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2019-2020年九年級物理全冊《18.4 焦耳定律》教學設計 新人教版 課題 焦耳定律 課型 新授課 課時 1課時 教 學 目 標 1、 知識與技能 理解電功及電功率，從電功和能量轉化的關系來看； 知道焦耳定律的物理意義，關注其在生活、生產中的應用； 從能量的轉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、 過程與方法 通過推導電功的計算公式和焦耳定律，培養(yǎng)學生的分析、推理能力 ，提高綜合運用知識的能力。 3、 情感、態(tài)度與價值觀 結合實際，激發(fā)學生學習物理的興趣。通過電能與其他形式能量的轉化和守恒，進一步滲透辯證唯物主義觀點的教育。 教學 重點 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 難點 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、滑動變阻器、電鍵、導線若干、玩具小電機、相關圖片、標有額定值得用電器。 教學過程 教學設計內容 一、預習檢查、總結重點 二、情境引入、提出疑問 三、交流探究、分析點播 知識延展，微觀角度 2、焦耳定律 實驗探究、合作交流 師生共同活動；總結 注意：. 四、課堂檢測、反思總結 五、課后作業(yè) 板書設計 教學反思 1、 串聯(lián)電路、并聯(lián)電路特點。 2、電壓表和電流表 ----串、并聯(lián)規(guī)律的應用。 圖片展示：（源于生活中的現(xiàn)象） 為什么電視機、電扇通電時間長了會發(fā)熱？ 提示：從能量轉化的角度來看 老師引導學生共同思考回答 師問：用電器把電能轉化成其他形式能的過程，就是電流做功的過程。電流做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關呢？本節(jié)課我們學習關于電功和電功率的知識。 從能量轉化的角度總結電路的某些規(guī)律。 探討幾個用電器的能量轉化情況 a、電爐→電能=>為熱能 b、電解槽→電能=>化學能+熱能 c、電風扇→電能=>機械能+熱能 1、電功和電功率 ①從靜電力做功的角度 ： 電流通過用電器的過程中，消耗了電能，同時產生了其他形式的能，這個能量轉化的過程就是電流做功的過程。實質上就是靜電力做功，電勢能減小，增加了其他形式的能的過程。在轉化的過程中，能量是守恒的。 ②功是能量轉化的量度： 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，這是電路中能量轉化與守恒的關鍵。 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 差，電路中就有電場存在，電路中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流I，在時間t內通過這段電路上任一處橫截面的電荷量q是多少? 師：請同學們思考下列問題 （1）電場力的功的定義式是什么? （2）電流的定義式是什么? 生： （1）電場力的功的定義式W=qU （2）電流的定義式I= 師：電流I，在時間t內通過這段電路上任一處橫截面的電荷量q是多少? 生：在時間t內，通過這段電路上任一處橫截面的電荷量q=It。 師：這相當于在時間t內將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端。在這個過程中，電場力做了多少功？ 生：在這一過程中，電場力做的功W=qU=IUt 師：在這段電路中電場力所做的功，也就是通常所說的電流所做的功，簡稱電功。 電功： （1）定義：在一段電路中電場力所做的功，就是電流所做的功，簡稱電功. （2）定義式：W=UIT 說明：①表達式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流強度和通電時間成正比。 ②適用條件：I、U不隨時間變化——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和通電時間t三者的乘積。 師：請同學們說出電功的單位有哪些？ 生： （1）在國際單位制中，電功的單位是焦耳，簡稱焦，符號是J. （2）電功的常用單位有：千瓦時，俗稱“度”，符號是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 說明：使用電功的定義式計算時，要注意電壓U的單位用V，電流I的單位用A，通電時間t的單位用s，求出的電功W的單位就是J。 師：在相同的時間里，電流通過不同用電器所做的功一般不同。 例如，在相同時間里，電流通過電力機車的電動機所做的功要顯著大于通過電風扇的電動機所做的功。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：單位時間內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：在力學中我們講功率時有平均功率和瞬時功率之分，電功率有無平均功率和瞬時功率之分呢？ 學生分組討論。 師生共同總結： （1）利用P=計算出的功率是時間t內的平均功率。 （2）利用P=IU計算時，若U是某一時刻的電壓，I是這一時刻的電流，則P=IU就是該時刻的瞬時功率。 師：為什么課本沒提這一點呢？ 學生討論，教師啟發(fā)、引導： 這一章我們研究的是恒定電流，用電器的構造一定，通過的電流為恒定電流，則用電器兩端的電壓必是定值，所以U和I的乘積P不隨時間變化，也就是說瞬時功率與平均功率總是相等的，故沒有必要分什么平均功率和瞬時功率了。 我們這可以引入額定功率和實際功率： 額定功率：用電器銘牌上所標示的功率（長期正常工作時的最大功率）。 實際功率：用電器在實際電壓下工作的功率。 　　用電器只有在額定電壓下工作實際功率才等于額定功率 師：白熾燈泡上標注的“220V，110W”是什么意思？ 師：正常工作時，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？ 在實際電壓下求實際功率。 ［說明］利用電功率的公式P=IU計算時，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：電流通過金屬導體時，自由電子在加速運動過程中頻繁與正離子相碰，使離子的熱運動加劇，而電子速率減小，可以認為自由電子只以某一速率定向移動，電能沒有轉化為電子的動能，只轉化為內能。 師：電流做功，消耗的是電能。電能轉化為什么形式的能與電路中的電學元件有關。