中學物理課件：《焦耳定律》

中學物理課件：《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電能和熱能轉換中的體現，本節在電學中是重要的概念之一。

二、教學目標

（一）知識與技能

1、理解電功的概念，知道電功是指電場力對自由電荷所做的功，理解電功的公式，能進行有關的計算。

2、理解電功率的概念和公式，能進行有關的計算。

3、知道電功率和熱功率的區別和聯系。

（二）過程與方法

通過推導電功的計算公式和焦耳定律，培養學生的分析、推理能力。

（三）情感、態度與價值觀

通過電能與其他形式能量的轉化和守恒，進一步滲透辯證唯物主義觀點的教育。

三、教工作總結學重點難點

【教學重點】電功、電功率的概念、公式；焦耳定律、電熱功率的概念、公式。

【教學難點】電功率和熱功率的區別和聯系。

四、學情分析

學生學好這節知識是非常必要的，

A、重點：理解電功和電功率和焦耳定律。

B、難點：幫助學生認識電流做功和電流通過導體產生熱量之間的區別和聯系是本節的教學難點，防止學生亂套用公式。

C、關鍵：本節的教學關鍵是做好通電導體放出的熱量與哪些因素有關的實驗。在得出了焦耳定律以后介紹焦耳定律公式及其在生活、生產上的應用

五、教學方法

等效法、類比法、比較法、實驗法

六、課前準備

燈泡（36V，18W）、電壓表、電流表、電源、滑動變阻器、電鍵、導線若干、投影儀、投影片、玩具小電機

七、課時安排

八、教學過程

（一）預習檢查、總結疑惑

（二）情景引入、展示目標

教師：用電器通電后，可以將電能轉化成其他形式的能量，請同學們列舉生活中常用的用電器，并說明其能量的轉化情況。

學生：

（1）電燈把電能轉化成內能和光能；

（2）電爐把電能轉化成內能；

（3）電動機把電能轉化成機械能；

（4）電解槽把電能轉化成化學能。

教師：用電器把電能轉化成其他形式能的過程，就是電流做功的過程。電流做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關呢？本節課我們學習關于電功和電功率的知識。

（三）合作探究、精講點播

1、電功和電功率

教師：請同學們思考下列問題

（1）電場力的功的定義式是什么？

（2）電流的定義式是什么？

學生：

（1）電場力的功的定義式W=qU

（2）電流的定義式I=qt

教師：投影教材圖2.5—1（如圖所示）

如圖所示，一段電路兩端的電壓為U，由于這段電路兩端有電勢差，電路中就有電場存在，電路中的自由電荷在電場力的作用下發生定向移動，形成電流I，在時間t內通過這段電路上任一橫截面的電荷量q是多少？

學生：在時間t內，通過這段電路上任一橫截面的電荷量q=It。

教師：這相當于在時間t內將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端。在這個過程中，電場力做了多少功？

學生：在這一過程中，電場力做的功W=qU=IUt

教師：在這段電路中電場力所做的功，也就是通常所說的電流所做的功，簡稱電功。電功：

（1）定義：在一段電路中電場力所做的功，就是電流所做的功，簡稱電功。

（2）定義式：W=UIT

教師：電功的定義式用語言如何表述？

學生：電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U，電路中的電流I和通電時間t三者的乘積。

教師：請同學們說出電功的單位有哪些？

學生：

（1）在國際單位制中，電功的單位是焦耳，簡稱焦，符號是J。

（2）電功的常用單位有：千瓦時，俗稱“度”，符號是kWh。

教師：1kWh的物理意義是什么？1kWh等于多少焦？

學生：1kWh表示功率為1kW的用電器正常工作1h所消耗的電能。

1kWh=1000W×3600s=3。6×106J

說明：使用電功的定義式計算時，要注意電壓U的單位用V，電流I的單位用A，通電時間t的單位用s，求出的電功W的單位就是J。

教師：在相同的時間里，電流通過不同用電器所做的功一般不同。例如，在相同時間里，

電流通過電力機車的電動機所做的功要顯著大于通過電風扇的電動機所做的功。電流做功不僅有多少，而且還有快慢，為了描述電流做功的快慢，引入電功率的概念。

（1）定義：單位時間內電流所做的功叫做電功率。用P表示電功率。

（2）定義式：P=W=IUt

（3）單位：瓦（W）、千瓦（kW）

［說明］電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”不同。電流做功快，但做功不一定多；電流做功慢，但做功不一定少。

