焦耳定律

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焦耳定律

    教学目标
    知识目标
    1.知道电流的热效应.
    2.理解焦耳定律的内容、公式、单位及其运用.
    能力目标
    知道科学研究方法常用的方法等效替代法和控制变量法在本节实验中的运用方法.
    情感目标
    通过对焦耳生平的介绍培养学生热爱科学,勇于克服困难的信念.
    教学建议
    教材分析
    教材从实验出发定性研究了电热与电流、电阻和时间的关系,这样做的好处是体现物理研究问题的方法,在实验过程中学生能更好地体会的一些科学研究的方法,避免了一开始就从理论上推导给学生造成理解的困难和对纯电阻电路的理解的困难.在实验基础上再去推导学生更信服.同时启发学生从实验和理论两方面学习物理知识.
    做好实验是本节课的关键.
    教法建议
    本节课题主题突出,就是研究电热问题.可以从电流通过导体产生热量入手,可以举例也可以让学生通过实验亲身体验.然后进入定性实验.
    对焦耳定律内容的讲解应注重学生对电流平方成正比不易理解,可以通过一些简单的数据帮助他们理解.推导中应注重条件的交代.定律内容清楚后,反过来解决课本中在课前的问题.
    教学设计方案
    提问:
    (1)灯泡发光一段时间后,用手触摸灯泡,有什么感觉?为什么?
    (2)电风扇使用一段时间后,用手触摸电动机部分有什么感觉?为什么?
    学生回答:发烫.是电流的热效应.
    引入新课
    (1)演示实验:
    1、 介绍如图97的实验装置,在两个相同的烧瓶中装满煤油,瓶中各装一根电阻丝,甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大,串联起来,通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高,体积膨胀,煤油在玻璃管里会上升,电流产生的热量越多,煤油上升得越高.观察煤油在玻璃管里上升的情况,就可以比较电流产生的热量.
    2、 三种情况:
    第一次实验:两个电阻串联它们的电流相等,加热的时间相同,甲瓶相对乙瓶中的电阻较大,甲瓶中的煤油上升得高.表明:电阻越大,电流产生的热量越多.
    第二次实验:在两玻璃管中的液柱降回来的高度后,调节滑动变阻器,加大电流,重做实验,让通电的时间与前次相同,两次实验比较甲瓶前后两次煤油上升的高度,第二交煤油上升的高,表明:电流越大,电流产生的热量越多.
    第三次实验:假如加长通电的时间,瓶中煤油上升越高,表明:通电时间越长,电流产生的热量越多.
    (2)焦耳定律
    英国物理学家焦耳做了大量的实验于1840年最先精确地确定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,这个规律叫做焦耳定律.
    焦耳定律可以用下面的公式
    表示: Q=I2Rt
    公式中的电流I的单位要用安培(A),电阻R的单位要用欧姆(Ω),通过的时间t的单位要用秒(s)这样,热量Q的单位就是焦耳(J).
    例题一根60Ω的电阻丝接在36V的电流上,在5min内共产生多少热量.
    解:I=U/R=36V/60Ω=0.6A
    Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J
    在一定的条件下,根据电功公式和欧姆定律公式推导出焦耳定律公式假如电流通过导体时,其电能全部转化为内能,而没有同时转化为其他形式的能量,也就是电流所作的功全部用来产生热量.那么,电流产生的热量Q就等于电流做的功W,即Q=W. W=UIt,根据欧姆定律U=IR推导出焦耳定律Q=I2Rt,
    (3)总结
    在通电电流和通电时间相同的条件下,电阻越大,电流产生的热量越多.
    在电阻和通电时间相同的条件下,电流越大,电流产生的热量越多,进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成正比.
    在通电电流和电阻相同的条件下,通电时间越长,电流产生的热量越多.
    探究活动
    课题“焦耳定律”的演示
    组织形式学生分组或教师演示
    活动方式
    1.提出问题
    2.实验观察
    3.讨论分析
    实验方案示例
    1.实验器材:干电池四节,玻璃棒,若干电阻丝,蜡烛,火柴棒.
    2.制作方法
    把同一根电阻丝分别绕在玻璃棒的两端,绕线匝数比例为1∶8,两线圈相距5cm左右,然后在这两个线圈上滴上同样多的蜡,使线圈被蜡均匀地包住.点着火柴立即吹灭,靠其余热将两根火柴杆粘在两个线圈上,如图1所示.
    图1
    3.实验步骤
    (1)用两节干电池给玻璃棒上的电阻丝通电,可看到匝数多的线圈(电阻大)上的火柴杆比匝数少的线圈(电阻小)上的火柴杆先掉.这就表明:在电流强度和通电时间相同的情况下,电阻越大,电流产生的热量就越多.
    (2)经过较长时间后,匝数少的线圈(电阻小)上的火柴杆也会掉下来.这就说明:通电时间越长,电流产生的热量越多.
    (3)用四节电池(增大电源电压)重做上述实验,可看到两根火柴杆都先后很快掉下来.在线圈的温度不太高时,可认为总电阻不变,电压增大时,通过它们的电流增大.这就表明:电流越大,电流产生的热量越多.
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