18.4 焦耳定律 教案【核心素养目标】（2022新课标）

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第十八章 电功率
18.4 焦耳定律
教学目标：
1.物理观念：
（1）能通过实例，认识电流的热效应。
（2）能在实验的基础上得出电热的大小与电流、电阻和通电时间有关，知道焦耳定律。
（3）会用焦耳定律进行计算，会利用焦耳定律解释生活中电热利用与防治。
2.科学思维：
利用控制变量的方法探究电热与哪些因素有关。
3.科学探究：
体验科学探究过程，了解控制变量的物理方法，提高实验探究能力和思维能力。
4.科学态度与责任：
会解释生活中一些电热现象，通过学习电热的利用与防止，学会辩证地看待问题。
教学重点：通过实验研究电热与电流、电阻和通电时间的关系。
教学难点：对焦耳定律的理解及焦耳定律在实际生活中的应用。
教学课时：1课时
教学用具：多媒体、两个一端密封的U型玻璃管、两个密闭容器、阻值相同的电阻丝、阻值不同的电阻丝、电流表、学生电源、开关、导线。
教学互动设计：
1、 创设情景，导入新课
电烤箱是利用什么原理工作的？产生的电热与哪些因素有关？
电热水器是利用什么原理工作的？产生的电热与哪些因素有关？
电熨斗是利用什么原理工作的？产生的电热与哪些因素有关？
二、新课讲授，师生互动
（一）电流的热效应
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。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。
在研究电流的热效应时，有个问题值得我们思考：电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？换句话说，电流通过导体产生的热得多少跟什么因素有关？
演示1
如图所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度变化反映密闭空气温度的变化。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻丝较大。
如图所示，两容器的电阻丝，串联起来接到电源两端，通过两端电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U型管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？
如图所示，通电一定时间后，右边管中液面高度的变化大。说明右边产生的热量多。
实验表明，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。
演示2
如图所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和容器中内的电阻并联，因此通过两容器中电阻的电流不同。在通电时间相同时，观察两个U型管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？
如图所示，在电阻相同、通电时间相同时，左边管中液面高度的变化大。左边电阻产生的多。
实验表明，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。
（二）焦耳定律
英国物理学家焦耳做了大量的实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系。
焦耳（1818-1889），一生致力于实验研究。他用近40年时间做了400多次实验，研究热和功的关系，根据所测电流通过电阻放出的热量，提出焦耳定律。焦耳的研究为能量守恒定律的建立奠定了基础。
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（Joule’s law）。
如果热量用Q表示，电流用Ｉ表示，电阻用R表示，时间用t表示，则焦耳定律为
=
热量Q单位是焦耳（J），电流Ｉ单位是安培（A），电阻R单位是欧姆（Ω），时间t单位是秒（s）。
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 = =
再跟据欧姆定律 = ，就得到
=
可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功公式和欧姆定律推导出来的结论与焦耳定律一致。
学过了焦耳定律，你能回答这节开始提出的问题吗？
原来，电炉通过导线的电路中，流过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。但导线的电阻很小，1m长的导线，电阻不过百分之几欧姆，而电炉丝的电阻可达几十到上百欧姆。所以，通过电流相等时，电炉丝很热，而导线却不热。
例题 一根60Ω的电阻丝接在36V的电源两端，在5min内共产生多少热量。
解：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流。 = / =36 /60Ω=0.6A
再用焦耳定律计算电流产生的热量。
= =( . ) × Ω× =
想想议议
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。二者是否有矛盾，这是怎么回事？
解析：二者并不矛盾。主要是条件不同，灯泡的额定电压一定时，电阻越小，通过的电流越大，额定功率越大，正常工作时单位时间产生的热量越多。焦耳定律的条件是电流一定时，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。
（三）电热的利用和防止
生活中和许多产业中都要用到电热。家里的电热水器、电饭煲、电熨斗，养鸡场的电热孵化器，都是利用电热的例子。
利用电热孵化器孵小鸡。
很多情况下我们并不希望电器的温度过高。电视机的后盖有很多空，就是为了通风散热，使用时一定要把防尘罩拿开。
电视机、电脑背面散热孔。
很多情况下我们并不希望电器的温度过高。电脑运行时温度会升高，需要用微型风扇及时散热。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。
利用微型风扇为电脑散热
有些电热不及时散失，甚至发生火灾。
例题 某校师生自制一台电烘箱。电烘箱的电阻丝通过5A的电流时，每分钟产生6.6╳104J的热量，求这台电烘箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。
解： （1）这台电烘箱是电热器，电能全部转化为内能W=Q=6.6╳104J，电烘箱的电功率为
= / =(6.6×104 )/60 =1100W
（2）这台电烘箱的工作电压 = / =1100 /5 =220V，
电阻丝的电阻 = / =220 /5 =44Ω
三、总结反思，超越自我
1. 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。
探究电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关的使用采用了转换法和控制变量法。
2.焦耳定律：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。公式 Q=Ｉ2Rt。热量Q单位：J；电流Ｉ单位：A；电阻R单位：Ω；时间t单位:s。
3.利用电热来加热；防止电热的危害要散热。
四、板书设计，整合提升
1. 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。
探究电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关的使用采用了转换法和控制变量法。
2.焦耳定律：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。公式 Q=Ｉ2Rt。热量Q单位：J；电流Ｉ单位：A；电阻R单位：Ω；时间t单位:s。
3.利用电热来加热；防止电热的危害要散热。
五、大海扬帆，尝试远航
1. 下列说法不正确的是（ ）
A. 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
B. 电热水器是利用电流的热效应工作的
C. 电风扇是利用电流的热效应工作的
D. 电饭煲是利用电流的热效应工作的
2．在探究电流通过导体产生的热的多少跟什么因素有关实验中采用了如图所示装置，说法错误的是（ ）
A.将导体产生的热的多少转化为液柱变化量多少
B.两个电阻串联，控制电流相等
C.右边液柱变化量大，表示电阻大的产生热多
D.实验表明，电热的多少电流的大小有关
3．家庭电路使用的电炉，电炉丝与导线是串联的，当电炉丝发热发红时，连接导线却不热，这是因为 （ ）
A.通过电炉丝电流比通过连接导线的电流大　
B.通过电炉丝电流比通过连接导线的电流小
C.电炉丝两端电压比连接导线两端电压小　
D.电炉丝的电阻比连接导线的电阻大
4．下列用电器中，不属于电热器的是（ ）
A. 电饭锅 　　
B. 电熨斗　
C. 电风扇 　　
D. 电烤炉
5．下列情况中防止电热危害的是（ ）
A.电视机背后有散热窗　　
B.家用电器长时期不使用，隔一段时间要通电一次
C.家庭电路一般安装的漏电保护器　　
D.大型爆破工程用电热引发炸药
参考答案1.C；2.D；3.D；4.C；5.A。
六、作业：P108.T1
课外作业P108.T2、T3、T4 。
教学反思：
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