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2019-2020年九年級(jí)物理全冊(cè)《18.4 焦耳定律》教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版 課題 焦耳定律 課型 新授課 課時(shí) 1課時(shí) 教 學(xué) 目 標(biāo) 1、 知識(shí)與技能 理解電功及電功率，從電功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系來(lái)看； 知道焦耳定律的物理意義，關(guān)注其在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用； 從能量的轉(zhuǎn)化和守恒理解電功和電熱的區(qū)別，知道純電阻電路和非純電阻電路。 2、 過(guò)程與方法 通過(guò)推導(dǎo)電功的計(jì)算公式和焦耳定律，培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力 ，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。 3、 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 結(jié)合實(shí)際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。通過(guò)電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化和守恒，進(jìn)一步滲透辯證唯物主義觀點(diǎn)的教育。 教學(xué) 重點(diǎn) 1、電功、電功率的概念、公式； 2、焦耳定律、電熱功率的概念、公式。 教學(xué) 難點(diǎn) 電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。 教法 探究式，啟發(fā)式，引導(dǎo)式，等效法、類比法、比較法 教具 燈泡（36 V，18 W）、電壓表、電流表、電源、滑動(dòng)變阻器、電鍵、導(dǎo)線若干、玩具小電機(jī)、相關(guān)圖片、標(biāo)有額定值得用電器。 教學(xué)過(guò)程 教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容 一、預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)重點(diǎn) 二、情境引入、提出疑問(wèn) 三、交流探究、分析點(diǎn)播 知識(shí)延展，微觀角度 2、焦耳定律 實(shí)驗(yàn)探究、合作交流 師生共同活動(dòng)；總結(jié) 注意：. 四、課堂檢測(cè)、反思總結(jié) 五、課后作業(yè) 板書設(shè)計(jì) 教學(xué)反思 1、 串聯(lián)電路、并聯(lián)電路特點(diǎn)。 2、電壓表和電流表 ----串、并聯(lián)規(guī)律的應(yīng)用。 圖片展示：（源于生活中的現(xiàn)象） 為什么電視機(jī)、電扇通電時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)發(fā)熱？ 提示：從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看 老師引導(dǎo)學(xué)生共同思考回答 師問(wèn)：用電器把電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過(guò)程，就是電流做功的過(guò)程。電流做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關(guān)呢？本節(jié)課我們學(xué)習(xí)關(guān)于電功和電功率的知識(shí)。 從能量轉(zhuǎn)化的角度總結(jié)電路的某些規(guī)律。 探討幾個(gè)用電器的能量轉(zhuǎn)化情況 a、電爐→電能=>為熱能 b、電解槽→電能=>化學(xué)能+熱能 c、電風(fēng)扇→電能=>機(jī)械能+熱能 1、電功和電功率 ①?gòu)撵o電力做功的角度 ： 電流通過(guò)用電器的過(guò)程中，消耗了電能，同時(shí)產(chǎn)生了其他形式的能，這個(gè)能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程就是電流做功的過(guò)程。實(shí)質(zhì)上就是靜電力做功，電勢(shì)能減小，增加了其他形式的能的過(guò)程。在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，能量是守恒的。 ②功是能量轉(zhuǎn)化的量度： 電流做了多少功，就有多少電能=>其他形式的能，即電功=電路中能量的減少，這是電路中能量轉(zhuǎn)化與守恒的關(guān)鍵。 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(shì) 差，電路中就有電場(chǎng)存在，電路中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流I，在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)這段電路上任一處橫截面的電荷量q是多少? 師：請(qǐng)同學(xué)們思考下列問(wèn)題 （1）電場(chǎng)力的功的定義式是什么? （2）電流的定義式是什么? 