高中物理新课标版人教版选修3-1优秀教案：焦耳定律

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1、上中学学科网，下载精品资料！ ！5 5焦耳定律焦耳定律教学设计(一)整体设计整体设计整体设计整体设计教学分析 学生在初中已经接触过焦耳定律的内容， 为本节课的学习打下了一定的基础， 但高中阶 段将从电场力做功及能量转化和守恒等角度来研究焦耳定律， 这对学生的学了更高的 要求。本节课所涉及的能量观点，是研究电学问题和其他物理问题的重要方法。另外，这一 节的内容在实际中有广泛而重要的运用， 不但是学习后续知识的基础， 而且是学习电工的基 础。所以，本节课不但是物理知识的传授课，更是物理方法和思想的渗透课。在教学中应该 充分联系实际，以便巩固和加深对基本知识的理解，掌握实际问题中的原理。 教学目标

2、1理解电功的概念，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，能 进行有关的计算。 2理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。 3知道电功率和热功率的区别和联系。 4通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。 5通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步培养辩证唯物主义的观点。 教学重点难点 电功和电热的计算是本节课的教学重点，围绕这个教学重点，具体实施教学时，会出现 这样几个教学难点： 电流做功的表达式的推导， 纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程 中的区别。 教学方法与手段 1采用问题解决式，引导学生联系前面电场力的知识，推导电流做功的表达式。 2密切联系实际，通

3、过实例分析让学生明确各种电能与其他形式的能的转化情况。 3进行演示实验，让学生明确纯电阻电路与非纯电阻电路在能量转化时的区别。课前准备课前准备课前准备课前准备教学媒体 投影仪、多媒体课件、滑动变阻器、小电风扇、电压表、电流表、电源、电键、导线。 知识准备 电场力对运动电荷做功的求法、欧姆定律。教学过程教学过程教学过程教学过程导入新课 事件 1 教学任务：创设情境，导入新课。 师生活动： 问题导入： 问题 1：用电器通电后，可以将电能转化为其他形式的能量，请同学们列举生活中常用 的用电器，说明其能量的转化情况。 参考示例：电灯把电能转化为内能和光能；电炉把电能转化为内能；电动机把电能转化上中学学

4、科网，下载精品资料！ ！为机械能；电解槽把电能转化为化学能。用电器把电能转化为其他形式能的过程，就是电流 做功的过程。即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中，遵循能 量守恒，即有多少电能减少，就有多少其他形式的能增加。 问题 2：电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢？ 本节课我们学习关于电功和电功率的知识。推进新课 事件 2 教学任务：推导电流做功的表达式 师生活动： 思考并讨论：(多媒体打出画面)一段导体长为 L，横截面积为 S，电阻为 R，在导体两 端加上电压 U，通过导体的电流为 I。图 2.51推导电流做功的表达式 (1)结合此模型说出电流做功实质上是怎

5、样的？ 参考答案：参考答案：参考答案：参考答案：电流做功的实质是电路中电场力对定向移动的电荷做功。 (2)利用学过的知识，推导一下经过时间 t，电流做的功。 可能出现的结果：学生无从下手。可通过问题引导学生思考并推导出公式来。 请同学们思考下列问题： (1)电场力做功的定义式是什么？ (2)电流的定义式是什么？ 参考答案：参考答案：参考答案：参考答案：(1)在第一章里我们学过电场力对电荷的功，若电荷 q 在电场力作用下从 A 搬至 B，AB 两点间电势差为 UAB，则电场力做功 WqUAB。 (2)电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流 I，在时间 t 内，通过 这段电路上任一

6、横截面的电荷量 qIt。这相当于在时间 t 内将这些电荷 q 由这段电路的一 端移到另一端。 对于一段导体而言，两端电势差为 U，把电荷 q 从一端搬至另一端，电场力的功 W qU，在导体中形成电流，且 qIt(在时间间隔 t 内搬运的电荷量为 q，则通过导体截面电荷 量为 q，Iq/t)，所以 WqUIUt。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。 结论：电功 (1)定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的 功。 (2)表达式：WIUt。 物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压 U、电路中电流 I 和通电时 间 t 成正比。 适用条件：I、U 不随时

7、间变化恒定电流。 单位：焦耳(J)1 J1 VAs。 【注意】功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能减少而转化为其他形式 的能，即电功等于电路中电能的减少，这是电路中能量转化与守恒的关键。 事件 3 教学任务：推导电功率的表达式。 师生活动：上中学学科网，下载精品资料！ ！问题引导：在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。(例如，在相同 时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。) 电流做功不仅有多少，而且还有快慢，如何描述电流做功的快慢呢？ 参考答案：参考答案：参考答案：参考答案：可以用单位时间内电流所做的功，即电功率表示做功的快慢。

