15.3 电热器 电流的热效应 教学设计（表格式）

教学设计
课程基本信息
学科 物理 年级 九年级 学期 春季
课题 电热器 电流热效应
教学目标
1.知道电热器是主要利用电流热效应工作的装置，知道电热器一般都是由电阻组成的。 2.经实验探究，知道电热器产生的热量与自身的电阻、通过它的电流以及通电时间有关。 3.知道焦耳定律的计算公式和使用范围，会用焦耳定律进行简单的计算。 4.知道电热的利用和防止。
教学内容
教学重点：实验探究电热器产生的热量与通过导体的电流、电阻、时间的关系；知道焦耳定律表达式并会运用。
教学难点：猜想“电热的影响因素”；在探究电流热效应影响的因素过程中，领会控制变量、转换以及对比观察等基本方法。
教学理念
《义务教育物理课程标准（2022年版）》在课程理念中明确提出：“面向全体学生，培养学生核心素养”，并进一步定义核心素养的内涵——核心素养是课程育人价值的集中体现，是学生通过课程学习逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的正确的价值观、必备品格和关键能力。 物理学科核心素养主要包括：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任。该教学设计基于核心素养培养的视角，从“创设趣味活动，构建物理观念；巧借对比实验，拓展思维深度；设计创新实验，引领科学探究；挖掘育人价值，培养科学态度与责任”四个方面展开探讨，旨在增进学习主体对物理概念的完整认知，提升其思维品质，培养科学探究能力以及求真务实的科学态度与责任。 创设趣味活动，构建物理观念：通过演示实验①——“电流的热效应”，以视觉冲击激发学生内在学习动机，引导学生思考现象背后的原理，构建物理概念；实验中缓慢移动滑动变阻器使得电流越来越大这一过程，也为下面学生猜想“电热与哪些因素有关”做铺垫。 巧借对比实验，拓展思维深度：在猜想“电流热效应与哪些因素有关”的环节中，学生猜不出电阻这一影响因素。教学中通过对比“镍铬合金丝”与“铜丝”切割相同泡沫的实验现象，激发学生深度思维，引导学生合理猜想。 设计创新实验，引领科学探究：对教材中传统的“焦耳定律”实验进行创新，以更具趣味性、直观性、可探索性的创新实验给予学生充分实践和探究，提高学生创新意识和科学探究能力。 回归生产生活，培养科学态度与责任：通过播放新闻视频或图片了解电热在生产生活中的应用以及危害，帮助学生树立正确价值观、培养学生安全意识和社会责任感，促进学科知识和核心素养的全面发展。
教学思路
首先通过实验演示创设趣味情境，让学生更加直观、深刻地感受“电流热效应”现象，自主构建电流热效应概念，同时也为后面猜想电热与电流的关系做铺垫，通过让学生例举身边的电热装置，丰富学生对电热器的认识；其次通过学生活动，讨论猜想电流热效应影响因素，以自制“电热锯”对比实验拓宽学生思维，突破猜想难点；接着借助创新实验教具，优化实验现象，鼓励学生自主设计和科学探究，总结实验结论；最后联系生活运用，让学生在生产生活和实践中体会电流热效应的应用和危害，培养学生的安全意识和社会责任感。本节课教学设计贯穿运用观察、比较、归纳、实验等基本科学方法，让学生在科学体验的过程中学会问题探究的理性思考，真正掌握知识并学会应用。
教学亮点
1、创设趣味情境，突破“电流热效应”概念，为猜想电热与“电流”的关系做铺垫。 演示实验①中经笔者反复尝试，最终选用12V蓄电池，1.4mm铅笔芯（上面粘有两根火柴棒），以达到实验效果最佳，给学生带来视觉冲击。“火柴棒”被点燃这一神奇、魔幻、精彩的实验现象，激发学生思考其原理的好奇心，通过递进问题链设计引导学生构建“电流热效应”概念。实验中重点让学生观察缓慢移动滑动变阻器这一过程，也是为后面猜想“电热与电流的关系”做铺垫。 2、自制“电热锯”，设计对比试验，引导学生猜想电热与“电阻”的关系。 在猜想电流热效应的影响因素时，学生根据已有认知很难猜想出电阻这一因素。