电 能 的 获 得 和 转 化（四）
江北区洪塘中学 储建杰
教学目标：
知识与技能目标：
知道电流的化学效应及其中的能量转化。
过程与方法目标：
通过对铅蓄电池的充放电的科学探，进一步理解科学探究的意义，了解科学探究的一般过程，提高科学探究的能力。
3．情感态度与价值观目标：
科学探究和实验中的良好态度和合作学习。
教学重点与难点：
电流化学效应中的能量转化。
教学活动实录：
一、引入新课
师：（媒体播放）在电解水的实验中，阴极和阳极所产生的气体分别是什么？
生：阴极产生的是氢气，阳极产生的是氧气。
师：氢气可以燃烧，氢气燃烧，从能量的角度来分析，它的能量转化过程？
生：化学能转化为热能。
师：对，氢气燃烧，化学能转化为热能。也就是说氢气具有化学能。那么，在电解水的实验中，所发生的能量变化又是什么呢？
生：电能转化为化学能。
二、进行新课
师：电流通过导体中时，有三种效应，称之为电流的热效应、磁效应和化学效应。
师：（演示实验，说明电流的三种效应）。
师：我们知道，在电流的化学效应中，电能转化为化学能。在生活中，有没有化学能转化为电能的实例呢？
生：（学生开始讨论）
生1：火力发电。
生2：电瓶车的电瓶充好电后，供电瓶车使用。
师：火力发电时，以燃煤为例，它是不是化学能直接转化为电能呢？
生：不是。它是化学能先转化为热能，热能再转化为机械能，再转化为电能
师：对，它可以如下表示：
师：而电瓶充好电后，为电瓶车提供动力。这是化学能转化为电能。下面我们用实验来说明铅蓄电池能充放电的原理。把两块铅板放在盛有稀硫酸溶液的烧杯中，如果用导线把两块铅板连接起来，有没有电流？如何证明？
生1：可以在铅板之间连接一电流表。
生2：还是在铅板之间连接一小灯泡好，如连电流表的话有可能会烧杯。
生3：在铅板之间连接一个小灯泡和电流表，既可证明有没有电流，还可判断电流的方向。
师：对。（演示实验），请同学们观察小灯泡是否发光？电流表是否偏转？
生：小灯泡没发光，电流表没有偏转。
师：那说明了什么？
生：说明电路中没有电流通过，因为此时电路中无电源，浸在硫酸溶液中的两块相同铅板不构成电池。
师：如果对电解槽充电，再来接通，情况又会怎样呢？
生：小灯泡会发光。
师：（演示实验）仔细观察，电解槽极板上有什么现象？说明了什么？
生：铅板上有大量气泡生成。说明了在充电过程中发生了化学反应。
师：电流表指针有没有发生偏转，通过电解槽的电流方向怎样？
生：电流表指针发生偏转，从方向可以判断，电流方向是沿与电源正极相连那一端的铅板流向与电源负极相连那一端的铅板。
师：与电源正极相连那一端的铅板，称为阳极，而与电源负极相连那一端的铅板，称为阴极。电流方向是从阳极流向阴极。
师：现在再来切换开关，情况又会如何呢？（演示）
生1：小灯泡亮了。
生2：电流表指针偏转了。
师：电流表指针偏转跟刚才有什么不同？
生：偏转方向不同。说明电流方向跟刚才相反。
师：充电后的电解槽现已成为电源。它的正负极分别是哪一端呢？
生：跟原来充电时阳极现成为正极，而充电时的阴极现为负极。
师：根据小灯泡发光的事实，从能量角度来分析它的能量变化？
生：化学能转化为电能，电能再转化热能和光能。
师：那么，对电解槽充电时的能量变化呢？
生：电能转化为化学能。
师：对，铅蓄电池能反复充放电，充电时电能转化为化学能，而放电时化学能转化为电能。而蓄电池为什么能反复充放电呢？
生1：从刚才的实验来看，我估计充电时蓄电池内部生成了一种新的物质，把化学贮藏起来，而使用电池时，又把化学能转化为电能。
生2：在使用电池时，生成的新的物质又发生了可逆变化，所以可以反复使用。
师：对，铅蓄电池主要用在实验室和车辆上，在生活中还有哪些可反复充电的蓄电池呢？
生1：我玩具上用的电池可反复充电。
生2：手机上的电池。
生3：还有电瓶自行车的电池。
师：对，目前应用较多的可反复充电的蓄电池有镍镉电池、镍氢电池、锂电池等。课后请同学们搜集关于废旧电池中存在的物质，废旧电池随便丢弃会对环境造成哪些不良影响？(共39张PPT)
上周六，我们班某同学的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要玩电脑。爸爸回来时看到他在认真写作业，电脑也没打开，很高兴，可是 后就发现，某同学刚看过电视。
用手一摸电视机后盖
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。
生活中还有那些电器有热现象呢？
电热器
水用管状电热器
热水器
饮水机
电熨斗
电烤箱
1.定义：电流流过导体时,导体会发热的现象
一.电流的热效应
灯丝发热达到白炽状态，温度可达2800℃，产生发光现象
导线有电流的热效应吗？
电能转化为内能
2.能的转化：
现象:
电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热？
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？
猜想：
与时间、电阻、电流有关
问题:
通过导体的电流越大，导体的电阻越大，通电时间越长，导体产生的热量越多
电流通过导体时产生的热量多少与哪些因素有关？
可能与电流有关
可能与电阻有关
可能与通电时间有关
2、设计实验:
1.影响因素有多个,应当选用_________法.
