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中学物理课件：《焦耳定律》
中学物理课件：《焦耳定律》1
一、教材分析
焦耳定律是重要的物理定律，它是能量守恒定律在电能和热能转换中的体现，本节在电学中是重要的概念之一。
二、教学目标
（一）知识与技能
1、理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。
2、理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。
3、知道电功率和热功率的区别和联系。
（二）过程与方法
通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养学生的分析、推理能力。
（三）情感、态度与价值观
通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步渗透辩证唯物主义观点的教育。
三、教工作总结学重点难点
【教学重点】电功、电功率的概念、公式；焦耳定律、电热功率的概念、公式。
【教学难点】电功率和热功率的区别和联系。
四、学情分析
学生学好这节知识是非常必要的，
A、重点：理解电功和电功率和焦耳定律。
B、难点：帮助学生认识电流做功和电流通过导体产生热量之间的区别和联系是本节的教学难点，防止学生乱套用公式。
C、关键：本节的教学关键是做好通电导体放出的热量与哪些因素有关的实验。在得出了焦耳定律以后介绍焦耳定律公式及其在生活、生产上的应用
五、教学方法
等效法、类比法、比较法、实验法
六、课前准备
灯泡（36V，18W）、电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键、导线若干、投影仪、投影片、玩具小电机
七、课时安排
八、教学过程
（一）预习检查、总结疑惑
（二）情景引入、展示目标
教师：用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。
学生：
（1）电灯把电能转化成内能和光能；
（2）电炉把电能转化成内能；
（3）电动机把电能转化成机械能；
（4）电解槽把电能转化成化学能。
教师：用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢？本节课我们学习关于电功和电功率的知识。
（三）合作探究、精讲点播
1、电功和电功率
教师：请同学们思考下列问题
（1）电场力的功的定义式是什么？
（2）电流的定义式是什么？
学生：
（1）电场力的功的定义式W=qU
（2）电流的定义式I=qt
教师：投影教材图2.5—1（如图所示）
如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少？
学生：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。
教师：这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功？
学生：在这一过程中，电场力做的功W=qU=IUt
教师：在这段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称电功。电功：
（1）定义：在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功。
（2）定义式：W=UIT
教师：电功的定义式用语言如何表述？
学生：电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U，电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。
教师：请同学们说出电功的单位有哪些？
学生：
（1）在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J。
（2）电功的常用单位有：千瓦时，俗称“度”，符号是kWh。
教师：1kWh的物理意义是什么？1kWh等于多少焦？
学生：1kWh表示功率为1kW的用电器正常工作1h所消耗的电能。
1kWh=1000W×3600s=3。6×106J
说明：使用电功的定义式计算时，要注意电压U的单位用V，电流I的单位用A，通电时间t的单位用s，求出的'电功W的单位就是J。
教师：在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。例如，在相同时间里，
电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。电流做功不仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念。
