焦耳定律——教学设计

[设计理念]
本节课课本安排的是演示实验，根据新课程标准中的课程基本理念义务教育阶段的物理课程应贴近学生生活，符合学生认知特点，激发并保持学生的学习兴趣，通过探索物理现象，揭示隐藏其中的物理规律，并将其应用于生产生活实际，培养学生终身的探索乐趣、良好的思维习惯和初步的科学实践能力。物理课程应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。改革以书本为主、实验为辅的教学模式，提倡多样化的教学方式，因此，我将焦耳定律这节课设计为学生来完成的探究式的学生实验课。
[教材分析]
焦耳定律是能量守恒定律在电能和热能转换中的体现，在整个初中物理中有着很重要的作用。 从本章结构来看，电与热是对电能、电功率的应用总结，也是从电热角度认识安全用电的理论基础。起着承上启下的作用。另外，电热利用和防止的内容，很贴近学生生活，充分体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的教育理念。
[三维目标]
（一）知识与技能
1、知道电流的热效应.
2、理解焦耳定律的内容、公式、单位及其应用。
（二）过程与方法
1、通过探究“电流通过导体产生的热量跟那些因素有关”初步培养学生发现、研究、解决问题的能力。
2、通过教学培养学生运用焦耳定律解决一些简单实际问题的能力。
3、注意对学生进行研究方法（控制变量法）的培养
（三）情感态度价值观
1、通过经历科学探究的过程，使学生认识实验对人们获取科学理论的重要价值；
2、通过对所学知识的应用，体会物理知识来源于生活，服务于社会的理念。
3、使学生通过对英国物理学家焦耳的了解，受到其刻苦钻研精神和严谨科学态度的感染和熏陶。（在探究实验的基础上引出焦耳定律，理解焦耳定律的内容、公式、单位及其应用。）
[教学流程设计]
（一）引入新课：
1、演示实验：灯泡接入电路中，闭合开关，灯泡发光，提出问题：
（1）灯泡在工作过程中，把什么能转化为什么能？学生回答：灯泡在工作过程中，把电能能转化为内能和光能。
（2）在灯泡工作过程中，电线中通过的电流和灯泡灯丝中通过的电流是否相同？学生回答：相同。
（3）电线中通过的电流和灯泡灯丝中通过的电流既然相同，那为什么灯泡灯丝热得发热发光，而导线几乎不发热呢？
2、多媒体展示家庭电路中使用大功率用电器引起火灾的图片。指明：11月9日是我国“消防日”，据有关资料表明，城市火灾中的大部分火灾是因为使用大功率用电器，使电线发热而引起的。家庭电路中使用大功率用电器为什么会引起火灾？
3、进一步分析：
（1）电灯在工作时把电能转化为内能和光能，人们利用电灯来照明。电炉子在工作时把电能转化为内能，人们利用电炉子来烧水等。
（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？人们利用的是电风扇的什么能量？
（3）提出问题：电流通过导体都要产生热量，有些设备是利用了电流通过导体产生热量，有些设备在工作时电流通过导体产生热量是有害的，为了更好的让电热为人类服务，又要减少电热对人类造成的危害，就要研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关？它们之间存在着什么样的规律？今天我们就学习第九章第五节的内容：焦耳定律。
（设计意图:通过实验及学生亲身体验引入，自然贴切。）
（二）进行新课：
1、电流产生的热量跟哪些因素有关（学生讨论）
（1）引导学生根据日常生活中的现象进行分析：
电流 I
电热Q → 电阻 R 有关
通电时间 t
（设计意图：先引导学生分析电流产生的热量跟 电流I、电阻R和通电时间t有关，使学生获得感性认识，为下面的实验打下基础。）
（2）用实验进行研究。学生讨论研究方法 控制变量法。
① 当电流I、时间t相同时，研究电热 Q与电阻R的关系。
② 当电阻R、时间t相同时，研究电热Q与电流I的关系。
③ 当电流I、电阻R相同时，研究电热Q与通电时间t的关系。
（设计意图：引导学生分析研究多变量问题的方法－－控制变量法，并在实验过程中具体使用，对学生进行研究方法的教育。）
（3）介绍实验器材
学生电源一个，开关一个，导线若干，滑动变阻器一个，量热器两个（4欧一个，16欧一个）温度计两只，打孔的橡胶塞两个。钟表一个。
（4）实验原理：
给量热器内的电阻丝通电，电阻丝通电后放出的热量被量热器内的空气吸收，量热器内的空气吸收热量后温度升高，电流通过电阻丝做功放出的热量越多，量热器内空气的温度升高得越高。用温度计测量量热器内空气温度上升的多少，就可以比较电流通过电阻丝做功放出的热量的多少。
（5）实验设计
① 电路图：通过学生讨论研究设计出实验电路如图：让一个学生把本组设计的电路图画在黑板上，并进一步说明如何进行实验。
② 实验记录：由小组共同设计实验记录表格，
③ 实验探究：四位同学分工合作进行实验探究，并记录实验数据。
④ 归纳实验结论：四位同学共同探讨，归纳实验结论，电流通过导体产生的热量跟那些因素有关。
（6）交流探究结果：请一位同学将本组的实验数据写在黑板上，并阐述本组得到的结论。
电流
时间t
R大=16欧
R小=4欧

