沪粤版九年级上册 物理 教案 15.4探究焦耳定律

探究焦耳定律
粤沪版
九年级物理
第15章
第4节
【课题】探究焦耳定律
【教学内容分析】
本节是在前面学习了电能和电功的基础上，研究电能转化成内能的定量关系，探究并了解焦耳定律，了解电热的应用与控制。教材的编写思路是以电流热效应的概念引入，以“探究-规律-应用”为主线，以探究电热与什么因素有关为核心探究内容，让学生较为系统地认识焦耳定律的来龙去脉。本节的主要内容有探究通电导体放出的热量与哪些因素有关，焦耳定律及其公式，电流热效应的应用与控制。
【教学对象分析】
初三学生对生活中电流热效应的应用并不陌生，在实验中使用控制变量法和转换法设计实验也较熟悉。所以探究电热与什么因素有关的实验可以放手让学生设计，从而体验成功的快乐。学生的数学逻辑分析能力有了一定的基础，以演示实验定量分析电热与电阻成正比，与电流的平方成正比也并不困难。设计问题接近学生的最近发展区，从定性研究深入到定量研究，突破焦耳定律的难点。
【教学目标】
知识与技能：了解电流热效应的生活应用；
过程与方法：通过实验探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关，在设计实验中运用控制变量法和转换法。
情感态度价值观：知道利用和减小电热的方法，认识科学是有用，辩证地看待电热在生活中的利与弊。
【教学重、难点】
教学重点：通过设计与进行实验探究电热与什么因素有关；
教学难点：通过实验定量分析电热和电阻、电流的关系。
【教学用具】
多媒体硬件、干电池、口香糖纸、电暖器、白炽灯、学生稳压6V电源、焦耳定律演示板、学生分组实验器材
【教学流程图】
野外求生、激趣引入→演示实验：一节干电池烧着口香糖铝箔纸，
引入电流热效应概念。
走进生活、了解应用→认识电流热效应的产生原因，应用举例。
提出问题、大胆猜想→电流通过产生热量与什么因素有关？
设计实验、动手探究→小组运用控制变量法设计实验、分享电路图、
动手实验、得出结论。
深入探讨、乐于分析→演示实验，探究电阻和电流谁对电热的影响更大。
走近伟人、学习定律→了解焦耳探索科学奥秘的艰辛历程，学习他孜孜不倦
的求知精神。
学以致用、防止危害→解释生活现象、小组合作寻找减少电热的方法。
自我总结、得以提升→学生自己总结本节课的收获。
【教学过程设计】
教学环节和教学内容
教师活动
学生活动
设计意图
野外求生、激趣引入
提问：火是在野外不可或缺的，如果没有带打火机或火柴，只有电池和口香糖的包装纸，怎样点火呢？
演示实验：一节干电池烧着口香糖铝箔纸，引入电流热效应概念。
观看实验，回答问题。
引入电流热效应的概念，激起学生学习的兴趣和好奇心。
走进生活、了解应用
提问：1.为什么电流通过导体会产生热量？
生活中有哪些用电器利用电流热效应工作？
电热器的主要工作部件是什么？能量是怎么转化的？
回答：1.电流是由电荷的定向移动形成；导体对电流有阻碍作用；两者碰撞摩擦就会发热。
学生举例，上台感受电暖器通电发热。
电热丝，电能转化成内能。
了解电流热效应产生原因，为下面猜想影响电热的因素打下知识铺垫。亲身感受电流热效应，了解能量的转化形式。
提出问题、大胆猜想
不同的用电器产生的热量是不同的。请根据以下三个现象猜想：电热的大小可能与什么因素有关？现象1：白炽灯灯丝热的发光，而与它相连的导线却不怎么发热。现象2：并联的多个支路用电器正常工作时，支路的导线没事，干路的导线却会发热甚至引起火灾。现象3：电热水壶烧水时间越长，水温越高，加热到一定时间水才会沸腾。
回答问题并说出猜想的依据。猜想电热的大小可能与电阻、电流和通电时间有关。
提出问题联系生活，实事求是，让猜想过程有理有据。
设计实验、动手探究
电热大小与三个因素有关，应用什么方法设计实验？
实验一、探究电热与电阻的关系。
1.保证电流和通电时间相同，改变电阻。请小组讨论利用控制变量法设计实验电路图。
2.利用希沃授课助手展示两组不同的电路图。
3.思考：怎样判断哪个电阻产生的热量多？
4.分组实验，记录现象。利用希沃授课助手展示学生实验现象和数据。
实验二、探究电热与电流的关系。
1.保证电阻和通电时间相同，改变电流。请小组讨论利用控制变量法设计实验电路图。
2.利用希沃授课助手展示两组不同的电路图。
3.分组实验，记录现象。
4.利用希沃授课助手展示学生实验现象和数据。
5.电热和通电时间有什么关系？从刚才的实验中能找出这个关系吗？
回答：控制变量法
1.小组讨论，设计电路图。
2.小组代表说出设计思路。其他同学评估方案，选择最合适的电路图。
