電與熱 教學(xué)簡案

/電與熱教學(xué)簡案

課程導(dǎo)入閱讀感悟信息1將如圖８-4—１所示的電爐接入家庭電路中,會發(fā)現(xiàn),通電的電爐絲會發(fā)光、發(fā)熱,其溫度是較高的,而與電爐絲連接的導(dǎo)線卻是涼的.信息2如圖８－４-1所示電爐絲中間斷了，現(xiàn)將斷頭搭接在一起，接入家庭電路中,會發(fā)現(xiàn)，通電的電爐絲會發(fā)光、發(fā)熱，且斷頭搭接在一起之處發(fā)光更亮，一會兒，斷頭處又被燒斷．根據(jù)以上實驗現(xiàn)象，你能提出兩個你感興趣的問題嗎？（１）＿_(dá)____＿_(dá)_______＿_(dá)_______＿_(dá)＿_(dá)_______＿_(dá)___＿_(dá)＿_(dá)__＿(2）___＿_(dá)_＿_(dá)＿_(dá)_____＿_(dá)___＿_(dá)＿＿_(dá)_＿_(dá)______＿_(dá)＿_(dá)＿_(dá)_＿＿_(dá)___探究新知學(xué)點1電流的熱效應(yīng)、焦耳定律實驗探究電流的熱效應(yīng)跟電阻大小的關(guān)系按如圖8－4-2所示的裝置組裝器材，兩個燒瓶中各有一根電熱絲，且R甲>R乙.燒瓶中所裝的煤油質(zhì)量相等。初溫相等．合上開關(guān)后,觀察兩燒瓶中溫度計的示數(shù)變化。問題研討①問題1：兩根電熱絲是如何連接的？閉合開關(guān)后，兩根電熱絲的電流大小和通電時間有什么關(guān)系？答：___＿_(dá)_＿_(dá)＿＿＿＿_(dá)_＿_(dá)_＿_(dá)＿＿_(dá)___＿_(dá)__＿_(dá)______＿_(dá)__＿_(dá)___＿_(dá)_＿＿_(dá)＿_(dá)__．問題２：閉合開關(guān)后，哪只燒瓶中的煤油溫度上升較快?這說明了什么？答:＿＿_(dá)＿＿_(dá)___＿_(dá)___＿_(dá)＿_(dá)_＿＿_(dá)__＿_(dá)＿_(dá)＿_(dá)＿_(dá)____＿_(dá)＿_(dá)＿＿_(dá)_＿_(dá)___＿_(dá)_＿_(dá)＿_(dá)．知識歸納電流的熱效應(yīng)跟電阻大小的關(guān)系1.電流的熱效應(yīng)電流通過任何導(dǎo)體時都會放出熱量，這個現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)．2.焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電的時間成正比．公式：Q＝I2·Rt.I—安(A),R—歐（Ω）,t-秒(s）,Ｑ—焦耳（J）特別提示（1）焦耳定律是一個實驗定律，是焦耳通過大量的實驗總結(jié)來的，定律揭示了電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱效應(yīng)的規(guī)律,實質(zhì)是定量的表示電能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化的規(guī)律；(２)Q＝I2·Rt中的各物理量都是對同一段電路或同一導(dǎo)體而言的；（3)導(dǎo)出公式：Q=P·t=UIｔ＝·t．這三個代數(shù)式只適合電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的情況，也就是電流所做的功全部用來產(chǎn)生熱量的電路中．