15.4 焦耳定律 教案 2026-2027学年物理沪粤版九年级上册

该教案聚焦“焦耳定律”核心知识点，通过生活故事（小刚看电视）导入电流热效应，衔接实验探究（控制变量法、转换法）分析电热与电阻、电流、时间的关系，进而推导焦耳定律公式及应用，构建完整知识链。 以科学探究为核心，设计煤油升温法、U形管液面差法实验，渗透控制变量与转换思想培养科学思维，结合电热水器、电视机散热等实例体现物理观念，助力学生提升探究能力与科学态度，为教师提供清晰教学流程与重难点突破方案。

15.4 焦耳定律 教案 基本信息 章 节：第15章 电能与电功率 课 题：15.4 焦耳定律 核心素养：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任 核心素养目标 1. 知道电流的热效应及其在实际中的应用。 2. 知道什么是焦耳定律。 3. 通过实验，探究通电导体产生的热量与哪些因素有关。 4. 知道电流热效应的应用与控制。 教学重难点 教学重点 1. 电流的热效应及其影响因素。 2. 焦耳定律的内容、公式及应用。 3. 电流热效应的应用与控制。 教学难点 1. 实验探究中控制变量法和转换法的应用。 2. 焦耳定律公式的理解和应用。 3. 区分Q=W的适用条件（纯电阻电路）。 教学方法 实验探究法、讲授法、讨论法、对比分析法 教学过程 一、情境导入 故事导入：上周六，小刚同学的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。当爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。可是，后来发现小刚说了谎。 提问：小刚的爸爸是根据什么道理判定的呢？ 答案：用手摸一下电视机后盖。如果电视机后盖是热的，说明刚看过电视。 启示：生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。这就是我们今天要学习的“电流的热效应”。 【教师活动】引导学生理解一、情境导入的相关知识。通过提问、演示和讲解，帮助学生掌握核心概念。 【学生活动】认真听讲，积极思考，参与讨论和实验操作。记录关键知识点，完成课堂练习。 【设计意图】通过生活故事引入，激发学生兴趣，让学生感受到物理与生活的密切联系。 【知识拓展】焦耳定律是电学中的重要定律，在工业生产、家用电器设计中有广泛应用。例如：电热水器的发热管设计需要考虑电阻值和功率匹配；电路保护装置的熔断丝也是基于电流热效应原理工作的。 二、知识点一：电流的热效应 【1. 电流的热效应】 定义：电流流过导体时，导体就要发热，这种现象叫做电流的热效应。 现象：电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？ 问题：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？ 猜想：与电阻、电流、时间有关。 【2. 实验设计思路】 讨论1：当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？ 答：控制变量法。 讨论2：用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？ 答：转换法。 电热→液体吸热，观察升高的温度； 电热→气体（或液体）受热膨胀，观察膨胀的多少。 【3. 实验方案一：煤油升温法】 原理：利用电热器加热质量相同的同种液体，通过液体温度升高的情况，判断通电导体产生热量的多少。 电流产生的热量(Q放) → 热传递 → 瓶内液体吸收的热量(Q吸) → 热膨胀 → 液体升高的温度 转换关系：电热 → 液体温度差 液体选择：选用比热容较小的液体（如煤油）。 原因：比热容越小，吸收同样热量时，液体温度上升得快，实验现象越明显。 【4. 实验：研究电热与电阻关系】 条件：等量煤油，电流相同，时间相同。 现象：B瓶中温度上升多。 结论：电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。 【5. 实验：研究电热与电流关系】 条件：等量煤油，电阻相同，时间相同。 现象：A瓶中温度上升多。 结论：电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多。 【6. 通电时间的影响】 导体产生的热量还与通电时间有关，时间越长，热量越多。 【7. 实验方案二：U形管液面高度差法】 原理：给密闭容器内的空气加热，通过观察U形管中液柱的高度差来比较导体产生热量的多少。 电流产生的热量(Q放) → 热传递 → 盒内空气吸收的热量(Q吸) → 热膨胀 → 增大的体积 → 液面的高度差 转换关系：电热 → 液面高度差 【8. 实验结论总结】 结论1：在通电时间和电流大小相同的情况下，电阻的阻值越大，产生的热量越多。 结论2：在通电时间和电阻大小相同的情况下，通过电阻的电流越大，产生的热量越多。 结论3：电流、电阻均相同时，通电时间越长，产生的热量越多。 【教师活动】引导学生理解二、知识点一：电流的热效应的相关知识。