18.4 焦耳定律（教学设计）物理新教材人教版九年级全一册

年级

九年级

学科

物理

教师

课题

第4节  焦耳定律

教学

目标

物理观念

知道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；理解焦耳定律的内容——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，表达式为 Q=I2Rt；知道焦耳定律对纯电阻电路和非纯电阻电路均适用；在纯电阻电路中 Q=W=UIt=I2Rt=U2/Rt，在非纯电阻电路中 W>Q，电热只能由 Q=I2Rt计算；知道电热的利用和防止，能辩证看待电热的双重性。

科学思维

经历“现象—猜想—设计—实验—归纳”的完整探究过程，运用控制变量法分别探究电热与电阻、电流、时间的关系；理解转换法在本实验中的运用（通过U形管液面高度差或温度计示数变化间接比较热量多少）；能由 Q=W在纯电阻条件下推导焦耳定律与电功公式的关系，区分纯电阻与非纯电阻电路中电功与电热的联系与区别。

科学探究

能与同伴合作完成“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验，规范操作、记录现象、分析数据并归纳结论；能对实验方案的合理性作出初步评价，知道串联和并联在控制变量中的不同作用。

科学态度

与责任

通过了解焦耳在质疑声中坚持精确测量的科学史实，体会严谨、执着的科学精神；通过电热利用（电热水器、电饭锅）与电热危害（导线过热、电器烧毁）的对比，形成安全用电和节能意识；在“直流融冰”等真实问题中感受物理知识服务社会的价值。

教材

分析

本节是第十八章《电功率》的收束课，也是电学能量转化链条的完成环节。18.1—18.3依次解决了“消耗了多少电能”“消耗得多快”“怎样节约用电”的问题，本节则聚焦于“电能转化为内能时，转化了多少热”这一具体而普遍的能量转化形式。从知识逻辑看，焦耳定律是能量守恒定律在电能与内能转化中的体现，Q=I2Rt是焦耳通过大量精确实验归纳出的普适规律，而纯电阻电路中 Q=W的推导则把焦耳定律与欧姆定律、电功公式贯通起来，非纯电阻电路中 W>Q的辨析则把学生的能量转化认识从“单一转化”推进到“多种转化并存”。从教材编排看，本节按照“电流的热效应—实验探究—焦耳定律—电热的利用与防止”展开，实验探究是建立规律的基础，利用与防止是“从物理走向社会”的落点。本节在中考中常以实验探究题、综合计算题和电热器多挡位问题出现，也是高中学习“电路中的能量转化”的直接基础。

学情分析

已有基础：学生已经掌握欧姆定律、电功 W=UIt、电功率 P=UI，会进行串、并联电路的分析和计算；在生活中对“用电器发热”有丰富经验，知道电饭锅、电热水器等利用电热工作，也见过充电器发热、导线老化等现象；在第十七章和第十八章前几节中已经多次使用控制变量法，对“转换法”也有初步接触（如通过灯泡亮度判断电流大小）。

认知难点：学生对“热量多少”的间接比较缺乏自觉设计意识，容易把“温度高”直接等同于“热量多”，忽略质量、散热等条件；在探究电热与电流的关系时，如何在不改变电阻的前提下改变电流，需要借助并联分流或滑动变阻器，电路设计难度高于探究电阻关系；对 Q=I2Rt中“电流的二次方”理解不深，容易与 Q=UIt或 Q=U2/Rt无条件混用；纯电阻与非纯电阻的区分

是本节最大的认知障碍，学生难以理解“电动机也发热，但电功不等于电热”。

学习特点：学生对实验现象和生活实例兴趣浓厚，但实验设计的条理性、数据记录的规范性、公式选用条件的分辨力仍需教师通过追问和对比表逐步搭建。

教学重点

1. 通过实验探究电流产生的热量与电阻、电流、通电时间的关系；

2. 理解焦耳定律 Q=I2Rt的物理意义并应用于简单计算；

3. 区分纯电阻电路与非纯电阻电路中电功与电热的关系。

教学难点

1. 实验方案的设计，特别是“如何改变电流而保持电阻不变”以及“如何把不可见的热量转化为可见的现象”；

2. 理解 Q=I2Rt对任何电路都适用，而 Q=W只在纯电阻电路中成立；

3. 在含电动机等非纯电阻用电器的简单问题中正确选择电功公式与电热公式。

教学

器材

焦耳定律演示器（两个密闭透明容器内置不同阻值电阻丝，连接U形管，内装红墨水）或空气盒与温度计/红外测温枪、学生电源、开关、滑动变阻器、电流表、导线若干、秒表、电炉丝与普通铜导线对比演示装置、电热水壶/电饭锅/电风扇铭牌或图片、多媒体课件（含焦耳生平与实验史料、直流融冰视频、电热危害与利用图片）。

教学过程

教师活动

学生活动

导入新课

一、情境导入：串联在同一电路中的电炉丝和导线，为什么“一红一冷”

1. 演示对比实验：将一段电炉丝与一段等长的铜导线串联接入电路，通电一段时间后，引导学生观察（或安全触摸）两者的温度差异。电炉丝明显发热甚至发红，铜导线几乎不热。

2. 提问：通过电炉丝和铜导线的电流相同，通电时间也相同，为什么发热程度相差如此悬殊？电流产生的热量到底与哪些因素有关？

3. 链接生活：电饭锅、电热水壶通电后很快发热，这是我们需要利用的电热；而充电器、电视机长时间工作后外壳发热，导线老化甚至引发火灾，这是需要防止的电热。电热的“有用”与“有害”，背后遵循着同一套规律。

4. 附加情境：2008年南方雪灾中，电线覆冰导致杆倒线断，科技人员采用“直流融冰”技术让冰熔化——其基本物理原理正是电流的热效应。

观察电炉丝与导线的温度差异，产生认知冲突。

猜想电热可能与电阻、电流、时间有关。

联系生活经验，列举电热利用和电热危害的实例。

明确本节任务：用实验找出电热与各因素的定量关系。

学习新课  一、电流的热效应

1. 给出定义：

电流通过导体时电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。

2. 能量转化视角：

在电热水壶中，电能几乎全部转化为内能；在电动机中，电能主要转化为机械能，但同时也有少量转化为内能（电机发热）。

记录电流热效应的定义和能量转化方向。

基于导入实验作出猜想：电热可能与电阻

R、电流

I、时间 t有关。