电热器

第3章 能量的转化与守恒
第7节 电热器
一、〖教材分析〗
本节从学生熟悉的用电器入手，让学生认识常见电热器及其工作原理，重点通过实验探索电热的影响因素，培养学生分析实验现象、进行数据处理得出结论的能力和探索精神，最后讲述焦耳定律及应用。
对于电热的应用，需要引导学生认识电热器电阻大，熔点高的金属来制作发热体，应当适当的给展示一些电热器的基本结构，增强学生的实际知识的应用。讲电热的防止时，应当结合实际例子来进行，加深学生对这个问题的认识，找出防止危害的方法。
二、〖教学目标〗
（一）知识与技能
1．熟悉常见电热器，知道电热器是利用电流热效应工作的；
2．理解电流通过导体发出的热量与哪些因素有关，理解焦耳定律；
3．初步学会运用焦耳定律进行简单计算。
（二）过程与方法
4．体验电热影响因素的研究过程；
5．培养分析实验现象、进行实验数据处理的能力。
（三）情感态度价值观
6．通过实验探索电热的影响因素的教学，和焦耳的研究简介，增强学生科学探索精神；
7．通过电流热效应的利弊分析，培养学生用辨证观点看待事物的意识。
三、〖教学重点和难点〗
重点：研究电热大小的影响因素；焦耳定律的应用。
难点：研究电热大小影响因素中，实验现象的分析和数据处理得出结论。
四、〖教学准备〗
阻值为2Ω和8Ω的电阻丝各一根，装满煤油带玻璃导管的烧瓶两只，开关、滑动变阻器、示教电流表、学生电源各一，电炉、电烙铁等电热器。（用焦耳定律演示仪器更好）
五、〖课时安排〗：1课时
六、〖教学程序〗
一、情景导入
提问：(1)灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡，有什么感觉？为什么？
(2)电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机部分有什么感觉？为什么？
学生回答：发烫。
【演示】将电炉通电一段时间，让学生感受电炉发热。
【问】1、电流通过电炉时，电能转化为什么能？
（生：电能转化为内能）
2、在日常生活中，同学们还见过哪些用电器通电工作是为了产生热量的？
生：电热毯、电饭煲、电热壶、电熨斗、电吹风机----------
引出课题：电热器
二、新课学习
（一）常见电热器及其工作原理
【讲述】其实，电流通过任何一个导体，导体都要发热，这种现象叫电流的热效应，电流通过导体产生的热量叫电热。
【问】在电流热效应现象中，能量如何转化？（生：电能转化为内能）
【出示】各种电热器，让学生认识，并找出它们的相似结构——发热体。由此揭示电热器的工作原理。
①电热器是利用电流的热效应制成的加热设备。
②电热器的主要组成部分是发热体。
【板书】电热器是利用电流热效应工作的
（电热器是利用电流热效应工作的一种加热设备）。
【板画】电热器电路模型：
讨论：电流的热效应有什么利和弊？
学生讨论回答使用电热器的优点及注意事项。
电热器优点：清洁、无污染、热效率高、便于控制和调节。
注意事项：当电流过大，产生热量过多时，会导致温度升高超过一定限度使用电设备损坏，造成事故。
（二）研究电热大小的影响因素
【讲述】在工农业生产和日常生活中，有时要利用电热，
有时要减少电热，因此，需要知道电热大小跟哪些因素有关。
【问】电热大小跟哪些因素有关呢？
【讲述】下面我们就一起来研究这一问题。
关注下列问题：
如何控制变量？采用什么电路？需要记录哪些量？用到哪些器材？实验中电热大小怎样判断？如何操作？
【讨论】1、以大家熟悉的电炉为例，说说电热大小可能跟什么因素有关？
[猜测]同学们能否根据刚才实验现象及结合生活经验猜测影响电流产生热量的因素？
建立假设：电热Q可能与I、R、t有关。
设疑：那么，对电热Q与多个量有关的情况，应采用什么方法研究它们间的关系呢？
