焦耳定律教案

 山东高唐梁村中学高友梅

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

重点：通过实验研究电热与电流、电阻和通电时间的关系，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、教学过程

   （一）情景引入

周末，小明的妈妈上班出门前嘱咐小明先做完作业，然后再看电视，可是小明等妈妈一出门直到妈妈下班快回家才开始做作业。妈妈问他为什么没有做完作业，小明说作业太难了。可他妈妈只做了一件事就知道小明说了谎，请问，他妈妈是怎么做的？

妈妈摸了摸电视的散热窗， 发现那么还热乎乎的呢。

生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。请举例说明。

如：电冰箱、电水壶、电饭锅、电灯、电脑等。

（二）新课教学

1、电流的热效应

刚才我们看到的这些电热器都是利用电流做功将电能转化为内能的装置。电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。

但是我们看到电炉丝和导线是串联的，它们通过的电流相同，为什么工作时电炉丝热得发红，而导线却几乎不热呢？

电流通过导体时产生热的多少和什么因素有关呢？请同学们猜想一下。

下面我们来通过实验探究一下。

请同学们观察实验装置，我们来了解设计这个实验的思路以及实验采用的方法。

我们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，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。这里我们采用的研究方法是转换法。

实验中，我们将一个5Ω和10Ω串联，目的是让通过它们的电流相等，然后我们用两个5 Ω的电阻并联再与一个5 Ω的串联，目的是让两个电阻的阻值相等，而电流不相等。这里我们采用的研究方法是控制变量法。

了解了这些内容后，我们一起来做下实验。

实验做完了，我们来总结一下：

（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，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。

2、焦耳定律

焦耳用近 40 年的时间做了 400 多次实验，研究热和功的关系。通过大量的实验，于 1840 年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。

（1）内容：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）公式：Q = I2Rt 

（3）单位： 

      I—电流---A              R---电阻---W 

      t---时间---S              Q---电热---焦耳（J）

例题：一根 60 Ω 的电阻接在 36 V的电源两端，在 5 min内生多少热量?

解：

学完了焦耳定律，现在我们知道为什么电炉丝热的发红，而导线几乎不发热的原因了，那是因为电炉丝的电阻比导线的电阻大了很多，所以才会出现这样的情况。

3、电能与电热的关系

前面第一节里我们学习了电能和电功，知道了电流流过导体时会把电能转化为其他形式的能，电热也是电流流过导体时产生的，那么这两者之间是不是有什么关系呢？下面我们来分析一下。

（1）当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，将欧姆定律代入公式中，即

　　Q = W = UIt = I2Rt=U2R/t

如：电暖器，电饭锅，电炉子等。这类电路叫纯电阻电路。

（2）当电扇之类的电器工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，这类电路叫非纯电阻电路。欧姆定律在这类电器中是不适用的。

电能       内能+机械能       

在这里：W＞Q热

那么怎么来计算电扇工作时产生的热量呢？其实还是用焦耳定律来计算的。Q热=I2Rt。注意式中的I 是通过风扇的电流，R是风扇的内阻。

想一想：在公式Q=U2t/R中，电阻R越小单位时间内产生的热量越多。可是按照Q=I2Rt，电阻R越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事?

答：前者说电阻越小，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。 

4、电热的利用和防止

展示常见一些用电器图片（电熨斗、电视机散热孔、取暖器、电饭锅、电脑主板风扇、笔记本散热孔、电动机外壳……），给这些用电器进行分类，哪些是利用电热、哪些是防止电热造成危害的。 

例如利用电热的有：电熨斗、取暖器、电饭锅等。防止电热的有：电视机散热孔、电脑主板风扇、笔记本散热孔、电动机外壳等。

电热在实际中有利用也有防止的。我们要利用辩证的态度来对待电热。

（三）、小结：

请同学们回答下面的问题：1．电流的热效应与哪些因素有关，

2．焦耳定律的内容，

3．电功与电热的关系，

4．电热的利用、防止。

（四）作业：

1．课后“动手动脑学物理”第1、2、3题

2．调查生活中还有哪些是利用电热，哪些是防止电热的措施。

(五)板书设计

18.4 焦耳定律

一、电流的热效应

电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。

二、焦耳定律

1、内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成反比，跟通电时间成正比。

2、公式：Q热=I2Rt

   3、单位：焦耳（J）

   三、电能与电热

1、纯电阻电路：Q = W = UIt = I2Rt=U2R/t

2、非纯电阻电路：W＞Q热，Q热=I2Rt

四、电热的利用和防止