例１（２005年·佛山市）小蕾把兩段電阻不同的金屬絲甲、乙（R甲＜R乙)串聯(lián)后，分別放到兩瓶等量煤油中通電一定時間，如圖8—4—2所示，控制電流一定時，探究“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱與___＿_(dá)_＿_(dá)的關(guān)系”。通電后，溫度計的示數(shù)升高，這種現(xiàn)象是由于電流的__＿_(dá)＿_(dá)__效應(yīng)引起的．這時煤油的內(nèi)能___＿＿＿_(dá)＿(填“增加”“減小"或“不變”)．其中，________瓶的煤油的溫度升高得更快．解析圖8－4-2是一個串聯(lián)電路,所以金屬絲甲、乙的電流相等．由P=U·I＝I2·Ｒ有：電流一定時,電阻大的用電器，其發(fā)熱功率大，也即是相同的時間內(nèi)消耗的電能越多.也可以說相同的時間里電流做的功多，故乙金屬絲瓶中的煤油溫度上升得快一些．這種現(xiàn)象是電流的熱效應(yīng)現(xiàn)象,在這一過程中電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使煤油的溫度升高．答案電阻;熱；增加；乙解后反思；用溫度計顯示甲、乙瓶中煤油溫度的改變．從而能判斷出初溫相同,質(zhì)量相同的煤油獲得的電能的多少．這種研究問題的方法稱為換元法。例2(2０0５年·泰州市）在圖8—4—３所示的實驗電路中，R1、R２是兩個電阻圈，R１的阻值大于R2的阻值,電阻圈上各夾一根火柴．接通電路，一會兒觀察到兩電阻圈上的火柴先后被點燃，這說明電流通過電阻時會產(chǎn)生熱,將_＿_(dá)＿＿＿＿_(dá)能轉(zhuǎn)化為____＿＿_(dá)＿能．若繼續(xù)進行以下實驗：(1)斷開開關(guān)，待兩個電阻圈完全冷卻，再重新各夾一根火柴，使變阻器接入電路的阻值較大.接通電路經(jīng)歷時間t1,R1上的火柴先被點燃．這說明，在電流和通電時間相同的情況下，_____＿_(dá)＿越大,產(chǎn)生的________越多；（2)斷開開關(guān)，待兩個電阻圈完全冷卻，再重新各夾一根火柴。使變阻器接入電路的阻值較小.接通電路,經(jīng)歷時間ｔ2，R1上的火柴先被點燃，比較發(fā)現(xiàn)t２小于t1.由此推理，在電阻和通電時間相同的情況下,____＿_(dá)＿_(dá)越大,產(chǎn)生的___＿_(dá)___越多．解析(1）被控制相等的物理量是電流，探究電阻的大小與發(fā)熱多少的關(guān)系,Ｒ１>Ｒ2,R1上的火柴先被點燃，說明電流相等時，電阻越大其發(fā)熱的電功率越大．（2）被控制相等的物理量是電阻R1的阻值，探究R１電流的大小與發(fā)熱多少的關(guān)系，R１上的火柴先被點燃需要時間ｔ2，t１〉t2說明電阻相等時，電流越大其發(fā)熱的電功率越大.答案電；內(nèi)（或“熱”）（1)電阻;熱量（2）電流；熱量解后反思這是一道探究題，所以在解答時應(yīng)注意各小題中，哪些是被控制相等的物理量,研究的目的是什么。學(xué)點２電熱的利用和防止觀察思考電熱的利用和防止如圖8—4-４（a)是一臺電動機,(b）是一臺電視機。你注意到嗎?電動機的外殼制成許多皺折形狀，電視機的外殼后有許多孔窗．試一試:你會發(fā)現(xiàn)電視機的外殼后較熱．問題研討②問題1：用電器發(fā)熱的原因是什么？答:_____＿_(dá)_＿_(dá)_＿_(dá)__＿_(dá)______＿＿_(dá)___＿_(dá)___＿_(dá)_＿_(dá)_＿＿_(dá)__＿＿_(dá)。