第四節(jié) 電和熱
一、設(shè)計思想
新的物理程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念是：(1)注重學(xué)生發(fā)展，改變學(xué)科本位觀念；(2)從生活走向物理，從物理走向社會；(3)注重科學(xué)探究，提倡學(xué)習(xí)方式多樣化等。為了體現(xiàn)這些新的理念，《電和熱》一節(jié)的設(shè)計思想是：結(jié)合實際，對本節(jié)內(nèi)容進行更為合理的重組，以電熱知識和相關(guān)技能為載體，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)習(xí)探究的積極性；讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，培養(yǎng)科學(xué)探究精神、創(chuàng)新意識和實踐能力，及團隊合作精神。教學(xué)過程中，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，雙向互動為原則，注重學(xué)生能力培養(yǎng)，提高教學(xué)效益。
二、教學(xué)目標(biāo)
1．通過實驗，探究電流的熱效應(yīng)跟電阻大小及電流大小的關(guān)系。
2．知道在電流相同的條下，電能轉(zhuǎn)化為熱能的功率跟導(dǎo)體的電阻成正比。
3．知道在導(dǎo)體電阻一定的條下，電能轉(zhuǎn)化為熱能的功率跟通過導(dǎo)體的電流有關(guān)系。
4.知道利用和防止電熱的場合和方法。
5．通過電熱的利用和防止知識的學(xué)習(xí)，認識到科學(xué)的重要性。培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的求知欲，使學(xué)生樂于探索日常生活中的物理學(xué)道理。
三、教學(xué)器材
1．演示器材：保險絲作用演示儀、實物投影儀。
2．實驗器材：低壓電(6V）、電流表2只、限流電阻(5Ω)、開關(guān)、阻值不等的電爐絲繞制而成的電阻絲Rl、R2(1Ω、2Ω)、阻值相等的電阻絲R3、R4(2Ω、2Ω)、浸過松節(jié)油的棉花、導(dǎo)線等(以上器材均為四人一套)。
四、教學(xué)過程
〔提出問題〕
由保險絲作用演示儀實驗引入。
1．燈泡接入電路中，通電后(請同學(xué)用手感受一下燈泡和導(dǎo)線的發(fā)熱情況)，燈泡中的燈絲熱的發(fā)紅、發(fā)光，而導(dǎo)線發(fā)熱卻覺察不出，這是為什么？
2．如果再接入大功率的用電器，電線將顯著發(fā)熱(冒煙)，燒壞它的絕緣皮，甚至引起火災(zāi)，這又是為什么？
要解釋上述現(xiàn)象，就需要研究電流產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)？
〔猜想〕
電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)呢?(同學(xué)之間相互討論，大膽猜想)
1．通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與I、R、t有關(guān)？
2．通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與U、W、P有關(guān)？
I、U、R、t、W、P等因素中，好多量之間，是有關(guān)聯(lián)的，(如：P=UI，W=UIt，U=IR等，同學(xué)之間集體討論，集思廣益，達成共識)，要研究通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)，我們只要研究通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與I、R、t的關(guān)系就可以了。
〔設(shè)計實驗并進行實驗〕
怎樣探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與I、R、t間的關(guān)系呢？一一采用控制變量法。
探究方案㈠(小組討論，大組交流)
l．探究對象：Q與R的關(guān)系；
2．主要實驗器材及電路的組成；
3．顯示產(chǎn)生熱量多少的方法。
探究Q與R的關(guān)系時，至少需要幾個電阻？(兩只)
兩只電阻大小的關(guān)系怎樣？(電阻大小不等)
探究時應(yīng)保持什么量不變？(I、t)
怎樣保證通過電阻絲中的電流大小相等，通電時間相同？(串聯(lián)在同一電路中)
實驗電路中，除阻值不等的電阻絲R1、R2外，還應(yīng)有哪些主要器材？(電、開關(guān)、導(dǎo)線等)。
請同學(xué)設(shè)計出一個科學(xué)的合理的實驗電路，并畫出它的電路圖。
教師巡視，選擇電路圖，由實驗投影儀顯示，并加以肯定、鼓勵。設(shè)計的電路，共同點都是選用電阻值不等的電阻絲R1、R2串聯(lián)起，與開關(guān)、電組成電路，并由各小組根據(jù)電路圖將提供的實物連接成電路，如圖。
怎樣顯示通電導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少？(學(xué)生、教師各抒己見)
①將兩根電阻絲分別浸沒在等質(zhì)量的煤油中，通電后，用溫度計測煤油溫度的變化。
②將兩根電阻絲分別浸沒在裝滿煤油的、規(guī)格相同的燒瓶中，并插入細玻璃管，通電后，觀察管中液面的變化。
③在兩根電阻絲上，分別放上浸過松節(jié)油的棉花。通電后，觀察導(dǎo)線冒煙的情況。
哪一種方法更好一些，討論比較后，各實驗小組采用第三種方法進行實驗，通電后，發(fā)現(xiàn)電阻大的電阻絲上首先冒出滾滾濃煙，并燃燒起。
得出結(jié)論：I、t相同，R越大，產(chǎn)生熱量越多。
探究方案㈡(小組討論，大組交流)
1．探究對象：Q與I的關(guān)系；
2．主要實驗器材及電路的組成；
3．顯示產(chǎn)生熱量多少的方法。
探究Q與I的關(guān)系時，應(yīng)保持什么量不變？(R、t)
如何使等值電阻中的電流大小不等呢？(并接在兩條支路中，其中一條支路中串接一只限流電阻)。
為了便于觀察電路中電流的大小，還需要什么儀器？(電流表)
還需要哪些主要器材？(開關(guān)、電、限流電阻、導(dǎo)線等)
請同學(xué)設(shè)計出一個科學(xué)的、合理的實驗電路，并畫出它的電路圖。
教師巡視、選擇電路圖，由實物投影儀顯示，并加以肯定、鼓勵。設(shè)計的電路共同點是采用電阻值相等的兩段電阻絲，分別接入電流大小不同的兩條支路中，用一個開關(guān)控制電路的通斷，能很好地做到通電時間相同。由各小組根據(jù)電路圖將提供的實物連接成電路，如圖。電阻絲R3、R4上分別放上浸過松節(jié)油的棉花，通電后發(fā)現(xiàn)R3上首先冒出滾滾濃煙，并燃燒起。
得出結(jié)論：R、t相同，I越大，產(chǎn)生的熱量越多。
從上述兩個探究過程中，也可得出：R、I一定，t越長，產(chǎn)生的熱量越多。
〔分析與論證〕
結(jié)論：導(dǎo)體中電流越大，導(dǎo)體的電阻越大，通電時間越長，通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。
由學(xué)生已掌握的知識進行理論推導(dǎo)：電流通過導(dǎo)體時，如果在一定時間內(nèi)，電能全部轉(zhuǎn)化為熱而沒有同時轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，那么，電流在一定時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量就等于電能轉(zhuǎn)化成熱時的功率，即P=UI，再根據(jù)歐姆定律U=IR得P=I2R。
結(jié)論：在電流相同的條下，電能轉(zhuǎn)化成熱的功率跟導(dǎo)體的電阻成正比。
〔評價與交流〕
A．探究實驗有沒有不合理的地方?實驗操作有沒有需要改進?所得結(jié)論是否可靠?
B．回答本堂開始所提出的兩個問題。
1．為什么電路中燈泡的燈絲的發(fā)紅，而連接的導(dǎo)線并不怎么熱?
2．為什么接入大功率的用電器后，電線顯示著發(fā)熱而燒壞?
C．電熱的利用和防止(根據(jù)同學(xué)所掌握的信息，采用相互交流的方式，辯證地看待電熱的作用。)
1．電流的熱效應(yīng)有著廣泛的應(yīng)用。
如：電熱水器、電飯鍋、……。
2．很多情況下需要防止電熱造成的危害。
如：電動機發(fā)熱，……。
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