生： （1）電場(chǎng)力的功的定義式W=qU （2）電流的定義式I= 師：電流I，在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)這段電路上任一處橫截面的電荷量q是多少? 生：在時(shí)間t內(nèi)，通過(guò)這段電路上任一處橫截面的電荷量q=It。 師：這相當(dāng)于在時(shí)間t內(nèi)將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端。在這個(gè)過(guò)程中，電場(chǎng)力做了多少功？ 生：在這一過(guò)程中，電場(chǎng)力做的功W=qU=IUt 師：在這段電路中電場(chǎng)力所做的功，也就是通常所說(shuō)的電流所做的功，簡(jiǎn)稱電功。 電功： （1）定義：在一段電路中電場(chǎng)力所做的功，就是電流所做的功，簡(jiǎn)稱電功. （2）定義式：W=UIT 說(shuō)明：①表達(dá)式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流強(qiáng)度和通電時(shí)間成正比。 ②適用條件：I、U不隨時(shí)間變化——恒定電流。 單位：焦耳（J）。1J=1V?A?s 師：電功的定義式用語(yǔ)言如何表述？ 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(shí)間t三者的乘積。 師：請(qǐng)同學(xué)們說(shuō)出電功的單位有哪些？ 生： （1）在國(guó)際單位制中，電功的單位是焦耳，簡(jiǎn)稱焦，符號(hào)是J. （2）電功的常用單位有：千瓦時(shí)，俗稱“度”，符號(hào)是kW?h. 師：1 kW?h的物理意義是什么？1 kW?h等于多少焦？ 生：1 kW?h表示功率為1 kW的用電器正常工作1 h所消耗的電能。 1 kW?h=1000 W3600 s=3.6106 J 說(shuō)明：使用電功的定義式計(jì)算時(shí)，要注意電壓U的單位用V，電流I的單位用A，通電時(shí)間t的單位用s，求出的電功W的單位就是J。 師：在相同的時(shí)間里，電流通過(guò)不同用電器所做的功一般不同。 例如，在相同時(shí)間里，電流通過(guò)電力機(jī)車的電動(dòng)機(jī)所做的功要顯著大于通過(guò)電風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)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：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)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(shuō)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。 師：在力學(xué)中我們講功率時(shí)有平均功率和瞬時(shí)功率之分，電功率有無(wú)平均功率和瞬時(shí)功率之分呢？ 學(xué)生分組討論。 師生共同總結(jié)： （1）利用P=計(jì)算出的功率是時(shí)間t內(nèi)的平均功率。 （2）利用P=IU計(jì)算時(shí)，若U是某一時(shí)刻的電壓，I是這一時(shí)刻的電流，則P=IU就是該時(shí)刻的瞬時(shí)功率。 師：為什么課本沒(méi)提這一點(diǎn)呢？ 學(xué)生討論，教師啟發(fā)、引導(dǎo)： 這一章我們研究的是恒定電流，用電器的構(gòu)造一定，通過(guò)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(shí)間變化，也就是說(shuō)瞬時(shí)功率與平均功率總是相等的，故沒(méi)有必要分什么平均功率和瞬時(shí)功率了。 我們這可以引入額定功率和實(shí)際功率： 額定功率：用電器銘牌上所標(biāo)示的功率（長(zhǎng)期正常工作時(shí)的最大功率）。 實(shí)際功率：用電器在實(shí)際電壓下工作的功率。 　　用電器只有在額定電壓下工作實(shí)際功率才等于額定功率 師：白熾燈泡上標(biāo)注的“220V，110W”是什么意思？ 師：正常工作時(shí)，額定電壓，額定功率 若U=110V，其功率是多少？ 若U=330V，其功率是多少？ 在實(shí)際電壓下求實(shí)際功率。 ［說(shuō)明］利用電功率的公式P=IU計(jì)算時(shí)，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。 電功就是電場(chǎng)力做的功，因此是W=UIt；由焦耳定律，電熱Q=I2Rt。其微觀解釋是：電流通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)，自由電子在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中頻繁與正離子相碰，使離子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，而電子速率減小，可以認(rèn)為自由電子只以某一速率定向移動(dòng)，電能沒(méi)有轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能，只轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 師：電流做功，消耗的是電能。