电时间都相同？通过串联电路的性质，将两个电阻串联起来，电流相同，观察玻璃管中液面高度差。 得出结论：在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，贮气盒内空气的温度越高，表明电阻越大，电流产生的热量越多。 三：焦耳定律 1、1840年，英国物理学家焦耳做了大量实验最终发现： 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，跟通电的时间成正比。 为了纪念焦耳，这一规律被称为焦耳定律。 公式：Q=I2Rt 其中：热量单位J，电流单位A，电阻单位Ω，时间s 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。 生活中利用电热的例子很多，电孵化器，电烙铁，电水壶，电取暖器等。 利用刚学习的知识，解释为什么通电之后电暖器很快热得发光，电线的发热却觉察不出来？ 导线和电热丝是串联的。 电暖器内电热丝电阻很大（几十—几百欧）但导线