资源描述
焦耳定律
课 题
18.4 焦耳定律
课型
新授课
教学目标
1．了解电流的热效应及电能与热能的转化；
2．理解焦耳定律内容及表达式，并利用其解决相关简单计算；
3．了解电流热效应的应用与危害防控。
教学重点
引导学生探究电热与电阻之间关系，并初步归纳其结论。
教学难点
电热与电流为“二次方”关系的得出与理解。
教学准备
课件，导学案
教学方法
先学后教，学案导学，合作达标
教学后记
教学环节
教师活动
学生活动
备注
一、讲授新课
知识点一：电流的热效应
任何导体中有电流通过时，导体都要发热，如电放锅、电热器、电熨斗等利用电能来加热的设备；日常生活中，我们不需要发热的电器：如电风扇、电脑等通电时也会产生热量，所以电流通过导体时都会有电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。
那么，电流通过导体时产生的热量与什么因素有关呢？
实验探究：影响电热的因素
设计实验：两个透明容器中封闭着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，从而可以间接比较电阻丝放热的多少——转换法
1.研究电热与电阻的关系：
如下图所示，将两个阻值不同的电阻串联，以保证电流和通电时间一定，观察两液柱高度的变化。
实验结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
2. 研究电热与电流关系
如下图所示，将三个阻值相同的电阻混联，以保证电阻和通电时间一定，观察两液柱高度的变化。
实验结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
生活经验告诉我们，通电时间越长，电流通过导体时产生的热量越多。
【典型例题】将规格都是“220V 100W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列有关说法中，错误的是：
A．三个电器消耗的电能一样多 B．电流通过三个电器做功一样多
C．三个电器产生的热量一样多 D．电烙铁产生的热量最多
【答案】C
【解析】
试题分析：三者的实际功率相同，通电时间相同，根据公式得，三个电器消耗的电能一样多，A对；电流所做的功等于用电器消耗的电能，所以电流通过三个电器做功一样多，B对；三个用电器中，只有电烙铁把电能全部转化成内能，所以电烙铁产生的热量最多，C错D对。
【针对训练】1911年，荷兰物理学家昂内斯发现，当水银的温度下降到负269℃ 时，其电阻就会完全消失，这种现象叫做“超导现象”，人们把具有这种现象的物体叫做超导体。在超导状态下，导体的电阻R= Ω，利用超导材料可以制成 。（选填“输电线”或“电阻丝”）
【答案】0 输电线
【解析】
试题分析：超导状态下电阻完全消失，R=0Ω，如果利用超导材料制成输电线，有Q=I2Rt可知，输电线不会消耗电能，利用超导材料可以制成输电线。
知识点二：焦耳定律
1．内容：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。
2．公式：Q = I2Rt
3．单位：焦耳（J）
4.电热与电能的关系：
（1）当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即
Q = W = UIt = I2Rt
如：电暖器，电饭锅，电炉子等——纯电阻电路
（2）当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，还有一小部分转化成内能——非纯电阻电路 W＞Q热
【典型例题】一个电动机，当把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；若把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，测得此时流过电动机的电流是1A。那么该电动机线圈的电阻是______Ω，电动机正常工作1min时的机械能是_______J。
【答案】0.5；90
【解析】
试题分析：电动机线圈的电阻为： ；
电动机工作1min消耗的电能为：
线圈产生的热量为：
转化成的机械能为：
【针对训练】如图所示的电路中，电源电压保持6V不变，电阻R1=10Ω，R2=20Ω，闭合开关S，则R1消耗的电功率为 W；若通电30s，电阻R2产生的热量为 J。
【答案】0.4 24
【解析】
试题分析：由电路图可见，电阻R1与R2串联，电路总电阻为R= R1+ R2=10Ω+20Ω=30Ω，由欧姆定律可得电路中电流为
,R1消耗的电功率为
,由焦耳定律可得电阻R2产生的热量为。
知识点三：电热的利用和防止
1.电热的利用：
如电热水器、电放锅、电热毯、电熨斗、电热孵化器等是利用电能来发热的设备，是利用电热的例子。
2.防止电热的危害：
我们使用电视机、电脑等用电器，不是为了让它发热，相反，产生的热量过多，还会烧坏用电器，所以要防止热量过多。电视机的后盖上有通风窗、电脑里有散热的微型风扇等，这些措施都是为了防止电热的危害。
【典型例题】在家庭电路中，电线相互连接处，因为接触不良，容易造成 变大，根据焦耳定律可知，在通电时间和 相同时，该处比别处更容易发热，加速导线老化，甚至引起火灾．
【答案】电阻；电流
【解析】
试题分析：解答本题的关键是理解接头处被烧焦的原因是温度过高造成的，而温度过高是因为热量多，根据焦耳定律，影响电热的因素有电流、电阻、通电时间，结合题中实际分析，这三个因素什么一定，什么变化．
解：导线相互连接处往往接触不良，根据焦耳定律的公式Q=I2Rt知，在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多，温度越高，因此接头处烧焦就是因为电阻过大造成的．
【针对训练】在电路中，如果电流不流经 ，而是电源两极直接相连，就说电源短路了。家庭电路中发生短路时，电路中的 很大，根据焦耳定律 （填公式）可知：电路中会产生很大的热量使电线的绝缘层烧坏甚至引起火灾。
【答案】用电器，电流；Q=I2Rt
【解析】
试题分析：（1）电路有三种状态，短路，断路，通路．（2）由焦耳定律可计算发热的多少．电路发生短路时，电流不经过用电器，电路中电阻很小，根据欧姆定律知，电路中电流很大，由焦耳定律Q=I2Rt可判断，电路中会产生巨大的热量．
二、总结梳理，内化目标
一、电流的热效应
定义：电流通过导体时，电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
二、焦耳定律
表述：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体电阻成正比，跟通电时间成正比。
三、电热的利用和防止
1．利用：电暖气、电烤箱、电熨斗。
2．防止：隔热涂层、散热扇。
1、回顾本节学习内容
2、在交流的基础上进行学习小结。
三、今日感悟
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