教師：在力學中我們講功率時有平均功率和瞬時功率之分，電功率有無平均功率和瞬時功率之分呢？

學生分組討論。

師生共同總結：

（1）利用P=W計算出的功率是時間t內的平均功率。t

（2）利用P=IU計算時，若U是某一時刻的`電壓，I是這一時刻的電流，則P=IU就是該時刻的瞬時功率。

教師：為什么課本沒提這一點呢？

學生討論，教師啟發、引導：

這一章我們研究的是恒定電流，用電器的構造一定，通過的電流為恒定電流，則用電器兩端的電壓必是定值，所以U和I的乘積P不隨時間變化，也就是說瞬時功率與平均功率總是相等的，故沒有必要分什么平均功率和瞬時功率了。

［說明］利用電功率的公式P=IU計算時，電壓U的單位用V，電流I的單位用A，電功率P的單位就是W。

2、焦耳定律

教師：電流做功，消耗的是電能。電能轉化為什么形式的能與電路中的電學元件有關。在純電阻元件中電能完全轉化成內能，于是導體發熱。

設在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為R，通過的電流為I，試計算在時間t內電流通過此電阻產生的熱量Q。

學生：求解產生的熱量Q。

解：據歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓U=IR

在時間t內電場力對電阻元件所做的功為W=IUt=I2Rt

由于電路中只有純電阻元件，故電流所做的功W等于電熱Q。

產生的熱量為

Q=I2Rt

教師指出：這個關系最初是物理學家焦耳用實驗得到的，叫焦耳定律，同學們在初中已經學過了。

學生活動：總結熱功率的定義、定義式及單位。

熱功率：

（1）定義：單位時間內發熱的功率叫做熱功率。

（2）定義式：P熱=Q2=IRt

（3）單位：瓦（W）

［演示實驗］研究電功率與熱功率的區別和聯系。

（投影）實驗電路圖和實驗內容：

取一個玩具小電機，其內阻R=1。0Ω，把它接在如圖所示的電路中。

（1）先夾住電動機軸，閉合電鍵，電機不轉。調整滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數為0。50V，記下電流表的示數，算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。

（2）再松開夾子，使小電機轉動，調整滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數為2。0V（此電壓為小電機的額定電壓），記下電流表的示數，算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。

