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[!--downpath--]高中化学讲座：“焦耳定理”
高中化学讲座：《焦耳定理》1
一、教材分析
焦耳定理是一个重要的数学定理。 它是电能和热能转换中能量守恒原理的体现。 本节是热科学中的重要概念之一。
二、教学目标
（一）知识与技能
1、理解电功的概念焦耳定律热量计算公式，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，并能进行相关估算。
2.了解电功率的概念和公式，并能进行相关估算。
3.了解电力和火力的区别和联系。
（二）工艺与技巧
通过推导电功率的估算公式和焦耳定理，培养中学生的分析推理能力。
(3) 情绪、态度和价值观
通过电能和其他形式能量的转换和守恒，进一步渗透辩证唯心主义教育。
三、教学工作总结及学习重点难点
【教学重点】电功、电功率的概念和公式； 焦耳定理、电热功率的概念和公式。
[教学难点] 电能与热能的区别与联系。
四、学业情况分析
中学生学好这些知识是非常有必要的。
A. 重点：了解电功、电功率和焦耳定理。
B、难点：帮助中学生理解电压做功和电压通过导体发热的区别和联系是本节的教学难点，防止中学生乱用公式。
C.重点：本节教学的重点是做好与浊体放热及成因相关的实验。在推导焦耳定理后，介绍焦耳定理的公式及其在中的应用。生活和生产
五、教学方法
等效法、类比法、比较法、实验法
6.课前计划
灯泡（36V，18W）、电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键、电线、投影仪、投影片、小玩具马达
七、课程表
八、教学过程
（一）初试及总结题
（二）情况介绍及展示目标
班主任：家用电器通电后，可以将电能转化为其他形式的能量。 请朋友列出日常生活中常用的家用电器，并解释一下它们的能量转换。
中学生：
(1)电灯将电能转化为内能和光能；
(2)电炉将电能转化为内能；
(3)电动机将电能转化为机械能；
(4)电解槽将电能转化为物理能。
班主任：家用电器将电能转化为其他形式能量的过程，就是电压做功的过程。 电压做功的大小和电压做功的快慢与什么感应有关？ 在本课中，我们学习电功和电功率。
（三）合作探索，按需密集授课
1.电功与电力
班主任：请思考以下问题
(1) 电场力做功的定义是什么？
(2) 电压的定义是什么？
中学生：
(1)电场力做功的定义公式W=qU
(2)电压定义公式I=qt
班主任：投影课本图2.5-1（如图）
如图，一段电路两端的电流为U，由于这段电路两端存在电位差，电路中存在电场，电路中游离电荷在电场力的作用下定向连接，产生电压I，在时间t内通过该电路任一横截面的电荷量q为多少？
中学生：在时间t内，通过该电路任意横截面的电荷量q=It。
班主任：这相当于在时间t内把这个电荷q从这个电路的一端移到另一端。 在这个过程中电场力做了多少功？
中学生：在这个过程中，电场力所做的功W=qU=IUt
班主任：这个电路中电场力做的功也叫电压做的功，简称电功。 电力：
(1)定义：电场力在电路中所做的功就是电压所做的功，简称电功。
(2) 定义公式：W=UIT
班主任：如何用语言描述电功率的定义？
中学生：电压在一段电路上所做的功等于电路两端的电流U与电路中的电压I与通电时间t的乘积。
班主任：请告诉我电功率的单位是什么？
中学生：
(1)在国际单位制中，电功率的单位是焦耳，简称焦耳，符号为J。
(2)电功率的常用单位有：千瓦时，又称“度”，符号为kWh。
班主任：1kWh的化学意义是什么？ 1kWh等于多少焦耳？