問題2：外殼制成許多皺折形狀和外殼后有許多孔窗這種形狀或結(jié)構(gòu)對電動機和電視機有什么好處？答：_＿＿＿＿＿＿_(dá)____＿＿_(dá)＿_(dá)_＿_(dá)_＿_(dá)_____＿_(dá)＿_(dá)_____＿_(dá)___＿＿_(dá)＿_(dá)＿．知識歸納電熱的利用和防止１．電熱器的利用：電熱器就是利用電能來加熱的設(shè)備.２．電熱器的構(gòu)造：主要組成部分是發(fā)熱體。發(fā)熱體是由電阻率大、熔點高的電阻絲繞在絕緣體材料上而形成。3。電熱的危害：如在電動機里,電能主要是用來做機械功,但電動機里的導(dǎo)線有電阻，要產(chǎn)生熱量，使導(dǎo)線的溫度升高,溫度超過絕緣材料的耐熱溫度,絕緣材料會迅速老化，甚至可能燒壞。４。電熱的防止:(1)加大散熱面積；(2）加速發(fā)熱部位空氣的對流．易忽略點提示電熱器把電能全部轉(zhuǎn)化為熱,所以電流通過電熱器產(chǎn)生的熱和電熱器消耗的電能—-也就是電流所做的功相等．而像燈泡、電動機等不屬于電熱器的用電器,電流產(chǎn)生的熱量比電流所做的電功要小一些。例3將一臺“２20V，１0０W”的電風(fēng)扇、一個“220Ｖ，100Ｗ”的充電器、一把“22０V，１０0W”的電烙鐵分別接到220V的電源上。在相同的時間內(nèi)，電流通過它們產(chǎn)生的熱量最多的是（)A.電烙鐵B.充電器C。電風(fēng)扇D.一樣多解析三種用電器，它們的額定電壓相同，額定功率相等。由W＝Pt知:在相同的時間內(nèi)，它們消耗的電能是相等的.相同的時間內(nèi),電風(fēng)扇消耗的電能中只有一部分轉(zhuǎn)化為了熱能，而另一部分轉(zhuǎn)化為了機械能；相同的時間內(nèi)，充電器消耗的電能只有部分轉(zhuǎn)化為了熱能，絕大部分轉(zhuǎn)化為了化學(xué)能；相同的時間內(nèi)，電烙鐵消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為了熱能.故電流通過它們產(chǎn)生的熱量最多的是電烙鐵。答案A例4(2００5年·常州市）燈暖型浴霸（冬季家庭洗浴時取暖）的工作原理是通過燈泡的熱輻射來升高光照區(qū)域內(nèi)的溫度．曉亮同學(xué)對如圖8-4－5所示的“常能”ＣJ-０５06型燈暖型浴霸開展了探究活動,他觀察發(fā)現(xiàn)該浴霸的發(fā)熱部件為四只標(biāo)有“２2０Ｖ，250W”的同規(guī)格燈泡，測得浴室的空間大小是１0m３,當(dāng)四只燈泡正常工作12miｎ，測得浴室內(nèi)空氣溫度從５℃升高到35℃．空氣獲得的熱量３．87×10５Ｊ，問:（1）該過程中浴霸消耗電能的百分之多少轉(zhuǎn)化為浴室內(nèi)空氣的內(nèi)能?（2）若一度電的價格為０．55元，則該過程浴霸消耗電能的費用是多少？解析燈暖型浴霸是通過燈泡的熱輻射來升高光照區(qū)域內(nèi)的溫度,其電流做的功一部分轉(zhuǎn)化為熱能，一部分轉(zhuǎn)化為光能。所以電流做的功比浴室內(nèi)空氣獲得的熱能大．答案（1）消耗電能E=Ｗ=Pt=４×250×12×60J＝7.２×105J，轉(zhuǎn)化效率η=×100%＝×１00=53.８％．（2)消耗電能E＝W＝Pｔ=4×０。25×０.2kＷ·h=0。２kW·ｈ.耗電費用０。５5×0．2元＝0。11元.特別提示電熱器清潔衛(wèi)生，沒有污染,熱效率高，有的還可以方便地控制和調(diào)節(jié)溫度．