6.3 焦耳定律教学设计 2024-2025学年教科版物理九年级上册物理

第六章 电功率 6.3 焦耳定律 教学目标: 1.物理观念: 知道电流的热效应;了解焦耳定律,能用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象。有安全用电和节约用电意识。 2.科学思维: 通过电热的利用和防止知识的学习,认识到科学也是辩证的统一。 3.科学探究: 通过实验探究电流的热效应跟电流大小的关系,学习控制变量法,经历探究的过程。 4.科学态度与责任: 通过探究电流的热效应跟电阻、电流大小的关系,认识科学探究的重要性。使学生体会到物理与生活生产的紧密联系,培养学生将物理知识主动应用于生产生活的意识。 教学重点:焦耳定律及应用 教学难点:探究电流的热效应与电阻的关系 教学课时:1课时 教学用具:多媒体、不同阻值的电热丝、相同阻值的电热丝、滑动变阻器、电源、开关、导线。 教学互动设计: 1、 创设情景,导入新课 电流通过灯丝时,电能转化为内能,灯丝变得灼热而发光。电能转化为内能。 二、新课讲授,师生互动 电流通过灯泡的灯丝时,灯丝变得灼热而发光,这种电能转化为内能的现象叫做电流的热效应(heating effect)。 动手做 自制灯泡 如图所示,将钉子垂直穿过橡皮盖,选一条金属丝,两端分别绕在钉子的尖端,装好后放入玻璃瓶内。钉子之间的细金属丝就如同电灯泡的灯丝。 钉子之间的细金属丝就如同电灯泡的灯丝。当电流通过时,金属丝迅速发热并变红,当很快就烧掉了。换用不同材质、不同粗细、不同长度的金属丝,接通电源,观察现象。在这短暂的时间内,你经历了发明家爱迪生发明灯泡的过程。 (1) 电流的热效应与什么因素有关 生甲:我发现亮度不同的灯泡,灯丝的粗细不同。 生乙:长度相同,粗细不同的灯泡,电阻不同。 生丙:看来灯泡的热效应跟灯丝的电阻有关。 制定计划与设计实验:自制3个如图所示的“灯泡”,其内金属丝分别选用电阻值相同的镍铬合金丝2条和电阻值不同的镍铬合金丝1条。瓶盖中间打一孔,插入带有红色液柱的玻璃管,给金属丝通电,观察玻璃管中红色液柱的上升情况,就可以比较电流通过镍铬合金丝产生的热量。 取三个“灯泡”的电阻为R1、R2和R1,我们分两步进行实验: 1.串联电路各处电流相等。将R1和R2串联,观察电流相同时,产生的热量与电阻大小的关系。 实验现象:串联时,电阻大的液柱上升快。 实验表明:在相同时间内,电流相同时,电阻较大比电阻较小的导体产生的热量多。 2. 将R1和变阻器串联,再与R1并联接入电路,观察电阻相同时,产生的热量与电流大小的关系。 现象:电阻相同时,电流大的液柱上升快。 实验表明:在相同时间内,电阻相同时,电流较大比电流较小的导体产生的热量多。 实验表明:在相同时间内,电流相同时,电阻较大比电阻较小的导体产生的热量多;电阻相同时,电流较大比电流较小的导体产生的热量多。 从能量角度来说,电能转化为内能的过程,是用电器消耗电能做功的过程。所以,我们可以利用电功关系进行理论探究。 理性探究:热效应与电阻的关系 如图所示,将R1和R2串联,接在电源上,通过它们的电流应该是相等的。通电一段时间后,对这两端镍铬合金丝产生的热量就是电流所做的功。 即Q=W 电流所做的功W=UIt, 根据欧姆定律导体两端电压U=IR,所以Q=W=UIt=IR It=I2Rt, 即电热Q=I2Rt。 (二)焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量实验于1840年最先精确地确定了电流通过导体产生的热量(电热)与电阻、电流、通电时间的关系。 电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。这个规律叫做焦耳定律(Joule law)。 公式表述:Q=I2Rt。 热量Q的单位:J 电流I的单位:A 电阻R的单位: 时间t的单位:s 焦耳(1818-1889)英国物理学家,用40多年时间做了400多次试验,研究热与功的关系,得出焦耳定律。 (三)电流的热效应的利用与危害 在生活和生产中,许多地方要利用电热。根据电流的热效应,人们制造出电烤箱、电熨斗、电烙铁、白炽电灯等电器。电流还用于熔化和焊接金属。 防止电热危害。有很多情况下,我们并不希望导体的温度过高,要设法减少电热。例如在电路中,由于导线有电阻,也要产生热量,容易使导线的绝缘外皮迅速老化,甚至可能烧坏,这就需要考虑如何减少产生的热量。焦耳定律是我们解决这些问题的理论依据。 例题 标有“220V 880 W”电热水器,正常工作时,通过它的电流是多少?电阻是多少?通