为激发学生深度思维，教学中自制“电热锯”，将“镍铬合金丝”与“铜丝”串联在电路中，并将两块相同泡沫板分别斜搭在两根金属丝上，闭合开关后，观察两个泡沫板被切割情况，引导学生合理猜想。 3、改进创新“焦耳定律”实验装置，优化实验现象，引导学生科学探究。 教材提供的实验装置，是利用电阻丝加热煤油，通过观察温度计的变化量来判断电热产生的情况。但在实际课堂操作中，加热煤油耗时长影响课堂效率，并且温度计读数不够直观，还有如果发生器材打破现象，会导致水银泄露，存在安全隐患。 基于以上分析，笔者对该实验进行改进和创新，改进处：将电热丝渡上绝缘漆，防止发生短路现象；橡皮塞与导线处用胶水封实，防止漏气。创新处：直接利用电阻丝加热空气，升温现象更快更明显；同时将温度计换成温度传感器，其灵敏度高，可视性强，方便学生读取示数。
教学资源
教师演示：铅笔芯、火柴棒、若干导线、12V蓄电池、纸杯、滑动变阻器、开关、架子、铜丝、镍铬合金丝、泡沫板、PPT课件等。 2.学生实验：自制焦耳定律探究仪器（锥形瓶、温度传感器、电阻丝）、电源、电流表等。
教学过程
一、教学流程图 二、教学过程 任务一：什么是“电热器”？ 【演示实验①——“电流的热效应”】 如图1所示，1.4mm的铅笔芯（上面粘有火柴棒）被固定在一次性纸杯上，并接入电路。电路中还有开关、12V蓄电池、滑动变阻器（处于最大值）、若干导线（如图1）。闭合开关后，缓慢向左移动滑动变阻器，移到最左端即阻值最小处，火柴棒突然被点燃（现象如图2）。面对如此神奇的实验现象，学生的好奇心和学习热情瞬间被激发出来。 图1图3
师：火柴棒为什么会被点燃？ 生：因为铅笔芯的温度升高了。 师：铅笔芯温度为什么会升高？ 生：因为电流对铅笔芯导体做功了，使得铅笔芯导体温度升高。 师：电流对导体做功，将电能转化为内能，导体发热，像这样的现象就称之为“电流的热效应”。主要利用电流热效应工作的装置就称之为“电热器”。 【学生活动①——例举“电热器”】 师：生活中有哪些常见的电热器呢？ 生：电水壶、电饭锅、电炉、电暖器、电热油汀、电熨斗......... 师：像这些主要利用电流热效应工作的装置就称之为“电热器”。 （设计意图：通过创设趣味情景，将电流热效应现象进一步直观化和生动化，让学生留下了深刻的印象；其次通过递进问题链降低学生思维难度，引导学生深挖本质，构建出“电流热效应”的概念；最后让学生联系生活例举身边的电热装置，丰富学生对电热器的认识，达到学以致用的目的。） 任务二：猜想电流热效应与哪些因素有关？ 【学生活动②——讨论猜想】 师：电流热效应与哪些因素有关呢？请同学们结合实验现象和生活经验说出猜想理由。 生1：与电流大小有关，因为由刚才的引入实验可以发现，缓慢移动滑动变阻器的过程中，电流越来越大，大到一定值时火柴棒被点燃，所以电流产生的热量与电流大小有关。 生2：与通电时间有关，比如：电热毯通电时间越长温度越高。 生3：........... 学生在经过激烈的讨论和交流后，都能猜到电热与通电时间和电流大小有关，并能给出合理的猜想理由。但是对于电阻这一因素，学生始终没有想到合理的解释。因此教师通过创设以下对比实验，拓宽学生思维，引导学生进一步猜想。 【演示实验②——引导学生猜想电热与“电阻”关系】 教师拿出自制的“电热锯”（如图4），该电路主要由长度相等、横截面积相同的镍铬合金丝和铜丝串联而成，然后将相同的泡沫板分别倾斜着搭在金属丝上。闭合开关，通电一段时间后，观察两个泡沫板的情况。发现搭在铜丝上的泡沫板几乎没有变化，而搭在镍铬合金上的泡沫板出现凹痕并很快被切断掉落。 师：观察两块泡沫板，一个被“锯断”，另一个几乎没有变化，说明了什么？ 生：两根金属丝串联电流相同，通电时间相同，所以电热还可能与电阻大小有关 图4
（设计意图：基于直观情境创设、生活经验铺垫而做出的合理猜想是科学探究中最具创造性的一环，对学生的发散性、创新性思维起到极大的促进作用，巧设对比实验引导学生养成积极思维、努力猜想的习惯，真正提高学生思维品质。） 任务三：实验探究影响电流热效应的因素 【设计实验】 师：如何研究电流大小对电热的影响，应运用什么方法？如何设计实验？请画出电路图。 生：控制变量法。选用同一电阻，在电路中串入滑动变阻器，通过移动滑动变阻器改变电流大小或者通过改变电源，改变电流大小......... 或或生1电路图生2电路图