拓廣延伸實踐應(yīng)用識別電路的連接、學(xué)會電熱功率的計算例５電飯鍋的原理如圖8—4—6所示，煮飯時,按下溫控開關(guān)K與a、b接觸,紅色指示燈亮；飯熟后,溫控開關(guān)自動斷開。當(dāng)飯溫低于68℃，Ｋ自動上升與觸點c接通，電飯鍋處于低溫加熱狀態(tài)，黃色指示燈亮；到68℃時即自動斷開，如此往復(fù)。（紅、黃指示燈電阻很小,計算時可忽略不計）(1）試分析Ｒ1、R2各起什么作用?（2）當(dāng)發(fā)熱板的電阻R0=100Ω，R2＝384Ω時，求發(fā)熱板煮飯和保溫時的功率分別為多少？解析圖8—４-６是簡化后的電飯鍋的電路圖，但比理想電路圖仍為復(fù)雜，因此，識圖并轉(zhuǎn)化為等效電路是解決本題的關(guān)鍵．當(dāng)溫控開關(guān)接通時,電阻R1與紅燈串聯(lián)后與發(fā)熱板并聯(lián)；當(dāng)K上升與觸點ｃ接通時，發(fā)熱板與黃燈、電阻R２串聯(lián)，搞清電路關(guān)系后不難做出解答。答案(1)電飯鍋煮飯時熱量絕大多數(shù)應(yīng)由發(fā)熱板釋放，電阻R1與紅燈串聯(lián)后與發(fā)熱板并聯(lián),人們希望R１發(fā)熱越少越好，所以電阻R1的值應(yīng)很大很大,只要通過的電流足以使紅燈發(fā)光即可．低溫加熱時R２與發(fā)熱板串聯(lián),使發(fā)熱板功率變小，所以R2起分壓作用.（2)煮飯時．黃燈和R2未接入電路，加在發(fā)熱板兩端電壓為2２0Ｖ.P1＝＝＝484W,在低溫加熱時,R２與發(fā)熱板串聯(lián)接入22０Ｖ電路中．I’==A,P'1＝Ｉ'2Ｒ0=·１00Ω＝２０．６6Ｗ.即加熱和保溫時發(fā)熱板的功率分別為４８4W和20．66W點評本題中保溫狀態(tài)Ｒ２上也有電能的消耗,其發(fā)熱功率是：Ｉ2R２=×384Ω=７9。３W,所以保溫時電飯鍋的熱功率P總＝２０.66Ｗ＋79.3Ｗ=99.9６W.綜合運用串、并聯(lián)電路中發(fā)熱功率的計算例6(2005年·黃岡市）冬天，伍珍同學(xué)使用電熱毯時，發(fā)現(xiàn)電熱毯有高溫和低溫檔,她決定探究電熱毯內(nèi)部電路.如圖8—4－7甲、乙分別為她和裘實設(shè)計的電熱毯的模擬電路圖（電爐絲相當(dāng)于電熱毯內(nèi)部發(fā)熱電阻）。(1）圖甲中定值電阻R１=1０Ω（置于電熱毯外部），電爐絲R２＝２0Ω，請計算低溫檔時發(fā)熱電功率；（2)圖乙中兩根電爐絲R2＝２0Ω、Ｒ3＝1０Ω，請計算高溫檔時發(fā)熱電功率；（3）請對兩個同學(xué)設(shè)計的模擬的電路進行評估(請指出你認(rèn)為好的設(shè)計電路，并說明優(yōu)點和缺點）。解析（１）圖甲中,當(dāng)Ｓ1、S2閉合，電路中僅只有R2,由P＝Ｕ2／R知，此時是高溫檔;當(dāng)S1閉合S2斷開時Ｒ1、Ｒ２串聯(lián)，電路中的電阻變大,由P=知，此時是低溫檔．此時的發(fā)熱功率可根據(jù)P=I2R計算．（2）圖乙中，由P=知，低溫檔——僅只有S1閉合，電路中只有R2；中溫檔—一僅只有Ｓ2閉合，電路中只有R3；高溫檔-—S1、S2閉合，R2、R３并聯(lián)在電路中,此時的發(fā)熱功率可根據(jù)P=計算。答案(１)∵P=UI=甲電路：閉合S1、斷開Ｓ2，電阻R1、R2串聯(lián)接入電路,低溫檔發(fā)熱功率：P１=Ｉ2R2=W(2）乙電路：同時閉合S1、S２，電阻R２、R3并聯(lián)接入電路,高溫檔發(fā)熱功率：P2==(6Ｖ)2＝５。