定义 探究电流通过导体产生热量与电流、电阻、通电时间的定量关系,并得出焦耳定律。
从哪来 建立在 1.2 电功的公式(L2核心计算)之上,理解电能转化为内能的过程。
为什么 电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。在纯电阻电路中,电流做的功全部转化为内能(热量)。根据电功公式 $W=UIt$ 和欧姆定律 $U=IR$,可推导出 $Q=W=I^2Rt$。这说明热量与电流的平方成正比,与电阻成正比,与时间成正比。
讲法
适合:逻辑推理能力强、喜欢数学推导的学生
从能量守恒角度切入。先复习电功 $W=UIt$,指出在纯电阻电路中电能全部转化为热能,即 $Q=W$。然后利用欧姆定律 $U=IR$ 进行代换,推导出 $Q=I^2Rt$。强调 $I^2$ 意味着电流对热量的影响是“平方级”的,比电阻和时间的线性影响更显著。
适合:形象思维强、喜欢动手实验的学生**
采用“控制变量法”实验演示。
1. **探究与电阻关系
串联两个不同阻值的电阻丝(如5Ω和10Ω),通电相同时间,观察U型管液面高度差。结论:电流、时间相同时,电阻越大,产热越多。
2.
探究与电流关系:并联一个滑动变阻器改变电流,或对比不同电流下的产热。结论:电阻、时间相同时,电流越大,产热越多(且是平方关系)。
3.
探究与时间关系:延长通电时间,观察液面高度差继续上升。结论:电流、电阻相同时,时间越长,产热越多。
讲法
适合:生活经验丰富、喜欢联系实际的学生
从生活现象入手。
1.
为什么电炉丝热得发红,而导线却不热? 因为电炉丝电阻大,导线电阻小,串联时电流相同,根据 $Q=I^2Rt$,电阻大的产热多。
2.
为什么大功率电器(如空调)要用粗导线? 因为电流大,若导线电阻大,根据 $Q=I^2Rt$,导线会因产热过多而熔化,引发火灾。
3.
为什么电熨斗、电热水器要加温控器? 因为通电时间越长,产热越多,需要自动断电防止过热。