初中物理第4节 焦耳定律教案及反思

这是一份初中物理第4节 焦耳定律教案及反思，共8页。

(续表)
学点1 电流的热效应
实验1:灯泡(图18-4-3甲)发光一段时间后,用手触摸灯泡,有什么感觉?想想为什么。
实验2:电风扇(图乙)使用一段时间后,用手触摸电动机部分,有什么感觉?想想为什么。
图18-4-3
问题:以上实验表明:电流通过用电器时,一般用电器都会 发热 ,电流通过导体时电能转化成 内 能,这种现象叫作电流的 热 效应。
学点2 探究:电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
假设:电流通过导体时产生的热的多少可能跟 电流 、 电阻 、 通电时间 有关。
实验1:如图18-4-4所示,探究电热与电阻的关系。
图18-4-4
问题1:实验中给等量的空气加热,容器内空气温度上升,体积膨胀,通过比较U形管两侧液柱的高度差,可以比较电流通过导体时产生热的多少。这里采用了哪种研究方法?
[答案] 转换法。
问题2:该实验要控制什么量不变?怎样做到?
[答案] 要控制电流和通电时间相同。把两段阻值不同的电阻丝串联起来,因为串联电路中电流处处相等。
问题3:你能得到什么结论?
[答案] 在电流和通电时间相同时,电阻越大,电流产生的热量越多。
实验2:如图18-4-5所示,探究电热与电流的关系。
图18-4-5
问题4:该实验要控制什么量不变?怎样做到?
[答案] 要控制电阻和通电时间相同。在两个容器中接入相同的电阻丝,在一个容器的外部并联一个电阻分流。
问题5:你能得到什么结论?
[答案] 在电阻和通电时间相同时,电流越大,电流产生的热量越多。
实验3:探究电热与通电时间的关系。
问题6:该实验要控制什么量不变?怎样做到?
[答案] 要控制电流和电阻相同。在两个容器中分别接入相同的电阻丝,加热不同的时间。
问题7:你能得到什么结论?
[答案] 在电流和电阻相同时,通电时间越长,电流产生的热量越多。
学点3 焦耳定律
问题:电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的定量关系可用 焦耳定律 描述,其内容是: 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 ;表达式为 Q=I2Rt 。
纯电阻电路与非纯电阻电路公式选择对比
学点4 电热的利用和防止
观察:如图18-4-6所示,图(a)是一台电动机,图(b)是一台电视机。电动机的外壳制成许多皱褶形状,电视机的外壳后有许多孔。
图18-4-6
问题1:用电器发热的原因是什么?
[答案] 电流的热效应。
问题2:电动机的外壳制成皱褶形状和电视机的外壳后有许多孔,这种形状或结构对电动机和电视机有什么好处?
[答案] 帮助散热,减少电流热效应所带来的危害。教
材
解
读
焦耳定律是能量守恒定律在电能和内能转换中的体现,它是电学知识体系中的重要组成部分。通过学习焦耳定律,有助于解决实际生活中有关电热的问题,把理论与实际联系起来去探索电学的问题。
本节内容的编排特点是:从生活中用电器工作时伴有发热现象引出电流的热效应,再通过演示实验研究电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关,然后给出焦耳定律的完整内容,并用此知识解释前面的问题,体现学以致用的思想。最后,通过电热的利用和防止的内容,培养学生一分为二、辩证地看待问题的思想。这样安排,符合从感性到理性认识的规律,学生比较容易接受,能降低知识的理解难度。另一方面,教材紧密联系实验,使学生通过实验研究掌握焦耳定律,并将知识应用于生活中,从而培养学生的观察能力以及分析、解决问题的能力。
学
习
目
标
物理观念
通过实验,了解焦耳定律,能用焦耳定律说明生产、生活中的有关现象。
科学思维
1.常用的科学研究方法——转换法和控制变量法的运用。
2.探究电流的热效应与电阻的关系,并分析归纳出焦耳定律;能用焦耳定律进行简单计算。
科学探究
1.通过探究,知道电流的热效应与哪些因素有关。
2.通过实验探究,体会控制变量法和转换法的物理方法,提高实验探究能力和思维能力。
科学态度
与责任
1.通过实验探究,使学生养成严谨的科学态度和探求真理的科学精神。
2.通过对物理学家焦耳事迹的学习,体会坚持不懈的科研精神,激发热爱科学的情感。
3.学习电流热效应的应用实例和危害,形成理论联系实际,将所学知识应用于实际的意识,体会物理知识对生产、生活的重要意义。
重难
点
处理
重点:通过实验研究电热与电流、电阻和通电时间的关系,并确定研究方法及实验操作中各个环节应注意的问题。
难点:对焦耳定律的理解及焦耳定律在实际生活中的应用。
教
学
建
议
《焦耳定律》一节内容若仅从物理观念、科学思维目标来看,是让学生理解和运用焦耳定律的公式,这是很容易达到的,教师多列举几道例题让学生训练就可以了。然而这是远远不够的,这样根本没有达到教学目标。教师再补做演示实验,也仅仅是让学生增加一些感性认识,使学生对焦耳定律产生一些认同感,加深记忆,培养学生的实验技能和尊重实验的精神。然而这仍然是不够的,完成的仍然是浅层次的教学目标,科学探究、科学态度与责任目标很难体现。
为了全面完成各项教学目标,我们必须充分挖掘隐含在该节内容中的素质教育因素。首先,把教师的演示实验改为学生的科学探究实验,严格按照科学探究的步骤展开;其次,将学生分组,加强小组同学间的交流与讨论。学生在自己提出的问题驱动下去探究,在讨论交流中进行思想的沟通和碰撞,这些都是创新学习的重要手段,既能培养学生的动手实验能力,又能培养学生的合作学习精神和探求真知的兴趣,更重要的是能够使学生真正体验到科学发现的成功喜悦,得到科学探究方法和科学研究能力的培养,领悟科学的思想和精神,为学生将来的科学研究奠定基础。
教师活动
学生活动
设计意图
【导入新课】
生活中的小故事:小东趁妈妈外出时不做作业而偷偷看电视,妈妈回来前才关掉电视假装做作业。然而这些被聪明的妈妈发现了,你们知道妈妈是怎样知道小东在家偷看电视的吗?