通过提问、演示和讲解，帮助学生掌握核心概念。 【学生活动】认真听讲，积极思考，参与讨论和实验操作。记录关键知识点，完成课堂练习。 【设计意图】实验探究是本节课的核心环节。要让学生理解控制变量法和转换法的应用，两种实验方案都要讲解清楚。 【知识拓展】焦耳定律是电学中的重要定律，在工业生产、家用电器设计中有广泛应用。例如：电热水器的发热管设计需要考虑电阻值和功率匹配；电路保护装置的熔断丝也是基于电流热效应原理工作的。 三、知识点二：焦耳定律 【1. 焦耳简介】 焦耳（James Prescott Joule，1818—1889），英国物理学家。用近40年的时间做了400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。 【2. 焦耳定律】 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。 公式：Q = I²Rt 其中：Q表示热量（单位：焦耳J），I表示电流（单位：安培A），R表示电阻（单位：欧姆Ω），t表示时间（单位：秒s）。 【3. 推论】 电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热量，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。 即：Q = W = Pt = UIt = U²t/R 【4. 例题】 题目：一根60Ω的电阻丝接在36V的电源两端，在5min内共产生多少热量？ 解： Q = I²Rt = (U/R)² × R × t = (36/60)² × 60 × 300 = 0.36 × 60 × 300 = 6480 J 答：在5min内共产生6480J热量。 【5. 释疑：电炉丝为什么比导线热？】 电线和电炉串联，电流、时间都相同，而电炉的电阻比导线的电阻大得多。 由Q = I²Rt可知，电流通过电炉产生的热量多，因此电炉丝热而导线却不热。 【教师活动】 引导学生理解三、知识点二：焦耳定律的相关知识。通过提问、演示和讲解，帮助学生掌握核心概念。 【学生活动】认真听讲，积极思考，参与讨论和实验操作。记录关键知识点，完成课堂练习。 【设计意图】焦耳定律是本节课的重点。要让学生理解公式的物理意义，掌握公式的应用，并能解释生活中的现象。 【知识拓展】焦耳定律是电学中的重要定律，在工业生产、家用电器设计中有广泛应用。例如：电热水器的发热管设计需要考虑电阻值和功率匹配；电路保护装置的熔断丝也是基于电流热效应原理工作的。 四、知识点三：电流热效应的应用与控制 【1. 电流热效应的应用】 电热器就是利用电流的热效应工作的。 例如：电热水器、电饭锅、电熨斗、电孵化器等等。 电热器的主要组成部分是发热体。 发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝缠绕在绝缘材料上制成的。 【2. 电流热效应的控制】 很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。 例如： • 电视机的后盖有很多孔，为了通风散热； • 电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。 【3. 公式适用范围】 焦耳定律 Q = I²Rt：普遍适用，任何电流通过导体产生的热量都可以用此公式计算。 Q = W（电能全部转化为热量）：仅适用于纯电阻电路。 电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围要注意区分。 【教师活动】 引导学生理解四、知识点三：电流热效应的应用与控制的相关知识。通过提问、演示和讲解，帮助学生掌握核心概念。 【学生活动】认真听讲，积极思考，参与讨论和实验操作。记录关键知识点，完成课堂练习。 【设计意图】通过生活实例让学生理解电流热效应的应用和控制，培养学生的辩证思维。 【知识拓展】焦耳定律是电学中的重要定律，在工业生产、家用电器设计中有广泛应用。例如：电热水器的发热管设计需要考虑电阻值和功率匹配；电路保护装置的熔断丝也是基于电流热效应原理工作的。 知识总结 板书设计 15.4 焦耳定律 一、电流的热效应 定义：电流流过导体时，导体发热 影响因素：电阻、电流、通电时间 二、焦耳定律 公式：Q = I²Rt 适用：普遍适用 推论：纯电阻电路 Q = W 三、电流热效应的应用与控制 应用：电热水器、电饭锅等 控制：散热风扇等 教学反思 本节课的核心是通过实验探究建立焦耳定律。教学中应注意以下几点： 1. 实验探究环节要让学生充分理解控制变量法和转换法的应用，两种实验方案都要讲解清楚。 2. 焦耳定律公式Q=I²Rt的引入要自然，从实验结论推导到定量关系。 3. 要特别强调Q=W的适用条件（纯电阻电路），这是学生容易混淆的地方。 4. 例题讲解要规范，注意单位换算（分钟转秒）。 5. 电流热效应的应用和控制要结合生活实例，培养学生的辩证思维。 6. 练习题的选择要覆盖不同层次，从概念理解到实验分析再到计算应用。 学科网（北京）股份有限公司 $