焦耳定律的物理教案

　　作為一名教職工，時常需要編寫教案，借助教案可以恰當地選擇和運用教學方法，調動學生學習的積極性。那要怎么寫好教案呢？下面是小編收集整理的焦耳定律的物理教案，僅供參考，大家一起來看看吧。

焦耳定律的物理教案1

　　教學目標：

　　知識目標：

　　1、知道電流的熱效應。

　　2、理解焦耳定律的內容、公式、單位及其運用。

　　能力目標：

　　知道科學研究方法常用的方法等效替代法和控制變量法在本節(jié)實驗中的運用方法。

　　情感目標：

　　通過對焦耳生平的介紹培養(yǎng)學生熱愛科學，勇于克服困難的信念。

　　教學建議：

　　教材分析：

　　教材從實驗出發(fā)定性研究了電熱與電流、電阻和時間的關系，這樣做的好處是體現(xiàn)物理研究問題的方法，在實驗過程中學生能更好地體會的一些科學研究的方法，避免了一開始就從理論上推導給學生造成理解的困難和對純電阻電路的理解的困難。在實驗基礎上再去推導學生更信服。同時啟發(fā)學生從實驗和理論兩方面學習物理知識。

　　做好實驗是本節(jié)課的關鍵。

　　教法建議：

　　本節(jié)課題主題突出，就是研究電熱問題�？梢詮碾娏魍ㄟ^導體產生熱量入手，可以舉例也可以讓學生通過實驗親身體驗。然后進入定性實驗。

　　對焦耳定律內容的講解應注意學生對電流平方成正比不易理解，可以通過一些簡單的數據幫助他們理解。推導中應注意條件的交代。定律內容清楚后，反過來解決課本中在課前的問題。

　　提問：

　�。�1）燈泡發(fā)光一段時間后，用手觸摸燈泡，有什么感覺？為什么？

　�。�2）電風扇使用一段時間后，用手觸摸電動機部分有什么感覺？為什么？

　　學生回答：發(fā)燙。是電流的熱效應。

　　引入新課

　�。�1）演示實驗：

　　1、介紹如圖9—7的實驗裝置，在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各裝一根電阻絲，甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的大，串聯(lián)起來，通電后電流通過電阻絲產生的'熱量使煤油的溫度升高，體積膨脹，煤油在玻璃管里會上升，電流產生的熱量越多，煤油上升得越高。觀察煤油在玻璃管里上升的情況，就可以比較電流產生的熱量。

　　2、三種情況：

　　第一次實驗：兩個電阻串聯(lián)它們的電流相等，加熱的時間相同，甲瓶相對乙瓶中的電阻較大，甲瓶中的煤油上升得高。表明：電阻越大，電流產生的熱量越多。

　　第二次實驗：在兩玻璃管中的液柱降回來的高度后，調節(jié)滑動變阻器，加大電流，重做實驗，讓通電的時間與前次相同，兩次實驗比較甲瓶前后兩次煤油上升的高度，第二交煤油上升的高，表明：電流越大，電流產生的熱量越多。

　　第三次實驗：如果加長通電的時間，瓶中煤油上升越高，表明：通電時間越長，電流產生的熱量越多。

　�。�2）焦耳定律

　　英國物理學家焦耳做了大量的實驗于1840年最先精確地確定電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比。跟通電時間成正比，這個規(guī)律叫做焦耳定律。

　　焦耳定律可以用下面的公式

　　表示：Q=I2Rt

　　公式中的電流I的單位要用安培（A），電阻R的單位要用歐姆（Ω），通過的時間t的單位要用秒（s）這樣，熱量Q的單位就是焦耳（J）。

　　例題一根60Ω的電阻絲接在36V的電流上，在5min內共產生多少熱量。

　　解：I=U/R=36V/60Ω=0。6A

　　Q＝I2Rt＝（0。6A）2×60Ω×300s＝6480J

　　在一定的條件下，根據電功公式和歐姆定律公式推導出焦耳定律公式如果電流通過導體時，其電能全部轉化為內能，而沒有同時轉化為其他形式的能量，也就是電流所作的功全部用來產生熱量。那么，電流產生的熱量Q就等于電流做的功W，即Q=W。 W=UIt，根據歐姆定律U=IR推導出焦耳定律Q=I2Rt，