2.产生的热量不能直接测量,如何比较产生热量的多少
控制变量
1、猜测:
既看不见也摸不着的科学量
既看得见也能测量的科学量
转化法
让电流产生的热量被水吸收，通过计算一定质量的水升温变化来判定产热多少。
转化
产生的热量不能直接测量,如何比较产生热量的多少
从测水温变化到观察水的热膨胀
（小导管中的液面高度变化）
长时间才能定量测出的科学量
转化
短时间也可作出定性判定的科学量
研究电阻R与电热Q的关系（如何设计实验）
Ｒ１＝５欧姆
Ｒ２＝１０欧姆
结论：
在电流I和通电时间t相同时，电流产热Ｑ与导体的电阻Ｒ大小成正比
研究电流I对电热Q的关系（如何设计实验）
Ｒ１＝１０欧姆
Ｒ２＝１０欧姆
Ｒ３＝１０欧姆
相同时间内通过Ｒ１的电流
为Ｉ，而通过Ｒ２的电流为
０.５Ｉ。比较Ｒ１和Ｒ２
所产热多少
结论：
在电阻Ｒ和通电时间t相同时，电流产热Ｑ多少与通过导体的电流Ｉ平方成正比
研究通电时间t与电热Q的关系（如何设计实验）
Ｒ２＝１０欧姆
Ｒ１＝１０欧姆
Ｒ１通电一分钟产热多少与Ｒ２通电半小时产热多少进行比较
结论：
在电阻Ｒ和电流Ｉ相同时，电流产热Ｑ多少与通电时间t成正比
焦耳定律
Q = I R t
热量 电流 电阻 时间
J A Ω S
公式：
单位：
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。
焦耳
(1818－1889)
电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种电器可以认为将电能全部转化成内（热）能？
若电流做的功全部用来产生热量，即Q=W时，我们能否将欧姆定律公式代入焦耳定律公式中进行计算呢？
电能转化成内能和机械能
电吹风机 ：
电熨斗：
电能全部转化成内能
①若电流所做的功全部转化为电热器的内能，即为纯电阻电路，则：W＝Q 欧姆定律成立
Q＝I2Rt
也可
也可
②若电流所做的功只有一部分转化为热，则只可用焦耳定律来计算
Q热 = W = UIt
Q热 = W = U2/R =Pt
Q＝I2Rt
1、电能全部转化为热能时，
2、电能没有全部转化为热能时，
Q=I2Rt =
W=Pt
=UIt
Q=I2Rt ＜
W=Pt
=UIt
1、电流做多少功，就是消耗多少电能，
也就是将多少电能转化成其他形式的能。
2、纯电阻电路中，电流做多少功，就是将
多少电能转化成内能。
2.下列家用电器，铭牌上的字样为“220V 40W”，其中产生热量最多的是( )
A.普通灯泡 B.电风扇 C.电烙铁 D.一样多
1.下列电器中不属于电热器的是( )
A 电烙铁 B电熨斗 C电剃刀 D电饭煲
两个电热器的电阻之比为4︰3，通过相同的电流，在相等的时间里产生的热量之比为_____；若两个电热器的电阻相同，通过的电流强度为1︰3，在相等的时间里产生的热量之比为______。
4︰3
1︰9
两根长度相同，粗细不等的镍铬合金电阻丝，串联以后接入电源两端，在相同的时间内电阻丝上的放热情况是（ ）
A、两根一样多
B、粗的一根较多
C、细的一根多
D、缺少条件，无法判断
C
当0.2安的电流通过一金属线时产生的热量为Q1，若使通过的电流增加到0.4安时，在相同的时间内产生的热量为Q2，那么Q2是Q1的 ( )
A、2倍 B、4倍 C、0.25倍 D、0.5倍
B
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
一根60 的电阻丝接在36V的电源上,
在5min内共产生多少热量？
解：
通过电阻丝的电流为：
U
I=
__
R
=
36V
