焦耳定律导学案.doc

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学习目标:
1．知道电流的热效应，知道利用和防止电热的场合和方法。
2．能理解焦耳定律的内容、公式、单位。并且会运用公式进行简单的计算。
3.知道科学研究中常用的转换法和控制变量法在本节实验中的运用。
4.体会科学探究过程。
重点：电流产生的热量跟电阻、电流、通电时间的关系。
难点：理解焦耳定律。运用公式进行简单的计算。

导学过程：
一、 电流的热效应
问题1.灯泡发光一段时间后,用手触摸灯泡,有什么感觉?为什么?
问题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?
电流通过导体时,电能要转化成热,我们把这种现象叫做电流的热效应。
电能在转化为其他形式能的时候,为什么都要发热?影响它们发热的因素是什么?
1.可能与电压有关,因为电压越大,电炉中产生的热越多;
2.可能与电阻有关,因为电炉丝发热,而跟电炉丝相连的铜导线却不太热;
3.可能跟电流有关,因为常听说,电流大容易引发火灾。
电流、电压和电阻三个量之间是有联系的,明确了二个量就可以再确定另外一个量,故我们研究电流、电阻与导体产生热量的关系就可以了。
【设计实验】应采用控制变量法
讨论：1.如何研究电流产生的热量与电阻的关系?
找两个电阻R1,R2串联，电流相同，时间相同，R1和R2电阻不同，电流产生的热量不同
2.如何研究电流产生的热量与电流的关系?调节滑动变阻器改变通过电阻的电流，保持电阻不变，通电时间不变，电流产生的热量不同
3.如何比较电流产生热量的多少?(转换法) 比较瓶内煤油升高的温度，煤油的温度升高的高，则电流产生的热量多
课题：《焦耳定律》主备人：_____

【进行实验】
在甲、乙两个瓶子里装着质量相等的煤油，瓶内各安装一根电阻丝(如图所示)。

两瓶中电阻丝的电阻分别为R甲＝10、R乙＝20。两瓶中各插入了一支温度计。在测量两瓶煤油的温度后，闭合开关，通电100s后再记录两瓶煤油的温度，得到温度的升高量。把通电时间和温度升高量填在表中，这就是表中的第1组和第3组数据。然后，通电时间改为200s，重复这个实验，获得第2组和第4组数据并填在表中。

（1） 如果想探究“同一导体，在通电电流不变时，其发出的热量和加热时间有什么关系”，应对比哪两组数据?可得出什么结论?
1、2组或3、4组，结论：在电流相同，电阻相同时，通电时
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间越长，电流产生的热量越多。
(2)如果想探究“两个不同的导体，在通电电流和通电时间都相等时，其发出的热量和导体的电阻大小有什么关系”，应对比哪两组数据?可得出什么结论?
1、3组或2、4组，结论：在电流相同，通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多。
随后，调节了滑动变阻器，使通电电流增大为原来2倍，重新进行相同的实验，记录两瓶煤油温度的升高量和加热时间的数据如下。

(3)如果想探究“同一导体(电阻不变)，在通电时间相等时，其发出的热量和通过的电流大小有什么关系”，应对比哪两组数据?可得出什么结论?
1、5组，2、6组，3、7组，4、8组结论：电阻相同，通电时间相同，电流越大，电流产生的热量越多。
二、焦耳定律
1.推导电流产生的热量与电流、电阻、通电时间三者的定量关系，对于纯电阻电路电流所做的功全部用来产生热量Q=W=UIt
根据欧姆定律U=IR,所以Q=W=IR*It=I2Rt
2.英国物理学家焦耳通过大量的实验于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,跟通电时间成正比的结论,于是人们为了记住他,把这个规律叫做焦耳定律。其公式为: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)。

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思考：电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不热？
例题：一根60Ω的电阻丝接在36V的电源上，在5min内共产生多少热量？
　 分析：只有一根电阻丝连入电路，属于纯电阻电路，电流所做的功全部用来产生热量Q=W=U2/R*t
　 解：由题知：R=60Ω U=36V t=5min=300s(注意时间的单位是s) Q=W=U2/R*t=(36V)2/60Ω*300s=6480J
总结：对于纯电阻电路，计算电流产生的热量还可以使用哪些推导公式？

