2019-2020年九年級物理全冊 第十八章 電功率《第4節(jié) 焦耳定律》教案 （新版）新人教版 (I).doc

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2019-2020年九年級物理全冊 第十八章 電功率《第4節(jié) 焦耳定律》教案 （新版）新人教版 (I) 課標要求 從“課程內(nèi)容”的要求看，本專題涉及如下條目： 通過實驗，探究并了解焦耳定律，用焦耳定律說明生產(chǎn)、生活中的一些現(xiàn)象。 例2 電流通過電爐絲，電流做了功，將電能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能。 課標解讀 江蘇南京29中致遠校區(qū)　殷發(fā)金 本條目涉及課程標準中一級主題“能量”中“電磁能”的內(nèi)容?！澳芰俊笔钦n程標準中科學內(nèi)容的三大主題之一。本條目課程內(nèi)容涉及認知性目標和體驗性目標兩個維度。具體說明如下： “通過實驗，探究并了解焦耳定律”包含了體驗性目標和認知性目標兩個目標維度。從行為動詞層次水平看，“探究”屬于體驗性目標中的“經(jīng)歷”層次水平，“了解”屬于認知性目標中的“了解”層次水平，課程標準要求在探究實驗的基礎(chǔ)上對焦耳定律進行了解。學生經(jīng)歷了實驗的過程，學習科學探究方法，發(fā)展初步的科學探究能力，形成尊重事實、探究真理的科學態(tài)度。焦耳定律的研究是從電流熱效應開始的，結(jié)合實例可以發(fā)現(xiàn)，導體電阻的大小對電熱有影響，從而提出“影響電熱大小的因素有哪些”的問題。在研究電流、電阻和通電時間對電熱大小影響時，要利用控制變量的物理方法，在研究電熱與電阻關(guān)系時，要控制電流和通電時間一定，可以設(shè)計成串聯(lián)電路。在研究電熱與電流關(guān)系時，要控制電阻和通電時間一定，電阻相同，要改變電流，可以改變電阻兩端的電壓。電熱大小的比較是通過轉(zhuǎn)換的物理方法，利用電熱器加熱物體，物體溫度上升的越多，說明電熱器產(chǎn)生的熱量越多。通過實驗能得出電熱與電流、電阻和通電時間的定性的關(guān)系，知道電流越大、電阻越大、通電時間越長，電流在電阻上放出的熱量越多。焦耳定律是在大量的精確實驗的基礎(chǔ)總結(jié)出來的，它反映了電熱與電流、電阻和通電時間的定量關(guān)系，寫成公式的形式為Q=I2Rt。知道電功與電熱間的聯(lián)系與區(qū)別，電功是電流做功，把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能，電熱是指電流做功把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電熱是電功的一部分，當用電器把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時，電功就等于電熱。 “用焦耳定律說明生產(chǎn)、生活中的一些現(xiàn)象”包含了認知性目標這個維度。從行為動詞層次水平看，“說明”屬于認知性目標中的“了解”層次水平。設(shè)置本主題的目的是利用焦耳定律來解決實際問題，體現(xiàn)了“從物理走向生活”的課程理念。另一目的是發(fā)展學生勇于探究日常生活中的物理道理，有將科學技術(shù)應用與日常生活、社會實踐的意識。如在生活中導線與用電器是串聯(lián)在一起的，通過它們的電流是一樣的，而用電器的電阻比導線的電阻大的多，根據(jù)在電流一定時，導體消耗的電功率與導體的電阻成正比的道理，因而用電器耗的電比導線耗的電要多的多。生活中有的用電器是利用電熱的，如電水壺、取暖器、電飯鍋等；有的用電器工作時產(chǎn)生的電熱是沒有用的，甚至會對用電器造成損壞，要采取措施防止電熱造成危害，如電視機、電腦等設(shè)備都有散熱孔，通過分析培養(yǎng)我們要用辯證的態(tài)度看待事物。 重難點突破 江蘇南京29中致遠校區(qū)　殷發(fā)金 一、教學內(nèi)容分析 焦耳定律是初中物理學習的重要定律之一，它是對前面電功、電能理解的提升。本節(jié)通過實例認識電流的熱效應，結(jié)合實例對電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)提出猜想，通過實驗來驗證自己的猜想，通過實驗得出電熱的大小與電流、電阻和通電時間有關(guān)，得出它們的定性的關(guān)系，具體的定量關(guān)系就是焦耳定律。利用辯證的觀點來認識電熱在實際中的利用和防止。 本節(jié)教學重點是通過實驗研究電熱與電流、電阻和通電時間的關(guān)系，并確定研究方法及實驗操作中各個環(huán)節(jié)應注意的問題。