60
=0.6A
电流产生的热量为：
Q=I2Rt=(0.6)2×60×5×60J=6480J
一台电风扇，其线圈电阻约为5欧，现接入220伏电路中，正常工作时电流约为4安 ， 求：
（1）1分钟电风扇产生多少热量？
两电阻并联在电路中，其R1＝3欧，R2＝6欧，电源电压6伏，那么在1分钟时间内电流通过各电阻产生的热量是多少？总共产生了多少热
问题1. 灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来。这是为什么
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，灯泡热的发光，而电线却感觉不到热。
显然，我们希望热量更多的集中在电炉的发热体上，而不是与电炉相连的导线上。根据今天所学的焦耳定律Q=I2Rt ，你对发热体和导线的材料有何建议？
发热体：电阻率大，熔点高
导线：电阻率小，熔点高
组成:
原理:
定义:
4、电热利用和防止(危害)
熔点高
电阻率大
利用电流做功将电能转化为内能的装置.
电流的热效应.
主要部件是发热体.发热体应选______
______ ___的合金.
电热的利用
1.制成电热器
2.给用电器通电驱潮
电热的危害
1.烧坏电器 2.使导线绝缘皮老化引起火灾
防止电热造成的危害
加快散热(各类电器的散热孔,散热片,电脑的散热风扇）
导线上的热损耗应尽量减少
家用导线一般用电阻率很小的铜导线。
电脑新型散热器
电脑水冷散热器2
电脑水冷散热器1
电脑主板新型散热风扇
电流除了热效应外，还有哪些效应？
磁效应
——奥斯特实验
1. 阴极和阳极所产生的气体分别是什么？
阴极产生的是氢气，阳极产生的是氧气
2 在电解水的实验中，所发生的能量变化是怎样的？
电能转化为化学能
在电流的化学效应中，电能转化为化学能。在生活中，有没有化学能转化为电能的实例呢？
电动车的电瓶
火力发电
铅蓄电池的构造
蓄电池充放电的实验
b
H2SO4
Pb
A
a
1)怎样证明铅板之间有无电流
在铅板之间连接一个小灯泡和电流表，既可证明有没有电流，还可判断电流的方向。
b
H2SO4
Pb
A
a
2）连接b时，看到什么现象？
现象：
小灯泡没发光，
电流表没有偏转
说明电路中没有电流通过，因为此时电路中无电源，浸在硫酸溶液中的两块相同铅板不构成电池。
H2SO4
Pb
A
3）连接a时，看到什么现象？
现象：
有大量气泡产生
说明充电过程中发生了化学反应，电能转化为化学能。
电流表偏转方向
电流方向是沿与电源正极相连那一端的铅板流向与电源负极相连那一端的铅板。
与电源正极相连的铅板，称为阳极，而与电源负极相连的铅板，称为阴极。电流方向是从阳极流向阴极。
a
b
4）再切换开关到b，看到什么现象？
现象：小灯泡亮了，电流表指针偏转了，电流表指针偏转跟刚才相反？
H2SO4
Pb
A
充电后的电解槽现已成为电源，跟原来充电时阳极现成为正极，而充电时的阴极现为负极 。
a
b
化学能转化为电能，电
能再转化热能和光能。
小结：
1、铅蓄电池能反复充放电，充电时电能转化为化学能，而放电时化学能转化为电能
2、充电与放电过程中化学反应是可逆的
3、充电时，装置是电解槽，放电时，装置是电池。
电流的化学效应电 能 的 获 得 和 转 化（三）
江北区洪塘中学 储建杰
教学目标：
知识与技能目标：
(1)知道电流的热效应与哪些因素有关；
(2)知道电流热效应中的能量转化。
过程与方法目标：
(1)通过实验探索电流的热效应跟电流、电阻和通电时间的关系，培养学生的科学探究能力;
(2) 用控制变量的思想设计探究的过程.