生：控制变量法
2、如何设计实验验证假设？
[讲述并设疑]控制变量法是研究自然科学的重要方法，那如何研究Q与R的关系呢？请画出电路图。
[设疑]能否在这个电路图中研究Q与I的关系呢？
[设疑]怎样定性比较电热的多少以利于直接观察？
【出示】阻值为2Ω和8Ω的电阻丝各一根，装满煤油带玻璃导管的烧瓶两只，开关、滑动变阻器、示教电流表、蓄电池（学生电源）各一，按下图连接电路。
【质疑】若上述实验电路通电后，玻璃管中的煤油会发生什么现象？
生：煤油会在玻璃管中上升。
【归纳】电阻丝通电，产生电热，使煤油温度升高，体积膨胀，在玻璃管中上升，电热越多，煤油温度越高，体积膨胀越多，玻璃管内液面升得越高。产生的热量跟玻璃管中煤油体积膨胀上升的高度成正比。
【实验】根据上述实验电路进行实验，并作好记录：
（1）通电t1秒钟，引导学生观察玻璃管内液面升高
情况，并思考说明的问题；控制条件（I、t相同）
【讨论】引导学生讨论这些数据能说明什么？
分析1：实验（1）中，控制的条件是通过的电流和通电时间分别相等，所以甲中煤油上升得高，说明R甲上的电热比R乙多，是由于R甲＞R乙引起的。
归纳：实验（1）说明电热大小与导体的电阻有关，在电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电热越大。
（2）调节滑动变阻器，增大电流，并通电t1秒钟，让学生观察现象。控制条件（R、t不变）
分析2得出结论：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
（3）保持变阻器滑片位置不动如实验（2）位置，延长通电时间为t2秒钟，观察现象。控制条件(I、R不变)
分析3得出结论: 在通电电流和电阻相同的条件下，时间t、越长,则煤油液柱在玻璃管内上
将有关信息填入下表：
实验次数 条 件 现 象 结 论
电流/Ω 电阻/ A 通 电时间/s 玻璃管中煤油上升的高度/cm 电热与哪些因素有关
甲 乙 甲 乙 甲 乙 甲 乙
1
2
3
2．引导学生比较实验（2）、（3）中甲、乙的不同现象，让学生确信上述结论是科学合理的。
3．对同一电阻，比较实验（1）、（2），发现什么？比较实验（2）、（3），又有什么发现？
[提问]哪一位同学能把以上三次实验的三个结论串起来，看看电流产生的热量究竟同哪些因素有关？
生：电流产生的热量Q与I、R 、t有关，这个关系是成正比的关系。
归纳实验结论：电热大小与电流、电阻和通电时间有关，且电流越大，电阻越大，通电时间越长，电热越大（板书）。
【设问】通过本实验，我们是否得到了电热与电流、电阻和通电时间具体的定量关系呢？（没有，只是定性关系）
[讲述]但这只是定性地描绘，还不大精确。课前，我对该实验作了精确测量，实验结果记录如下。（用投影出示写好的如下表格）
内容 次数 电流I （安培） 通电时间t （秒） 电阻丝RA液柱上升高度⊿hA（格） 电阻丝RB的液柱上升高度⊿hB（格）
1 1 60 2 1
2 1 120 4 2
3 2 60 8 4
4 3 60 18 9
请同学们认真分析以上的实验结果，看与刚才我们通过实验得出的结论是否一致？
【讲述】英国物理学家焦耳通过大量的实验，于1840年最先精确地确定电热与电流、电阻、通电时间的定量关系，发现了用他名字命名的焦耳定律。
（三）电热的计算——焦耳定律
【板书】焦耳定律的内容：电流通过导体产生的热量（电热），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。
【讲述】若电热用Q表示，所有量都用国际主单位，则焦耳定律可以用公式Q=I2Rt表示。
公式：Q = I2Rt。
单位：I-安，R-欧，t-秒，Q-焦。
