第十八章 第4节 焦耳定律 教案 -2023-2024学年人教版物理九年级全册

第十八章 电功率
第4节 焦耳定律
教学目标
1、认识到电能可以转化为热能，了解电热的应用。
2、知道电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系。
3、知道电流热效应的利用与危害。
4、熟记焦耳定律，并能用焦耳定律解决实际问题。
教学重难点
1、知道电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系。
2、熟记焦耳定律，并能用焦耳定律解决实际问题。
教具准备
1、辅助教具：电热实验装置。
教学媒体与资源
1、多媒体课程课件、演示视频等。
教学过程
一、情境引入
请同学们观看课件思考问题。
小明的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴，可是用手一摸电视机的后盖就发现，小明刚看过电视。生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生，这是为什么？
本节就让我们来学习焦耳定律。
二、新课教学
知识点一 电流的热效应
1、电流的热效应
（1）生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。
（2）电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。
（3）生活中利用电流热效应的用电器。
2、实验
（1）提出问题：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
（2）猜想与假设：可能与电阻有关，电阻越大，电流热效应越大；可能与电流有关，电流越大，电流热效应越大；可能与通电时间有关，通电时间越长，电流热效应越大。
（3）实验装置。
（4）实验目的：研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。
（5）实验方法：控制变量法。
（6）实验原理：当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，导管里面原来一样高的液柱就会逐渐上升。电流产生的热量越多，液面就会上升得越高。我们可以通过管中液面上升的高度比较电流产生的热量。
（7）实验1：研究电热与电阻关系。
结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
（8）实验2：研究电热与电流关系。
结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
（9）实验结论：在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多；在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多；在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多。
3、电能和电热的关系
（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。
（2）当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：电能 内能+机械能，W＞Q热。
知识点二 焦耳定律
1、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。公式： Q = I2Rt 。单位：焦耳（J）。
（2）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。
（3）根据电功公式和欧姆定律推导焦耳定律。
（4）分析论证电流热效应与电阻关系。
问题1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
思路：前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。
问题2导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热呢？
思路：电炉通过导线接到电路中，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等，但电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt知，电流相等时，电阻大的，相同时间里放出的热较多，所以电炉丝很热，而导线却不热。
知识点三 电流热效应的利用和危害
1、利用
（1）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、危害
（1）很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。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。
活动1电流的热效应有时对我们有益，我们利用它；有时对我们有害，需要减少电流导致的发热，或者尽快把发出的热散发掉。请分组列举两个生活或者生产中利用电流热效应的实例；列举两个生活和生产中为防止电流热效应产生危害而采取的措施。
思路：电热毯、电烙铁、电饭锅、电热孵化器等；电脑主机有风扇散热;电视机上的散热窗、电动机外壳有许多散热片。
三、知识总结及板书设计
教学反思
本节学习的是焦耳定律，以实验为主，上课时应带着学生们对之前学习的相关知识进行复习，可由学生参与来提出假设、设计实验及进行实验、设计表格、数据分析及得出结论，让学生在实验中锻炼自主学习的能力，注意控制变量法的应用。实验时一定要强调各种仪器操作的注意事项，在过程中灌输考点内容。 本节实验、推导、结论中涉及大量的电学公式，可以多进行提问，增强记忆。
布置作业
1、复习课本知识。
2、完成教材P102动手动脑学物理1—6题。