中学生：1kWh是指功率为1kW的家用电器正常工作1小时所消耗的电能。
1kWh=1000W×3600s=3.6×106J
说明：使用电功率的定义公式进行估算时，需要注意电流U的单位为V，电压I的单位为A，通电时间t的单位为s，计算出的电能的单位功率W是J。
班主任：同时，电压通过不同的家用电器所做的功通常是不同的。 例如，同时，
电压通过电机车电机所做的功明显小于电动吊扇电机所做的功。 除了电压所做的功外，还有速度。 为了描述电压做功的速度，引入了电功率的概念。
(1)定义：单位时间内电压所做的功称为电功率。 用P代表电功率。
(2)定义公式：P=W=IUt
(3)单位：瓦特(W)、千瓦(kW)
【解说】电压工作的“快慢”与电压工作的“多少”不同。 电压确实工作快，但工作量不一定大； 电压确实工作慢，但不一定工作少。
班主任：在热科学中，我们讲到功率，有平均功率和瞬时功率之分。 电功率有平均功率和瞬时功率吗？
中学生分组讨论。
师生共同总结：
(1) 通过P=W估算的功率为t时刻的平均功率。 吨
(2) 借助P=IU估算时，若U为某一时刻的电流，I为该时刻的电压，则P=IU为该时刻的瞬时功率。
班主任：课本上怎么没提这个？
中学生讨论，班主任启发引导：
在本章中，我们研究恒压。 如果家电的结构是不变的，通过的电压是一个恒定的电压，那么家电两端的电流一定是一个恒定值，所以U和I的乘积P不随时间变化，即也就是说，瞬时功率总是等于平均功率，所以没必要除以平均功率和瞬时功率。
【说明】用公式P=电功率IU进行估算时，电流U的单位为V，电压I的单位为A，电功率P的单位为W。
2. 焦耳定理
班主任：电压做功的时候，是消耗电能的。 电能如何转换可能与电路中的热器件有关。 在纯内阻器件中，电能完全转化为内能，因此导体发热。
假设电路中只有一个纯内阻器件，其阻值为R，通过电压为I，试估算时间t内电压通过该内阻所产生的热量Q。
中学生：求形成的热Q。
解：根据欧姆定律，内阻器件两端电流U=IR
电场力在时间t内对内阻器件所做的功为W=IUt=I2Rt
由于电路中只有纯内阻器件，所以电压所做的功W等于电热Q。
产生的热量是
Q=I2Rt
班主任强调：这个关系最早是由化学家焦耳的实验得出的。 叫做焦耳定理，小伙伴们小学就已经学过了。
中学生活动：总结热功率的定义、公式和单位。
火电：
(1)定义：单位时间内加热的功率称为热功率。
(2)定义公式：P热=Q2=IRt
(3) 单位：瓦特（W）
【示范实验】研究电能与火能的区别与联系。
(投影)实验电路图及实验内容：
取一个小玩具电机，其电阻R=1.0Ω，接在如图所示的电路中。
(1)先按下电机轴，关闭电键，电机不转。 调整滑动变阻器的阻值，使电流表的读数为0.50V，记下电压表的读数，计算出小电机消耗的电功率和热功率，并进行比较。
(2)再握住夹子，使小电机转动，调整滑动变阻器的阻值，使电流表的读数为2.0V(此电流为小电机的额定电流)，记下电压表焦耳定律热量计算公式，并计算出小电机所消耗的电能和热能，并进行比较。
[实验结果]
(1) 电机不转时，U=0.50V，I=0.50A，
P电=UI=0.50×0.50，W=0.25W
P热=I2R=0.502×1.0，W=0.25W
P电=P热
(2) 电机旋转时，U=2.0V，I=0.40A，
P电=UI=2.0×0.40，W=0.80W
P热=I2R=0.402×1.0W=0.16W
P 电 > P 热
中学生：分组讨论以上实验结果，总结电能和热能的区别和联系。
师生联动活动： 概要：
(1)电力与火力的区别
