18.4 焦耳定律 教学设计（表格式）

教学设计
课程基本信息
学科 初中物理 年级 九年级 学期 秋季
课题 焦耳定律
教学目标
1.能通过实例，认识电流的热效应，知道电流热效应与导体的电阻、通过导体的电流、通电时间的定性关系。 2.通过理论推导和实验探究了解电流的热效应的影响因素，培养猜想、制定计划、分析数据、得出结论等科学探究能力，进一步学习控制变量的科学研究方法，体会转换法的研究思想，锻炼创新思维能力。 3.通过学习电流热效应的应用实例和危害防止，培养理论联系实际、将所学知识运用于实际的意识，体会物理知识对生产、生活的重要意义。 4.通过对物理学家焦耳事迹的学习，体会不懈追求的科研创新精神，激发热爱科学的情感。
教学内容
教学重点： 1. 通过实验探究电热与电流、电阻和通电时间的定性关系。 教学难点： 1.利用控制变量法和转换法设计探究实验。 2.电功与电热的关系。
教学过程
第一环节：创设情景，引入新课 观察“口香糖铝箔包装纸使电池短路”实验。看到了什么现象？说明了什么问题？在这个过程中能量是如何转化的？ 电流通过导体时，导体会发热，将电能转化为内能，这种现象叫电流的热效应。 生活中许多用电器接通电源后，都伴有热现象发生。同学们还能举出生活中哪些产生电热的现象？ 我们总结这些电热现象并进行归类，发现有些电热有用可以利用，如家里的电热水器、电钣锅等，有些电热对人们有害要加以防止，如电脑、电动机工作时产生的电热等。 不论是利用电热还是防止电热带来的危害，首先要搞清电流的热效应与什么因素有关。 请同学们结合观察与生活经验提出合理的猜想。 第二环节：提出猜想，理论推导 【提出猜想】 问题1：“口香糖纸使电池短路”实验中，为什么中间比较窄的部分先冒烟起火？ 猜想电流通过导体产生的热量可能与电阻有关。 问题2：插线板接入用电器太多，电源线发热会更明显，严重的会烧焦起火，这是为什么？ 猜想电流通过导体产生的热量可能与电流的大小有关。 问题3：长时间放在衣服上的电熨斗会使衣服烧焦，这说明什么？ 猜想电流通过导体产生的热量可能与时间的大小有关。 生活中的一些现象告诉我们，电热确实与电流、电阻、通电时间有关。 我们能否根据电流通过导体时将电能转化为内能推导电热与这三个因素的关系？ 【理论推导】 当消耗的电能全部转化为内能（电热）时，有Q＝W W=UIt，且U=IR ∴Q=W=UIt=I2Rt ∴Q=I2Rt 这就是焦耳定律的内容。 第三环节：设计方案，实验验证 【问题提出】 如果我们能通过实验来证明电热确实与这三个因素有关，那么就达到了实验与理论的完美统一！ 【实验设计】 当电热可能同时与电流、电阻、通电时间三个因素有关时，我们可以用什么方法去研究？怎样研究？请同学们根据以下表格完善探究过程与方法。 明确探究目的理清探究思路设计实验方法探究电热与电阻的关系保持I、t相同，改变导体R将两个阻值不同的电阻串联同时通电，比较电热探究电热与电流的关系保持R、t相同，改变导体中的电流方案一：改变电流，比较同一电阻相同时间产生的电热 方案二：通电相同时间阻值相同的电阻电流不同时产生的电热探究电热与通电时间的关系保持I、R相同，改变通电时间对某个电阻通电持续观察放热情况
采用什么方法来显示电热呢？ 介绍课本上使用的方法的原理，并交流学生的其他创新方法。 方法示意图说明方法一 加热液体，通过液体吸热温度变化的多少显示电热的大小方法二加热空气，通过空气吸热膨胀使U型管中液面高度差大小显示电热的大小 方法三给电阻丝通电，观察火柴头点燃时间的多少显示电热的大小方法四在电阻上贴上NCW系列可逆型变色测温贴片，通过变色快慢来显示电热的大小其它方法…………
为了能较好地培养创新思维，实验设计可不做任何器材限制，给学生提供充分开放的发挥空间，让学生用转换的思想反映出电热的多少。 教师可让学生评价方案的优劣和改进意见，并建议课后学生在开放实验室实践自己的方案并优化改进。大家也可以扫二维码和老师一起参与实验进行拓展探究。 介绍焦耳在1840年所做的实验装置，提出焦耳化了40年时间做了400多次实验才完成了实验。当然随着科学的发展，实验的精准性得到了大大的提高，我们现在的测量器材比较先进，我们可以选择焦耳类似的实验方法，优化实验器材，进行实验，验证电热与电流、电阻与通电时间的关系。 【进行实验】 介绍实验装置，观察实验，得出实验结论。 研究电热Q跟电阻R的关系： 【数据记录】 温度t/℃ 电阻R/Ω12345R1=4Ω 26.827.027.427.828.0R2=2Ω26.326.426.626.826.9
实验结论：当电流I、通电时间t相同时，电阻R越大，产生的电热Q越多。 在电流和电阻相同时，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 进一步分析数据 初步得出：当电流I、通电时间t相同时，Q与R成正比 当电阻R、电流I相同时，Q与t成正比 研究电热Q跟电流I的关系： 【数据记录】 温度t/℃ 电流I/A123456I 25.826.226.627.027.427.80.5I26.226.326.426.526.626.7
实验结论：当电阻R、通电时间t相同时，电流越大，产生的电热Q越多。 进一步分析数据 初步得出：当电流R、通电时间t相同时，Q与I2成正比. 我们的实验初步证实了我们的理论推导！为了要得到更为精准的实验结论，我们还要像焦耳一样选择不同的用电器在不同的工作状态下采集更多的数据进行实验，我们今天学习焦耳定律，我们不仅要学习他发现的定律帮助我们解释了生活中的电热现象，而且要学习他的刻苦钻研的精神。 焦耳定律内容：电流通过导体时产生的热量，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 单位：I－安培，R－欧姆，t－秒，Q－焦耳。 说明：焦耳定律是从大量实验中总结出来的规律，它适用于任何情况下的电热的计算。 第四环节：实践应用，服务生活 为了更好的让电热为人类服务，又要减少电热对人类造成的危害。现在我们利用所学的焦耳定律来解决一些实际问题。 1．取暖器中的电热丝通电一段时间后电热丝热得发红，而导线却不怎么热，为什么 2. 电流的热效应在科研生产、生活中被广泛应用。电热器就是利用电流的热效应来工作的，电热器的主要构造？能量转换？ 3. 电热的好处很多，但有些却是对我们有害的，我们又该如何防止或减少电热呢？ 通过对实际问题的分析、讨论，材料的选择运用，进一步提高学生运用物理知识解决实际问题的能力。加深对物理概念与规律的理解。 第五环节：构建模型 深度理解 1. 一微型电动机线圈的电阻为1Ω，线圈两端所加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作。求电动机正常工作1 min内电流通过电动机时消耗的电能与电流通过线圈产生的热量。 2.一根60Ω的电阻丝接在 36 V的电源两端，在5min内共消耗多少电能？产生多少热量 先计算，对比比较这两组计算结果，大家有没有产生新的疑惑？电路消耗的电能与电流产生的热量为什么有的用电器相同，有的用电器不同？它们之间有何区别与联系？ 电热的实质是电能的转化。电热既是电能转化为内能的过程，同时也是电流做功的过程.但是对不同的用电器来说，在消耗相同的电能的情况下，电能转化为内能的多少是不同的。如电炉、电饭锅、电烙铁等用电器的主要作用就是把电能转化为内能，从而供人们利用，此时在不考虑能量损耗的情况下可以近似认为电能全部转化成了内能；但是对于像电风扇、电冰箱、电视机、洗衣机等用电器，它们的主要目的不是将电能转化为内能，而是转化为其他形式的能量，所以此时消耗的电能中，只有很少一部分电能转化成了内能，这时的热效应体现得不明显。 播放电动机不转时，机械能全部转化为内能的视频。 小结：今天这节课我们从生活中的现象发现电流通过导体产生的热量与电流、电阻、通电时间存在着一定的关系。在寻求它们之间具体的关系过程中，我们首先借助电功和欧姆定律推导得出，我们还进一步通过实验验证了它们之间的关系。从中发现要研究一个物理问题，我们可以从实验和理论两方面来进行实践探索，就是我们研究问题最重要也是最常用的方法。