§16.4實驗探究:電流的熱效應

參加合肥市中小學信息技術應用課堂教學展示活動紀實

【教學簡述】各位評委，上午好。科學探究課難在引導猜想，重在實驗探究，為了體現探究課的問題性、趣味性、過程性、知識性，本節課我將以滬科版九年級物理第十六章第四節科學探究：電流的熱效應為例進行教學展示。

首先是教材分析,從章節知識體系看，本節課包括電流的熱效應和焦耳定律兩部分，通過實驗探究的方式認識焦耳定律，並與電能知識結合分析，認識焦耳定律及歐姆定律使用的局限性。要重點認識實驗的步驟及控制的物理量；焦耳定律適用情況是學生認識的難點，要重點講解。同時，2011年版初中課標從能量主題和科學探究角度指出：通過實驗，探究並了解焦耳定律，用焦耳定律說明生產、生活中的一些現象。

第二是學情分析，從學生的生理心理上，好奇是初中學生的心理特徵之一，有助於新課的教學，但仍處於對實驗的興趣要大於理論分析的狀況。因此我將採用演示實驗的教學方法，並結合學生類比設計實驗完成探究的學法來進行這節課的教學。在知識結構上學生對磁場和電流知識已有所了解。在學習方式比較喜歡小組討論，喜歡親自動手實驗。

根據以上分析，並結合物理學科核心素養目標，我確立了以下教學目標：

總之，本節課緊緊圍繞激，探，結，用四個環節層層遞進，以電流的熱效應在生活生產中的實例激發思考，以猜想、探究為主線，最後通過應用鞏固知識環節來逐步提高學生分析解決問題的能力，用課堂互動、有問有答的方式提高學生的語言表達能力。並且本著以教師為主導，以學生為主體的基本原則，把學習知識，培養興趣、能力，滲透學習方法有機的結合在一起，突出重點，突破難點，希望能夠很好地完成預期的教學目標。

同時今天我在教學過程中將使用到希沃白板中的添加蒙層、添加超連結、思維導圖、拍照上傳、視頻播放、同步攝像、隨機抽取等功能。下面是我的無生上課環節。

上課，同學們好，請坐。

在進入今天的學習主題之前，我先給大家播放一則新聞片段，請留心視頻裡哪個關鍵詞包含了我們已經學過的物理概念呢？看來大家都注意到了，是的——直流融冰。

請再看，在日常生活中，你們肯定還接觸過、使用過以下這些用電器：電飯煲，電熱毯，電烤箱，電取暖器，電熱水壺等等。

過渡：現在請同學們回想剛才新聞畫面中的直流融冰技術，以及各種用電器，它們在工作過程中有什麼共同的現象發生嗎？

是的，你總結的很好，請坐。它們在工作過程中都涉及到：電流，通過導體，產生熱量，可以使導線變熱，可以加熱食物，可以加熱水等等。老師在你的基礎上再補充一點，我們從能量轉化的角度，又可以說，它們在工作的時候消耗了電能，增加了內能。我們就把這種電流通過導體時，電能轉化為內能的現象，叫做電流的熱效應。利用電流的熱效應工作的電器，就叫電熱器。生活中還有很多這樣的用電器。請你們再舉出一些例子。

好的，既然電流的熱效應在生產生活中有如此廣泛的應用，並且我們知道，電流通過不同的導體，產生的熱量有多有少，那麼，電流產生熱量的多少與哪些因素有關呢？今天我們就一起走進第16章第4節，科學探究：電流的熱效應。所以，本節課科學探究的目的就是研究電流產生熱量的多少與哪些因素有關，有著怎樣的關係呢？請同學們先根據日常生活經驗，進行合理而大膽的猜想。

好，這位同學說，與通電時間有關。他說他的小檯燈通電後，燈管剛開始不是很熱，過了一段時間就會很熱。好，你來說。他說，我現在使用的電子屏幕通電時間長了也會變熱。

這位同學又說，與電流大小有關。因為家庭電路裡通過保險絲的電流過大，保險絲就會熔斷。他還說，不允許電源短路，就是因為短路時電流很大，產生熱量很多。真好，學以致用。

還與什麼因素有關呢？我給大家提示一下吧，請看一個小視頻。這裡大家要注意，導線和電爐絲是串聯的，所以電流大小一樣？它們又是同時工作的，所以產生熱量不同，是因為什麼呢？它們的電阻大小不一樣。

看來，電流產生熱量的多少與通電時間、電流大小、導體的電阻大小都有關係。

我們的猜想是否正確呢？還需要通過實驗來加以驗證，這裡，我們怎樣去設計實驗去驗證呢？需要用到什麼方法呢？哪一位同學來談一談你的想法？

是的，你講的很對，當我們研究一個量與多個量的關係時，需要控制變量。

那麼我們怎樣才能知道電流產生熱量的多少呢？哦，他說，可以用通有電流的導體加熱水，計算出水吸收熱量的多少便可以間接反映電流產生熱量的多少。那麼這種研究問題的方法就是轉換法。