电功率是指输入某一电路的总功率或消耗在该电路上的总电功率，它由电路两端的电流U与通过该电路的电压I的乘积决定。
热功率是在某一电路中发热所消耗的功率，它由通过该电路的电压的平方I2与内阻R的乘积决定。
(2) 电力与火力的关系
如果电路中只有内阻器件，则电功率和热功率大小相等。即P热=P电
班主任强调：在上面的实验中，当电机不转动时，小电机相当于纯内阻。 如果电路中有电动机或电解槽，则电路消耗的电能大部分转化为机械能或物理能。
高中化学讲座：《焦耳定理》2
一、教学目标：
1、知识技能目标：了解电压的热效应，了解焦耳定理的内容、公式和应用，了解电加热器的原理和结构。
2. 过程与方法 目标：要求中学生从感知事物→提出问题→自己设计→动手动脑探索科学规律，感受科学研究之道，学习科学探究和知识传递的方法，培养中学生的科学研究能力。
3、情感心态与价值目标：激发和培养中学生科学探究和创新思维与精神，培养中学生辩证唯心主义精神，渗透实事求是、科学奉献教育，激励中学生努力学习。
二、教学重点难点
如何引导中学生进行科学探究； 如何让中学生在科学探究中掌握科学研究的方法，培养科学研究的能力。
3. 教与学
将中学生分组，在班主任的指导下分组进行科学研究，加强组内同事之间的合作、讨论和交流，加强师生间的相互反馈，将提问和小组交流贯穿于教学过程中，并不断提出新问题，不断解决新问题。 开学初，中学生4人一组，男女生分组后，可自由组合讨论交流。 随着学习的深入，可以适当调整小组成员。 每个小组至少有一个会玩的好朋友作为小老师，带领一群小伙伴进行自主学习。
4. 教具与学具
中学生：铁架、学生电源、大试管和温度计三个、电线若干、量筒、煤油、电阻丝（5欧姆、10欧姆、10欧姆各一根，班主任剪焊线课前电炉丝）。 每组一组。
班主任使用：与中学生基本相同，温度计改为数字，增加各种电暖器（电炉、电饭锅、白炽灯、电风扇等）、多媒体讲义和教学平台.
5.探索性实验：
研究浑浊体形成的热量与电压、电阻、时间的关系。
六、教学活动记录（部分）：
(1) 导出新课程
师：（班主任出示烤箱、白炽灯、电风扇）这些家电有什么作用？
中学生：做饭、照明、电吹风。
师：这些家电其实都有不同的功能。 他们有什么共同点吗？
（中学生小组讨论，请三个小伙伴上来，每人拿一个家电，同时用电做实验1分钟，让他们摸摸家电的电机部分和风扇）
（班主任提问时，班主任会留出一定的时间让中学生同桌或三人小组讨论）
中学生：干活就热。
师：对！ 当电压通过任何器具或导体时，器具和导体都会产生热量。 这些现象称为电压热效应。 （班主任
板书：电压的热效应）
师：能量在这些现象中是如何转化的？
中学生：电能转化为内能。 （手老师板书：电能转化为内能）
师：它们形成的热量有什么不同？
中学生：（中学生讨论后）它们产生多少热量？
（“产生多少热量？”这个问题自然会在中学生的脑海中形成。）
【点评】根据中学生日常生活，创设问题情境，提出问题，提高对问题的预期，可以有效激发中学生的学习动机。
(2) 焦耳定理的科学探索：
师：由于电压产生的热量随着家用电器的使用而不同，朋友们会想到什么问题呢？
（中学生议论纷纷，举手发言，班主任指导）
中学生：电压通过导体形成的热量与哪些原因有关？ （中学生自己提问）
师：你认为有哪些诱因相关？ （引导中学生猜）
（中学生议论纷纷，举手发言，班主任指导）
中学生：可能与电流、电流、阻力、时间或其他诱因有关。 （中学生猜测）
师：小伙伴们讨论的很热烈啊！ 猜对了吗？ （引导中学生进行实验研究）
中学生：我们用实验来验证！ （通过平时的教学，让中学生明白实践是检验真理的标准，任何问题都必须用实验事实来衡量）
