焦耳定律教学设计共6篇 15.4探究焦耳定律教案.docx
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1、焦耳定律教学设计共6篇 15.4探究焦耳定律教案焦耳定律教学设计共1 教学目标 知识目标 1.知道电流的热效应. 2.理解焦耳定律的内容、公式、单位及其运用.能力目标 知道科学研究方法常用的方法等效替代法和控制变量法在本节实验中的运用方法.情感目标 通过对焦耳生平的介绍培养学生热爱科学,勇于克服困难的信念.教学建议 教材分析 教材从实验出发定性研究了电热与电流、电阻和时间的关系,这样做的好处是体现物理研究问题的方法,在实验过程中学生能更好地体会的一些科学研究的方法,避免了一开始就从理论上推导给学生造成理解的困难和对纯电阻电路的理解的困难.在实验基础上再去推导学生更信服.同时启发学生从实验和理论
2、两方面学习物理知识. 做好实验是本节课的关键.教法建议 本节课题主题突出,就是研究电热问题.可以从电流通过导体产生热量入手,可以举例也可以让学生通过实验亲身体验.然后进入定性实验. 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.教学设计方案 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.是电流的热效应. 引入新课 (1)演示实验: 1、介绍如图9-7的实验装置,在两个相同的
3、烧瓶中装满煤油,瓶中各装一根电阻丝,甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大,串联起来,通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高,体积膨胀,煤油在玻璃管里会上升,电流产生的热量越多,煤油上升得越高.观察煤油在玻璃管里上升的情况,就可以比较电流产生的热量. 2、三种情况: 第一次实验:两个电阻串联它们的电流相等,加热的时间相同,甲瓶相对乙瓶中的电阻较大,甲瓶中的煤油上升得高.表明:电阻越大,电流产生的热量越多. 第二次实验:在两玻璃管中的液柱降回来的高度后,调节滑动变阻器,加大电流,重做实验,让通电的时间与前次相同,两次实验比较甲瓶前后两次煤油上升的高度,第二交煤油上升的高,表明:电流越大,电流产生
4、的热量越多。 第三次实验:如果加长通电的时间,瓶中煤油上升越高,表明:通电时间越长,电流产生的热量越多. (2)焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量的实验于1840年最先精确地确定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,这个规律叫做焦耳定律. 焦耳定律可以用下面的公式 表示: Q=I2Rt 公式中的电流I的单位要用安培(A),电阻R的单位要用欧姆(),通过的时间t的单位要用秒(s)这样,热量Q的单位就是焦耳(J). 例题 一根60的电阻丝接在36V的电流上,在5min内共产生多少热量. 解: I=U/R=36V/60= QI2Rt()260300s648
5、0J 在一定的条件下,根据电功公式和欧姆定律公式推导出焦耳定律公式如果电流通过导体时,其电能全部转化为内能,而没有同时转化为其他形式的能量,也就是电流所作的功全部 用来产生热量.那么,电流产生的热量Q就等于电流做的功W,即Q=UIt,根据欧姆定律U=IR推导出焦耳定律Q=I2Rt, (3)总结 在通电电流和通电时间相同的条件下,电阻越大,电流产生的热量越多. 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,进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成正比. 在通电电流和电阻相同的条件下,通电时间越长,电流产生的热量越多.探究活动 “焦耳定律”的演示 学生分组或教师演示 1提出问题 2实
6、验观察 3讨论分析 1实验器材:干电池四节,玻璃棒,若干电阻丝,蜡烛,火柴棒 2 制作方法把同一根电阻丝分别绕在玻璃棒的两端,绕线匝数比例为18,两线圈相距5左右,然后在这两个线圈上滴上同样多的蜡,使线圈被蜡均匀地包住点着火柴立即吹灭,靠其余热将两根火柴杆粘在两个线圈上,如图1所示 图1 3实验步骤 (1)用两节干电池给玻璃棒上的电阻丝通电,可看到匝数多的线圈(电阻大)上的火柴杆比匝数少的线圈(电阻小)上的火柴杆先掉这就表明:在电流强度和通电时间相同的情况下,电阻越大,电流产生的热量就越多 (2)经过较长时间后,匝数少的线圈(电阻小)上的火柴杆也会掉下来这就说明:通电时间越长,电流产生的热量越
