九年级全册（2024）第4节 焦耳定律课文内容ppt课件

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18.3 测量小灯泡的电功率教案一、教学目标（一）知识与技能目标学生能精准阐述用伏安法测量小灯泡电功率的原理，即依据公式\(P = UI\)，通过测量小灯泡两端电压和通过的电流来计算功率。熟练且准确地测定小灯泡在额定电压下的额定功率以及不同实际电压下的实际功率，清晰记录实验数据并完成相关计算。灵活且正确地选用实验器材，依据实验原理独立设计实验电路，合理设计实验记录表格，规范且有序地进行实验操作，包括正确连接电路、熟练调节滑动变阻器以改变电压等，并准确读取电表数据。深入理解额定功率和实际功率的本质区别，依据实验数据和现象分析得出小灯泡的亮度由实际功率决定，且实际功率随实际电压的变化规律。（二）过程与方法目标全程参与测量小灯泡电功率的实验过程，深度体验科学探究的七个要素（提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、收集证据、解释与结论、评估与交流），提升科学探究能力。通过对实验数据的分析、归纳和总结，锻炼逻辑思维和数据分析能力，学会从实验现象中提炼物理规律。在实验操作中，提高动手实践能力和解决实际问题的能力，如处理电路连接错误、电表读数偏差等问题。（三）情感态度与价值观目标借助亲自动手实验，激发对物理实验的浓厚兴趣，培养严谨认真、实事求是的科学态度。通过小组合作完成实验，增强团队协作意识和交流沟通能力，学会在团队中发挥个人优势，共同解决问题。认识到电功率在实际生活中的广泛应用，体会物理知识与生活的紧密联系，提升将物理知识应用于生活实际的意识。二、教学重难点（一）教学重点熟练掌握用电流表、电压表和滑动变阻器测定小灯泡功率的实验方法，包括实验原理的运用、实验器材的选择与使用、实验电路的设计与连接。准确理解并区分额定功率和实际功率的概念，能够根据实验数据判断小灯泡在不同电压下的功率情况及工作状态（正常发光、较亮、较暗）。依据实验数据归纳总结出小灯泡的实际功率与实际电压之间的关系，明确小灯泡亮度由实际功率决定。（二）教学难点精巧设计测量小灯泡电功率的实验方案，尤其是合理选择实验器材规格（如电源电压、电表量程、滑动变阻器规格），确保实验安全、顺利进行且能获取准确数据。灵活调控小灯泡两端的电压，使其分别达到额定电压、高于额定电压（不超 1.2 倍）和低于额定电压，同时准确读取电表数据，避免因操作不当导致数据偏差。透彻理解实际功率和额定功率的差异及联系，克服对这两个抽象概念理解上的困难，能在实际情境中正确判断和分析用电器的功率情况。三、教学方法讲授法：系统且清晰地讲解测量小灯泡电功率的实验原理、实验步骤、注意事项，额定功率与实际功率的概念等重要知识内容，确保学生掌握基础知识框架。演示法：在课堂初始或实验前，教师演示部分关键操作，如正确连接电路、调节滑动变阻器使电压达到特定值等，让学生有直观的操作印象，降低实验操作难度。实验探究法：组织学生分组进行实验探究，让学生在亲自动手操作中体验测量小灯泡电功率的过程，自主获取实验数据，探究实际功率与额定功率的关系，培养学生的探究精神和实践能力。讨论法：在实验前后，组织学生讨论实验方案的设计、实验中遇到的问题及解决方法、实验数据的分析等，促进学生思维碰撞，深化对知识的理解，提升学生的交流与合作能力。练习法：通过课堂上的针对性练习题和课后作业，让学生巩固实验操作技能和对额定功率、实际功率等知识的理解与应用，提高学生运用知识解决实际问题的能力。四、教学过程（一）导入新课（5 分钟）复习回顾：提问学生电功率的定义、公式（\(P = \frac{W}{t}=UI\)）及单位，回顾上节课学习的额定电压、额定功率概念，如展示一个标有 “220V 100W” 的灯泡，让学生说出其含义。生活情境引入：展示不同亮度的小灯泡图片或视频，提问：“这些小灯泡亮度不同，说明它们的发光功率不同，那如何准确测量小灯泡的电功率呢？” 引发学生思考，从而引出本节课主题 —— 测量小灯泡的电功率。（二）新课教学实验原理讲解（5 分钟）引导回顾：引导学生回顾电功率公式\(P = UI\)，提问：“如果要测量一个用电器的电功率，需要测量哪些物理量？” 学生很容易回答出需要测量电压\(U\)和电流\(I\)。原理阐述：明确指出测量小灯泡电功率的实验原理就是根据\(P = UI\)，用电压表测量小灯泡两端的电压，用电流表测量通过小灯泡的电流，然后将测量值代入公式即可算出小灯泡的电功率，这种方法也称为伏安法测电功率。实验设计与器材选择（10 分钟）提出问题：向学生提出问题 “要完成测量小灯泡电功率的实验，需要哪些实验器材？” 让学生思考并讨论。器材确定：根据学生讨论结果，一起确定所需器材，包括小灯泡（带灯座，明确规格，如 “2.5V 0.3A”）、电源（根据小灯泡额定电压选择合适节数的干电池，保证电源电压略高于额定电压）、开关、电流表、电压表、滑动变阻器、导线若干。强调各器材的作用，如滑动变阻器的作用是通过改变自身接入电路的电阻，从而改变电路中的电流和小灯泡两端的电压，实现多次测量不同电压下的电功率。实验电路设计：让学生在练习本上尝试画出实验电路图，教师巡视并给予指导。之后选取部分学生的电路图进行展示和点评，最后教师展示正确的实验电路图（如附件 1 所示），并详细讲解电路连接的要点，如电流表、电压表的量程选择（根据小灯泡额定电压和电流选择，若小灯泡额定电压 2.5V，电压表选 0 - 3V 量程；额定电流 0.3A，电流表选 0 - 0.6A 量程）、正负接线柱的连接、滑动变阻器 “一上一下” 的接线方法等。