【点评】各种研究问题和教学活动都是中学生自己提出的，不是班主任强加的，充分体现了中学生的主体作用，中学生充满了兴趣和动力解决他们发现的问题。
你好老师！ 接下来请分组设计实验方案（中学生设计的实验）
（中学生小组讨论，讨论时间可以长一些）
【点评】教师一开始不要有任何暗示，以免禁锢中学生的思维，让中学生放开思维去思考，培养中学生的开放性思维能力。
师：哪组来汇报你们设计的实验方案？
（中学生话多，但真正能设计出完整方案的不多，这时候就需要班主任的指导）
师：我们说说做这个实验首先要解决哪些问题？ （班主任指导中学生如何设计实验） 生：如何通过实验显示卡路里的多少？
中学生：如何用实验验证热量与电压、电阻、时间的关系。
中学生：用什么样的电路做实验。
中学生：
师：你觉得在后面的学习中有什么方法可以显示卡路里含量吗？
中学生：（中学生讨论发言）有热胀冷缩比较量热法、测温比较量热法等。
师：请说说你的方法。
中学生：我们用热胀冷缩的方法：找两个一模一样的烧杯？ ？
师：很好！ 既然比较条件一定是一样的，就应该用同一个烧杯吧？ ？ 其他群体还有哪些其他方式？
【点评】渗透科学的比较法：相同条件。
中学生：上述烧杯中的空气可以膨胀并用液体（水或煤油）代替
师：也很好！ 测量温度和比较量热法怎么样？
中学生：可以直接用温度计检测下降的温度。 同等质量的煤油，温度越高，放出的热量就越多？ ？ 师：××同学说的很好！ 只是上面说的前几种方法是定性的讨论方法，只能说明关系有多大。 最后一种方法是从定量的角度考虑的。 我们就采用他明天说的实验方法好吗？
【点评】渗透民主教学理念。
师：现在我们来看看如何用实验来验证热量与电压、电阻、时间的关系。 想一想：在上面的研究中，经常了解到某个数学量是由几个数学量决定的。 在讨论它与其中一个量的关系时，其他量应保持不变或不变。 有哪些途径？
中学生：这是控制变量法。
【点评】再浸科学的比较法和控制变量法：条件相同。
师：那我们可以把上面的问题分解成三个问题来研究吗？ 这三个问题是什么？
中学生：热与电压、热与内阻、热与时间。
师：如何用实验研究热与内阻的关系？
中学生：接两个相同电压的不同内阻（可以串联），比较两个内阻同时产生的热量。
师：如何用实验研究热量与电压的关系？
中学生； 将两个相同的不同电压的内阻连接起来（可以并联），比较两个内阻同时产生的热量。
师：如何用实验研究热量与时间的关系？
中学生：选择任意内阻，不断通电，观察温度是否随通电时间的延长而不断下降。
师：根据你的意见，我们做三个实验，时间太长了。 为了节省实验时间，可否将以上三个实验合并为一个实验？ 看看最先设计实验电路的小组。
（中学生分组讨论，画出初步的实验电路图，不是每组都对设计思路）
中学生：
（利用多媒体教学平台展示探究过程中的问题流程图，如下图，班主任根据图为小伙伴们总结设计实验的过程，统一理解和建立实验电路）
【点评】通过以上引导和展示图解，教会中学生学会分解和合并问题，逐步学会解决问题的方法，提高解决问题的能力。 此外，它还提倡开放的思维和多元的解决方案。
师：朋友们，请按照我们上面设计的实验方案开始实验吧。
说明：中学生分组进行实验，记录相关实验数据，班主任随时指导实验。 （进行实验）
实验记录： 煤油初始温度：T0=____。
煤油的终止温度：T1=____，T2=____，T3=____（三个终止温度同时为体温）。
（班主任巡视各组，有选择地用投影仪展示某组实验数据，请本组小伙伴将数据转换成下表）
师：其他组的实验数据好像和这个不一样，但是都和这个数据差不多，可以看出规律。 说说那位朋友，你从这个数据中看到了什么？ （数据分析归纳总结）