7、多 (3)用四节电池(增大电源电压)重做上述实验,可看到两根火柴杆都先后很快掉下来在线圈的温度不太高时,可认为总电阻不变,电压增大时,通过它们的电流增大这就表明:电流越大,电流产生的热量越多 焦耳定律教学设计共2 焦耳定律教案设计 谢永胜 2023年春季学期 1阐述验证焦耳定律实验的思想方法;确认电流产生的热量与导体的电阻、通过导体的电流及通电时间的关系。 2复述焦耳定律的内容,写出焦耳定律的公式及热量的国际单位。 3解释QW成立的条件。 4应用QI2Rt和I 等公式进行有关计算。 1焦耳定律的内容是: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。 2焦耳定
8、律公式:QI2R。 3电流通过导体时,如果电能全部转化为内能,而没有同时转化为其他形式的能量,也就是电流所做的功W全部用来产生热量Q,那么,电流产生的热量就等于电流所做的功,即QW。 1验证焦耳定律实验的思想方法 在这个实验中,再次运用了控制变量的方法,请阅读实验内容,思考下列问题: (1)通过观察比较什么现象来说明电流通过导体产生热量的多少? (2)在第一次实验中,为了定性研究电流产生的热量与电阻的关系,应控制哪些条件?怎样控制? (3)在第二次实验中,为了定性研究电流产生的热量与电流强度的关系,应控制哪些条件?怎样控制? (4)在第三次实验中,为了定性研究电流产生的热量与时间的关系,应控制
9、哪些条件?怎样控制? (5)通过实验,可以得出什么结论? 2怎样理解和应用焦耳定律? 焦耳定律QI2Rt是一个实验定律,是焦耳在大量实验的基础上总结得出的,定量地表示了电能转化为内能的规律。 焦耳定律中电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,这句话你是怎样理解的? 应用焦耳定律解决问题时,公式中的各物理量必须对应于同一段电路或同一个导体。如果电路中存在多段电路或多个导体,必须注意它们各自的对应关系,不可错位。 例1 电炉丝坏了,去掉四分之一后接在原来的电源上使用时,在相等时间内产生的热量与原来产生的热量之比为 A34 B43 C41 D14 解析:本题中,由于电阻变化而使电路发生了变化,应
10、认清哪些物理量变化,哪些物理量不变,全面进行分析 例2 某电热水器内有R、两根电热丝,在电压不变的情况下,单独接通或 ,热水器中的水需要15 min或20 min将沸腾问:(1)若将、串联使用,这些水多少时间才能沸腾?(2)若将、并联使用,这些水多少时间才能沸腾? 解析:由于电源电压U不变,两根电热丝单独使用放出的热量分别为: 即 当与串联时 串 且Q串Q 即 串 串 min45 min 并 min min 方法指导:不论是一根电热丝通电,还是两根电热丝(串联或并联)通电,它们对电热水器中的水供给的热量是相同的这是解答本题的关键而且,由于电源电压不变,选择Q 分析问题较为方便。 1公式QW成立
11、的条件是_。 2在研究焦耳定律的实验中,观察比较图919中的实验现象(R甲R乙),可知电流产生的热量跟_有关;观察比较图920中的实验现象(I2I1),可知电流产生的热量跟_有关。 图919 图920 3在研究焦耳定律的实验中,为什么将甲、乙两电阻串联在电路中?滑动变阻器在该实验中起什么作用? 4通过某电阻的电流为I时,在时间t内放出的热量为Q;如果要在 的时间内放出2Q的热量,通过该电阻的电流应为_ 5在验证焦耳定律的实验中,为了比较电流通过两根不同电阻丝放出热量的多少,必须同时保持 A通电时间相等和电流相等 B电阻相等和电流相等 C电阻相等和通电时间相等 D电阻相等、电流相等、通电时间相等
12、 6用两根电热丝(R甲R乙)烧水,若电源电压不变,在其他条件相同的情况下,下面哪种方法可使水温升高得最快 A只使用甲 B只使用乙 C两根串联 D两根并联 7将一段电阻丝通电后,10 min可将一壶水烧开,现将这段电阻丝对折后将两端接在同一个电源上,将同样一壶水烧开的时间 A仍为10 min B小于10 min C大于10 min D无法判断 8如图921所示,a、b、c、d是四个装有温度相同、质量相同的水的相同容器,每个容器中放入由相同材料、相同粗细的电阻丝烧成的发热线圈,每个线圈的长度如图所示,如果同时通电,经过一段时间后,则水温最高的是 图921 A容器a B容器b C容器c D容器d 9
13、两条电阻丝的电阻之比R1R232,通过它们的电流强度之比为I1I221,在相同时间内它们产生的热量之比是 A31 B23 C32 D1 10有一种叫热得快的电加热器,用来烧开水当把它接在220 V的电源上时,要求在20 min内能产生105 J的热量,那么它的电阻应设计成多少欧? 11在图922电路中,R12 ,R2 ,电压表示数为3 V求: 图922 (1)电阻R2上每分钟放出的热量 (2)电路每分钟消耗的电能 做一做 想一想 1A、B、C是三段4B铅笔芯,A、C等长,(810 cm),B为A长的一半按图923连接电路,并固定于竖直木板上,用蜡(或凡士林)将火柴粘在铅笔芯上接通电源(1224