難點是對焦耳定律的理解及焦耳定律在實際生活中的應用。 二、重難點突破 1．通過實驗研究電熱與電流、電阻和通電時間的關(guān)系。實驗操作中各個環(huán)節(jié)應注意的問題 突破建議： 通過圖片、視頻等展示生活中的電熱器，知道它們的共同點都是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，就是電流的熱效應。以生活中使用電爐時，電爐絲熱的發(fā)紅而導線卻不怎么熱的現(xiàn)象引入影響電熱大小的因素，更貼近學生的實際，產(chǎn)生解決實際問題的沖動，從而提出問題，經(jīng)歷猜想、設(shè)計實驗、進行實驗和收集證據(jù)、得出結(jié)論等幾個環(huán)節(jié)來得出電熱與電流、電阻和通電時間的關(guān)系。 實驗中利用了轉(zhuǎn)換法，把電流通過電阻產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)換成氣體的熱脹冷縮的大小，要注意在實驗前調(diào)整兩管中液柱的高度相平。實驗中也可以利用加熱液體升高的溫度來比較。 在實驗中先從電熱與電阻的關(guān)系入手，因為這個更接近生活實際，并且在設(shè)計實驗時方法也比較簡單，利用串聯(lián)的方法就可以控制電流和通電時間相等。 在研究電熱與電流的關(guān)系時，要控制電阻大小相等，改變電阻中的電流，在同一個電路中設(shè)計出來是一個難點?？梢詮那懊娴牟⒙?lián)分電流的思路出發(fā)，給學生適當?shù)奶崾?。本實驗利用兩個電路學生可能更容易理解，利用兩個相同的電阻絲，在不同的電路中，電流不相同。 通過實驗研究只能得出電熱與電流、電阻和通電時間的定性關(guān)系，無法得出定量關(guān)系，它是大量的準確實驗的基礎(chǔ)上得出來的。 2．對焦耳定律的理解及焦耳定律在實際生活中的應用 突破建議： 焦耳定律是建立在實驗的基礎(chǔ)上的，它是電熱與電流、電阻和通電時間的定量關(guān)系。利用焦耳定律可以計算電流做功放出的熱量。 電熱與電功是兩個不同的概念，電功是指電流做功，把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。電熱是指電流做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電熱只是電功的一部分。當用電器把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時，電熱與電功是相等的，它們的計算方法也相同。但很多用電器并不是把電能僅轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還有其它形式的能，如電動機工作時除了轉(zhuǎn)為內(nèi)能，主要轉(zhuǎn)化為機械能，其中電熱的大小仍利用焦耳定律計算。 焦耳定律可以解釋生活中的很多現(xiàn)象，如用電水壺燒水時，電熱絲很燙，而連接的導線卻不怎么熱，這是因為它們串聯(lián)，電流相等，導線的電阻比電熱絲的電阻小的多，所以相同時間內(nèi)放出熱量也小的多。 對于電阻對電熱的影響，根據(jù)Q=I2Rt和=得出的結(jié)論不同，前者電阻越大，電熱越多；后者電阻越大，電熱越少。這兩種說法看似矛盾，實際并不矛盾，因為在分析電阻對電熱影響時，要采用控制變量的方法，如前者前提是在電流相同和通電時間相同時，而后者要在電壓和通電時間一定時，不能孤立的看待電阻一個量。 要利用辯證的思想來對待電熱，生活中的電熱器都是利用了電熱，也有很多用電器要防止電熱造成危害，不能簡單說電熱是有利還是有害的。 《焦耳定律》教學設(shè)計 江蘇南京29中致遠校區(qū)　殷發(fā)金 一、教學目標 （一）知識與技能 1．能通過實例，認識電流的熱效應。 2．能在實驗的基礎(chǔ)上得出電熱的大小與電流、電阻和通電時間有關(guān)，知道焦耳定律。 3．會用焦耳定律進行計算，會利用焦耳定律解釋生活中電熱利用與防治。 （二）過程與方法 體驗科學探究過程，了解控制變量的物理方法，提高實驗探究能力和思維能力。 （三）情感態(tài)度和價值觀 會解釋生活中一些電熱現(xiàn)象，通過學習電熱的利用與防止，學會辯證地看待問題。 二、教學重難點 電熱是指電流做功把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電熱的大小與哪些因素這個實驗從提出問題、猜想、設(shè)計實驗、進行實驗與收集證據(jù)、得出結(jié)論幾個方進行研究。重點是研究電熱與電流、電阻和通電時間的關(guān)系，實驗中要采用控制變量的方法。