［實驗結果］

（1）電機不轉時，U=0.50V，I=0.50A，

P電=UI=0.50×0。50、W=0.25W

P熱=I2R=0.502×1.0、W=0.25W

P電=P熱

（2）電機轉動時，U=2.0V，I=0.40A，

P電=UI=2.0×0.40、W=0.80W

P熱=I2R=0.402×1.0W=0.16W

P電＞P熱

學生：分組討論上述實驗結果，總結電功率與熱功率的區別和聯系。

師生共同活動：總結：

（1）電功率與熱功率的區別

電功率是指輸入某段電路的全部功率或在這段電路上消耗的全部電功率，決定于這段電路兩端電壓U和通過的電流I的乘積。

熱功率是在某段電路上因發熱而消耗的功率，決定于通過這段電路的電流的平方I2和電阻R的乘積。

（2）電功率與熱功率的聯系

若在電路中只有電阻元件時，電功率與熱功率數值相等。即P熱=P電

教師指出：上述實驗中，電機不轉時，小電機就相當于純電阻。若電路中有電動機或電解槽時，電路消耗的電功率絕大部分轉化為機械能或化學能。

中學物理課件：《焦耳定律》2

一、教學目標：

1、知識和技能目標：知道電流的熱效應，理解焦耳定律的內容、公式及其運用，知道電熱器的原理及構造。

2、過程與方法目標：要求學生能從感知事物→提出問題→自己設計→動手動腦探究科學規律中體會科學研究的方法，學會科學探究、知識遷移的方法，培養學生的科學研究的能力。

3、情感態度與價值觀目標：激發和培養學生的科學探究與創新的思想和精神，培養學生的辯證唯物主義精神，滲透實事求是和科學獻身教育，激勵學生努力學習。

二、教學重點與難點

如何引導學生進行科學探究；如何使學生在科學探究中掌握科學研究的方法，培養科學研究的能力。

三、教法與學法

將學生分組，以小組為單位進行教師引導下的科學探究，加強組內同學間的合作、討論和交流，加強師生間相互反饋，以問題和小組交流貫穿教學的始終，不斷提出新問題，不斷解決新問題。開學時就將學生4人一組分組，分組時男女生分開后，自由組合，便于討論與交流，隨著學習的深入，可適當調整小組成員，每個組至少有一個好的同學能起到小老師的作用，帶領小組同學開展自主式學習。