3.观察可逆测温纸变红的快慢判断电阻产生电热的多少，运用转换法。
4.分组实验，记录现象。小组代表总结实验结论。
1小组讨论，设计电路图，交流评估选择较合适的方案，分组实验，分享实验现象并自主得出结论。
2.学生回答：同一个电阻电流相同，通电时间越长，测温纸越来越红，说明电热与通电时间有关。
启发式引导学生利用控制变量法设计电热与电阻、电热与电流两个实验的电路图，利用转换法比较电热的大小，充分体现学生的主体地位，突出本节课的教学重点，展现小组合作的魅力，让每一个孩子都在思想的碰撞中、动手的实验中感受到成功的喜悦。
深入探讨、乐于分析
设问：当通电时间相同时，在电阻、电流这两个因素中，哪一个对电热Q的大小影响作用更大？
实验一、探究电热与电阻的关系。电流相等时，当电阻变成原来的两倍，电热会变成几倍？要精确测量比较，显然测温纸已经不足够达到这个目的。展示焦耳定律演示板，这套装置是怎样判断电热的多少呢？
演示实验，5Ω对应液柱上升1格、2格、3格；10Ω液柱对应上升2格、4格、6格。
思考：电阻变成2倍，电热变成几倍？说明电热与电阻是什么关系？
实验二、探究电热与电流的关系。
思考：保证电阻一定，都取10Ω电阻，怎样改变电流，可以使一个电流是另一个的两倍？根据学生回答展示电路图并演示实验。
左边瓶内10Ω电阻的电流是右边10Ω电阻电流的2倍。当右边液柱上升1格、2格格时，左边液柱上升4格、8格。
思考：当电流变成2倍时，电热变成了几倍？
展示当电流变成3倍时，两液柱的图片。右边1格，左边9格。
思考：说明电热与电流成什么关系？
学生回答：观察液柱上升的高度。因为电阻通电发热，使瓶内密闭的空气受热膨胀，就把液柱推高。电热越多，液柱上升高度越高。
学生观察实验，思考并回答：电热会变成2倍，说明电热与电阻成正比。
学生回答：让其中一个10Ω电阻再与10Ω电阻并联，把电流分成了两半。
学生回答：电热变成了4倍。
电热变成了9倍。
学生回答：电热与电流的平方成正比。电流对电热的影响更大。
通过观察演示实验，深入探讨并分析电热与电阻电流的定量关系，突破本节课的难点，也把学生的思维引上一个新的台阶。
走近伟人、学习定律
分享焦耳探索规律的艰辛故事，学习焦耳定律的内容和表达式。
认真听讲，说出表达式。
通过了解焦耳探求规律的过程，升华情感，树立孜孜不倦的求知态度。
学以致用、防止危害
思考并回答：
1.为什么口香糖纸细须状的位置先着火？
2.为什么电暖器的发热管热得发红，而与它相连的导线却几乎不发烫？
3.在生活中电热的应用和优点有很多，但是如果不加控制，容易引起火灾。观看图片、新闻和视频，小组讨论思考，怎样减少电热的危害？
学生思考问题并回答。
小组讨论，代表发言，总结减少电热危害的方法。
学生利用焦耳定律解释生活的现象，知道减少电热的方法，认识科学是有用，辩证地看待电热在生活中的利与弊。
自我总结、得以提升
提问：本节课你收获了什么？
学生自己总结本节课的收获。
梳理知识与方法，整理课堂脉络。
【板书设计】
15.4
探究焦耳定律
一、电流热效应：电能→内能
电阻R
二、电热Q
电流I
通电时间t
三、焦耳定律Q=I2Rt
【教学设计亮点】
引入实验“野外求生”取火，贴近生活，新颖有趣，现象明显，激起学生学习的欲望，自然顺畅地引入电流热效应概念。
教学设计体现新课程标准的“以教师为主导，以学生为主体的”教学理念。比如学生上台体验电暖器通电时的发热。比如在“探究电热与什么因素有关”的实验中，学生以小组为单位大胆地设计实验电路图，分析并评估选择较合适的方案，动手实验，总结规律。又如“学以致用”环节，学生能通过独立思考、小组讨论，利用刚学习的焦耳定律解释生活中的现象并总结减少电热的危害方法。我相信，给学生一个平台，以教师适当的引领，学生必定能给予你成长的惊喜，他们也能得到快乐成功的体验。
从定性到定量，突破焦耳定律教学的瓶颈。过去的教学中，学生探究完电热与什么因素有关的实验后，老师就开始引出焦耳定律Q=I2Rt。但学生却一直有疑惑为什么电热与电流的平方成正比，与电阻成正比呢？如果用数学推导的方式Q=W=Pt=UIt=I2Rt，可想而知，本节课的学习容量就太大了，增加学生的负担，只能被动接受，不利于知识的建构。所以本节课设计了“深入探讨”的环节，将纯公式的记忆，改为观察演示实验液柱上升的倍数关系，更直观感性，从定性到定量的过渡，引导学生分析数据得出规律，突破教学难点。
充分利用多媒体信息教学的优势。合理地利用图片视频拓宽学生的视野。利用希沃授课助手，及时拍下学生设计的电路图和实验现象数据等，达到高效的信息共享。