（1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。用P表示电功率。
（2）定义式：P=W=IUt
（3）单位：瓦（W）、千瓦（kW）
［说明］电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少。
教师：在力学中我们讲功率时有平均功率和瞬时功率之分，电功率有无平均功率和瞬时功率之分呢？
学生分组讨论。
师生共同总结：
（1）利用P=W计算出的功率是时间t内的平均功率。t
（2）利用P=IU计算时，若U是某一时刻的电压，I是这一时刻的电流，则P=IU就是该时刻的瞬时功率。
教师：为什么课本没提这一点呢？
学生讨论，教师启发、引导：
这一章我们研究的是恒定电流，用电器的构造一定，通过的电流为恒定电流，则用电器两端的电压必是定值，所以U和I的乘积P不随时间变化，也就是说瞬时功率与平均功率总是相等的，故没有必要分什么平均功率和瞬时功率了。
［说明］利用电功率的公式P=IU计算时，电压U的单位用V，电流I的单位用A，电功率P的单位就是W。
2、焦耳定律
教师：电流做功，消耗的是电能。电能转化为什么形式的能与电路中的电学元件有关。在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热。
设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。
学生：求解产生的热量Q。
解：据欧姆定律加在电阻元件两端的电压U=IR
在时间t内电场力对电阻元件所做的功为W=IUt=I2Rt
由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q。
产生的热量为
Q=I2Rt
教师指出：这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律，同学们在初中已经学过了。
学生活动：总结热功率的定义、定义式及单位。
热功率：
（1）定义：单位时间内发热的功率叫做热功率。
（2）定义式：P热=Q2=IRt
（3）单位：瓦（W）
［演示实验］研究电功率与热功率的区别和联系。
（投影）实验电路图和实验内容：
取一个玩具小电机，其内阻R=1。0Ω，把它接在如图所示的电路中。
（1）先夹住电动机轴，闭合电键，电机不转。调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为0。50V，记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。
（2）再松开夹子，使小电机转动，调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为2。0V（此电压为小电机的额定电压），记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。
［实验结果］
（1）电机不转时，U=0.50V，I=0.50A，
P电=UI=0.50×0。50、W=0.25W
P热=I2R=0.502×1.0、W=0.25W
P电=P热
（2）电机转动时，U=2.0V，I=0.40A，
P电=UI=2.0×0.40、W=0.80W
P热=I2R=0.402×1.0W=0.16W
P电＞P热
学生：分组讨论上述实验结果，总结电功率与热功率的区别和联系。
师生共同活动：总结：
（1）电功率与热功率的区别
电功率是指输入某段电路的全部功率或在这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压U和通过的电流I的乘积。
热功率是在某段电路上因发热而消耗的功率，决定于通过这段电路的电流的平方I2和电阻R的乘积。
（2）电功率与热功率的联系
若在电路中只有电阻元件时，电功率与热功率数值相等。即P热=P电
教师指出：上述实验中，电机不转时，小电机就相当于纯电阻。若电路中有电动机或电解槽时，电路消耗的电功率绝大部分转化为机械能或化学能。
中学物理课件：《焦耳定律》2
一、教学目标：
1、知识和技能目标：知道电流的热效应，理解焦耳定律的内容、公式及其运用，知道电热器的原理及构造。
2、过程与方法目标：要求学生能从感知事物→提出问题→自己设计→动手动脑探究科学规律中体会科学研究的方法，学会科学探究、知识迁移的方法，培养学生的科学研究的能力。
3、情感态度与价值观目标：激发和培养学生的科学探究与创新的思想和精神，培养学生的辩证唯物主义精神，渗透实事求是和科学献身教育，激励学生努力学习。
二、教学重点与难点
如何引导学生进行科学探究；如何使学生在科学探究中掌握科学研究的方法，培养科学研究的能力。
三、教法与学法