14、 V)一段时间后,便可看到C、A、B上的火柴依次因蜡受热熔化而掉落 图923 (1)比较A、B,通过二者的电流是否相同,电阻是否相同?通电时间是否相同?为什么A上的火柴先落下? (2)比较A、C,通过二者的电流是否相同?电阻是否相同?通电时间是否相同?为什么C上的火柴先掉下? 2近几年,我国城乡许多地区在进行电网改造,改造的内容之一就是把输电线换成更粗的结合焦耳定律谈一谈这样做的目的 参考答案 1电流所做的功全部用来产生热量 2电阻的大小 电流的大小 3在研究热量跟电阻的关系时,必须保持电流和通电时间相同,将甲、乙两电阻串联在电路中,使流过电阻丝的电流相等在研究热量跟电流的关系时,用滑动变阻器
15、改变电路中的电流,观察比较电流不同时,同一根电阻丝在相同时间内产生的热量是否相同 42 I 5A 6D 7B 8D 9D 10120 11(1)I2I1 A Q2I22R2t2( A)24 60 s540 J (2)Q1I12R1t1( A)22 60 s270 J QQ1Q2540 J270 J810 J 做一做想一想 1(1)通过A、B的电流相同,A和B的电阻不同,RARB,通电时间相同根据QI2Rt在I、t一定时,电阻R越大,产生的热量Q越多,所以A上的火柴因蜡受热熔化先落下 (2)通过A、C的电流不同,IAIC,A、C的电阻相同,即RARC,通电时间相同根据QI2Rt,在R、t一定时,
16、电流I越大,产生的热量越多,所以C上的火柴因蜡受热熔化先落下 2减小输电线的电阻,从而减小电流产生的热量,以免输电线被烧坏 焦耳定律教学设计共3 焦耳定律教学设计 一、教学目标 (一)知识与技能 1.能通过实例,认识电流的热效应。 2.能在实验的基础上得出电热的大小与电流、电阻和通电时间有关,知道焦耳定律。 3.会用焦耳定律进行计算,会利用焦耳定律解释生活中电热利用与防治。 (二)过程与方法 体验科学探究过程,了解控制变量的物理方法,提高实验探究能力和思维能力。 (三)情感态度和价值观 会解释生活中一些电热现象,通过学习电热的利用与防止,学会辩证地看待问题。 二、教学重难点 电热是指电流做功把
17、电能转化为内能,电热的大小与哪些因素这个实验从提出问题、猜想、设计实验、进行实验与收集证据、得出结论几个方进行研究。重点是研究电热与电流、电阻和通电时间的关系,实验中要采用控制变量的方法。研究电热与电阻关系时要控制电流和通电时间相同,设计出的电路要使用两个不同的电阻串联。研究电热与电流的关系的设计是一个难点,电阻相同改变电流,可以利用并联分电流的思想,也可以两个电路来完成。 焦耳定律研究的是把电能转化为内能的多少,它与电功有联系也有区别。电功是指电流做功,可以把电能转化为各种形式能,而电热只是电功的一部分。只有在纯电阻电路中,这两个量才相等。 重点:通过实验研究电热与电流、电阻和通电时间的关系
18、,并确定研究方法及实验操作中各个环节应注意的问题。 难点:对焦耳定律的理解及焦耳定律在实际生活中的应用。 三、教学策略 电流做功的过程就是把电能转化为其它形式能的过程,不同的用电器转化成不同形式的能量。本节研究的是把电能转化为内能多少,生活中的用电器工作时都伴有热的现象,用此引入电流的热效应,从电炉丝与连接的导线入手,提出问题,学生也比较容易猜到电阻是影响电热的因素之一。在设计实验研究电热与电流、电阻和通电时间关系时,要利用到控制变量的方法。研究电热与电阻的关系要比研究电热与电流关系思维难度上略低一些,体现了从简入难的层次性。设计实验时结合了电路的特点,利用串联电路使两电阻的电流相等,利用分电
19、压的方法使两电阻的电流不相等。 电热与电功的联系与区别,可以通过公式推导的方法得出在纯电阻电路中Q=W,在非纯电阻电路中,电热只是电功的一部分。也可以从能量转化的角度来比较电热与电功,电热是指把电能转化为内能,而电功是把电能转化为其它形式的能,电热只是电功的一部分。 四、教学资源准备 校园局域网、多媒体课件整合网络、家庭电路演示板(含电能表)、功率不同的用电器(如热得快和白炽灯)、电源、开关、导线、规格已知的小灯泡、滑动变阻器等。 五、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 复习提问 (2分钟) 1电功的大小与哪些因素有关?如何计算? 2能说出一些用电器工作时能量的转化情况? 学生按
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