電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能與電路中的電學(xué)元件有關(guān)。在純電阻元件中電能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，于是導(dǎo)體發(fā)熱。 設(shè)在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為R，通過(guò)的電流為I，試計(jì)算在時(shí)間t內(nèi)電流通過(guò)此電阻產(chǎn)生的熱量Q。 生：求解產(chǎn)生的熱量Q。 解：據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓U=IR 在時(shí)間t內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)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(chǎn)生的熱量為Q=I2Rt 師：這個(gè)關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實(shí)驗(yàn)得到的，叫焦耳定律，同學(xué)們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過(guò)了。 如圖電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體的電阻的關(guān)系 因?yàn)槲覀儾荒苤苯拥挠^察到電流到底產(chǎn)生了多少熱量，所以我們通過(guò)觀察瓶里的液體溫度（溫度計(jì)示數(shù)），間接的觀察，這種方法叫做轉(zhuǎn)換法。 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一共涉及到三個(gè)物理量——電流，電阻和熱量，而我們只需要研究 ，熱量和電阻的關(guān)系，所以，我們要保持電流一定（因此我們把兩個(gè)電阻串聯(lián)）為了不影響結(jié)果，這種方法叫做控制變量法。 學(xué)生活動(dòng)：總結(jié)熱功率的定義、定義式及單位。 熱功率： （1）定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)熱的功率叫做熱功率。 （2）定義式：P熱= =I2R （3）單位：瓦（W） 提出問(wèn)題：如何用玩具小風(fēng)扇驗(yàn)證電功率和熱功率不相等？ (用投影儀投影出電路圖，引導(dǎo)學(xué)生按圖接好電路，并提醒學(xué)生注意電表的正負(fù)極，以及滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的初始位置。) 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：比較電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)與不轉(zhuǎn)動(dòng)兩種不同狀態(tài)下，U 、 I 、 R的關(guān)系； 進(jìn)行試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)； 生：分組討論上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。 教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行歸納、總結(jié)。一方面，總結(jié)電功和電熱的關(guān)系；另一方面，要讓學(xué)生體會(huì)用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來(lái)分析問(wèn)題的思想方法。 總結(jié)： （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(guò)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(guò)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(shí)，電功率與熱功率數(shù)值相等。即P熱=P電 教師指出：上述實(shí)驗(yàn)中，電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，小電機(jī)就相當(dāng)于純電阻。 若電路中有電動(dòng)機(jī)或電解槽時(shí)，電路消耗的電功率絕大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能，只有一少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時(shí)電功率大于熱功率，即P電＞P熱。 教師指出：上述實(shí)驗(yàn)中，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)消耗的電功率，其中有一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故P電＞P熱。 為了使用電器安全正常地工作，制造商對(duì)用電器的電功率和工作電壓都有規(guī)定的數(shù)值，并且標(biāo)明在用電器上，叫做用電器的額定電壓和額定功率。 (1)對(duì)純電阻電路(只含白熾燈、電爐等電熱器的電路)中電流做功完全用于產(chǎn)生熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故電功W等于電熱Q；這時(shí)W＝Q＝UIt＝I2Rt。 