将学生分组，以小组为单位进行教师引导下的科学探究，加强组内同学间的合作、讨论和交流，加强师生间相互反馈，以问题和小组交流贯穿教学的始终，不断提出新问题，不断解决新问题。开学时就将学生4人一组分组，分组时男女生分开后，自由组合，便于讨论与交流，随着学习的深入，可适当调整小组成员，每个组至少有一个好的同学能起到小老师的作用，带领小组同学开展自主式学习。
四、教具与学具
学生用：铁架台、学生电源、大号试管和温度计各三支、导线若干、量筒、煤油、电阻丝（5、10、10欧各一根，教师课前用电炉丝截取并焊好导线）。每小组一套。
教师用：与学生的基本相同，温度计改用数字的，另加各种电热器（电炉、电饭锅、白炽灯、电风扇等）、多媒体课件及教学平台。
五、探究实验：
研究通电导体产生的热量跟电流、电阻和时间的关系。
六、教学活动实录（部分）：
（一）导入新课
老师：（教师出示电饭锅，白炽灯、电风扇）这几种电器各有什么功能？
学生：煮饭、照明、吹风。
老师：这些电器虽然功能不同，有没有共同点？
（学生小组讨论，请三位同学上来各拿一个电器，同时通电实验1分钟，并请他们触摸电器和电扇的电动机部分）
（凡教师提出问题，教师留有一定的时间，让学生同桌或四人小组讨论）
学生：它们工作时都会发热。
老师：对！电流通过任何电器或导体，电器和导体都会发热，这种现象叫电流热效应。（教师
板书：电流热效应）
老师：这种现象中能量是怎样转化的？
学生：电能转化为内能。（教师板书：电能转化为内能）
老师：它们产生的热量有什么不同？
学生：（学生讨论后）它们产生的热量有多有少。
（在学生心里自然产生了“产生热量有多少？”这个问题。）
【点评】根据学生的日常生活创设问题情景，提出问题，建立问题期待，能有效地激发学生学习的动机。
（二）科学探究焦耳定律：
老师：既然电流通过用电器产生的热量不同，同学们会想到什么问题？
（学生议论纷纷，举手发言，教师引导）
学生：电流通过导体产生的热量与什么因素有关？（学生自己提出问题）
老师：你们觉得与什么因素有关？（引导学生去猜想）
（学生议论纷纷，举手发言，教师引导）
学生：可能与电压、电流、电阻、时间或其它等等因素有关。（学生猜想）
老师：同学们讨论很热烈！猜想对不对呢？（引导学生进入实验研究）
学生：我们用实验来验证！（通过平时的教学，学生都明白：实践是检验真理的标准，任何问题都要由实验事实来评判）
【点评】各种研究问题和教学活动都是由学生自己提出来的，而不是教师强加的，充分体现学生的主体作用，学生充满兴趣和动力去解决自己发现的问题。
老师：好！下面就请你们以小组为单位设计实验方案（学生设计实验）
（学生小组讨论，讨论时间可以长一点）
【点评】教师开始不要给任何提示，以免禁锢了学生的思维，让学生放开思维去思考，培养学生开放型思维能力。
老师：哪个小组汇报一下你们设计的实验方案？
（学生七嘴八舌，但真能设计完整方案的不多，此时需要教师的引导）
老师：你们说说做这个实验首先要解决一些什么问题？（教师引导学生如何进行实验设计）生：热量的多少如何用实验展示出来？
学生：如何用实验来验证热量与电流、电阻、时间的关系。
学生：用什么样的电路去实验。
学生：
老师：大家想想在前面的学习中有没有可以体现热量多少的办法？
学生：（学生讨论并发言）有热胀冷缩比较热量法，测温度比较热量法等等。
老师：请××同学谈谈你们的方法。
学生：我们利用热胀冷缩的办法：找两个相同的烧瓶？？
老师：很好！因为要进行比较，一定要条件相同，所以要用相同的烧瓶？？其他小组还有什么方法？
【点评】渗透科学的比较方法：条件相同。
学生：可以将上述烧瓶中的空气膨胀换成液体（水或煤油）
老师：也很好！测温度比较热量法呢？
学生：可以直接用温度计去测量升高的温度，质量相等的煤油温度升高越多，吸热越多？？师：××同学说得很好！只是上述前几种方法是定性讨论方法，只能说明多少关系，最后这种方法是从定量的角度去考虑的，我们今天就采用他说的这种实验方法，好吗？
【点评】渗透教学民主的`观念。
老师：现在再来看看如何用实验来验证热量与电流、电阻、时间的关系。大家想想：在前面的学习中，经常学到某个物理量由几个物理量决定，当讨论它与其中一个量的关系时，要使另外的量相同或不变。这是什么方法？
学生：这是控制变量法。
【点评】再次渗透科学的比较方法和控制变量法：条件相同。
老师：因此我们可以将上述问题分解成三个问题来研究？分解成哪三个问题？
学生：热量与电流，热量与电阻，热量与时间三个关系问题。
老师：如何用实验研究热量与电阻的关系？
学生：将两个不同的电阻通以相同的电流（可以串联），比较两个电阻在相同的时间里产生的热量。
老师：如何用实验研究热量与电流的关系？
学生；将两个相同的电阻通以不同的电流（可以并联），比较两个电阻在相同的时间里产生的热量。
老师：如何用实验研究热量与时间的关系？
学生：选择任意一个电阻，不断通电，观察温度是否随通电时间不断升高。
