第四節(jié) 電和熱
一、設(shè)計(jì)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(huì);(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(jì)思想是:結(jié)合實(shí)際,對(duì)本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行更為合理的重組,以電熱知識(shí)和相關(guān)技能為載體,通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)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(guò)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(shí)和實(shí)踐能力,及團(tuán)隊(duì)合作精神。教學(xué)過(guò)程中,以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo),雙向互動(dòng)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(guò)實(shí)驗(yàn),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(guò)導(dǎo)體的電流有關(guān)系。
4.知道利用和防止電熱的場(chǎng)合和方法。
5.通過(guò)電熱的利用和防止知識(shí)的學(xué)習(xí),認(rèn)識(shí)到科學(xué)的重要性。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的求知欲,使學(xué)生樂(lè)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(xiǎn)絲作用演示儀、實(shí)物投影儀。
2.實(shí)驗(yàn)器材:低壓電(6V)、電流表2只、限流電阻(5Ω)、開(kāi)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(guò)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(guò)程
〔提出問(wèn)題〕
由保險(xiǎn)絲作用演示儀實(shí)驗(yàn)引入。
1.燈泡接入電路中,通電后(請(qǐng)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(jué)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(guò)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(dá)成共識(shí)),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(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)〕
怎樣探究電流通過(guò)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(duì)象:Q與R的關(guān)系;
2.主要實(shí)驗(yàn)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(shí),至少需要幾個(gè)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(shí)應(yīng)保持什么量不變?(I、t)
怎樣保證通過(guò)電阻絲中的電流大小相等,通電時(shí)間相同?(串聯(lián)在同一電路中)
實(shí)驗(yàn)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(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等)。
請(qǐng)同學(xué)設(shè)計(jì)出一個(gè)科學(xué)的合理的實(shí)驗(yàn)電路,并畫(huà)出它的電路圖。
教師巡視,選擇電路圖,由實(shí)驗(yàn)投影儀顯示,并加以肯定、鼓勵(lì)。設(shè)計(jì)的電路,共同點(diǎn)都是選用電阻值不等的電阻絲R1、R2串聯(lián)起,與開(kāi)關(guān)、電組成電路,并由各小組根據(jù)電路圖將提供的實(shí)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(jiàn))
①將兩根電阻絲分別浸沒(méi)在等質(zhì)量的煤油中,通電后,用溫度計(jì)測(cè)煤油溫度的變化。
②將兩根電阻絲分別浸沒(méi)在裝滿煤油的、規(guī)格相同的燒瓶中,并插入細(xì)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(guò)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(shí)驗(yàn)小組采用第三種方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),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(duì)象:Q與I的關(guān)系;
2.主要實(shí)驗(yàn)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(shí),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(kāi)關(guān)、電、限流電阻、導(dǎo)線等)
請(qǐng)同學(xué)設(shè)計(jì)出一個(gè)科學(xué)的、合理的實(shí)驗(yàn)電路,并畫(huà)出它的電路圖。
教師巡視、選擇電路圖,由實(shí)物投影儀顯示,并加以肯定、鼓勵(lì)。設(shè)計(jì)的電路共同點(diǎn)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(gè)開(kāi)關(guān)控制電路的通斷,能很好地做到通電時(shí)間相同。由各小組根據(jù)電路圖將提供的實(shí)物連接成電路,如圖。電阻絲R3、R4上分別放上浸過(guò)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(gè)探究過(guò)程中,也可得出:R、I一定,t越長(zhǎng),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(shí)間越長(zhǎng),通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。
由學(xué)生已掌握的知識(shí)進(jìn)行理論推導(dǎo):電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),如果在一定時(shí)間內(nèi),電能全部轉(zhuǎn)化為熱而沒(méi)有同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量,那么,電流在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量就等于電能轉(zhuǎn)化成熱時(shí)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(píng)價(jià)與交流〕
A.探究實(shí)驗(yàn)有沒(méi)有不合理的地方?實(shí)驗(yàn)操作有沒(méi)有需要改進(jìn)?所得結(jié)論是否可靠?
B.回答本堂開(kāi)始所提出的兩個(gè)問(wèn)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(dòng)機(jī)發(fā)熱,……。
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