练习：赵强同学家中有一个电动机，已知该电动机的线圈电阻为100 Ω，当他将这个电动机接在家庭照明电路中，通过的电流是1A,通电10 min,电流所做的功是 J,产生的热量是_____J。
易出错误：电动机不是纯电阻电路，电流所做的功只有一部分产生热量必须选择普遍使用的公式计算。
三、电热的利用和防止
1.任何用电器工作时都是产生电热。因为用电器都是由一定阻值的导体组成的,导体中或多或少在都有电阻,所以电流通过这些电阻时都会发热。
2.电热的利用
凡是加热的装置都利用了电热。请大家举一些实子说明。
电热器是利用电流的_______________制成的加热设备，如：电热水器、_______________电热毯等。
优点：清洁卫生没有环境污染、热效率高、方便控制和调节温度。
3.电热的防止
不是想把电能转化为热能,而是想转化为机械能、化学等装置的用电器都需要防止电热的产生。
如电视机的散热窗、电动机的散热风扇等。
四、课堂测试
一级目标：
1．电流流过导体时，导体要发热，这种现象叫______。
2. 一个电炉接在家庭电路上，通过的电流是4 A，则它的功率是______kW，它在1 min可放出的热量是______．

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3．某校师生为了开展科学实验，自制了一电烘箱，用来烘干仪器。电烘箱的电阻丝通过的电流是5 A的时候，每分钟可产生6.6×104 J的热量，求这台电烘箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。
4.有几位同学课后讨论电流通过导体产生热量这个现象时，发表了以下几种意见，你认为其中错误的是( )
A.当导体两端的电压一定，通过的电流一定时，通电时间越长放出的热量就越多
B.只要导体的电阻大，通电时间长，放出的热量就一定多
C.电流通过导体放出热量的过程，就是电能转化成内能的过程
二级目标：
例题：两电阻丝的电阻分别为4和6 ，将它们串联使用电流之比为______，电压之比为______，电功率之比为______ ，相同时间产生热量之比为______；将它们并联时，电流之比为______。电压之比为______，电功率之比为______，相同时间产生热量之比为______。
规律：串联电路电流相等，电压、电功、电功率、电流产生的热量都与电阻成正比，并联电路电压相等，电流、电功、电功率、电流产生的热量都与电阻成反比
1．要使电热器在单位时间内的供热量减半，以下方法中正确的是
A.电阻丝不变，把加在它两端的电压减小一半
B.电阻丝不变，把通过它的电流减小一半
C.保持电压不变，使电阻丝的电阻减半
D.把电热器的电阻和加在它两端的电压均减小一半
关键：选择正确的计算公式，用Q=U2/R*t还是用Q=I2Rt。
2.若通电导体的电流增加到原来的3倍，那么在相同的时间内，导体产生的热量将增加到原来的______倍．
易出错误：电流是原来的3倍，电流的二次方应是原来的9倍
3．一根电阻丝通电16min后将一壶水烧开，如果将这根电阻丝对折并联在同一电源上需要______min将这壶水烧开。
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易出错误：电阻丝对折后，长度变为原来的1/2倍，同时横截面积变为原来的2倍，电阻变为原来的1/4倍
三级目标:
1.如图为一台电热水器的电路示意图.当开关S闭合时，电热器处于加热状态，功率为440 W；当S断开时，电热水器处于保温状态，整个电路的功率为22 W。求

（1）当S闭合时，电热水器工作5 min，电流产生热量为多少焦耳？
（2）当开关S断开时，R2的阻值多大？

2.如图是一种双温电热器，R2为电热板，a,b是温控开关的两个触点，调节S可以使饮水机处于加热或保温状态，处于保温状态时，S与 点接触，若R1=3R2则饮水机在加热与保温时消耗的电功率之比是 。

提示：根据P=U2/R,总电压不变，S接b时R2连入电路，电阻较小，电功率较大为加热状态，S接a时R1、R2串联，电阻较大，电功率较小，为保温状态
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