　　（3）總結

　　在通電電流和通電時間相同的條件下，電阻越大，電流產生的熱量越多。

　　在電阻和通電時間相同的條件下，電流越大，電流產生的熱量越多，進一步的研究表明產生的熱量與電流的平方成正比。

　　在通電電流和電阻相同的條件下，通電時間越長，電流產生的熱量越多。

　　探究活動

　　【課題】“焦耳定律”的演示

　　【組織形式】學生分組或教師演示

　　【活動方式】

　　1、提出問題

　　2、實驗觀察

　　3、討論分析

　　【實驗方案示例】

　　1、實驗器材：干電池四節(jié)，玻璃棒，若干電阻絲，蠟燭，火柴棒、

　　2、制作方法

　　把同一根電阻絲分別繞在玻璃棒的兩端，繞線匝數比例為1∶8，兩線圈相距5ｃｍ左右，然后在這兩個線圈上滴上同樣多的蠟，使線圈被蠟均勻地包住、點著火柴立即吹滅，靠其余熱將兩根火柴桿粘在兩個線圈上，如圖1所示、

　　圖1

　　3、實驗步驟

　　（1）用兩節(jié)干電池給玻璃棒上的電阻絲通電，可看到匝數多的線圈（電阻大）上的火柴桿比匝數少的線圈（電阻�。┥系幕鸩駰U先掉、這就表明：在電流強度和通電時間相同的情況下，電阻越大，電流產生的熱量就越多、

　�。�2）經過較長時間后，匝數少的線圈（電阻�。┥系幕鸩駰U也會掉下來、這就說明：通電時間越長，電流產生的熱量越多、

　�。�3）用四節(jié)電池（增大電源電壓）重做上述實驗，可看到兩根火柴桿都先后很快掉下來、在線圈的溫度不太高時，可認為總電阻不變，電壓增大時，通過它們的電流增大、這就表明：電流越大，電流產生的熱量越多、

焦耳定律的物理教案2

　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(xiàn)，本節(jié)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(qū)別和聯(lián)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(yǎng)學生的分析、推理能力。

　　(三)情感、態(tài)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(qū)別和聯(lián)系。

　　四、學情分析

　　學生學好這節(jié)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(qū)別和聯(lián)系是本節(jié)的教學難點，防止學生亂套用公式。C.關鍵：本節(jié)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(36 V，18 W)、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(jié)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=

　　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(fā)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：1 kWh的物理意義是什么?1 kWh等于多少焦?

　　學生：1 kWh表示功率為1 kW的用電器正常工作1 h所消耗的電能。

　　1 kWh=1000 W3600 s=3.6106 J

　　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= =IU

　　(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= 計算出的功率是時間t內的平均功率。

　　(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(fā)、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(fā)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(fā)熱的功率叫做熱功率。

　　(2)定義式：P熱= =I2R

　　(3)單位：瓦(W)

　　[演示實驗]研究電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)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=1.0 ，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0.50 V，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2.0 V(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=0.50 V，I=0.50 A，

　　P電=UI=0.500.50 W=0.25 W

　　P熱=I2R=0.5021.0 W=0.25 W

　　P電=P熱

　　(2)電機轉動時，U=2.0 V，I=0.40 A，

　　P電=UI=2.00.40 W=0.80 W

　　P熱=I2R=0.4021.0 W=0.16 W

　　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(qū)別和聯(lián)系。

　　師生共同活動：總結：

　　(1)電功率與熱功率的區(qū)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(fā)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(lián)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，只有一少部分轉化為內能，這時電功率大于熱功率，即P電P熱。

　　教師指出：上述實驗中，電機轉動時，電機消耗的電功率，其中有一部分轉化為機械能，有一部分轉化為內能，故P電P熱。

　　教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內容。

　　學生活動：認真總結概括本節(jié)內容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。

　　(四)反思總結、當堂檢測

　　(五)發(fā)導學案、布置作業(yè)

　　課后作業(yè)：P57 問題與練習2、3、4、5

　　九、板書設計

　　1、電功和電功率

　　(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

　　2、焦耳定律

　　(1)定義：單位時間內發(fā)熱的功率叫做熱功率。

　　(2)定義式：P熱= =I2R

　　(3)單位：瓦(W)

　　十、教學反思

　　教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架。

　　(四)實例探究

　　☆求兩點間的電勢差

　　【例1】不考慮溫度對電阻的影響，對一個220V，40W的燈泡，下列說法正確的是

　　A.接在110 V的電路上時的功率為20 W

　　B.接在110 V的電路上時的功率為10 W

　　C.接在440 V的電路上時的功率為160W

　　D.接在220 V的電路上時的功率為40 W

　　解析：正確選項為BD。

　　(法一)由 得燈泡的電阻 =1210

　　電壓為110V時， W=10 W

　　電壓為440V時，超過燈炮的額定電壓一倍，故燈泡燒壞，P=0.

