中学物理课件：《焦耳定律》

中学物理课件：《焦耳定律》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）学问与技能

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分和联系。

（二）过程与方法

通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培育同学的分析、推理力量。

（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训练。

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分和联系。

四、学情分析

同学学好这节学问是特别必要的，

A、重点：理解电功和电功率和焦耳定律。

B、难点：关心同学熟悉电流做功和电流通过导体产生热量之间的区分和联系是本节的教学难点，防止同学乱套用公式。

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试验。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、试验法

六、课前预备

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、课时支配

八、教学过程

（一）预习检查、总结怀疑

（二）情景引入、展现目标

老师：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状况。

同学：

（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。

老师：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学问。

（三）合作探究、精讲点播

1、电功和电功率

老师：请同学们思索下列问题

（1）电场力的功的定义式是什么？

（2）电流的定义式是什么？

同学：

（1）电场力的功的定义式W=qU

（2）电流的定义式I=qt

老师：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？

同学：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。

老师：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？

同学：在这一过程中，电场力做的功W=qU=IUt

老师：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

老师：电功的定义式用语言如何表述？

同学：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。

老师：请同学们说出电功的单位有哪些？

同学：

（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。

老师：1kWh的物理意义是什么？1kWh等于多少焦？

同学：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，要留意电压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。

老师：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，但做功不肯定多；电流做功慢，但做功不肯定少。

老师：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？

同学分组争论。

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。

老师：为什么课本没提这一点呢？

同学争论，老师启发、引导：

这一章我们讨论的是恒定电流，用电器的构造肯定，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

老师：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。

同学：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

老师指出：这个关系最初是物理学家焦耳用试验得到的，叫焦耳定律，同学们在学校已经学过了。

同学活动：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）

［演示试验］讨论电功率与热功率的区分和联系。

（投影）试验电路图和试验内容：

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，登记电流表的示数，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），登记电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。

［试验结果］

（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

同学：分组争论上述试验结果，总结电功率与热功率的区分和联系。

师生共同活动：总结：

（1）电功率与热功率的区分

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，打算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，打算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

老师指出：上述试验中，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、学问和技能目标：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：要求同学能从感知事物→提出问题→自己设计→动手动脑探究科学规律中体会科学讨论的方法，学会科学探究、学问迁移的方法，培育同学的科学讨论的力量。

3、情感态度与价值观目标：激发和培育同学的科学探究与创新的思想和精神，培育同学的辩证唯物主义精神，渗透实事求是和科学献身训练，激励同学努力学习。

二、教学重点与难点

如何引导同学进行科学探究；如何使同学在科学探究中把握科学讨论的方法，培育科学讨论的力量。

三、教法与学法

将同学分组，以小组为单位进行老师引导下的科学探究，加强组内同学间的合作、争论和沟通，加强师生间相互反馈，以问题和小组沟通贯穿教学的始终，不断提出新问题，不断解决新问题。开学时就将同学4人一组分组，分组时男女生分开后，自由组合，便于争论与沟通，随着学习的深化，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

同学用：铁架台、同学电源、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，老师课前用电炉丝截取并焊好导线）。每小组一套。

老师用：与同学的基本相同，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、探究试验：

讨论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：（老师出示电饭锅，白炽灯、电风扇）这几种电器各有什么功能？

