第三节 焦耳定律（表格式教学设计）物理新教材鲁科版（五四学制）九年级下册

该初中物理教学设计聚焦“焦耳定律”核心知识点，以“电暖气电热丝发红而导线不发热”问题导入，衔接欧姆定律与电功知识，构建电能转化为内能的定量关系，形成前后连贯的学习支架。 以实验探究为特色，采用控制变量法和转换法（U形管液面高度差反映热量）探究电热与电流、电阻、时间的关系，例题区分纯电阻与非纯电阻电路（如电风扇和电热毯对比），落实科学思维与科学探究素养，提升学生实验分析与实际问题解决能力，为教师提供清晰教学路径和实用教学资源。

第三节 焦耳定律（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第三节 焦耳定律 教学目标 物理观念 理解电流的热效应概念；掌握焦耳定律内容及表达式，知道其适用条件。 科学思维 通过分析电流热效应与电阻、电流关系的实验结论，培养逻辑思维能力；能运用焦耳定律公式解决简单实际问题。 科学探究 经历探究电热与电阻、电流关系的实验过程，学会控制变量法；能通过观察U形管液面变化分析实验现象，提升归纳总结能力。 科学态度 与责任 养成严谨认真的科学态度，认识电流热效应在生活中的应用与危害，增强合理利用和防范电热的意识。 教材分析 本节以电流的热效应为核心，衔接欧姆定律与电功知识，构建电能转化为内能的定量关系，体现能量转化与守恒思想，发展科学推理和实验探究素养。内容围绕焦耳定律表达式展开，通过对比实验揭示热量与电流、电阻的关系，采用U形管液面变化反映热量差异，体现转换法思想。重点是理解电流热效应规律及焦耳定律的应用，难点在于串并联电路中热量比较与实际问题辨析，如额定功率与电阻关系的表观矛盾。教学应以问题驱动，结合演示实验引导学生观察、分析，通过例题强化公式在不同电路中的应用。学习活动突出实验观察与逻辑推理，目标定位为掌握电热影响因素、理解定律内涵并能解决简单实际问题，最终达成对电能转化过程的定量认知与科学思维发展的双重目标。 学情分析 学生此前已学过电流、电阻、电压、欧姆定律及电功等知识，具备电路分析基础。初中阶段学生抽象思维逐步发展，对实验探究兴趣较高，但处理多变量关系及公式推导能力有限，易混淆不同电路条件下热量计算方式。教材重点是焦耳定律的理解及应用，难点在于控制变量法的实验分析、公式推导过程及不同电路（串联/并联）中电热影响因素的比较，要求学生能通过实验现象总结规律，掌握公式Q=I²Rt及变式应用，区分纯电阻与非纯电阻电路中电能转化差异，并解释生活中的电热现象。 教学重点 通过实验观察，理解电流通过导体产生热量的影响因素（电流、电阻、时间）；结合焦耳定律公式，掌握计算电流产生热量的方法。 教学难点 焦耳定律的理解及应用。 教学准备 学生电源、电流表1个、导线若干、滑动变阻器一个、导线若干、开关、各种电热器、焦耳定律演示器等。 教学过程 导入新课 看一看 想一想 电暖气工作时，电热丝通过导线接到电路里，为什么电热丝热得发红，而导线却几乎不发热? 本节课将学习相关内容。 学习新课 一、电流的热效应 【做一做】寻找以下用电器的共同特点： 这用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。 1.定义： 电流通过导体时，把电能转化为内能的现象。 2.电热器： 利用电流热效应工作的设备。 3.实验：探究电流通过导体时产生热量多少与什么因素有关？ 【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 【猜想及假设】 可能与通过导体的电流、导体的电阻以及通电时间有关。 （你能说出你的猜想依据吗？） 【设计实验】 在透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。 我们可以给电阻丝通电，并加热空气，通过U型管液面高度差比较电流产生的热量 【实验方法】 （1）控制变量法： 在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。 （2）转换法： 实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。。 【实验器材及装置图】 【实验步骤】 （1）探究通电导体产生的热量与通电时间的关系： 等量空气、控制电流I、电阻R不变，改变通电时间t。 实验结论： 在电阻与电流相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多。 （2）探究通电导体产生的热量与电流的关系： 等量空气、控制通电时间、电阻R不变，改变电流大小。 实验结论： 在电阻与通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多。 （3）探究通电导体产生的热量与电阻的关系： 等量空气、控制电流I、通电时间不变，改变电阻大小。 实验结论： 在电流与通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多。 【实验结论】 电流通过导体时产生热量多少与电流大小、通电时间及电阻大小有关。 在相同条件下，电流越大、通电时间越长、电阻越大电流产生的热量越多。 【例题1】如图是小明设计的“探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。 (1)实验中，通过观察 来比较电流通过导体产生热量的多少。 (2)若观察甲、乙两实验装置，可以得出结论：在电流和通电时间相同时，电阻越 ，产生的热量越多。 (3)若观察乙、丙两实验装置，这是在探究电流通过导体产生热量的多少与 的关系。 (4)观察甲、丙两实验装置，可知 （选填“电流”或“电阻”）对电热的影响更大。 【答案】(1)U形管内液面的高度差 (2)大 (3)电流 (4)电流 【详解】（1）如图所示实验装置，容器内密封等质量的空气，电热丝产生热量越多，U形管内的液面高度差越大，故通过观察U形管液面高度差来比较电流通过电阻产生电热的多少。 （2）甲、乙两实验装置，两电阻丝串联在电路中，通电时间和电流相同，而，乙中U形管液面的高度差大，则根据转换法，故结论为：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。 （3）若观察乙、丙两实验装置可知，和并联后再与R2串联，根据串联和并联电路电流的规律，通过电阻的电流大于通过电阻R3的电流，而通电时间相同，，根据控制变量法，这是在探究电流通过导体产生热量多少与电流的关系。 （4）观察甲、丙两实验装置可知，甲图容器内的电阻阻值是丙图容器中电阻阻值的一半；根据并联电路各支路电压相等及欧姆定律可知，通过和的电流相等，根据串联和并联电路电流的规律，通过的电流是通过电流的2倍，而甲中U形管液面的高度差要大于丙中U形管的液面的高度差，则电阻丝产生的热量更多，这表明电流对电热的影响更大。 学习新课 二、焦耳定律 英国物理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系，即焦耳定律。 1.定律内容： 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。 2.定律公式： Q=I2Rt (适用于所有电路) 变形公式：已知其中3个物理量，就可以求第4个量。 3.定律单位： I 表示电流，单位是安培（A） R 表示电阻，单位是欧姆（Ω） t 表示时间，单位是秒（s） Q表示热量，单位是焦耳（J） 1焦耳=1安2×1欧×1秒 4.物理名人： 焦耳（1818—1889），出生于英国曼彻斯特，物理学家。他发现了热和功之间的转换关系以及焦耳定律。 5. 推导焦耳定律：   若电流做的功全部用来产生热量， 即 Q = W  因为电功 W = UIt   根据欧姆定律 U = IR 所以 Q = W = UIt = I2Rt 可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。 6.电功与电热的区别： （1）电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，也表示有多少电能转化为其他形式的能。 （2）电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。 若电流做的功全部用来产生热量， 即 Q = W 。 【例题2】一根60 Ω的电阻丝接在36 V的电源两端，在5 min内共产生多少热量？ 【解析】先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流。 I=U/R=36V/60 Ω=0.6A 再用焦耳定律公式计算电流产生的热量： Q=I2Rt=(0.6A)2×60 Ω×5×60s=6480J 【例题3】将规格都是“220V 100W”的一台电风扇和一床电热毯，接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（ B ） A. 电风扇产生的热量多 B. 电热毯产生的热量多 C. 二者产生的热量一样多  D. 无法比较二者产生的热量 【解析】接在家庭电路中，电压U=220V，二个用电器的实际功率：P实= P额= 100W 相同； 电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生的热量很小；电热毯工作时电热丝把电能全部转化为内能，所以产生热量最多的是电热毯。 故选B。 【例题4】某电动机上标有“220V 2A”，它的线圈电阻为5Ω，当它正常工作1min后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？ 【解析】消耗的电能为：W总=UIt=220V×2A×60s=26400J 线圈中产生的热量为：Q=I2Rt=(2A)2×5 Ω×60s=120J 得到的机械能为：W机=W总－Q=26400J－120J=25200J 学习新课 三、电热的利用与防止 1. 电热的利用 生活中和许多产业中都要用到电热。家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器，都是利用电热的例子。电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。 2. 电热的防止 电流的热量有时是有害的，应该及时解决。 ①例如我们的电脑在工作时，电路元件发热，温度升高，会影响到电脑的稳定性，甚至烧坏电脑CPU。人们常常采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。 ②电视机散热方法：在后盖开有很多孔，为了通风散热。 ③投影仪的散热方法：除在侧壁开孔外，内部还装有电风扇，工作时电风扇转动把热量吹到机器外面，可以降低灯泡、机器内部元件的温度。 【例题5】（25-26九年级上·全国·课后作业）下列情况属于防止电热危害的是（　　） A．冬天用电暖器取暖 B．电脑机箱内装有小风扇 C．家用电器长时间不用，要隔一段时间通一次电 D．电动机外壳上有散热片 【答案】BD 【详解】A．冬天用电暖器取暖属于利用了电流的热效应，不属于防止电热危害，故A不符合题意； B．电流通过电脑内部的电路元件产生大量的热，容易烧坏电路元件，所以在电脑机箱内装有小风扇散热，属于防止电热危害，故B符合题意； C．家用电器长时间不用，要隔一段时间通一次电是为了防止家电受潮，属于利用电热，故C不符合题意； D．电动机工作时会产生大量的热，温度过高容易烧坏电动机，因此电动机外壳上有散热片，属于防止电热危害，故D符合题意。 故选BD。 板 书 设 计 第三节 焦耳定律 · 定义：电流通过导体时电能转化为内能的现象 · 影响因素： 电阻：电流和通电时间相同时，电阻越大，产生热量越多 电流：电阻和通电时间相同时，电流越大，产生热量越多 通电时间：电流和电阻相同时，时间越长，产生热量越多 焦耳定律 · 公式：Q=I2RtQ=I2Rt（热量与电流平方、电阻、时间成正比） · 适用条件：电能全部转化为内能时，Q=W=UItQ=W=UIt 电热应用与防止 · 应用：电热水器、电饭锅等利用电热 · 防止：电子设备需散热（如风扇、散热片）避免温度过高 课 堂 小 结 课 后 作 业 1.完成课本P17中的1-5小题。 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $