17.3焦耳定律 核心素养教学设计（表格式）--物理沪科版9全册

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《17.3焦耳定律》教学设计
课题 3.焦耳定律 单元 17 学科 物理 年级 九
教材分析 本节课是沪科版九年级物理 第十七章第三节内容它是在学生学习了电流、电压、电阻、电能、电功率等电学知识的基础上，对电学知识的进一步深化和拓展。焦耳定律揭示了电流通过导体产生热量的规律，是电学中的重要规律之一，也是能量守恒定律在电学中的具体体现，为后续学习生活用电、安全用电等知识奠定了基础。教材以“探究-规律-应用”为主线，主要内容包括电流的热效应、焦耳定律、电热的利用与防止三大部分 。首先通过生活实例引入电流热效应的概念，然后引导学生通过实验探究影响电流热效应的因素，进而得出焦耳定律的内容，最后介绍了电热在生活中的利用和防止措施。
2022新课标要求 能通过实验，认识电流的热效应，了解焦耳定律，能用焦耳定律分析并解决与此相关的问题；知道电流热效应的危险性，具有安全用电的自觉行为。 能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象：这需要学生能将焦耳定律与实际生活相联系，比如解释电炉丝热得发红而导线几乎不发热等现象，还要能根据焦耳定律分析和解决一些实际问题，如计算电器设备的发热量、选择合适的电线规格等。
学习目标与核心素养 1.物理观念通过生活实例，认识电流的热效应.通过实验，知道电热的影响因素，理解焦耳定律，会用焦耳定律进行计算. 通过实例，认识电热的利用和防止.2.科学思维在研究影响电热的因素的过程中，利用转换法进行现象分析，发展科学推理和科学论证的能力.3.科学探究经历研究影响电热因素的过程中，运用控制变量的方法，基于问题提出、证据收集、解释现象的过程，发展科学探究能力.科学态度与责任通过了解电热的危害与利用，学会辩证地看待问题，感受物理与生活和社会的密切联系，增强安全意识.
学情分析 九年级学生在学习焦耳定律时，既有一定的知识基础和学习能力，也存在一些困难和挑战，具体学情分析如下：1.知识基础：学生在之前已经学习了电流、电压、电阻等基本电学概念，对电路的基本组成和欧姆定律也有了初步了解，并且掌握了电功、电功率等知识，这为学习焦耳定律奠定了一定的基础。 2.认知能力：九年级学生正处于从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，他们具备一定的观察、分析和归纳能力，能够对较简单的物理现象进行归纳并得出初步结论，但对于一些抽象的物理概念和规律，仍需要具体形象的支持。3.学习困难：部分学生可能对电流和电阻的概念理解不透彻，这会影响他们对焦耳定律的理解。焦耳定律涉及到多个物理量之间的关系，较为抽象，学生在理解和应用上可能会存在一定的困难。此外，学生在实验探究过程中，对于控制变量法的运用、实验方案的设计、实验数据的分析处理等方面还不够熟练。
重点 1.电流热效应的概念，焦耳定律的内容、公式及单位。2.“探究电热与电阻、电流、通电时间关系” 的实验设计与分析。
难点 设计 “探究电热与电流关系” 的实验电路，分析实验数据得出科学结论。
材料准备 电源、滑动变阻器、开关和密封有煤油和电阻丝并插有温度计的容器
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 情境导入电热炼钢视频工厂利用电热炼钢，家庭利用电热、烧水、做饭、电热毯等。电流通过导体时，导体会发热。由此产生的热量与哪些因素有关呢？本节我们学习电流的热效应及焦耳定律。 学生观看视频并思考产生的热量与哪些因素有关呢？ 引出本节课题
讲授新课 一、电流的热效应1.电流的热效应:（1）定义：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。思考1：你知道生活中还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的吗？电热水壶电热水壶：通过电流的热效应将电能转化为热能，从而加热水或其他液体。电热水器：利用电流的热效应来加热水，提供热水供应。电饭锅：主要将电能转化为内能，利用电流的热效应来加热食物。电熨斗：将电能转化为热能，利用电流的热效应来加热衣物，使其平整。电热水器思考2：左图是一种常见的电暖器，通电后会发热发光，电暖器和导线通过的电流相同，为什么电热管发热， 导线却几乎不发热呢？电热管具有较大的电阻，导线电阻较小，电流产生的热量可能与导体本身电阻有关。思考3：电流产生的热量可能还与哪些因素有关？白炽灯通电后，在刚开始不是很热，可过了一会就很热，为什么？电流产生的热量可能与通电时间长短有关。电饭锅通电后为什么必须按下加热（煮饭）按钮开关才能煮熟饭？按下加热按钮，才能接通主加热电路，才能获得足够的电流，电流产生的热量可能与通过导体的电流有大小有关。下面，我们通过实验进行探究，电流产生的思考4：热量是否与这些因素有关，以及它们之间有怎样关系？探究：电流产生的热量与哪些因素有关1.提出问题电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？2.猜想与假设可能与电阻的大小、通电时间长短，电流强弱有关。3. 实验方法：（1）控制变量法；（2）转换法:通过空气温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。4.实验步骤（1）按照电路图，将电源、滑动变阻器、开关和密封有煤油和电阻丝并插有温度计的容器等实验器材连接起来。观察下面两种情况温度计示数的变化。（2）探究电热与通电时间的关系闭合开关，若仅改变给电阻丝加热的时间，观察温度计示数的变化，能得出什么结论？结论：同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，温度计的示数越大，表明电流产生的热量越多。（3）探究电热与导体电阻的关系若将两段不同阻值的电阻丝分别密封在装有等质量煤油的两个容器中，两支相同的温度计分别穿过瓶口插入容器中。请你依据图 1中的电路图将两个容器与其他器材串联起来。说一说你观察到的实验现象是什么？实验现象：在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，煤油的温度越高，表明电流产生的热量越多。（4）探究电热与电流大小的关系如图所示电路，连接相同的电阻丝R1=R2分别放在装有等质量煤油的烧瓶，并联连入，闭合开关移，调节滑动变阻器。使通过I2=2I1。实验现象：相同的电阻，时间一定时，电流较大的煤油的温度越高，表明电流产生的热量越多。视频：电流产生的热量与哪些因素有关？5. 实验结论：从实验可以发现，电流产生的热量与电流大小、导体电阻以及通电时间有关。当电流和电阻一定时，通电时间越长，产生的热量越多。 当电阻和通电时间一定时，电流越大，产生的热量越多。 当电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多。二、焦耳定律英国物理学家焦耳做了400多次实验，他于 1841 年发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系。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。为了纪念焦耳，这一规律被称为焦耳定律2. 公式： Q = I2Rt I 表示电流，单位是安培（A） R 表示电阻，单位是欧姆（Ω） t 表示时间，单位是秒（s） Q表示热量，单位是焦耳（J）思考讨论学习了焦耳定律，请你解释电暖器电热管发热，而导线几乎不发热的原因。参考答案：电炉丝和导线串联，电流相同，由于电炉丝的电阻大，相同时间内产生的热量多，所以热得发红，而导线却几乎不发热。3.电功和电热关系（1）在纯电阻电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即Q=W ，产生的热量均可用下列公式计算：Q=W=Pt=UIt= t =I2Rt（2）非纯电阻电路中，例如电风扇、电动机、电动车等电能主要转化为机械能，所以Q＜W电功计算公式：W=Pt=UIt= t 电热计算式：Q=I2Rt4.电流的热效应的广泛的应用以及危害（1）电热的利用 电热水器、电熨斗、电暖器：这些用电器的核心部件是发热体，发热体采用电阻较大的合金材料制成。根据焦耳定律Q = I2Rt，在电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多，从而实现加热的目的。他们工作时消耗的电能几乎全部用来产生热量，有较高的效能。知识拓展视频：焦耳一生思考讨论：保险丝是如何起到保护电路和用电器的作用的？保险丝是由电阻率较大、熔点较低的铅锑合金制成的。当电路中电流过大时，根据焦耳定律Q = I2Rt，保险丝会产生较多的热量，温度迅速升高，达到熔点后熔断，切断电路，起到保护电路和用电器的作用。（2）电流的热效应产生危害以及防止①计算机、电视机工作时电流的热效应若导致温度过高，则会影响其正常工作和使用寿命。计算机、电视机的后盖都留有一些小孔，计算机还装有风扇，来散热。②当家中同时使用空调、电热水器等大功率用电器时，电路中的总电流会增大，有可能超过安全值，过多的电热会使导线的绝缘层损坏，引起线路故障，甚至引发火灾。思考：我们在生活中应该如何防止这种危害呢？”避免电路中电流过大：不随意更换大功率用电器，防止电路总功率过大；不私拉乱接电线，避免电路短路。 - 减小导体电阻：选择横截面积较大、电阻率较小的导线（如铜导线），降低导线的电阻，减少导线发热。保证电路通风散热：电线和用电器周围不要堆放易燃物品，保证良好的通风条件，及时散发热量；大型用电器（如空调、冰箱）要远离热源，避免温度过高。 学生聆听记忆思考学生思考1，2，3，4学生聆听思考，观察温度计的示数变化学生归纳实验结论学生总结记忆实验结论学生理解记忆焦耳定律的内容公式，各物理量单位学生理解记忆推导公式阅读课文电流的热效应的广泛的应用以及危害学生思考讨论 明确电流的热效应概念：知道电流通过导体时电能转化为内能的现象锻炼学生的逻辑思维合理猜想能力，并引起学生的兴趣通过串联电路控制电流和时间，探究电热与电阻的关系；通过并联分压控制电阻和时间，探究电热与电流的关系，熟练运用转换法（用温度计示数变化反映热量多少）和控制变量法。锻炼学生的归纳总结能力掌握实验结论。掌握焦耳定律的核心内容：理解电流产生的热量与电流的二次方成正比、与电阻成正比、与通电时间成正比，能准确运用公式进行定量计算，明确各物理量单位。区分电功与电热的关系：知道纯电阻电路中（如电炉）电热等于电功，非纯电阻电路中电热小于电功，避免公式滥用。锻炼学生的自主学习能力拓展学生的思维，建立 “物理规律→实际应用” 的关联思维。