同学：煮饭、照明、吹风。

老师：这些电器虽然功能不同，有没有共同点？

（同学小组争论，请三位同学上来各拿一个电器，同时通电试验1分钟，并请他们触摸电器和电扇的电动机部分）

（凡老师提出问题，老师留有肯定的时间，让同学同桌或四人小组争论）

同学：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。（老师

板书：电流热效应）

老师：这种现象中能量是怎样转化的？

同学：电能转化为内能。（老师板书：电能转化为内能）

老师：它们产生的热量有什么不同？

同学：（同学争论后）它们产生的热量有多有少。

（在同学心里自然产生了“产生热量有多少？”这个问题。）

【点评】依据同学的日常生活创设问题情景，提出问题，建立问题期盼，能有效地激发同学学习的动机。

（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？

（同学谈论纷纷，举手发言，老师引导）

同学：电流通过导体产生的热量与什么因素有关？（同学自己提出问题）

老师：你们觉得与什么因素有关？（引导同学去猜想）

（同学谈论纷纷，举手发言，老师引导）

同学：可能与电压、电流、电阻、时间或其它等等因素有关。（同学猜想）

老师：同学们争论很热闹！猜想对不对呢？（引导同学进入试验讨论）

同学：我们用试验来验证！（通过平常的教学，同学都明白：实践是检验真理的标准，任何问题都要由试验事实来评判）

【点评】各种讨论问题和教学活动都是由同学自己提出来的，而不是老师强加的，充分体现同学的主体作用，同学布满爱好和动力去解决自己发觉的问题。

老师：好！下面就请你们以小组为单位设计试验方案（同学设计试验）

（同学小组争论，争论时间可以长一点）

【点评】老师开头不要给任何提示，以免禁锢了同学的思维，让同学放开思维去思索，培育同学开放型思维力量。

老师：哪个小组汇报一下你们设计的试验方案？

（同学七嘴八舌，但真能设计完整方案的不多，此时需要老师的引导）

老师：你们说说做这个试验首先要解决一些什么问题？（老师引导同学如何进行试验设计）生：热量的多少如何用试验展现出来？

同学：如何用试验来验证热量与电流、电阻、时间的关系。

同学：用什么样的电路去试验。

同学：

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方法？

同学：（同学争论并发言）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。

同学：我们利用热胀冷缩的方法：找两个相同的烧瓶？？

老师：很好！由于要进行比较，肯定要条件相同，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。

同学：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？

同学：可以直接用温度计去测量上升的温度，质量相等的煤油温度上升越多，吸热越多？？师：××同学说得很好！只是上述前几种方法是定性争论方法，只能说明多少关系，最终这种方法是从定量的角度去考虑的，我们今日就采纳他说的这种试验方法，好吗？

【点评】渗透教学民主的观念。

老师：现在再来看看如何用试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，常常学到某个物理量由几个物理量打算，当争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？

同学：这是掌握变量法。

【点评】再次渗透科学的比较方法和掌握变量法：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讨论？分解成哪三个问题？

同学：热量与电流，热量与电阻，热量与时间三个关系问题。

老师：如何用试验讨论热量与电阻的关系？

同学：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：如何用试验讨论热量与电流的关系？

同学；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：如何用试验讨论热量与时间的关系？

同学：选择任意一个电阻，不断通电，观看温度是否随通电时间不断上升。

老师：综合大家的意见，我们要做三次试验，花的时间太长。为了节约试验时间，能否将上述三次试验合并为一次试验？看哪个小组最先设计好试验电路。

（同学小组争论，画出初步的试验电路图，不肯定每个小组都对，老师用投影仪展现某组设计的试验电路图，并请该组代表叙述设计思路）

同学：

（用多媒体教学平台展现探究过程中的问题流程图，如右图所示。老师结合该图，小结一下同学们设计试验的过程，并统一熟悉和完善试验电路）

【点评】通过上述引导和展现图例，教会同学学会分解问题和合并问题，学会逐步解决问题的方法，提高解决问题的力量。另外也提倡了开放性思维、多种解决方案。

老师：请同学们根据上述我们设计的试验方案开头试验。

说明：同学以小组为单位进行试验操作并记录有关试验数据，老师随时指导试验。（进行试验）

试验记录：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）。

（老师巡察各个小组，有选择地将某个小组的试验数据用投影仪展现出来，并请该组同学将数据转换成下表内容）

老师：其它小组试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）

同学：（同学可能说不精确     ，但大体的意思确定能说得出来）。

老师：××同学发觉了一个规律，我们不妨把这个规律称为××定律。大家鼓掌庆贺他。其实这个定律早在许多年前，物理学家焦耳就是根据刚才大家的讨论方法，试验讨论了许多年才得出的，因此这个定律也叫焦耳定律。

（老师用教学平台投影焦耳定律的内容、公式、单位等）

说明：在现实中学试验条件下，该试验能够得出较精确     的数量关系。

【点评】开展胜利与激励训练，另外强调了我们的讨论方法与物理学家进行科学讨论的方法一样，潜意识地使同学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讨论出来，而焦耳要用好多年才能讨论出来，是不是他有点问题？这里面有几个方面的问题：

第一：那时的试验条件不够好；

其次：缺少必要的指导老师，由于在他之前没有任何人讨论和知道这个问题；

第三：缺少与其他科学家的合作与沟通，基本上是一个人关门在家讨论，要走许多弯路。而我们有老师指导和小组沟通合作，集体的才智是无穷的；

第四：很重要的一点就是试验要精确，试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。焦耳就是在试验条件简陋的状况下，重复试验了几千次，直至试验很精确了才得出了焦耳定律。

老师：请问你们哪个小组的试验没有什么误差？

同学：有较大误差。

【点评】通过对焦耳的故事介绍，对同学进行科学精神和实事求是精神的训练，并培育同学的科学献身精神，激励同学勤奋学习。同时也告知了同学在科学讨论中合作与沟通的重要，还为下面的评估作了铺垫。

老师：能不能找一找误差的缘由和改进的方法？（对试验探究的评估）

同学：（同学争论后发言）有热量的散失，试管外面包隔热材料。

同学：有可能这电阻丝的电阻不精确     ，可换用阻值精确     的电阻丝。

同学：温度计读数不同时，尽量同时读数。

同学：三支试管中的煤油质