　　(法二)由 。可知R一定時，PU2，

　　當U=110V= ，P=P額/4=10 W

　　說明：燈泡是我們常用的用電器，解題時一般不考慮溫度對其電阻的影響。用電器的標稱值，指其額定值，即用電器在正常工作時的電壓、功率以及電流值，由P額=U額I額可知，P、U、I有同時達到、同時超過、同時不滿足的特點。

　　【例2】一直流電動機線圈內阻一定，用手握住轉軸使其不能轉動，在線圈兩端加電壓為0.3V，電流為0.3A。松開轉軸，在線圈兩端加電壓為2 V時，電流為0.8 A，電動機正常工作。求該電動機正常工作時，輸入的電功率是多少?電動機的機械功率是多少?

　　解析：電動機不轉動時，其消耗的電功全部轉化為內能，故可視為純電阻電路，由歐姆定律得電動機線圈內阻：

　　電動機轉動時，消耗的電能轉化為內能和機械能，其輸入的電功率為

　　P入=I1U1=0.82W=1.6 W

　　電動機的機械功率

　　P機=P入-I12r=1.6-0.821 W=0.96W

　　說明：在非純電阻電路里，要注意區(qū)別電功和電熱，注意應用能量守恒定律。①電熱Q=I2Rt。②電動機消耗的電能也就是電流的功W=Iut。③由能量守恒得W=Q+E，E為其他形式的能，這里是機械能;④對電動機來說，輸入的功率P入=IU;發(fā)熱的功率P熱=I2R;輸出的功率，即機械功率P機=P入-P熱=UI-I2R。

　　【例3】潮汐發(fā)電是利用漲落潮的水位差來工作的，潮差越大，海水流量越大，發(fā)電功率也越大。我國潮汐能的可供開發(fā)的總裝機量為3.6107 kW。1980年8月，在浙江江廈建成第一座潮汐電站，裝機量為3103 kW，平均年發(fā)電量為1.7107 kWh，其規(guī)模居世界第二位。

　　(1) 試根據上文中給出的數據，計算我國建造的江廈潮汐電站平均每天滿負荷工作幾

　　小時?

　　(2)設江廈潮汐電站漲潮和落潮時的平均潮差為6 m，計算每次漲潮時流量是多大?(設潮汐電站的總能量轉換效率為50%)

　　解析：(1)江廈潮汐電站功率為3103 kW，年發(fā)電量為1.07107 kWh，由公式W=Pt可算出每天滿負荷工作的時間為

　　s=9.8 h

　　(2)由文中給出數據及每天漲、落潮的次數可知，平均每次的發(fā)電量為

　　J

　　因為

　　所以每次漲潮的平均流量為

　　m3/次

　　說明：本題涉及到潮汐這種自然現(xiàn)象，漲潮和落潮時均有水流的機械能轉化為電能。

　　【例4】如圖所示，有一提升重物用的直流電動機，內阻r=0.6，R=10，U=160 V，電壓表的讀數為110 V，求

　　(1)通過電動機的電流是多少?

　　(2)輸入到電動機的電功率是多少?

　　(3)在電動機中發(fā)熱的功率是多少?

　　(4)電動機工作1 h所產生的熱量是多少?

　　解析：

　　(1)設電動機兩端的電壓為U1，電阻R兩端的電壓為U2，則

　　U1=110 V，U2=U-U1=(160-110)V=50 V

　　通過電動機的電流為I，則I= = A=5 A

　　(2)輸入到電功機的電功率P電，P電=U1I=1105 W=550 W

　　(3)在電動機中發(fā)熱的功率P熱，P熱=I2r=520.6 W=15 W

　　(4)電動機工作1 h所產生的熱量Q，Q=I2rt=520.63600 J=54000 J

　　說明：電動機是非線性元件，歐姆定律對電動機不適用了，所以計算通過電動機的電流時，不能用電動機兩端的電壓除以電動機的內阻。

　　通過計算發(fā)現(xiàn)，電動機消耗的電功率遠大于電動機的熱功率。

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