生活中,还有哪些用电器通电后,都伴有热现象产生?举例说明。
【探究新知】
投影:电烤箱、电熨斗、电饭锅、电炉丝、电烙铁、电热水器……
这些用电器工作时有什么共同特点?
一、电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能,这种现象叫作电流的热效应。
思考:导线和电炉丝串联,为什么电炉丝热得发红而导线几乎不热?说明什么?
提出问题:
电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关?
交流说出常见用电器工作时有热产生的实例。
思考、交流、讨论、回答
创造课堂情境,激发学生的兴趣和求知欲。
由生活现象培养学生发现并提出问题的能力。
教师活动
学生活动
设计意图
【研究】电热大小的影响因素
1.猜想:电流通过导体产生热量的多少与 、 和 有关。 结合实例说出这三个因素对电热的影响。
2.设计实验
展示实验装置并讨论:
(1)当大家猜想电热与多个因素有关时,应用什么方法去研究?
(2)实验时怎样反映和比较电流产生热量的多少?
(提示:左右两透明密闭容器中装有等质量的空气)
3.演示实验
(一)研究电热与电阻大小关系的演示实验
(1)应控制哪些因素相同?
(2)两电阻为什么要串联?
电路接通,进行实验,观察U形管中液柱的上升情况。
分析实验现象可以得到什么结论?
根据实验现象,得出结论:在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多。
(二)研究电热与电流大小的关系演示实验
(1)应控制哪些因素相同?
(2)为什么要在右瓶外侧再并联一个电阻?
电路接通,进行实验,观察U形管中液柱的上升情况。
(三)分析论证,得出结论
电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关,电流越大、电阻越大、通电时间越长,这个电阻产生的热量越多。
二、焦耳定律
英国科学家焦耳做了大量实验,于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系,即焦耳定律。
[自学讨论]焦耳定律的有关内容。
[归纳总结]1.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.公式:Q=I2Rt。
3.单位:焦耳(J)。
4.电热与电能的关系
(1)当电流通过导体时,如果电能全部转化为内能,而没有同时转化成其他形式的能量,那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W,即Q=W=UIt=I2Rt。
如:电暖器、电饭锅、电炉子等——纯电阻电路。
(2)当电风扇工作时,消耗的电能主要转化为电机的机械能,还有一小部分转化成内能——非纯电阻电路(W>Q热)。
结合生活实际进行猜想
讨论得出:
(1)控制变量法。
(2)通过U形管两侧液面高度差反映产生热量的多少。
思考、交流、讨论、回答
了解焦耳定律的内容,记住公式和单位。
了解电热与电能的关系。
培养学生合理猜想,并分析猜想的合理性。学会排除不合理的猜想。
培养学生利用控制变量的方法来设计实验。
培养学生利用转换法把不易观察的量转换为容易观察的现象。
培养学生分析实验、总结实验、描述实验结论的能力。
让学生了解纯电阻电路和非纯电阻电路的区别,能熟练应用合适的公式进行电热计算。
教师活动
学生活动
设计意图
[利用焦耳定律解决问题]
讨论:电炉通过导线接到电路中,导线和电炉丝串联,为什么电炉丝热得发红而导线并不很热?
项目
纯电阻电路
非纯电阻电路
能量转化
电能→内能
电能→其他形式能+内能
电流表达式
I=UR
I≠UR
原因
只有电阻阻碍电流
还有其他阻碍因素(高中)
消耗电能
W=UIt=I2Rt=U2Rt
W=UIt
电流生热
Q=I2Rt=UIt=U2Rt
Q=I2Rt
电能与电热
W=Q
W>Q
实例
电熨斗、白炽灯、电饭煲、电炉、实验室电阻等
电风扇、转动的电机、电视、电脑、电池充电等
三、电热的利用和防止
1.电热的利用
生活中和许多产业中都要用到电热。如图所示,家里的电热水壶、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。例如:
①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(如图所示)等方法及时散热。
②电视机散热方法:在后盖开有很多孔,以通风散热。
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。
课堂小结(略)
课堂练习(略)
布置作业(略)
思考、交流、回答
观察现实生活中的实例,讨论、学习、交流
培养学生应用知识解决问题的能力、合作学习和交流能力。
使学生学会知识迁移,认识生活中的应用。
项目
纯电阻电路
非纯电阻电路
能量转化
电能→内能
电能→其他形式能+内能
电流表达式
I=UR
I≠UR
原因
只有电阻阻碍电流
还有其他阻碍因素(高中)
消耗电能
W=UIt=I2Rt=U2Rt
W=UIt
电流生热
Q=I2Rt=UIt=U2Rt
Q=I2Rt
电能与电热
W=Q
W>Q
实例
电熨斗、白炽灯、电饭煲、电炉、实验室电阻等
电风扇、转动的电机、电视、电脑、电池充电等