情感态度与价值观目标：
激发和培养学生的科学探究与创新的思想和精神，渗透实事求是和科学献身精神，
激励学生努力学习。
教学重点与难点：
(1)如何引导学生进行科学探究；
(2)如何使学生在科学探究中掌握科学研究的方法，培养科学研究的能力。
教学活动实录：
一、引入新课：
师：（媒体播放生活中的电热器）我们在生活中经常要使用这些电器，如电饭锅、电熨斗、电风扇等，这些用电器在工作时有没有共同的地方？
生1：都需要用电。
生2：工作时都会发热。
二、进行新课
师：对，电流通过导体时，导体会发热的现象叫做电流的热效应。在这种现象中能量发生了怎样的变化？
生：电能转化为热能。
师：对电能转化为热能，确切地说是电能转化为内能，这在下一章会学到。
师：（演示实验）电炉工作及两盏功率不同的灯泡工作。它们产生的热量相同吗？
生：产生的热量有多有少？
师：电炉工作时，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。两盏不同的灯泡工作时亮暗不同。这说明了什么？你又会想到什么？（引导学生提出问题）
生：电流通过导体产生的热量与什么因素有关？
师：那么，电流通过导体产生的热量与哪些因素有关呢？
生1：可能与电压有关？
生2：可能与电流有关？
生3：可能与电阻有关？
生4：还与通电时间有关？
师：同学们进行了很多的猜想，但那些猜想到底对不对，还需要用实验来验证。在这里，需要说明的是在初中阶段电学研究的是纯电阻电路，并且导体两端的电压跟通过导体的电流可以通过欧姆定律U=IR相联系，所以先不讨论与电压有关。
师：下面以小组为单位来设计实验方案。
（学生讨论并开始设计实验）
师：下面请各小组汇报一下你们组设计的实验方案。
（学生上台，展示实验结果）
师：（教师引导）你们在设计实验过程中碰到的主要问题是什么？
生：如何用实验来验证热量与电流、电阻、时间的关系？
生：热量的多少如何用实验展示出来？
师：下面，我们结合各小组的实验设计，逐步来解决我们实验设计过程中所碰到的问题。
要验证热量与电流、电阻、时间的关系，我们可以采取什么方法？
生：控制变量法。
师：对。要研究热量跟电流的关系，我们可以采取的方法？
生：时间和电阻相同，电流不同。
师：对。（教师演示）按图连接好电路，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流为0.2A，通电20s，断开开关，让同学触摸电阻。
生：电阻有点烫。
师：（继续演示），断开开关后，待R冷却，再闭合开关改变滑动变阻器，使通过R的电流为0.6A，通电20s，再次触摸电阻R。
生：比刚才要烫。
师：通过实验对比，我们可以得出什么结论？
生：电流通过导体产生的热量多少跟电流的大小有关。
师：要研究热量跟时间的关系，我们可以采取什么方法？
生：电阻和电流相同，时间不同。可以让一电阻通电20s，然后电流不变，再通电20s，
比较电阻的冷热。
师：（演示，让学生上台触摸）
生：通电时间长的电阻要比通电时间短的电阻烫。
师：通过实验，可以得出的结论？
生：电流通过导体产生的热量多少跟时间有关。
师：要研究热量跟电阻的大小，我们可以采用什么方法？
生：取两个阻值不同的电阻，如5Ω和10Ω的电阻各一个，组成串联电路。然后可以通过触摸电阻的方法来比较产生热量的多少？
师：其实比较产生热量的多少，除了通过触摸电阻的方法以外还可以把电阻放到液体中或气体中，通过液体或气体的热胀程度来体现。
生：如果放入液体中的话，液体的质量要相等。
师：对。（演示实验），可以得出什么结论？
生：电流通过导体产生的热量多少跟电阻大小有关？
师：根据刚才的探究实验，我们知道电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关。它们之间的关系，我们只是作了定性的研究，而早在1840年，英国物理学家通过实验，发现了它们之间的定量关系，也就是焦耳定律。下面请大家阅读“科学家小注—焦耳”。
学生活动：在生活生产中哪些地方用到了电流的热效应？
生1：生活中利用的电流的热效应有很多，比如电饭锅，电熨斗，还有白炽灯。
生2：还有电热毯，电吹风，以及电炉炼钢时的电弧放电。
生3：还有电烤箱，养鸡场的电孵化器，宇航服内保持恒温的装置。
三、布置作业
师：对，生活中有许多利用电流的热效应的例子。但有些时候我们并不希望它们发热，而且要采用方法来降低温度。课后请同学们去调查生活中电流热效应有害的例子，以及所采用的降温方法。