课堂练习 1．如图所示的用电器中，利用电流的热效应工作的是（　　）A． 平板电脑 B． 电热水壶C． 无线路由器 D． 电视机【答案】B【详解】A．平板电脑主要利用电流进行数据处理、显示、通信等，发热是副作用，不是主要工作目的。故A不符合题意；B．电热水壶通过发热管将电能转化为内能来加热水，是利用电流热效应工作的电器。故B符合题意；C．无线路由器主要功能是信号处理与无线通信，发热不是主要目的。故C不符合题意；D．电视机主要功能是显示图像与播放声音，发热不是主要目的。故D不符合题意。故选B。2.小明在网上看到一个取火“神器”，如图所示，将口香糖的锡纸剥下来，剪成中间窄、两端宽的形状，将锡纸两端带锡的一面分别搭在电池的正、负极上，由于电池被短路，电流较 ，电流具有 效应，过一会儿，锡纸中间的部分燃烧起来。2.【答案】大 热【详解】[1][2]锡纸两端分别接在电池正负极上，电池被锡纸短路。因为电池被短路，电路中电阻非常小，根据 ，电流会很大。电流通过导体时，导体会发热，这是电流的热效应。锡纸中间窄的部分横截面积小，电阻比宽的部分大，根据焦耳定律，在相同电流下，电阻大的部分单位时间产生的热量更多，温度升高更快，达到锡纸的燃点后就会燃烧。3.如图为“探究焦耳定律”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且。下列说法正确的是（ ）A．闭合开关后，通过R1的电流小于R2的电流B．闭合开关后，甲管中液面上升比乙快C．该实验装置用于探究电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系D．该实验用到了转换法和控制变量法3.【答案】BD【详解】A．因为R1、R2串联在电路中，根据串联电路电流处处相等的特点可知，闭合开关后，通过R1的电流等于R2的电流，故A错误；B．已知R1＞R2，通过的电流和通电时间相同，根据焦耳定律可知，R1产生的热量多。因为U形管中液面的高度差反映密闭空气温度的变化，R1所在容器中空气吸收的热量多，温度升高得快，所以甲管中液面上升比乙快，故B正确；C．该实验中两电阻丝串联，电流和通电时间相等，电阻不同，是用于探究电流和通电时间一定时，电热与电阻的关系，而不是电压和通电时间一定时，故C错误；D．通过U形管中液面的高度差反映密闭空气温度的变化，从而反映电阻丝产生热量的多少，运用了转换法；控制电流和通电时间相同，研究电热与电阻的关系，运用了控制变量法，故D正确。故选BD。 学生练习 巩固本节的知识
课堂小结 1.电流的热效应: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。2.探究：电流产生的热量与哪些因素有关电流产生的热量与电流大小、导体电阻以及通电时间有关。3.焦耳定律的内容： 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。4. 公式： Q = I2Rt 学生总结教师补充 让学生对本节知识有个系统理解
板书 第三节 焦耳定律一、 电流的热效应1.电流的热效应: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。2. 探究电流的产生的热量与哪些因素有关控制变量法、转换法。电流，电阻，通电时间二、焦耳定律 1.Q = I2Rt 2. 电流热效应的应用与危害防止 对照板书回顾 夯实本节基础
课外拓展/课外阅读内容 《焦耳：能量的故事》：由云南教育出版社出版，通过讲述焦耳的故事，介绍了功率和能量的相关知识，书中会涉及焦耳定律的内容，让学生跟随焦耳了解生活中关于功率和能量的问题，同时还介绍了杠杆原理、滑轮原理、机械能守恒定律等，帮助学生理解焦耳定律在物理知识体系中的位置。
特色资源分析和技术手段说明 课件展示，视频资源等
教学反思 1. 资源运用的亮点与不足亮点在于通过历史故事与生活案例激发了学习兴趣，如焦耳实验的介绍让学生理解科学发现的曲折性；不足是资源整合度不足，非纯电阻电路的拓展案例与基础知识点衔接生硬，部分学生对“P总≠P热”的理解存在障碍。虽设计了讨论与模拟操作环节，但受课时限制，学生自主提问与探究的深度不足，如对“电热防止措施”的讨论仅停留在表面，未延伸至具体电路设计层面。后续需优化时间分配，增加小组合作设计实验（如自制简易电热器）的环节，强化“从物理走向社会”的落地。
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