材料特点：电阻率大，熔点高的金属丝或非金属材料（如碳硅材料）
讨论：电吹风和电熨斗通电时都会发热，哪中电器可以认为能将电能全部转化成内能？
电吹风：电能一部分转化为内能，另一部分转化为动能。
电熨斗：电能全部转化为内能。
【讲述】在电流通过电热器时，电能全部转化为内能，即Q=W，大家可以根据这一关系，结合欧姆定律，从理论上推导出焦耳定律的数学表达式（公式）。
根据电功公式和欧姆定律推导焦耳定律。
若电流做的功全部用来产生热量即Q = W,
又∵W = UIt，
根据欧姆定律U = IR，
∴Q = W = U It = I2Rt。
指出：焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，对只存在电流热效应的电路也可用Q = W = UI t = Pt = U2/R t来计算热量。
讨论：为什么"觉察不出和灯相连的电线发热"。
分析：因为电线和灯串联，通过它们的电流是一样大，又因为灯的电阻比电线的大得多，所以根据焦耳定律Q = I2Rt可知，在相同时间内电流通过灯产生的热量比通过电线产生的热量大得多。因此，灯泡热量发光，而电线却感觉不到热。
【例题1】某电热器在220V电源上，它的电阻是55欧姆，通电10分钟产生多少热量？
【例题2】有一中新型的吹具叫做电压力锅，它用电加热，又具有压力锅的优点。如图所示是一只压力锅的名牌，问该压力锅正常工作15分钟能够产生多少热量？
要求：
1、会阅读说明书/名牌，获取
有用信息；
2、会综合运用电功率公式、
欧姆定律、焦耳定律进行
有关计算；
3、能用不同方法求解。
【例题3】电热器的发热体材料的熔点和电阻有什么要求？运用焦耳定律给予解释。
材料特点：电阻率大，熔点高的金属丝或非金属材料
【例题4】如图a、b两相同容器中分别装有相等质量的水，水中的
电阻丝阻值分别为R1和R2，且R1＜R2，则闭合开关S后，
a、b容器中水温上升较快的是--------------------------（ ）
A.a容器中的水 B.b容器中的水
C.a、b容器中的水温上升快慢一样 D.无法判断
三、课堂小结
请同学们用“这节课我学了……” “这节课我明白了……”“这节课我懂得了……”等句式进行小结。
四、【布置作业】1、必做：课后练习
作业本
板书设计：
第7节 电热器
一、常见电热器及其工作原理
1、电流通过任何一个导体，导体都要发热，这种现象叫电流的热效应。
2、电流通过导体产生的热量叫电热。
二、研究电热大小的影响因素：电流、电阻和通电时间
三、电热的计算——焦耳定律
1、焦耳定律的内容：电流通过导体产生的热量（电热），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。
2、公式：Q = I2Rt。
3、单位：I-安，R-欧，t-秒，Q-焦。
教学后记
1.研究焦耳定律的实验是把课本上的1、2两次实验同时进行。闭合开关后，让学生同时观察三个瓶里玻璃管中煤油液面升高的情况(在课前就把实验电路连好)，这样，可以把更多的时间花在分析实验，引出焦耳定律及运用焦耳定律上。
2.Q=W只对纯电阻电路(如灯泡、电炉等电热器)适用，对非纯电阻电路(如含电动机的电路)不适用，这一点要向学生交等清楚。
3、对焦耳定律内容的讲解应注意学生对电流平方成正比不易理解，可以通过一些简单的数据帮助他们理解.推导中应注意条件的交代.定律内容清楚后，反过来解决课本中在课前的问题.
旁白：实验（1）完成后，最好断开开关一段时间，待烧瓶中液体温度下降后再做实验（2），以减小实验误差。
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