四、教具與學具

學生用：鐵架臺、學生電源、大號試管和溫度計各三支、導線若干、量筒、煤油、電阻絲（5、10、10歐各一根，教師課前用電爐絲截取并焊好導線）。每小組一套。

教師用：與學生的基本相同，溫度計改用數字的，另加各種電熱器（電爐、電飯鍋、白熾燈、電風扇等）、多媒體課件及教學平臺。

五、探究實驗：

研究通電導體產生的熱量跟電流、電阻和時間的關系。

六、教學活動實錄（部分）：

（一）導入新課

老師：（教師出示電飯鍋，白熾燈、電風扇）這幾種電器各有什么功能？

學生：煮飯、照明、吹風。

老師：這些電器雖然功能不同，有沒有共同點？

（學生小組討論，請三位同學上來各拿一個電器，同時通電實驗1分鐘，并請他們觸摸電器和電扇的電動機部分）

（凡教師提出問題，教師留有一定的時間，讓學生同桌或四人小組討論）

學生：它們工作時都會發熱。

老師：對！電流通過任何電器或導體，電器和導體都會發熱，這種現象叫電流熱效應。（教師

板書：電流熱效應）

老師：這種現象中能量是怎樣轉化的？

學生：電能轉化為內能。（教師板書：電能轉化為內能）

老師：它們產生的熱量有什么不同？

學生：（學生討論后）它們產生的熱量有多有少。

（在學生心里自然產生了“產生熱量有多少？”這個問題。）

【點評】根據學生的日常生活創設問題情景，提出問題，建立問題期待，能有效地激發學生學習的動機。

（二）科學探究焦耳定律：

老師：既然電流通過用電器產生的熱量不同，同學們會想到什么問題？

（學生議論紛紛，舉手發言，教師引導）

學生：電流通過導體產生的熱量與什么因素有關？（學生自己提出問題）

老師：你們覺得與什么因素有關？（引導學生去猜想）

（學生議論紛紛，舉手發言，教師引導）

學生：可能與電壓、電流、電阻、時間或其它等等因素有關。（學生猜想）

老師：同學們討論很熱烈！猜想對不對呢？（引導學生進入實驗研究）

學生：我們用實驗來驗證！（通過平時的教學，學生都明白：實踐是檢驗真理的標準，任何問題都要由實驗事實來評判）

【點評】各種研究問題和教學活動都是由學生自己提出來的，而不是教師強加的，充分體現學生的主體作用，學生充滿興趣和動力去解決自己發現的問題。

老師：好！下面就請你們以小組為單位設計實驗方案（學生設計實驗）

（學生小組討論，討論時間可以長一點）

【點評】教師開始不要給任何提示，以免禁錮了學生的思維，讓學生放開思維去思考，培養學生開放型思維能力。

老師：哪個小組匯報一下你們設計的實驗方案？

（學生七嘴八舌，但真能設計完整方案的不多，此時需要教師的引導）

老師：你們說說做這個實驗首先要解決一些什么問題？（教師引導學生如何進行實驗設計）生：熱量的多少如何用實驗展示出來？

學生：如何用實驗來驗證熱量與電流、電阻、時間的關系。

學生：用什么樣的電路去實驗。

學生：

老師：大家想想在前面的學習中有沒有可以體現熱量多少的辦法？

學生：（學生討論并發言）有熱脹冷縮比較熱量法，測溫度比較熱量法等等。

老師：請××同學談談你們的方法。

學生：我們利用熱脹冷縮的辦法：找兩個相同的燒瓶？？

老師：很好！因為要進行比較，一定要條件相同，所以要用相同的燒瓶？？其他小組還有什么方法？

【點評】滲透科學的比較方法：條件相同。

學生：可以將上述燒瓶中的空氣膨脹換成液體（水或煤油）

老師：也很好！測溫度比較熱量法呢？

學生：可以直接用溫度計去測量升高的溫度，質量相等的煤油溫度升高越多，吸熱越多？？師：××同學說得很好！只是上述前幾種方法是定性討論方法，只能說明多少關系，最后這種方法是從定量的角度去考慮的，我們今天就采用他說的這種實驗方法，好嗎？

【點評】滲透教學民主的觀念。

老師：現在再來看看如何用實驗來驗證熱量與電流、電阻、時間的關系。大家想想：在前面的學習中，經常學到某個物理量由幾個物理量決定，當討論它與其中一個量的關系時，要使另外的量相同或不變。這是什么方法？

學生：這是控制變量法。

【點評】再次滲透科學的比較方法和控制變量法：條件相同。

老師：因此我們可以將上述問題分解成三個問題來研究？分解成哪三個問題？

學生：熱量與電流，熱量與電阻，熱量與時間三個關系問題。

老師：如何用實驗研究熱量與電阻的關系？

學生：將兩個不同的電阻通以相同的電流（可以串聯），比較兩個電阻在相同的時間里產生的熱量。

老師：如何用實驗研究熱量與電流的關系？

學生；將兩個相同的電阻通以不同的電流（可以并聯），比較兩個電阻在相同的時間里產生的熱量。

老師：如何用實驗研究熱量與時間的關系？

學生：選擇任意一個電阻，不斷通電，觀察溫度是否隨通電時間不斷升高。

老師：綜合大家的意見，我們要做三次實驗，花的時間太長。為了節省實驗時間，能否將上述三次實驗合并為一次實驗？看哪個小組最先設計好實驗電路。

（學生小組討論，畫出初步的實驗電路圖，不一定每個小組都對，教師用投影儀展示某組設計的實驗電路圖，并請該組代表講述設計思路）

學生：

（用多媒體教學平臺展示探究過程中的問題流程圖，如右圖所示。教師結合該圖，小結一下同學們設計實驗的過程，并統一認識和完善實驗電路）

【點評】通過上述引導和展示圖例，教會學生學會分解問題和合并問題，學會逐步解決問題的方法，提高解決問題的能力。另外也提倡了開放性思維、多種解決方案。

老師：請同學們按照上述我們設計的實驗方案開始實驗。

說明：學生以小組為單位進行實驗操作并記錄有關實驗數據，教師隨時指導實驗。（進行實驗）

實驗記錄：煤油的初溫：T0=____。

煤油的末溫：T1=____，T2=____，T3=____（三個末溫應為同時的溫度）。

（教師巡視各個小組，有選擇地將某個小組的實驗數據用投影儀展示出來，并請該組同學將數據轉換成下表內容）

老師：其它小組實驗數據雖然與這不同，但都與這個數據差不多，可以看出其中的規律。哪個同學說一下，你從這數據中看出了什么？（數據分析，歸納總結）

學生：（學生可能說不準確，但大體的意思肯定能說得出來）。

老師：××同學發現了一個規律，我們不妨把這個規律稱為××定律。大家鼓掌祝賀他。其實這個定律早在很多年前，物理學家焦耳就是按照剛才大家的研究方法，實驗研究了很多年才得出的，因此這個定律也叫焦耳定律。