实验步骤规划（8 分钟）初步规划：引导学生思考实验步骤，让学生尝试描述。详细步骤：师生共同完善并确定实验步骤如下：按电路图连接实物电路，连接过程中开关始终处于断开状态，滑动变阻器滑片置于阻值最大处（强调这样做的目的是保护电路）。检查电路连接无误后，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表的示数等于小灯泡的额定电压（如 2.5V），观察小灯泡的发光情况，记录此时电压表和电流表的示数，根据\(P = UI\)计算出小灯泡的额定功率。再次调节滑动变阻器滑片，使电压表的示数约为额定电压的 1.2 倍（但不要超过太多，防止烧坏灯泡），观察小灯泡的亮度变化，记录此时电压表和电流表的示数，计算此时小灯泡的实际功率。继续调节滑动变阻器滑片，使电压表的示数低于额定电压，观察小灯泡的亮度，记录电压表和电流表的示数，计算此时小灯泡的实际功率。断开开关，整理实验器材。实验注意事项强调（7 分钟）电表使用：强调电流表、电压表的正确使用方法，如电流表要串联在电路中，电压表要并联在小灯泡两端，电流要从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出，注意量程选择要合适，读数时视线要与刻度线垂直等。滑动变阻器调节：提醒学生在调节滑动变阻器时，要缓慢移动滑片，同时密切观察电压表的示数变化，明确向哪个方向移动滑片能使电压增大或减小。安全问题：特别强调在实验过程中，实际电压不能远高于小灯泡的额定电压，防止烧坏灯泡；若实验过程中发现灯泡突然变亮后熄灭、电流表指针无示数、电压表指针满偏等异常情况，应立即断开开关，检查电路。分组实验操作（20 分钟）小组分工：将学生分成若干小组，每组明确分工，如一名同学负责连接电路，一名同学负责调节滑动变阻器，一名同学负责读取电表数据，一名同学负责记录数据等，确保每个学生都能参与到实验操作中。实验指导：学生进行实验操作，教师巡视各小组，及时发现并纠正学生在实验过程中出现的问题，如电路连接错误、电表读数错误、操作不规范等，给予学生必要的指导和帮助。数据记录与处理：指导学生将实验数据准确记录在设计好的表格中（如下表所示），并在实验结束后，根据公式\(P = UI\)计算出不同电压下小灯泡的功率。| 实验次数 | 电压 U/V | 电流 I/A | 电功率 P/W | 小灯泡亮度 ||:--:|:--:|:--:|:--:|:--:||1 | 额定电压 | | | ||2 | 高于额定电压 | | | ||3 | 低于额定电压 | | | |实验数据分析与结论得出（5 分钟）数据展示：选取部分小组的实验数据进行展示，让学生观察不同小组的数据情况。分析讨论：组织学生对实验数据进行分析讨论，提出问题：“从实验数据中，你能发现小灯泡的功率与电压之间有什么关系？小灯泡的亮度与功率又有怎样的联系？” 引导学生思考并回答。结论总结：师生共同总结实验结论：不同电压下，小灯泡的功率不同。当实际电压等于额定电压时，实际功率等于额定功率，小灯泡正常发光；当实际电压高于额定电压时，实际功率高于额定功率，小灯泡发光较亮；当实际电压低于额定电压时，实际功率低于额定功率，小灯泡发光较暗。小灯泡的亮度由其实际功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮。额定功率与实际功率对比深化（5 分钟）概念对比：再次强调额定功率是小灯泡在额定电压下工作时的功率，是一个定值，由用电器本身的性质决定；而实际功率是小灯泡在实际电压下工作时的功率，它会随着实际电压的变化而变化。实例分析：通过一些生活中的实例，如灯泡在不同季节、不同用电时段（电压可能波动）下的发光情况，进一步帮助学生理解额定功率与实际功率的区别和联系，以及实际电压对实际功率和用电器工作状态的影响。实验拓展与延伸（5 分钟）方法拓展：提出问题：“除了伏安法，还有其他方法可以测量电功率吗？” 引导学生思考，简单介绍利用电能表和秒表测量用电器电功率的方法（测量原理：\(P=\frac{W}{t}\)，通过电能表测量一段时间内用电器消耗的电能\(W\)，用秒表测量时间\(t\)，进而计算出功率\(P\)），拓宽学生的思维。知识应用：让学生思考在生活中如何根据用电器的功率选择合适的电线、插座等，强调合理使用用电器，避免因过载导致安全问题，将物理知识与生活实际紧密结合。（三）课堂小结（5 分钟）引导回顾：引导学生回顾本节课的主要内容，包括实验目的（测量小灯泡的额定功率和实际功率）、实验原理（\(P = UI\)）、实验器材、实验步骤、实验注意事项、实验结论（实际功率与电压的关系、亮度与实际功率的关系）以及额定功率与实际功率的区别等。学生总结：请几位学生站起来总结本节课的收获，其他同学进行补充，教师给予点评和完善，强化学生对重点知识的记忆和理解。（四）课堂练习（5 分钟）展示练习题：展示一些与测量小灯泡电功率实验相关的练习题，如：在测量小灯泡电功率的实验中，某同学连接好电路后，闭合开关，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，且示数接近电源电压，可能的故障原因是（ ）A. 灯泡短路 B. 灯泡断路 C. 电流表断路 D. 滑动变阻器短路一个标有 “3.8V 0.3A” 的小灯泡，要测量它的额定功率，应将电压表的量程选______V，电流表的量程选______A，当电压表的示数为______V 时，读出此时电流表的示数，即可计算出额定功率。某同学在测量小灯泡电功率的实验中，得到如下数据：当电压为 2V 时，电流为 0.2A，功率为______W；当电压为 2.5V 时，电流为 0.25A，功率为______W；当电压为 3V 时，电流为 0.28A，功率为______W。