物理教案－焦耳定律

教學(xué)目標(biāo) 

知識(shí)目標(biāo)
1.知道電流的熱效應(yīng).

2.理解焦耳定律的內(nèi)容、公式、單位及其運(yùn)用.

能力目標(biāo)
知道科學(xué)研究方法常用的方法等效替代法和控制變量法在本節(jié)實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用方法.

情感目標(biāo)
通過(guò)對(duì)焦耳生平的介紹培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)，勇于克服困難的信念.

教學(xué)建議

教材分析
教材從實(shí)驗(yàn)出發(fā)定性研究了電熱與電流、電阻和時(shí)間的關(guān)系，這樣做的好處是體現(xiàn)物理研究問(wèn)題的方法，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生能更好地體會(huì)的一些科學(xué)研究的方法，避免了一開(kāi)始就從理論上推導(dǎo)給學(xué)生造成理解的困難和對(duì)純電阻電路的理解的困難.在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上再去推導(dǎo)學(xué)生更信服.同時(shí)啟發(fā)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面學(xué)習(xí)物理知識(shí).

做好實(shí)驗(yàn)是本節(jié)課的關(guān)鍵.

教法建議
本節(jié)課題主題突出，就是研究電熱問(wèn)題.可以從電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量入手，可以舉例也可以讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)親身體驗(yàn).然后進(jìn)入定性實(shí)驗(yàn).

對(duì)焦耳定律內(nèi)容的講解應(yīng)注意學(xué)生對(duì)電流平方成正比不易理解，可以通過(guò)一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)幫助他們理解.推導(dǎo)中應(yīng)注意條件的交代.定律內(nèi)容清楚后，反過(guò)來(lái)解決課本中在課前的問(wèn)題.

教學(xué)設(shè)計(jì)方案

提問(wèn)：

(1)燈泡發(fā)光一段時(shí)間后，用手觸摸燈泡，有什么感覺(jué)？為什么？

(2)電風(fēng)扇使用一段時(shí)間后，用手觸摸電動(dòng)機(jī)部分有什么感覺(jué)？為什么？

學(xué)生回答：發(fā)燙.是電流的熱效應(yīng).

引入新課

(1)演示實(shí)驗(yàn)：

1、  介紹如圖9-7的實(shí)驗(yàn)裝置，在兩個(gè)相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各裝一根電阻絲，甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的大，串聯(lián)起來(lái)，通電后電流通過(guò)電阻絲產(chǎn)生的熱量使煤油的溫度升高，體積膨脹，煤油在玻璃管里會(huì)上升，電流產(chǎn)生的熱量越多，煤油上升得越高.觀察煤油在玻璃管里上升的情況，就可以比較電流產(chǎn)生的熱量.

2、  三種情況：
第一次實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)電阻串聯(lián)它們的電流相等，加熱的時(shí)間相同，甲瓶相對(duì)乙瓶中的電阻較大，甲瓶中的煤油上升得高.表明：電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.

第二次實(shí)驗(yàn)：在兩玻璃管中的液柱降回來(lái)的高度后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，加大電流，重做實(shí)驗(yàn)，讓通電的時(shí)間與前次相同，兩次實(shí)驗(yàn)比較甲瓶前后兩次煤油上升的高度，第二交煤油上升的高，表明：電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.

第三次實(shí)驗(yàn)：如果加長(zhǎng)通電的時(shí)間，瓶中煤油上升越高，表明：通電時(shí)間越長(zhǎng)，電流產(chǎn)生的熱量越多.

（2）焦耳定律

英國(guó)物理學(xué)家焦耳做了大量的實(shí)驗(yàn)于1840年最先精確地確定電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比.跟通電時(shí)間成正比，這個(gè)規(guī)律叫做焦耳定律.

焦耳定律可以用下面的公式

表示： Q=I2Rt

公式中的電流I的單位要用安培（A），電阻R的單位要用歐姆(Ω)，通過(guò)的時(shí)間t的單位要用秒(s)這樣，熱量Q的單位就是焦耳（J）.

例題 一根60Ω的電阻絲接在36V的電流上，在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量.

解： I=U/R=36V/60Ω=0.6A

     Q＝I2Rt＝(0.6A)2×60Ω×300s＝6480J

在一定的條件下，根據(jù)電功公式和歐姆定律公式推導(dǎo)出焦耳定律公式如果電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，其電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒(méi)有同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，也就是電流所作的功全部用來(lái)產(chǎn)生熱量.那么，電流產(chǎn)生的熱量Q就等于電流做的功W，即Q=W. W=UIt，根據(jù)歐姆定律U=IR推導(dǎo)出焦耳定律Q=I2Rt，

(3)總結(jié)

在通電電流和通電時(shí)間相同的條件下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.

在電阻和通電時(shí)間相同的條件下，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多，進(jìn)一步的研究表明產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比.

在通電電流和電阻相同的條件下，通電時(shí)間越長(zhǎng)，電流產(chǎn)生的熱量越多.

探究活動(dòng)

【課題】“焦耳定律”的演示

【組織形式】學(xué)生分組或教師演示

【活動(dòng)方式】
1.提出問(wèn)題

2.實(shí)驗(yàn)觀察

3.討論分析

【實(shí)驗(yàn)方案示例】

1.實(shí)驗(yàn)器材：干電池四節(jié)，玻璃棒，若干電阻絲，蠟燭，火柴棒.

2. 制作方法

把同一根電阻絲分別繞在玻璃棒的兩端，繞線匝數(shù)比例為1∶8，兩線圈相距5cm左右，然后在這兩個(gè)線圈上滴上同樣多的蠟，使線圈被蠟均勻地包住.點(diǎn)著火柴立即吹滅，靠其余熱將兩根火柴桿粘在兩個(gè)線圈上，如圖1所示.

圖1

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）用兩節(jié)干電池給玻璃棒上的電阻絲通電，可看到匝數(shù)多的線圈（電阻大）上的火柴桿比匝數(shù)少的線圈（電阻小）上的火柴桿先掉.這就表明：在電流強(qiáng)度和通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量就越多.

（2）經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后，匝數(shù)少的線圈（電阻小）上的火柴桿也會(huì)掉下來(lái).這就說(shuō)明：通電時(shí)間越長(zhǎng)，電流產(chǎn)生的熱量越多.

（3）用四節(jié)電池（增大電源電壓）重做上述實(shí)驗(yàn)，可看到兩根火柴桿都先后很快掉下來(lái).在線圈的溫度不太高時(shí)，可認(rèn)為總電阻不變，電壓增大時(shí)，通過(guò)它們的電流增大.這就表明：電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.