４W（３）可認(rèn)為甲電路好，優(yōu)點：電路簡單．缺點:使用低溫檔時,存在電能白白損耗等;也可認(rèn)為乙電路好,優(yōu)點:電功率的檔位多，最大電功率大，如果一根損壞，另一根仍然可以單獨工作．點評公式的運用是解題的關(guān)鍵，串聯(lián)電路常使用Ｐ＝I2R，并聯(lián)電路常使用P＝．課時作業(yè)一、教材習(xí)題P51“動手動腦學(xué)物理"１～6題.二、補充習(xí)題1.（2005年·鹽城市）某同學(xué)利用如圖８—4－2所示的裝置探究“電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)”．在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各放置一段電阻絲,且R甲＞R乙，通電一段時間后,發(fā)現(xiàn)甲瓶玻璃管中煤油的液面上升得比乙的高．該現(xiàn)象能夠說明電流產(chǎn)生的熱量與下列哪個因素有關(guān)（）A.電荷量Ｂ．電流Ｃ．電阻D。通電時間２。下面是李海列舉的電熱器,其中不正確的是（）A．熱得快B.電飯鍋C．電風(fēng)扇D.電烙鐵3.李亮家的電視機已經(jīng)有很長時間沒有看了，原因是李亮的母親怕開電視影響李亮的學(xué)習(xí)，對于這個問題，家里有不同看法:①李亮的奶奶說：“不看電視,既省電又省電視.”②李亮的父親說:“應(yīng)該經(jīng)常給電視機通電，防止受潮。"③李亮的妹妹說:“電視機是不怕看的,連續(xù)用多長時間都沒關(guān)系.”④李亮的爺爺說:“電視機不能連續(xù)看時間太長，應(yīng)該適當(dāng)停一停，防止過熱，燒壞電視機。"他們的說法中正確的是()A．①和②Ｂ．③和④C．①和③Ｄ．②和④４。如圖8-4-8所示，在量熱器中注入適量的煤油，將電阻值為R和2R的兩根電阻絲按圖８-4－8所示接在帶有三個接線柱的量熱器蓋板上,并浸入煤油中.按圖８—4—8連接好電路，閉合電鍵，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器,選擇適合的電流，對煤油加熱,利用溫度計測量煤油溫度，用秒表測量通電時間.表1、表2、表3是一位同學(xué)進行實驗的數(shù)據(jù)記錄。已知：煤油溫度的變化與電阻絲上放出的熱量成正比．表１次序電阻電流(Ａ)通電時間(s）溫度變化（℃)１R0.20２0０1.２2R０。2０300１．83R0．2０4002.4表２次序電阻電流（A）通電時間(s）溫度變化(℃)４R０。204002.45R0。3０４005。46R0.４04０09。6表3次序電阻電流（Ａ）通電時間(s）溫度變化(℃)7R0．２040０2.48２R0.20400４.893Ｒ0。２05０0９。0１0３Ｒ0．２０40０7．2（1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),可找出電阻絲放出的熱量跟哪些因素有關(guān)的規(guī)律,例如由表1可知：在電阻和電流一定時，電阻放出的熱量跟通電時間成正比.請觀察表2、表3中的數(shù)據(jù),將結(jié)論填在相應(yīng)的橫線上：由表2可知:_＿_(dá)__＿_(dá)____＿＿＿_(dá)_____＿_(dá)__＿_(dá)___________＿_(dá)＿＿_(dá)___＿_(dá)_____．