分析数据可知，随着电压升高，小灯泡的功率______，亮度______（填 “变亮”“变暗” 或 “不变”）。学生解答与讲解：让学生在规定时间内完成练习，然后请几位学生回答问题，并讲解解题思路，教师进行点评和纠正，及时反馈学生对知识的掌握情况，针对学生的问题进行强化讲解。（五）布置作业（5 分钟）基础作业：完成课本课后练习题中与测量小灯泡电功率实验相关的题目，进一步巩固实验操作技能和对知识点的理解。拓展作业：让学生回家后，观察家中一个用电器（如电热水壶、电视机等）的铭牌，记录其额定电压和额定功率等参数，思考如何利用家中现有器材（如电能表、手表等）大致测量该用电器的实际功率，并尝试写出测量方案，下节课进行分享和讨论。五、教学反思在本节课教学中，学生通过亲自动手实验，对测量小灯泡电功率的方法和额定功率与实际功率的概念有了更直观的理解。但在实验过程中，部分学生在电路连接和滑动变阻器调节上仍存在困难，导致实验进度缓慢或数据不准确。后续教学中，可在实验前增加更多的操作演示和针对性练习，加强对学生实验操作的指导。在实验数据处理和结论分析环节，部分学生对数据的分析能力较弱，不能很好地从数据中总结出规律。应进一步培养学生的数据处理和分析能力，引导学生学会从实验现象和数据中提炼物理知识。此外，在课堂练习和作业反馈中，发现学生对一些实际应用问题的解决能力有待提高，后续可增加更多联系生活实际的案例分析和练习，提升学生运用物理知识解决实际问题的能力 。　　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? 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?1. 理解焦耳定律，并能用焦耳定律进行有关计算，会解释有关电热现象；了解电热的利用和防止。2.在实验中过程，体验控制变量法和转换法的应用，进一步提高实验设计和操作能力，养成实事求是和严谨的科学态度。（1）寻找以下用电器的共同特点电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。分析：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。（2）电流的热效应 电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。1. 电流的热效应 【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?【猜想及其依据】（1）可能与通过导体的电流有关。因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关；（2）可能与导体的电阻有关。导线和电熨斗串联接入电路，电流是相同的，电熨斗热的温度高，而导线几乎不热，电流产生的热可能与电阻有关。（3）可能与通电时间有关。由生活经验可知，通电时间越长，电流产生的热量也会越多。 2. 探究影响电流的热效应的因素 （1）实验装置介绍（焦耳定律演示器）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。 【设计实验 】（2）实验原理 如图所示，两个透明容器中密封着空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化。同时使用两个密闭容器时，哪一侧U型管中液柱出现的高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。加热时（3）研究方法 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。 U形管液面的高度差越大，电流产生热量越多。0.22（4）实验电路图、器材如下所示：为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。（5）实验记录表0.28【进行实验】（1）探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系 将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。（2）探究电流通过导体产生的热量跟电流的关系 在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同：I1=2I2。从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。I1=2I2（3）探究电流通过导体产生的热量跟时间的关系 闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒U形管液面的高度差的变化。 【收集证据】大大小小（1）分析实验步骤（1）可发现：在电流和通电时间相等的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。（2）分析实验步骤（2）可发现：在电阻和通电时间相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。（3）分析实验步骤（3）可知，在电流和电阻相等的情况下，通电时间越长，电流产生的热量越多。【分析论证 】较暗较亮0.220.28归纳实验结论1. 视频演示——《电流通过导体产生的热量跟电阻的关系》2. 