（教師用教學平臺投影焦耳定律的內容、公式、單位等）

說明：在現實中學實驗條件下，該實驗能夠得出較準確的數量關系。

【點評】開展成功與激勵教育，另外強調了我們的研究方法與物理學家進行科學研究的方法一樣，潛意識地使學生認同科學探究的方法。

老師：有的同學會問：我們一節課就能把這個規律研究出來，而焦耳要用好多年才能研究出來，是不是他有點問題？這里面有幾個方面的問題：

第一：那時的實驗條件不夠好；

第二：缺少必要的指導老師，因為在他之前沒有任何人研究和知道這個問題；

第三：缺少與其他科學家的合作與交流，基本上是一個人關門在家研究，要走很多彎路。而我們有老師指導和小組交流合作，集體的智慧是無窮的；

第四：很重要的一點就是實驗要精確，實驗數據沒有什么誤差，誤差大了就得重新做，不然就不叫規律了。焦耳就是在實驗條件簡陋的情況下，重復實驗了幾千次，直至實驗很精確了才得出了焦耳定律。

老師：請問你們哪個小組的實驗沒有什么誤差？

學生：有較大誤差。

【點評】通過對焦耳的故事介紹，對學生進行科學精神和實事求是精神的教育，并培養學生的科學獻身精神，激勵學生勤奮學習。同時也告訴了學生在科學研究中合作與交流的重要，還為下面的評估作了鋪墊。

老師：能不能找一找誤差的原因和改進的辦法？（對實驗探究的評估）

學生：（學生討論后發言）有熱量的散失，試管外面包隔熱材料。

學生：有可能這電阻絲的電阻不準確，可換用阻值準確的電阻絲。

學生：溫度計讀數不同時，盡量同時讀數。

學生：三支試管中的煤油質量有誤差，用天平準確測量。

學生：溫度計本身不標準，應事先選擇標準的三個溫度計。

學生：

老師：同學們分析得很好！從這里也可以告訴我們以后進行科學實驗研究時，不僅要做好誤差分析，更應該在設計實驗和實驗操作中時刻考慮到怎樣才能減小實驗誤差，這樣才能更好地得出規律出來。

【點評】評估過程也是對學生進行思維訓練的過程，同時也使學生認識到評估的重要性。

（三）自學訓練

學生自己閱讀課本上的例題，借此訓練學生的自學能力。

【點評】該例題不難，課本上解題過程很清楚，學生自己看得懂。學生自己能學的東西要放手讓學生自己去獲取，沒有必要加進教師這一中間環節，逐漸培養學生的自己學習的能力。

（四）交流與思考

用投影儀將下面問題投影出來，請同學們互相交流看法。

1、焦耳定律中有這樣一句話：“電流通過導體產生的熱量？？跟導體的電阻成正比？？”，小李想：如果要電爐在一定時間里多放出熱量，應當增大電阻絲的電阻。他的想法對嗎？為什么？

2、電風扇通電會發熱，這些熱量是人們希望得到的嗎？電風扇的能量轉化形式怎樣？能否想點辦法減少電風扇的能量散失？

【點評】第一題是檢查學生對焦耳定律和科學比較方法的理解，第二題是回應開頭，并且讓學生思考電熱與電功的區別。

（五）小結及布置作業

用投影儀將教學流程圖投射出來，結合該圖重點小結一下上述科學探究的步驟和方法。

【點評】每節課都這樣，同學們就逐漸掌握了科學探究的步驟和方法，潛移默化地學會了科學探究。

布置作業：將上述思考題作為作業，做在作業本上，待老師閱后保存在自己的學習檔案袋里。

【點評】學生的作業不能總是算過來算過去，經常給學生布置一些文字型和開放型作業可以更全面促進學生的發展。同時，利用所學的科學知識與社會、生活相聯系，用科學知識去解釋現象，在日常生活中找到所學知識的應用，培養學生的創新意識。