研究電熱與電阻關(guān)系時要控制電流和通電時間相同，設(shè)計出的電路要使用兩個不同的電阻串聯(lián)。研究電熱與電流的關(guān)系的設(shè)計是一個難點，電阻相同改變電流，可以利用并聯(lián)分電流的思想，也可以兩個電路來完成。 焦耳定律研究的是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的多少，它與電功有聯(lián)系也有區(qū)別。電功是指電流做功，可以把電能轉(zhuǎn)化為各種形式能，而電熱只是電功的一部分。只有在純電阻電路中，這兩個量才相等。 重點：通過實驗研究電熱與電流、電阻和通電時間的關(guān)系，并確定研究方法及實驗操作中各個環(huán)節(jié)應注意的問題。 難點：對焦耳定律的理解及焦耳定律在實際生活中的應用。 三、教學策略 電流做功的過程就是把電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過程，不同的用電器轉(zhuǎn)化成不同形式的能量。本節(jié)研究的是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能多少，生活中的用電器工作時都伴有熱的現(xiàn)象，用此引入電流的熱效應，從電爐絲與連接的導線入手，提出問題，學生也比較容易猜到電阻是影響電熱的因素之一。在設(shè)計實驗研究電熱與電流、電阻和通電時間關(guān)系時，要利用到控制變量的方法。研究電熱與電阻的關(guān)系要比研究電熱與電流關(guān)系思維難度上略低一些，體現(xiàn)了從簡入難的層次性。設(shè)計實驗時結(jié)合了電路的特點，利用串聯(lián)電路使兩電阻的電流相等，利用分電壓的方法使兩電阻的電流不相等。 電熱與電功的聯(lián)系與區(qū)別，可以通過公式推導的方法得出在純電阻電路中Q=W，在非純電阻電路中，電熱只是電功的一部分。也可以從能量轉(zhuǎn)化的角度來比較電熱與電功，電熱是指把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而電功是把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能，電熱只是電功的一部分。 四、教學資源準備 校園局域網(wǎng)、多媒體課件整合網(wǎng)絡(luò)、家庭電路演示板（含電能表）、功率不同的用電器（如熱得快和白熾燈）、電源、開關(guān)、導線、規(guī)格已知的小燈泡、滑動變阻器等。 五、教學過程 教學環(huán)節(jié) 教師活動 學生活動 設(shè)計意圖 復習提問 （2分鐘） 1．電功的大小與哪些因素有關(guān)？如何計算？ 2．能說出一些用電器工作時能量的轉(zhuǎn)化情況？ 學生按要求回憶，回答。 為本節(jié)課作知識上的鋪墊。 創(chuàng)設(shè)情景 引入新課 （3分鐘） 電流在電路中做功，可以將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能，如電動機、電燈發(fā)光、電視機工作……。 當這些用電器工作一段時間后，我們觸摸它們的有關(guān)部位，會有什么感覺？這是什么原因？ 學生說出常見用電器工作過程中能量的轉(zhuǎn)化。 電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。 創(chuàng)造課堂情景，激發(fā)學生的興趣和求知欲。 聯(lián)系實際，引入新課。 新課教學（28分鐘） 電流的熱效應 投影：電飯鍋、取暖器、油燈、電爐絲、電鉻鐵…… 這些用電器工作時有什么共同特點？ 導線和電爐絲串聯(lián)，為什么電爐絲熱得發(fā)紅而導線并不很熱？說明什么？ 一、提出問題 電流通過導體時產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)？ 二、猜想與假設(shè) 提示：電熱是電流通過電阻時產(chǎn)生的熱量，電路中有電壓不一定有電流，所以電壓對電流通過電阻產(chǎn)生熱量的多少沒有影響。（排除電壓這個物理量） 電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少與________________有關(guān)。 你能結(jié)合實例說出這三個因素對電熱的影響嗎？ 三、設(shè)計實驗 要研究電流通過電阻產(chǎn)生熱量與電阻的關(guān)系，如何設(shè)計實驗？如何比較產(chǎn)生熱量的多少？ 四、進行實驗 展示實驗裝置1 觀察本實驗裝置，思考： 1．本裝置可以用于研究電熱與哪個因素的關(guān)系？ 2．兩電阻為什么要串聯(lián)？ 3．如何比較電流通過電阻放出熱量？ 