由表3可知：_______＿_(dá)____＿_(dá)_____＿_(dá)_＿_(dá)____＿_(dá)_＿_(dá)____＿_(dá)＿_(dá)＿_(dá)＿_(dá)_＿_(dá)__＿.（2）從實驗的一般方法看，實驗中該同學(xué)在第9次測量數(shù)據(jù)時不妥之處是:___＿＿_(dá)__＿＿_(dá)_＿_(dá)_______＿_(dá)＿_(dá)_____＿_(dá)＿_(dá)＿_(dá)__＿_(dá)___＿_(dá)____＿_(dá)______＿。5．如圖８—4—9所示是用來研究焦耳定律的實驗裝置:(1）請將圖８—4－9中的器材連成實驗電路.要求：實物位置不動,導(dǎo)線不交叉；(２）請你寫出本實驗的研究方法（或設(shè)計思路）___＿_(dá)___＿_(dá)_＿＿＿_(dá)___＿_(dá)_____＿＿_(dá)；（３）請選用圖8—4—10中任意一組實驗裝置，寫出研究“電流產(chǎn)生的熱量與某一個因素的關(guān)系”的具體實驗過程．６.一把“220V,40W"的電烙鐵乙,接在如圖8－4-11所示的220V的電路中,當(dāng)開關(guān)S閉合時,電烙鐵乙可以正常使用.當(dāng)電烙鐵暫時不用時,為了避免電烙鐵過熱,可把開關(guān)Ｓ斷開,將電阻R串聯(lián)在電路中。此時電烙鐵乙的實際功率為14.4W，問串聯(lián)電阻R的阻值應(yīng)為多少？(設(shè)電烙鐵的電阻不隨溫度變化）(最后結(jié)果保留整數(shù)位）7．如圖8—4－1２所示的電路中，R１＝４00Ω,Ｒ3＝20Ω，電源電壓U=１2V且保持不變，S1、S２斷開時，電流表的示數(shù)為0。１A。求：(1)R2的阻值；（2）S1、S2閉合時,通電10s時電路產(chǎn)生的熱量．８．某種家用電熨斗為適應(yīng)不同衣料熨燙,設(shè)計了調(diào)節(jié)溫度的旋鈕式多檔開關(guān),其電路簡圖如圖8—4－13①所示，兩電阻絲的阻值R1＝Ｒ2＝１２１Ω,旋轉(zhuǎn)多檔開關(guān)的旋鈕可以改變1、2、3、４四個接線點之間的連接情況,從而使電熨斗被加熱到所需溫度，如圖②給出了四個接線點之間的一種有效連接方式．（1）請畫出其他的有效連接方式，并由此分析說明該電熨斗共有幾個調(diào)溫檔位；(２)計算該電熨斗正常使用時的最小功率和最大功率．

參考答案

課程導(dǎo)入問題示例：(１）通電的電爐絲會發(fā)光、發(fā)熱,而與電爐絲連接的導(dǎo)線卻是涼的，這是什么原因?（2）斷頭搭接處發(fā)光更亮,一會兒，斷頭處又被燒斷，這能說明是斷頭搭接處電阻大的原因造成的嗎？探究新知問題研討①問題1：串聯(lián);相等；相等問題２:甲;電流相等時，電阻越大，則其發(fā)熱功率越大。問題研討②問題１：用電器有電阻,電流通過電阻產(chǎn)生的熱效應(yīng)．問題2：能加速散熱．課時作業(yè)一、教材習(xí)題“動手動腦學(xué)物理”（Ｐ51）提示與解答［第1題］Q＝I2Ｒt＝（2A）2×2Ω×６０ｓ＝480Ｊ［第2題］Ｑ=W=P·t＝450Ｗ×６0ｓ＝２．7×1０４J．[第3題][第4題][第５題]提示:除了課本中所舉的例子外，電暖氣、電烙鐵、電熱毯、冷暖空調(diào)在供暖時都利用電流的熱效應(yīng).防止電熱的方法多種多樣，如電動機利用翼狀散熱片增大散熱面積,電冰箱在放置時后背要與墻壁保持一定距離使熱量通過空氣散失，或者如計算機內(nèi)的小風(fēng)扇那樣主動把熱空氣驅(qū)走．[第6題]解答：導(dǎo)線相互連接的位置接觸電阻比較