师：如何比较电阻丝的阻大小对产生电热的影响？应该运用什么方法？如何设计实验？请画出电路图来。 生：控制电流大小相同，改变电阻。将两个不同阻值电阻串联..... 生3电路图
师：如何比较导体产生热量的多少？什么思想？ 生：通过观察温度计示数的变化情况来判断，转换法思想。 器材简介： 教材提供的实验装置，是利用电阻丝加热煤油，通过观察温度计的变化量来判断电热产生的情况。但在实际课堂操作中，加热煤油耗时长影响课堂效率，并且温度计读数不够直观，还有如果发生器材打破现象，会导致水银泄露，存在安全隐患。因此需要对该装置进行改进和创新。改进处：将电热丝渡上绝缘漆，防止发生短路现象；橡皮塞与导线处用胶水封实，防止漏气。创新处：直接利用电阻丝加热空气，升温现象更快更明显；同时将温度计换成温度传感器，其灵敏度高，可视性强，方便学生读取示数。 图5图6
【进行实验】 学生实验①——“探究电流大小对产生电热的影响”。将图6装置（同一电阻）分别接入电流大小不同的电路中（如图7和8），闭合开关，保持通电相同时间，观察温度的变化情况，并将数据记录在下表中（如表一）。 图7图8
表（一） 电阻R/Ω初温T0/℃末温T1/℃温度变化量 T/℃结论I1=0.4A5Ω23.2℃25℃1.8℃Q1_＜_Q2I2=0.54A5Ω23.2℃25.9℃2.7℃
学生实验②——“探究电阻大小对产生电热的影响”。 将两段电阻不等的电阻丝R1和R2 分别安装在相同的装置中，然后将他们串联接入电路（如图9）。通电一段时间，观测两个装置中温度的变化情况并将数据记录在下表中（如表二）。 图9
表（二） ②电流I/A初温T0/℃末温T1/℃温度变化量 T/℃结论R1=5Ω0.5A23.2℃25℃1.8℃Q2_>_Q1R2=10Ω0.5A23.2℃26℃2.8℃
学生实验③——“探究通电时间对产生电热的影响”。保持通过电阻的电流大小不变，改变通电时间，观察温度的变化情况（如图10）并将数据记录在下表中（如表三）。 图10
表（三） ③电阻R/Ω初温T0/℃末温T1/℃温度变化量 T/℃结论T1=30s5Ω23.2℃25℃1.8℃Q2_>_Q1T2=60s5Ω23.2℃31℃7.8℃
【实验结论】 由探究实验归纳可得：通电导体产生的热量与导体电阻、通过导体的电流以及通电时间有关；其中电阻越大、电流越大、通电时间越长，则导体产生的热量越多。 师：英国科学家焦耳通过大量实验研究，得出了著名的焦耳定律，其表达式为：Q=I2Rt，单位：I—安 R—欧 t—秒 Q—焦。（此处对焦耳的生平伟迹向学生作一个简介，增进学生对科学家的了解和敬佩。） （设计意图：此教学环节通过改进和创新传统实验激发学生的创新意识，使学生的思维不再拘泥于教材，能够自主进行实验设计和探究，主动总结物理规律，理解焦耳定律。其次通过介绍焦耳生平史，让学生了解科学家在追逐真理道路上的坚持不懈和实事求是，培养学生不畏艰难、勇于探索的勇气。） 任务四：了解电热的应用及危害 视频播放电热在生活中的应用以及在生活中的危害。比如冬天使用的取暖器、电热毯等电热器，正确的使用它们将为我们的日常生活带来很多的便利；但是像老旧小区电路维修不及时，会因为线路老化造成短路，引起火灾（如图11）；还有电视机、电脑、投影仪等电器他们的外壳都会安装像小风扇的散热器（如图12），目的就是将电器工作时产生的热量及时散发出去。 图11图12
通过观看新闻视频和图片，让学生了解电热是一把“双刃剑”，对电热的应用要心存敬畏之心，要是培养学生的安全意识。同时也是引导学生将所学知识运用到生产生活中，利用科学的力量创新生产，规避隐患，培养学生的科学态度和社会责任感。 （设计意图：物理教学不仅要教授学生科学知识，还要体现学科知识中的育人价值，通过视频了解电热的应用以及危害，培养学生的安全意识和社会责任，促进学科知识和核心素养的全面发展。） 1、课外作业 完成物理课时对应内容P20-21 三、板书设计