电流I1=0.4A
2min
19——21
19——20

电流I2=0.8A
2min
20——28
20——23

① 研究电热Q跟电阻R的关系：电流I、通电时间t相同，电阻R越大，电热Q越多。
② 研究电热Q跟电流I的关系：电阻R、通电时间t相同，电流越大，电热越多。
③ 研究电热Q跟通电时间t的关系：电流I、电阻R相同，通电时间越长，电热越多。
（设计意图：培养学生设计实验的能力，培养学生交流信息的能力，练习用表格处理数据的方法，与其他同学协同合作的意识。让学生体验科学探究的过程，培养学生良好的科学探究的习惯。）
2、焦耳定律：
焦耳简介：焦耳定律是英国物理学家焦耳经过无数次实验探索总结出来的。我们不仅要学习他发现的定律，而且要学习他的刻苦钻研的精神。
（1）内容：电流通过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
注意：“电流产生的热量Q与电流的平方I2成正比”的含义是：当I1=2I2
时，Q1=4Q2
（2）公式：Q=I2Rt
（3）单位：I－安，R－欧，t－秒，Q－焦。
（4）说明：焦耳定律是从实验中总结出来的规律，它适用于任何情况下的电热的计算。
3、理论推导：
焦耳定律是焦耳在大量实验基础上归纳总结得出来的规律，还需要理论上的支持，我们能不能通过理论来推导出焦耳定律的数学表达式呢？学生讨论推导。
电功
当满足条件，电能 ——————
 内能（电热）时，有Q＝W
（全部转化）
W=UIt，且U=IR
∴Q=W=UIt=I2Rt
∴Q=I2Rt
（设计意图：通过理论推导，同样得出了焦耳定律的数学表达式，达到理论和实践的完美的统一。）
最后再让学生总结得出当电流通过导体做功全部转化为内能时热量的计算方法：
①Q = W ；②Q = UIt ；③Q = Pt；④Q = UQ电荷量 ；⑤Q = I2Rt；⑥Q =（ U2/R） t
（设计意图：通过实验和数学推倒得出焦耳定律，使学生体会更深）
4、引导学生运用本节课研究的结论解决实际问题。
（1）分析讨论课文前面“？”中的两个问题。
问题1：灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来。这是为什么？
问题2：假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。这又是为什么？
（2）利用焦耳定律解决实际问题：
①连接电路用的导线应选择电阻率较大的导线还是选择电阻率较小的导线？为什么？
②制作电炉子用的发热体应选择电阻率较大的导线还是选择电阻率较小的导线？为什么？
③制作电扇电动机线圈的导线应选择电阻率较大的导线还是选择电阻率较小的导线？为什么？
（3）再通过例题讨论可以用几种不同的方法求解电流通过导体产生的热量
（设计意图：通过对实际问题的分析、讨论，材料的选择、及热量的不同计算方法的运用，提高学生运用物理知识解决实际问题的能力。进一步加深学生对物理知识的理解。）
（三）课堂小结：
1、归纳研究物理问题的方法——控制变量法
2、归纳物理知识：焦耳定律
3、归纳电热的计算方法。
（四）作业：
1、阅读教材第九章第5节——焦耳定律
2、P117练习：1、2、3
（五）附板书设计：
焦耳定律
（一）研究电热跟哪些因素有关
 电流 I
1、电热Q → 电阻 R 有关
 通电时间 t
2、实验研究：
研究方法：控制变量法
①研究电热Q跟电阻R的关系。
条件：电流I、通电时间t相同。
结论：电阻R越大，电热Q越多。
②研究电热Q跟电流I的关系。
条件：电阻R、通电时间t相同。
结论：电流越大，电热越多。
③研究电热Q跟通电时间t的关系。
条件：电流I、电阻R相同。
结论：通电时间越长，电热越多。
（二）焦耳定律
1、内容：（略）
2、公式：Q=I2R.t
3、单位：I－安，R－欧，t－秒，Q－焦。
4、说明：①焦耳定律是从实验中总结出来的规律，它适用于任何情况下的电热的计算。
电功
②当满足条件，电能 __________内能（电热）时，有Q＝W
（全部转化）
W=UIt，且U=IR
∴Q=W=UIt=I2R.t
【教学反思】
本节课的设计的体现从生活走向物理，从物理走向社会的基本理念，注重科学的探究，激发学生的学习兴趣，培养良好的思维习惯。 　　根据学生实际和课程标准的要求进行设计，通过学生的观察和生活经验，提出问题，进行分析，共同归纳总结。教学中应该充分地相信学生，给学生活动的空间，真正的让学生成为学习的主人，在实验的过程中学生也可能提出许多问题，教学中一定要发挥学生的主体作用，尤其是在大力提倡科学探究的今天。在教学过程中要让学生参与讨论，充分调动学生学习的积极性，与思维分析能力，培养了学生解决问题的能力，并将所学到的知识与实际相联系，使学生达到学以致用。 　　通过本节课的教学，我进一步相信我的学生，相信他们的能力，在今后的教学中，充分发挥学生学习的主动性，只有让他们爱学、会学，我们教师才能真正走出多年的困惑，不要一为地强调结果，让我们更多地关注过程吧，只有这样结果才会更加美好。