2020-2021学年第四节 科学探究：电流的热效应教学设计

第四节   科学探究：电流的热效应

【学习目标】

1．阐述“验证焦耳定律”实验的思想方法；确认电流产生的热量与导体的电阻、通过导体的电流及通电时间的关系．

2．复述焦耳定律的内容，写出焦耳定律的公式及热量的国际单位．

3．解释Q＝W成立的条件．

4．应用Q＝I2Rt和I＝等公式进行有关计算．

【主体知识归纳】

1．焦耳定律的内容是：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．焦耳定律公式：Q＝I2Rt．

3．电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，也就是电流所做的功W全部用来产生热量Q，那么，电流产生的热量就等于电流所做的功，即Q＝W．

教学设计方案

　　提问：

　　(1)灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡，有什么感觉？为什么？

　　(2)电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机部分有什么感觉？为什么？

　　学生回答：发烫.是电流的热效应.

　　(3)电流通过用电器会发热，请从能量的转化角度进行分析呢。

回答：将电能转化为热能

板书：一、电流的热效应：

电流通过各种导体时，会使导体发热，温度升高，这种现象叫做电流的热效应。

问题：生活中，哪些用电器是利用电流热工作的？

思考题1：电炉丝通过导线接到电路中，电炉丝和导线通过的电流相同。为什么炉丝热得发红，而导线却不怎么热？换句话说，电流通过导体产生的热量与哪些因素有关？

科学猜想：

可能跟电阻、电流、通电时间有关。

[实验探究]设计好教材129页图16-13所示实验。

思考题2：阅读演示实验，找出该实验中哪些量是相同的？哪些量是不相同的？物理学中采取了怎样的实验探究方法？

思考题3：为何让两电阻丝串联？（演示）你将观察到什么现象？说明什么问题？

板书：‘实验表明：在电流，通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。 说明电流通过导体产生的热量与电阻有关。

思考题4：电流通过导体（镍烙合金丝）产生的热量是否与电电流的大小有关呢？

应该控制哪些量不变？又将观察到什么现象？说明了什么问题？

板书：实验表明：在通电时间一定，电阻相同的情况下，通过的电流越大，镍烙合金丝产生的热量越多。 说明电流通过导体产生的热量与电流的大小有关。

•          

探究：电流通过导体（镍烙合金丝）产生的热量是否与通电时间有关呢？如何设计实验？（演示实验）

板书：实验表明：在电流、电阻相同的情况下，通电时间越长，电流产生的热量越多. 说明电流通过导体产生的热量与通电时间有关。

板书：二、焦耳定律：

　英国物理学家焦耳做了大量的实验于1840年最先精确地确定电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系：

板书： 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，这个规律叫做焦耳定律.

关于焦耳的介绍：P133

板书：焦耳定律可以用下面的公式表示：

1、公式 ：Q=I2Rt         单位：焦耳（J）

2、公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆(Ω)，通过的时间t的单位要用秒(s)这样，热量Q的单位就是焦耳（J）.

3、意义：表示电流通过用电器有多少电能转化为热能。

注意：

•         （1）、电流通过导体时，如果电能全部转化为热能，而没有同时转化为其他形式的能量，也就是电流所做的功全部用来产生热量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能（电功）W ， 即Q ＝ W ＝ UIt．

•                 可见，在一定的条件下，根据电功公式W ＝ UIt和欧姆定律公式U =IR推导出焦耳定律公式。即Q=W =UIt = IRIt = I2Rt

•          

（2）、应用焦耳定律解决问题时，公式中的各物理量必须对应于同一段电路或同一个导体．如果电路中存在多段电路或多个导体，必须注意它们各自的对应关系，不可“错位”．

4、Q=I2Rt与W=IUt的区别

①在纯电阻电路中，这两个公式是通用的。即：W=Q

纯电阻：把电能只转化为热能

②在非纯电阻电路中， W=IUt 公式求得的是

总消耗的电能； Q=I2Rt 公式求得的是在总电能中

部分转发为热能的能量

即：W>Q

板书：三、电热器：利用电流的热效应制成的加热设备。

1、电热器的主要组成部分：发热体

2、发热体一般由电阻率大、熔点高的金属丝绕在绝缘材料上做成的。因为根据焦耳定律可知，电阻越大，电流产生的热量越多。同时，为了使电阻丝在很高的温度下不致熔化，应选用熔点高的材料。

板书：四、电热的利用和防止

•            电热可以给人们的生活带来方便，也可以给人们带来危害。因此使用电热器时，一方面要利用其方便，另一方面要防止其危害，利用电热的用电器有电炉、电烫斗、电烙铁、电饭锅、电烤箱等。防止电热的危害，就是要防止电流过大烧坏灯丝、烧坏电流表、烧坏保险丝等后果。

•         比如：电视机的后盖有很多孔，就是为了通风散热。电动机的外壳有很多翼状散热片，使用时与轴相连的扇叶还向散热片吹风，也是为了降温。

习题：1、某电热器接在220V的电源上，它的电阻是55欧，通电10分钟产生多少热量？

解：先利用欧姆定律计算出通过电热器的电流，再用焦耳定律公式计算电流产生的热量。

I = U/R = 220V/55Ω=4 A

Q=I2Rt =（4A）2×55Ω×600S = 528000J

习题2：为什么电炉丝通过铜导线接到电路中， 炉丝热得发红，铜导线却不怎么热？

解析：因为电炉与铜导线串联，通过电炉与铜导线的电流一定大小相等，通电时间也相等。但铜导线的电阻远小于电炉丝的电阻，根据焦耳定律Q=I2Rt，电流在铜导线上产生的热量也远小于电炉丝产生的热量。所以电炉丝热得发红。

提高训练]

1、“220V  1000W”的电动机其线圈电阻为4欧，当它正常工作时通电1小时产生的热量是多少焦耳？

2.有三个用电器，其中一个为“220V，60W”的电风扇，一个为“220V，60W”的白炽灯，另一个是“220V，60W”的电热器，都在额定电压下工作相同的时间，比较这三个用电器产生的热量是 [     ]
A.电风扇最多.          B.白炽灯最多.
C.电热器最多.          D.都一样.

3.一只“220V，800W”的电饭锅，接在照明电路中，求：

　　(1)电饭锅正常工作时的电流.

　　(2)电饭锅工作时的电阻.

　　(3)该电饭锅工作1h消耗的电能是多少？