好，接下來，我們就通過實驗分別來探究電流產生的熱量與電阻大小、電流大小、通電時間的關係。

現在，請各個實驗小組，根據探究1的目的，選擇所需要的器材，設計出你們討論後的實驗電路圖。好，我們一起來看一看第1組和第3組設計的實驗電路圖（上傳圖片）。注意，我們在研究電流產生的熱量與電阻大小的關係時，需要控制什麼量不變呢？改變什麼量呢？說的很對，控制電流大小和通電時間一樣，改變電阻的大小。兩個小組都考慮到了把不同阻值的電阻進行串聯控制電流大小一樣；但是第3組還用到了滑動變阻器。那麼，請第3組代表說一說，你們使用滑動變阻器的作用是什麼呢？

很好，他說一方面可以保護電路；另一方面可以比較方便地改變電流的大小。嗯，你考慮的非常全面，也很正確。所以，我們的電路圖最後就以第3組設計的為準。

講到這，還有一個問題，那就是電流產生熱量多少如何判斷出來？今天我們的探究實驗不去定量計算電流產生熱量的多少，只做一個定性的研究。請看，我給大家帶來了這樣一個裝置（展示圖片）。下面，我給大家隆重介紹一下吧，我們用通有電流的電阻加熱密閉容器內的空氣，在容器上連接一個U型管，然後在U型管內倒入液體，利用氣體受熱膨脹，推動液柱上升，觀察液柱的高度差就可以定性地來判斷產生熱量的多少。

明確了實驗探究1的目的，有了科學的研究方法，我們就可以開始進行實驗了。下面，我來演示，注意，我在連接電路時開關應處於什麼狀態呢？滑動變阻器要用「一上一下」的方式接入電路，閉合開關前滑動變阻器還應該處於阻值？最大處。接下來我將對實驗過程進行攝像，請同學們注意觀察兩邊液柱高度差的變化，並將觀察到現象記錄在表格中。

我們說，透過現象看本質，那麼第6組代表請談一談，通過剛才的實驗現象，你有什麼發現嗎？好，我們發現，在通電電流大小不變，通電時間相同的情況下，放了20歐電阻的容器液柱上升得高一些，表明電阻越大，電流產生的熱量越多。

接下來，我們繼續探究電流產生的熱量與電流大小的關係，這時，我們又要控制哪些量不變？改變哪個量呢？這個探究比較簡單，請同學們再欣賞一段演示視頻，並注意觀察實驗中的控制變量及出現的現象。我們又可以從這個實驗中得到什麼結論呢？很好，在通電時間相同，電阻大小相同的情況下，電流越大，導體產生的熱量越多。

其實在剛才的探究過程中，我們同時也觀察到了，隨著通電時間的延長，液柱上升得越來越高，說明時間越長，產生的熱量也越來越多。

每當我們學習新的物理規律，總會折射出無數科學家在背後堅持、努力、敢於面對失敗、勇於創造輝煌等優良的品質，我們的學習何嘗不是如此呢？歷史上，英國物理學家焦耳通過大量的實驗，於1840年最終發現了這一規律：也就是，電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。為了紀念焦耳的突出貢獻，這一規律又被稱為焦耳定律。我們的課外作業「物理故事看物理」又增添了一位新成員，與往常一樣，請同學們利用身邊資源，搜集焦耳的生平事跡，在班會課上為我們講一講關於他的故事。這位同學，請回答，根據內容表述，焦耳定律用公式如何表達呢？你來講，我來寫，是的Q=I2Rt。注意公式中各個字母符號表示的物理量和對應的單位。說明。知識來源於生活，也應該回歸於生活，幫助我們解決新的問題下面我們就來看幾個利用焦耳定律解決實際問題的例子。

好，大多數同學已經完成了這個兩個問題。我看到第五組同學還用了不同的方法，我們一起來學習一下。

現在我們就可以解釋新聞片段裡直流融冰技術的原理了：直流融冰主要是通過對輸電線路施加直流電壓並在輸電線路末端進行短路，使導線發熱對輸電線路進行融冰，從而避免線路因結冰質量過大而倒杆斷線。

還有電飯鍋是利用底部的發熱盤來給鍋加熱的。發熱盤內藏有電熱線，電流通過電熱線產生熱量。

通過今天的學習，你有哪些收穫呢？

課堂小結：

本節課我們首先在生活經驗基礎上認識了電流的熱效應，然後通過實驗探究驗證了電流產生的熱量與通電時間、電流大小、電阻的大小均有關係，接著踏著物理學家焦耳的足跡，掌握了焦耳定律的內容和公式，並會根據焦耳定律來解決一些實際問題。

同學們，課後請完成對應的練習，下課。