视频演示——《电流通过导体产生的热量跟电流的关系》实验结束后，小红说她在一本书上看到用如图所示的装置也可以探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。请你对该装置进行评价。该装置中，两个相同的烧瓶盛有质量相同、温度相同的同种液体；烧瓶内插有温度计，可以测量液体的温度。烧瓶内部有两个阻值不同的电阻丝，组成串联电路接入电路中。通过比较烧瓶内液体的温度可以探究影响电流通过导体产生热量的因素。【交流讨论】①当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此根据温度计示数的变化可知电流产生热量的多少。③乙图中R1、R2两电阻并联，甲、乙两装置中，电源电压相同，乙图中电阻R1两端的电压大于甲图中电阻R1两端的电压，则乙图中通过电阻R1的电流大。所以由a、c（或b、d）可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。②甲图中R1、R2两电阻串联，通过两电阻的电流相等，但两电阻的阻值不同，所以可探究电流产生热量的多少与电阻的关系。较暗较亮0.220.281. 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）内容： 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。（2）公式： Q = I2Rt 0.220.28（3）公式中Q = I2Rt 各量单位：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秒焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，最终发展出热力学第一定律。他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。即焦耳定律。詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。人物介绍主要成就（5）物理学家——焦耳较暗0.22 2. 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。0.220.28 3. 电功与电热（1）电功与电热的区别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。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。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。 0.220.28（2）电功与电热的联系 ①纯电阻电路 该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即Q=W Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt上述公式适用于纯电阻电路。如电炉、电热器、电熨斗等。0.220.28②非纯电阻电路在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能 。此时电能=内能+机械能 ，所以Q＜W。例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。 W总＝UIt =W机械能＋Q热量普遍适用纯电阻电路 Q=W4. 电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围   较暗较亮0.28 5. 想想议议 （1）你现在明白了吗？电炉丝通电时，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？较暗较亮0.220.28（2）额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事?较亮0.221. 电热的利用 电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体。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。较亮0.220.28利用电热孵化器孵小鸡　　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. 电热的防止散热窗 微型风扇 0.28（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。散热窗 散热风扇 1. ［2024·菏泽］下列家用电器，利用电流的热效应工作的是( )DA. 电冰箱 B. 洗衣机C. 电脑 D. 电饭煲  返回2. 如图所示是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列分析不正确的是( ) √ 返回 A    返回 C  返回5. 小市同学在科学课上表演了一个小魔术，用如图所示形状的金属片点燃火柴，他将此金属片接在学生电源上（如图所示），则将火柴放在哪个位置最容易被点燃( )C    返回         返回7. 在家庭线路中，有时导线长度不够，需要把两根导线连接起来，而连接处往往比别处的温度高，而且更容易老化，甚至引起火灾，这是因为( )AA. 连接处的电阻大 B. 连接处的电流大C. 连接处的电阻小 D. 连接处的发热功率小 返回 A   返回 C   电流的热效应焦耳定律电热的利用和防止焦耳定律