老师：综合大家的意见，我们要做三次实验，花的时间太长。为了节省实验时间，能否将上述三次实验合并为一次实验？看哪个小组最先设计好实验电路。
（学生小组讨论，画出初步的实验电路图，不一定每个小组都对，教师用投影仪展示某组设计的实验电路图，并请该组代表讲述设计思路）
学生：
（用多媒体教学平台展示探究过程中的问题流程图，如右图所示。教师结合该图，小结一下同学们设计实验的过程，并统一认识和完善实验电路）
【点评】通过上述引导和展示图例，教会学生学会分解问题和合并问题，学会逐步解决问题的方法，提高解决问题的能力。另外也提倡了开放性思维、多种解决方案。
老师：请同学们按照上述我们设计的实验方案开始实验。
说明：学生以小组为单位进行实验操作并记录有关实验数据，教师随时指导实验。（进行实验）
实验记录：煤油的初温：T0=____。
煤油的末温：T1=____，T2=____，T3=____（三个末温应为同时的温度）。
（教师巡视各个小组，有选择地将某个小组的实验数据用投影仪展示出来，并请该组同学将数据转换成下表内容）
老师：其它小组实验数据虽然与这不同，但都与这个数据差不多，可以看出其中的规律。哪个同学说一下，你从这数据中看出了什么？（数据分析，归纳总结）
学生：（学生可能说不准确，但大体的意思肯定能说得出来）。
老师：××同学发现了一个规律，我们不妨把这个规律称为××定律。大家鼓掌祝贺他。其实这个定律早在很多年前，物理学家焦耳就是按照刚才大家的研究方法，实验研究了很多年才得出的，因此这个定律也叫焦耳定律。
（教师用教学平台投影焦耳定律的内容、公式、单位等）
说明：在现实中学实验条件下，该实验能够得出较准确的数量关系。
【点评】开展成功与激励教育，另外强调了我们的研究方法与物理学家进行科学研究的方法一样，潜意识地使学生认同科学探究的方法。
老师：有的同学会问：我们一节课就能把这个规律研究出来，而焦耳要用好多年才能研究出来，是不是他有点问题？这里面有几个方面的问题：
第一：那时的实验条件不够好；
第二：缺少必要的指导老师，因为在他之前没有任何人研究和知道这个问题；
第三：缺少与其他科学家的合作与交流，基本上是一个人关门在家研究，要走很多弯路。而我们有老师指导和小组交流合作，集体的智慧是无穷的；
第四：很重要的一点就是实验要精确，实验数据没有什么误差，误差大了就得重新做，不然就不叫规律了。焦耳就是在实验条件简陋的情况下，重复实验了几千次，直至实验很精确了才得出了焦耳定律。
老师：请问你们哪个小组的实验没有什么误差？
学生：有较大误差。
【点评】通过对焦耳的故事介绍，对学生进行科学精神和实事求是精神的教育，并培养学生的科学献身精神，激励学生勤奋学习。同时也告诉了学生在科学研究中合作与交流的重要，还为下面的评估作了铺垫。
老师：能不能找一找误差的原因和改进的办法？（对实验探究的评估）
学生：（学生讨论后发言）有热量的散失，试管外面包隔热材料。
学生：有可能这电阻丝的电阻不准确，可换用阻值准确的电阻丝。
学生：温度计读数不同时，尽量同时读数。
学生：三支试管中的煤油质量有误差，用天平准确测量。
学生：温度计本身不标准，应事先选择标准的三个温度计。
学生：
老师：同学们分析得很好！从这里也可以告诉我们以后进行科学实验研究时，不仅要做好误差分析，更应该在设计实验和实验操作中时刻考虑到怎样才能减小实验误差，这样才能更好地得出规律出来。
【点评】评估过程也是对学生进行思维训练的过程，同时也使学生认识到评估的重要性。
（三）自学训练
学生自己阅读课本上的例题，借此训练学生的自学能力。
【点评】该例题不难，课本上解题过程很清楚，学生自己看得懂。学生自己能学的东西要放手让学生自己去获取，没有必要加进教师这一中间环节，逐渐培养学生的自己学习的能力。
（四）交流与思考
用投影仪将下面问题投影出来，请同学们互相交流看法。
1、焦耳定律中有这样一句话：“电流通过导体产生的热量？？跟导体的电阻成正比？？”，小李想：如果要电炉在一定时间里多放出热量，应当增大电阻丝的电阻。他的想法对吗？为什么？
2、电风扇通电会发热，这些热量是人们希望得到的吗？电风扇的能量转化形式怎样？能否想点办法减少电风扇的能量散失？
【点评】第一题是检查学生对焦耳定律和科学比较方法的理解，第二题是回应开头，并且让学生思考电热与电功的区别。
（五）小结及布置作业
用投影仪将教学流程图投射出来，结合该图重点小结一下上述科学探究的步骤和方法。
【点评】每节课都这样，同学们就逐渐掌握了科学探究的步骤和方法，潜移默化地学会了科学探究。
布置作业：将上述思考题作为作业，做在作业本上，待老师阅后保存在自己的学习档案袋里。
【点评】学生的作业不能总是算过来算过去，经常给学生布置一些文字型和开放型作业可以更全面促进学生的发展。同时，利用所学的科学知识与社会、生活相联系，用科学知识去解释现象，在日常生活中找到所学知识的应用，培养学生的创新意识。
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