电和热

第四节 电和热
一、设计思想
新的物理程标准的基本理念是：(1)注重学生发展，改变学科本位观念；(2)从生活走向物理，从物理走向社会；(3)注重科学探究，提倡学习方式多样化等。为了体现这些新的理念，《电和热》一节的设计思想是：结合实际，对本节内容进行更为合理的重组，以电热知识和相关技能为载体，通过创设问题情境，激发学习探究的积极性；让学生经历科学探究过程，学习科学探究方法，培养科学探究精神、创新意识和实践能力，及团队合作精神。教学过程中，以学生为主体，教师为主导，双向互动为原则，注重学生能力培养，提高教学效益。
二、教学目标
1．通过实验，探究电流的热效应跟电阻大小及电流大小的关系。
2．知道在电流相同的条下，电能转化为热能的功率跟导体的电阻成正比。
3．知道在导体电阻一定的条下，电能转化为热能的功率跟通过导体的电流有关系。
4.知道利用和防止电热的场合和方法。
5．通过电热的利用和防止知识的学习，认识到科学的重要性。培养学生对科学的求知欲，使学生乐于探索日常生活中的物理学道理。
三、教学器材
1．演示器材：保险丝作用演示仪、实物投影仪。
2．实验器材：低压电(6V）、电流表2只、限流电阻(5Ω)、开关、阻值不等的电炉丝绕制而成的电阻丝Rl、R2(1Ω、2Ω)、阻值相等的电阻丝R3、R4(2Ω、2Ω)、浸过松节油的棉花、导线等(以上器材均为四人一套)。
四、教学过程
〔提出问题〕
由保险丝作用演示仪实验引入。
1．灯泡接入电路中，通电后(请同学用手感受一下灯泡和导线的发热情况)，灯泡中的灯丝热的发红、发光，而导线发热却觉察不出，这是为什么？
2．如果再接入大功率的用电器，电线将显著发热(冒烟)，烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾，这又是为什么？
要解释上述现象，就需要研究电流产生的热量跟哪些因素有关？
〔猜想〕
电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关呢?(同学之间相互讨论，大胆猜想)
1．通电导体产生的热量可能与I、R、t有关？
2．通电导体产生的热量可能与U、W、P有关？
I、U、R、t、W、P等因素中，好多量之间，是有关联的，(如：P=UI，W=UIt，U=IR等，同学之间集体讨论，集思广益，达成共识)，要研究通电导体产生的热量跟哪些因素有关，我们只要研究通电导体产生的热量与I、R、t的关系就可以了。
〔设计实验并进行实验〕
怎样探究电流通过导体产生的热量与I、R、t间的关系呢？一一采用控制变量法。
探究方案㈠(小组讨论，大组交流)
l．探究对象：Q与R的关系；
2．主要实验器材及电路的组成；
3．显示产生热量多少的方法。
探究Q与R的关系时，至少需要几个电阻？(两只)
两只电阻大小的关系怎样？(电阻大小不等)
探究时应保持什么量不变？(I、t)
怎样保证通过电阻丝中的电流大小相等，通电时间相同？(串联在同一电路中)
实验电路中，除阻值不等的电阻丝R1、R2外，还应有哪些主要器材？(电、开关、导线等)。
请同学设计出一个科学的合理的实验电路，并画出它的电路图。
教师巡视，选择电路图，由实验投影仪显示，并加以肯定、鼓励。设计的电路，共同点都是选用电阻值不等的电阻丝R1、R2串联起，与开关、电组成电路，并由各小组根据电路图将提供的实物连接成电路，如图。
怎样显示通电导体产生热量的多少？(学生、教师各抒己见)
①将两根电阻丝分别浸没在等质量的煤油中，通电后，用温度计测煤油温度的变化。
②将两根电阻丝分别浸没在装满煤油的、规格相同的烧瓶中，并插入细玻璃管，通电后，观察管中液面的变化。
③在两根电阻丝上，分别放上浸过松节油的棉花。通电后，观察导线冒烟的情况。
哪一种方法更好一些，讨论比较后，各实验小组采用第三种方法进行实验，通电后，发现电阻大的电阻丝上首先冒出滚滚浓烟，并燃烧起。
得出结论：I、t相同，R越大，产生热量越多。
探究方案㈡(小组讨论，大组交流)
1．探究对象：Q与I的关系；
2．主要实验器材及电路的组成；
3．显示产生热量多少的方法。
探究Q与I的关系时，应保持什么量不变？(R、t)
如何使等值电阻中的电流大小不等呢？(并接在两条支路中，其中一条支路中串接一只限流电阻)。
为了便于观察电路中电流的大小，还需要什么仪器？(电流表)
还需要哪些主要器材？(开关、电、限流电阻、导线等)
请同学设计出一个科学的、合理的实验电路，并画出它的电路图。
教师巡视、选择电路图，由实物投影仪显示，并加以肯定、鼓励。设计的电路共同点是采用电阻值相等的两段电阻丝，分别接入电流大小不同的两条支路中，用一个开关控制电路的通断，能很好地做到通电时间相同。由各小组根据电路图将提供的实物连接成电路，如图。电阻丝R3、R4上分别放上浸过松节油的棉花，通电后发现R3上首先冒出滚滚浓烟，并燃烧起。
得出结论：R、t相同，I越大，产生的热量越多。
从上述两个探究过程中，也可得出：R、I一定，t越长，产生的热量越多。
〔分析与论证〕
结论：导体中电流越大，导体的电阻越大，通电时间越长，通电导体产生的热量越多。
由学生已掌握的知识进行理论推导：电流通过导体时，如果在一定时间内，电能全部转化为热而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流在一定时间内产生的热量就等于电能转化成热时的功率，即P=UI，再根据欧姆定律U=IR得P=I2R。
结论：在电流相同的条下，电能转化成热的功率跟导体的电阻成正比。
〔评价与交流〕
A．探究实验有没有不合理的地方?实验操作有没有需要改进?所得结论是否可靠?
B．回答本堂开始所提出的两个问题。
1．为什么电路中灯泡的灯丝的发红，而连接的导线并不怎么热?
2．为什么接入大功率的用电器后，电线显示著发热而烧坏?
C．电热的利用和防止(根据同学所掌握的信息，采用相互交流的方式，辩证地看待电热的作用。)
1．电流的热效应有着广泛的应用。
如：电热水器、电饭锅、……。
2．很多情况下需要防止电热造成的危害。
如：电动机发热，……。


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