中学生：（中学生可能说不准，但肯定能说出大概的意思）。
师：XX同学发现了一个规律，我们不妨把这个规律称为XX的规律。 你为他鼓掌。 这个定理虽然是很多年前的事了，但是化学家焦耳是根据你刚才的研究方法经过多年的实验研究得出的，所以这个定理也叫焦耳定理。
（班主任利用教学平台投影焦耳定理的内容、公式、单位等）
说明：只有在学校实际实验条件下，本实验才能得到更准确的数值关系。
【点评】开展成功与激励教育，指出我们的研究方法与化学家在科学研究中的方法相同，下意识地使中学生认同科学探究的技能。
师：有的同学可能会问：这个定律我们一堂课就可以学完，但是焦耳要学好几年。 他有什么问题吗？ 这里有几个问题：
第一：当时的实验条件不够好；
第二：缺乏必要的导师，因为在他之前没有人研究和理解这个问题；
第三：缺乏与其他科学家的合作与交流。 基本上一个人关门在家学习，要走很多弯路。 而我们有老师指导和小组交流合作，集体智慧无穷；
第四：实验准确很重要，实验数据不能有偏差。 如果偏差太大，必须重新做一遍，否则不叫规则。 焦耳在狭窄的实验条件下重复实验数千次，直到实验非常准确才得出焦耳定理。
师：请问你们组的实验有没有偏差？
中学生：偏差较大。
【点评】通过光度计耳的故事介绍，对中学生进行科学精神和实事求是的精神教育，培养中学生的科学奉献精神，激励中学生努力学习。 同时也告诉了中学生科研合作与交流的重要性，为下面的评测做铺垫。
师：你能找出偏差的原因和改进的方法吗？ （实验探究的评估）
中学生：（中学生讨论后发言）有热损失，试管外面有保温材料。
中学生：有可能是内阻丝的内阻不准，可以更换阻值准确的内阻丝。
中学生：温度计读数不同时，尽量同时读。
中学生：三个试管中的煤油质量有偏差，用天平准确检测。
中学生：温度计本身是不标准的，要提前选好三个标准的温度计。
中学生：
师：朋友们分析的很好！ 由此也可以告诉我们，今后在进行科学实验研究时，除了要做好偏差分析外，在实验设计和实验操作上，也要时刻考虑如何减少实验偏差，使我们可以更好地推导出规则。
【点评】评价过程也是中学生思维训练的过程，也让中学生认识到评价的重要性。
（三）自学培训
中学生自读课本中的例题，培养中学生的自主学习能力。
【点评】这道例题不难，解题过程课本上讲的很清楚，中学生自己就能看懂。 中学生能自学的，应该让中学生自己去获得。 无需加入中学与班主任之间的纽带，逐步培养中学生自主学习的能力。
（四）沟通与思考
用投影仪投影下面的问题，请朋友互相交流。
1、焦耳定理中有这么一句话：“电流通过导体所形成的热量？？与导体的电阻成反比？？” 小李想：如果电炉要在一定时间内放出更多的热量，就应该降低内阻 导线的内阻。 他是对的吗？ 为什么？
2、电吊扇通电后会发热。 这样的热度是人们想要的吗？ 电吊扇如何转换能量？ 你能想办法减少电吊扇的能量损失吗？
【点评】第一题考查中学生对光度学定理和科学比较方法的理解。 第二题回答开头，让中学生思考电热和电力的区别。
(5) 总结与作业
用投影仪投影教学流程图，根据图总结上述科学探究的步骤和技巧。
【点评】每一堂课都是如此，小伙伴们也逐渐掌握了科学探究的步骤和技巧，潜移默化地学会了科学探究。
作业布置：将以上思考题作为作业，在作业本上完成，老师看完后保存在自己的学习档案袋中。
【点评】学生的作业总不能一遍又一遍的数。 经常给中学生一些书面的、开放的作业，可以促进中学生更全面的发展。 同时，用所学的科学知识联系社会和生活，用科学知识解释现象，找到所学知识在日常生活中的应用，培养中学生的创新意识。
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