4．設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格 電路接通，進行實驗，觀察U形管中液柱的上升情況，把實驗結(jié)果填入表格中。 分析實驗數(shù)據(jù)，可以得到什么結(jié)論？ 展示裝置2 1．本裝置可以用于研究電熱與哪個因素的關(guān)系？ 2．右邊電阻絲上為什么要再并聯(lián)一根電阻絲？ 3．如何比較電流通過電阻放出熱量？ 4．設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格 電路接通，進行實驗，觀察U形管中液柱的上升情況，把實驗結(jié)果填入表格中。 分析實驗數(shù)據(jù)，可以得到什么結(jié)論？ 對于某一個電阻，在電流一定時，通電時間越長，電流通過電阻產(chǎn)生熱量越多。這個結(jié)論可以通過剛才的實驗中看出來，某一根電阻絲通電時間越長，液柱上升越高，說明放出熱量越多。 五、分析論證，得出結(jié)論 對以上兩個實驗進行總結(jié)，電流通過電阻產(chǎn)生熱量多少與電流、電阻和通電時間。 學生總結(jié)： 這些用電器工作時都是把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。 （得出電流的熱效應的概念） 電熱的大小可能與導體的電阻有關(guān)。 學生結(jié)合生活實際進行猜想: 電流、電壓、電阻、通電時間…… 學生舉例證明猜想的合理性。 學生討論： 實驗時要控制電路中的電流相等，改變電阻，比較在相同時間內(nèi)放出熱量的多少。 可以通過加熱相同物體，比較物體吸熱升溫的多少 學生觀察實驗裝置討論得出： 1．本裝置研究電熱與電阻的關(guān)系。 2．電阻串聯(lián)，可以使流過兩根電阻絲的電流和通電時間相同。 3．通過左右兩管液面的高度差來比較，液柱上升的越高，放出熱量越多。 電流I/A R1 R2 電阻/Ω 5 10 產(chǎn)生熱量（多/少） 4．實驗數(shù)據(jù)表格 學生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：在電流和通電時間相同時，電阻越大，電流通過電阻產(chǎn)生的熱量越多。 學生觀察實驗裝置討論得出： 1．本裝置研究電熱與電流的關(guān)系。 2．使右邊容器中的電阻絲中的電流與左邊容器中的電阻絲不等（左邊電流大于右邊電流）。 3．通過左右兩管液面的高度差來比較，液柱上升的越高，放出熱量越多。 4．實驗數(shù)據(jù)表格 電阻R/Ω R1 R2 電流I/A 產(chǎn)生熱量（多/少） 學生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：在電阻和通電時間相同時，電流越大，電流通過電阻產(chǎn)生的熱量越多。 學生總結(jié)以上兩個實驗： 電流通過電阻產(chǎn)生熱量的多少與電流、電阻和通電時間都有關(guān)，電流越大、電阻越大、通電時間越長，電流通過電阻產(chǎn)生熱量越多。 培養(yǎng)學生總結(jié)問題的能力。 由生活現(xiàn)象培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題并提出問題的能力。 培養(yǎng)學生合理猜想，并分析猜想的合理性。學會排除不合理猜想。 培養(yǎng)學生利用控制變量的方法來設(shè)計實驗。 通過分析實驗裝置的合理性來培養(yǎng)學生的設(shè)計實驗的能力。 培養(yǎng)學生利用轉(zhuǎn)換的方法把不易觀察的量轉(zhuǎn)換為易觀察的現(xiàn)象。 學會設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格 會根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論，利用控制變量的方法準確的描述出結(jié)論。 培養(yǎng)學生設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格、分析實驗、總結(jié)實驗、描述實驗結(jié)論的能力。 培養(yǎng)學生對實驗數(shù)據(jù)綜合分析能力。 焦耳定律 介紹科學家焦耳。 英國科學家做了大量實驗于1840年最先精確地確定了電流產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時間的關(guān)系，即焦耳定律。 電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻成正比，跟通電時間成正比。 