九年级物理全一册教案-18.4 焦耳定律2-人教版

《电流热效应与什么因素有关》实验设计
一、使用教材
人民教育出版社初中物理九年级第十八章第四节《焦耳定律》课程中电流的热效应与什么因素有关实验。
二、实验器材
学生电源、导线、开关、2000w的电炉丝、冰箱内冷凝器上的铜管、扑克牌做的支架。
三、实验创新要点
1.实验器材比较容易找到，容易保存，实验时可随时拼装,不怕实验器材老化，使用年限长；
2.实验效果直观，可以让学生感受到电热的产生；
3.实验现象明显，学生易于观察，也易于得出结论，可提高上课效率；
4.实验器材便宜、易得，可大量组装，让学生做分组实验；
5.方便与传感器相连接，可通过数据分析，得出更精确的结论。
6.该实验也可以说明，导线与电阻丝串联，由于导线的电阻很小，所以在电流相同的情况下，导线产生的热量，也比较少。
四、实验原理
根据焦耳定律，使用创新后的实验器材进一步探究：
1.
在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多；
2.
在电阻相同、通电时间相同的情况下，电流越大，这个电阻产生的热量越多。
五、实验教学目标
（一）知识与技能
知道电流的热效应与导体的电阻，通电导体的电流，通电时间的定性关系。
（二）过程与方法
通过实验探究电流的热效应与导体的电阻大小、通过导体的电流和通电时间的关系，培养学生设计实验，分析现象得出结论等科学探究能力
（三）情感态度与价值观
通过实验，培养学生严谨的科学态度。
六、实验教学内容
本实验采用全新的方法，利用两个不同的电阻先串联起来，来验证电热的产生与哪些因素有关，目的是探究电热与电阻的关系。然后把两个相同的电阻并联起来，再串联另外一个相同的电阻，来探究当电阻相同时，不同大小电流的，产生电热与电流的关系。
七、实验教学过程
（一）讲述新旧教材中探究电流热效应与什么因素有关的实验设计思路。
图1用电阻丝加热煤油
图2
用不同阻值的电阻丝加热空气
设计思路：
1.用电阻丝加热煤油，观察温度计变化来观察产生升热量的多少；
2.将电阻丝放入密闭的容器中，通电后电阻丝发热使得空气膨胀，压力变大，推动U型管内液体上升，通过对左右两管液面的高度差来比较，液柱上升的越高，放出热量越多。
3.采用的研究方法是：转换法。
（二）讲述新旧教材中探究电流热效应与什么因素有关的实验的不足之处：
1.实验现象变化不明显，实验时间长；
2.直观性不强，很多实验条件和结果只能由教师灌输给学生；
3.对实验装置的气密性要求严格，实验器材中的橡胶管易老化；
4.实验装置组装、调整和器材整理工作麻烦。
（三）讲述设计的新的实验。
1.实验中主要应用到的实验器材有：冰箱冷凝器上的铜管和2000w的电炉丝
图3
实验器材
2.实验过程
实验一：探究电流热效应与电阻的关系
将电炉丝分别裁出5cm和10cm长的两节，与三节8cm的铜管串联安装。在两节电炉丝上分别紧紧缠绕一圈相同宽度的信笺纸，将实验器材安放到扑克牌做的支架上，连接导线形成串联电路。将学生电源调至电压为12v后，闭合开关，观察电阻丝上缠绕的信笺纸颜色变化情况；
实验刚开始时，可以先用手指分别捏住电热丝，铜管，感受电热的产生（在本实验过程中，所使用的学生电源输出电压为12V，在安全范围以内，所以老师在做演示时用手触摸了实验器材，也允许学生在实验中用手触摸实验器材。但在实际生活中，不知道通电物体所带电压、电流的大小或电压、电流超出安全范围时，绝对不能用手或身体的任意部位去触碰带电的元器件。）
图4
实验器材
图5
连接实验器材
图6用手指感受电炉丝和铜管的发热情况
图7短电炉丝上信笺纸的颜色变化情况
图8
长电炉丝上信笺纸的颜色变化情况
实验现象：长电炉丝上信笺纸颜色比短电炉丝上的先发生变化，颜色由白变黄，最后变黑被点燃。
实验结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大产生的热量越多。
实验二：探究电流热效应与电流的关系
将电炉丝裁成三节10cm长的电炉丝，将两节电炉丝并联后与第三节电炉丝串联，将实验装置组装好后放到扑克牌做的支架上。如图9所示在其中两节电炉丝上分别缠绕一圈相同宽度的信笺纸，用导线连接实验装置，如图10所示组成并联电路，将学生电源调至电压为12v后，闭合开关，观察两节电炉丝上信笺纸颜色变化的情况。
图9
在电炉丝上缠绕信笺纸
图10
组成并联电路
实验现象：不在并联电路中的单独的电炉丝上白纸颜色先变黄，最后先被点燃。
图11
并联电路中电阻丝上信笺纸颜色变化情况
实验结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，电流越大这个电阻产生的热量越多。
如果需要进一步精确研究焦耳定律Q=I2Rt具体数据分析，可采用传感器进行定量分析。
图12
电子温度传感器
图13使用电子温度传感器测量并联电路
电阻丝的温度
图14电子温度传感器测量出的电炉丝随时间变化的温度变化图
八、实验反思
1、实验器材比较容易找到，容易保存，实验时可随时拼装,不怕实验器材老化，可以用
很多年；
2、实验效果直观，可以让学生感受到电热的产生；
3、实验现象明显，时间短，学生易于观察，也易于得出结论，可提高上课效率；
4、实验材料便宜，可大量组装，让学生做分组实验；
5、方便与传感器相连接，可通过数据分析，得出更精确的结论；
6、该实验也可以说明，导线与电阻丝串联，由于导线的电阻很小，所以在电流相同的情况下，导线产生的热量，也比较少。