P＝IU和P＝I2R都是電流的功率的表達(dá)式，但物理意義不同。P＝IU對(duì)所有的電路都適用，而P＝I2R只適用于純電阻電路，對(duì)非純電阻電路(含有電動(dòng)機(jī)、電解槽的電路)不適用。 （2）關(guān)于非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化，電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等。這時(shí)W＞Q。即W＝Q＋E其他或P＝P熱＋P其他、UI＝I2R＋P其他。 （1）對(duì)純電阻而言，電功等于電熱：W=Q=UIt=I 2R t= （2）對(duì)非純電阻電路（如電動(dòng)機(jī)和電解槽），由于電能除了轉(zhuǎn)化為電熱以外還同時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能等其它能，所以電功必然大于電 熱：W>Q，這時(shí)電功只能用W=UIt計(jì)算，電熱只能用Q=I 2Rt計(jì)算，兩式不能通用。 為了更清楚地看出各概念之間區(qū)別與聯(lián)系，列表如上： 1、電功和電熱的區(qū)別： （1）純電阻用電器：電流通過(guò)用電器以發(fā)熱為目的，例如電爐、電熨斗、電飯鍋、電烙鐵、 白熾燈泡等。 （2）非純電阻用電器：電流通過(guò)用電器是以轉(zhuǎn)化為熱能以外的形式的能為目的，發(fā)熱不是目的，而是不可避免的熱能損失，例如電動(dòng)機(jī)、電解槽、給蓄電池充電、日光燈等。 在純電阻電路中，電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，電功等于電熱，即W=UIt=I2Rt= t是通用的，沒(méi)有區(qū)別，同理P=UI=I2R= 也無(wú)區(qū)別，在非純電阻電路中，電路消耗的電能，即W=UIt分為兩部分，一大部分轉(zhuǎn) 化為其它形式的能；另一小部分不可避免地轉(zhuǎn)化為電熱Q=I2Rt，這里W=UIt不再等于Q=I2Rt，應(yīng)該是W=E其它+Q，電 功就只能用W=UIt計(jì)算，電熱就只能用Q=I2Rt計(jì)算。 2、關(guān)于用電器的額定值問(wèn)題 額定電壓是指用電器在正常工作的條件下應(yīng)加的電壓，在這個(gè)條件下它消耗的功率就是額定功率，流經(jīng)它的電流就是它的額定電流。 如果用電器在實(shí)際使用時(shí)，加在其上的實(shí)際電壓不等于額定電壓，它消耗的功率也不再是額定功率，在這種情況下，一般可以認(rèn)為用電器的電阻與額定狀態(tài)下的值是相同的，并據(jù)此來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 必做：課后習(xí)題，伴你學(xué)1-15 選做：伴你學(xué)其他 第5節(jié) 焦耳定律 1．電功W 定義：電路中電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的電荷所做的功，簡(jiǎn)稱電功，通常也說(shuō)成是電流的功。 公式：W＝IUt。 單位：焦耳，簡(jiǎn)稱：焦，符號(hào)J。 2．電功率P (1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功。 公式：P＝Wt＝IU 單位：瓦特(W)，1 W＝1 J/s。 (2)額定功率和實(shí)際功率 額定功率：用電器正常工作時(shí)所需電壓叫額定電壓，在這個(gè)電壓下消耗的功率稱額定功率。 實(shí)際功率：用電器在實(shí)際電壓下的功率。實(shí)際功率P實(shí)＝IU，U、I分別為用電器兩端實(shí)際電壓和通過(guò)用電器的實(shí)際電流。 3．焦耳定律 內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比。 公式：Q＝I2Rt 熱功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量。即P＝Qt＝I2R 注：(1)對(duì)純電阻電路，電功W等于電熱Q，即W＝Q＝UIt＝I2Rt (2)對(duì)非純電阻電路，即W＝Q＋E其他或P＝P熱＋P其他、UI＝I2R＋P其他 作為新一代的教師接班人，新一輪的課程改革，不是我們所想象的那么簡(jiǎn)單，只要按照課本給 出的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行一些學(xué)生實(shí)驗(yàn)就可以了。教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。新課程對(duì)教師提出了更高的要求，切實(shí)轉(zhuǎn)變教育觀念。教學(xué)中以人為本，不放過(guò)教學(xué)中的每一個(gè)可以利用的契機(jī)，有機(jī)地處理好“知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度和價(jià)值觀”在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中的關(guān)系，才能把新課程的精髓落實(shí)到課堂教學(xué)的實(shí)處。 A.35.8 W B.43.2 W C.48.2 W D.76.8 W 2.規(guī)格為“220V，1000W”的電爐，求： (1)電爐正常工作時(shí)，通過(guò)電阻絲的電流 (2)電爐的電阻 答案: 4.5A 48.4Ω