在純電阻元件中電能完全轉化成內能，于是導體發(fā)熱。 設在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為R，通過的電流為I，試計算在時間t內電流通過此電阻產生的熱量Q。 生：求解產生的熱量Q。 解：據歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓U=IR 在時間t內電場力對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。 產生的熱量為Q=I2Rt 師：這個關系最初是物理學家焦耳用實驗得到的，叫焦耳定律，同學們在初中已經學過了。 如圖電流通過導體產生的熱量與導體的電阻的關系 因為我們不能直接的觀察到電流到底產生了多少熱量，所以我們通過觀察瓶里的液體溫度（溫度計示數），間接的觀察，這種方法叫做轉換法。 在這個實驗中，一共涉及到三個物理量——電流，電阻和熱量，而我們只需要研究 ，熱量和電阻的關系，所以，我們要保持電流一定（因此我們把兩個電阻串聯(lián)）為了不影響結果，這種方法叫做控制變量法。 學生活動：總結熱功率的定義、定義式及單位。 熱功率： （1）定義：單位時間內發(fā)熱的功率叫做熱功率。 （2）定義式：P熱= =I2R （3）單位：瓦（W） 提出問題：如何用玩具小風扇驗證電功率和熱功率不相等？ (用投影儀投影出電路圖，引導學生按圖接好電路，并提醒學生注意電表的正負極，以及滑動變阻器滑動片的初始位置。) 設計實驗：比較電動機在轉動與不轉動兩種不同狀態(tài)下，U 、 I 、 R的關系； 進行試驗，記錄數據； 生：分組討論上述實驗結果，總結電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。 教師要引導學生對實驗結論進行歸納、總結。一方面，總結電功和電熱的關系；另一方面，要讓學生體會用能量轉化和守恒的觀點來分析問題的思想方法。 總結： （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，電功率與熱功率數值相等。即P熱=P電 教師指出：上述實驗中，電機不轉時，小電機就相當于純電阻。 若電路中有電動機或電解槽時，電路消耗的電功率絕大部分轉化為機械能或化學能，只有一少部分轉化為內能，這時電功率大于熱功率，即P電＞P熱。 教師指出：上述實驗中，電機轉動時，電機消耗的電功率，其中有一部分轉化為機械能，有一部分轉化為內能，故P電＞P熱。 為了使用電器安全正常地工作，制造商對用電器的電功率和工作電壓都有規(guī)定的數值，并且標明在用電器上，叫做用電器的額定電壓和額定功率。 (1)對純電阻電路(只含白熾燈、電爐等電熱器的電路)中電流做功完全用于產生熱，電能轉化為內能，故電功W等于電熱Q；這時W＝Q＝UIt＝I2Rt。 P＝IU和P＝I2R都是電流的功率的表達式，但物理意義不同。P＝IU對所有的電路都適用，而P＝I2R只適用于純電阻電路，對非純電阻電路(含有電動機、電解槽的電路)不適用。 （2）關于非純電阻電路中的能量轉化，電能除了轉化為內能外，還轉化為機械能、化學能等。這時W＞Q。即W＝Q＋E其他或P＝P熱＋P其他、UI＝I2R＋P其他。 （1）對純電阻而言，電功等于電熱：W=Q=UIt=I 2R t= （2）對非純電阻電路（如電動機和電解槽），由于電能除了轉化為電熱以外還同時轉化為機械能或化學能等其它能，所以電功必然大于電 熱：W>Q，這時電功只能用W=UIt計算，電熱只能用Q=I 2Rt計算，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：電流通過用電器是以轉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，例如電動機、電解槽、給蓄電池充電、日光燈等。 在純電阻電路中，電能全部轉化為熱能，電功等于電熱，即W=UIt=I2Rt= t是通用的，沒有區(qū)別，同理P=UI=I2R= 也無區(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 化為其它形式的能；另一小部分不可避免地轉化為電熱Q=I2Rt，這里W=UIt不再等于Q=I2Rt，應該是W=E其它+Q，電 功就只能用W=UIt計算，電熱就只能用Q=I2Rt計算。 2、關于用電器的額定值問題 額定電壓是指用電器在正常工作的條件下應加的電壓，在這個條件下它消耗的功率就是額定功率，流經它的電流就是它的額定電流。 如果用電器在實際使用時，加在其上的實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，一般可以認為用電器的電阻與額定狀態(tài)下的值是相同的，并據此來進行計算。 必做：課后習題，伴你學1-15 選做：伴你學其他 第5節(jié) 焦耳定律 1．電功W 定義：電路中電場力對定向移動的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。 公式：W＝IUt。 單位：焦耳，簡稱：焦，符號J。 2．電功率P (1)定義：單位時間內電流所做的功。 公式：P＝Wt＝IU 單位：瓦特(W)，1 W＝1 J/s。 (2)額定功率和實際功率 額定功率：用電器正常工作時所需電壓叫額定電壓，在這個電壓下消耗的功率稱額定功率。 實際功率：用電器在實際電壓下的功率。實際功率P實＝IU，U、I分別為用電器兩端實際電壓和通過用電器的實際電流。 3．焦耳定律 內容：電流通過導體產生的熱量，跟電流的平方、導體電阻和通電時間成正比。 公式：Q＝I2Rt 熱功率：單位時間內的發(fā)熱量。即P＝Qt＝I2R 注：(1)對純電阻電路，電功W等于電熱Q，即W＝Q＝UIt＝I2Rt (2)對非純電阻電路，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單，只要按照課本給 出的知識點，進行一些學生實驗就可以了。教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架。新課程對教師提出了更高的要求，切實轉變教育觀念。教學中以人為本，不放過教學中的每一個可以利用的契機，有機地處理好“知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度和價值觀”在整個教學活動中的關系，才能把新課程的精髓落實到課堂教學的實處。 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，通過電阻絲的電流 (2)電爐的電阻 答案: 4.5A 48.4Ω