如果熱量用Q表示，電流用I表示，電阻用R表示，時間用t表示，則焦耳定律為Q=I2Rt。 例題：一電熱水器電阻絲的阻值為48．4Ω，正常工作時的電流為4．55A，工作10min放出的熱量為多少J ？ 練習：一取暖器接在家庭電路中，正常工作時的電流為6．8A，工作10min放出的熱量是多少？ 了解焦耳在電熱上的成就 學生了解焦耳定律的內(nèi)容，記住公式。 學生快速的計算本題中的電熱。 Q=I2Rt=（4．55A）248．4Ω600s=6105J 學生結(jié)合歐姆定律進行計算 Q=I2Rt=（6．8A）232．3Ω600s=9105J 培養(yǎng)學生的人文精神、學習科學家的實事求是的精神。 利用焦耳定律進行簡單計算，培養(yǎng)學生利用公式解決實際問題的能力，進一步熟悉公式。 培養(yǎng)學生利用物理知識解決實際問題的能力。 電功與電熱 上題中已知電壓、電流和通電時間，可以計算出取暖器消耗的電能，那么取暖器消耗的電能與電熱之間有什么關(guān)系呢？ 通過計算我們發(fā)現(xiàn)電流做功與產(chǎn)生的電熱是相等，那么用電器在工作時，電功與電熱間有什么關(guān)系呢？ 當電流做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時： 由于 W=UIt，U=IR Q=W=I2Rt 電吹風工作時，消耗了1000J的電能，電流在電阻線上產(chǎn)生熱量等于1000J嗎？ 電功與電熱的聯(lián)系與區(qū)別 1．純電阻電路中W=Q 2．非純電阻電路中W>Q 電熱Q=I2Rt 其它形式的能W?Q 學生計算電流做的電功（電能） W=UIt=220V6．8A600s=9105J 學生討論： 在前面的計算過程中利用了歐姆定律，它只能用在純電阻電路中，用電器工作時把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 不是的，電吹風工作時把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還有一部分轉(zhuǎn)化為動能。它不是一個純電阻。電功大于電熱。 加強知識的聯(lián)系，培養(yǎng)學生系統(tǒng)學習的能力。 培養(yǎng)利用物理知識解決實際問題能力。 培養(yǎng)學生合作學習的能力、團隊精神和交往能力。 利用焦耳定律解釋現(xiàn)象 討論：電爐通過導線接到電路中，導線和電爐絲串聯(lián)，為什么電爐絲熱得發(fā)紅而導線并不很熱？ 想想議議：額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，正常工作時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。可是按照焦耳定律，電阻越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事？ 學生討論： 電線與電爐絲串聯(lián)，電流相等，根據(jù)焦耳定律，導線的電阻比電爐絲小的多，相同時間內(nèi)放出熱量也少。 學生討論 這兩種情況下有不同的變量，前者是在電壓一定時，電阻越小，電流越大，電熱與電流是平方的關(guān)系，所以電流對電熱影響較大。后者的前提是在電流一定時，電阻越大，電熱越多。 培養(yǎng)學生知識應用能力，合作學習的能力、團隊精神和交往能力。 利用控制變量的方法來分析問題。通過辨析加強對焦耳定律的理解。 電熱的利用和防止 展示常見一些用電器（電熨斗、電視機散熱孔、取暖器、電飯鍋、電腦主板風扇、筆記本散熱孔、電動機外殼……），給這些用電器進行分類，哪些是利用電熱、哪些是防止電熱造成危害的。 電熱在實際中有利用也有防止的。我們要利用辯證的態(tài)度來對待電熱。 分成兩類 利用電熱的有：電熨斗、取暖器、電飯鍋等。 防止電熱的有：電視機散熱孔、電腦主板風扇、筆記本散熱孔、電動機外殼等 利用分類的方法來培養(yǎng)學生利用辯證的態(tài)度來看待問題 總結(jié)（5分鐘） 回憶本節(jié)課內(nèi)容 1．電流的熱效應與哪些因素有關(guān)？ 2．焦耳定律 3．電功與電熱的關(guān)系 4．電熱的利用 防止 梳理本節(jié)課知識內(nèi)容，學生根據(jù)問題逐個回憶本節(jié)課的內(nèi)容，形成一個知識體系。 利用問題引領(lǐng)的方法培養(yǎng)學生總結(jié)歸納的能力 布置作業(yè) 1．課后“動手動腦學物理”第1、2、3題 2．調(diào)查生活中還有哪些是利用電熱，哪些是防止電熱的措施。 學生按要求完成作業(yè)，對生活實際開展力所能及的調(diào)查。 鞏固本課學習內(nèi)容，同時增加課外調(diào)查的作業(yè)，使物理走向社會、走向生活。