8、 结论：电功率。 (1)定义：单位时间内电流所做的功。(2)表达式：PWtIU(对任何电路都适用)。(3)单位：瓦特(W)，1 W1 J/s。 【说明】电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定 多；电流做功慢，但做功不一定少。 (4)额定功率和实际功率 额定功率： 用电器正常工作时所需电压叫额定电压， 在这个电压下消耗的功率称额定功 率。 实际功率：用电器在实际电压下的功率。实际功率 P实IU，U、I 分别为用电器两端实 际电压和通过用电器的实际电流。 【说明】最后应强调：推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，电功和电功率 的表达式对任何电压、 电流不随时间变

9、化的电路都适用。 再者， 这里 WIUt 是电场力做功， 是消耗的总电能，也是电能所转化的其他形式能量的总和。 事件 4 教学任务：焦耳定律 师生活动： 思考并讨论： 电流在通过导体时， 导体要发热， 电能转化为内能。 这就是电流的热效应， 那么，电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢？ 结论：英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。 (1)焦耳定律：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方、导体电阻和通电时间成正比。 表达式：QI2Rt。 (2)热功率：单位时间内的发热量，即 PQ/tI2R。 思考并讨论：电路中电流对导体做的功是否等于导体内产生的热量呢？ 可能出现的结果：学生一般认

10、为，WIUt，又由欧姆定律，UIR，所以得出 WI2Rt， 电流做这么多功，所以，放出热量 QWI2Rt。 这里有一个错误：QW，可通过问题引导学生思考并找出来： 何以见得电流做功全部转化为内能增量？有无可能同时转化为其他形式能？ 什么电路中 QW？什么电路中 WQ？(WQ)？为什么？举实例欧姆定律 IUR及变形公式适用条件是什么？为什么？参考答案：参考答案：参考答案：参考答案： (1)电流有可能转化为其他形式的能。如：电吹风、电解槽、电池。 (2)对纯电阻电路(只含白炽灯、电炉等电热器的电路)中电流做功完全用于产生热，电能 转化为内能，故电功 WQ，这时 WQUItI2Rt；关于非纯电阻电路

11、中的能量转化， 电 能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，这时 WQ，即 WQE其他或 PP热 P其他、UII2RP其他。(3)欧姆定律 IUR及变形公式适用条件是纯电阻电路。上中学学科网，下载精品资料！ ！【实验】如何用玩具小风扇验证电功率和热功率不相等？参考答案：参考答案：参考答案：参考答案：(用投影仪投影出电路图，引导学生按图接好电路，并提醒学生注意电表的 正负极，以及滑动变阻器滑动片的初始位置。) 先用夹子夹住电动机 M 转轴使其不能转动，闭合电键，移动变阻器滑片，记下伏特表 读数 U10.3 V，电流表的读数 I10.3A，松开夹子，使电动机转轴转动，移动变阻器滑片， 使伏特

12、表读数 U22.0 V，电流表的读数 I20.8 A，分别记入下表，请同学们计算两种情况 下电功率 P1和热功率 P2。工作状态U/VI/AP1/WP2/W不转动0.30.30.090.09转动2.00.81.60.64由上述数据得出： 在第一种情况下电功率的值等于热功率的值。 这证明在纯电阻电路中， 电能只转化为内 能，这个转化过程是通过电流做功来实现的，所以电功率等于热功率。 第二种情况下电功率大于热功率，这证明在非纯电阻电路中，即电路中有电动机(或电 解槽)时，电能不仅要转化为内能，而且还有一部分要转化为机械能(或化学能)，所以，电能 要大于内能， 即电功率大于热功率， 但是， 电能总等

13、于电动机(或电解槽)的机械能(或化学能) 和电阻增加的内能之和。 【强调总结】 (1)对纯电阻电路(只含白炽灯、电炉等电热器的电路)中电流做功完全用于产生热，电能 转化为内能，故电功 W 等于电热 Q；这时 WQUItI2Rt。 (2)PIU 和 PI2R 都是电流的功率的表达式，但物理意义不同。PIU 对所有的电路 都适用，而 PI2R 只适用于纯电阻电路，对非纯电阻电路(含有电动机、电解槽的电路)不适 用。 关于非纯电阻电路中的能量转化， 电能除了转化为内能外， 还转化为机械能、 化学能等。 这时 WQ。即 WQE其他或 PP热P其他、UII2RP其他。 例题讲解 例 1 一直流电动机线圈

14、内阻一定， 用手握住转轴使其不能转动， 在线圈两端加电压为 0.3 V，电流为 0.3A。松开转轴，在线圈两端加电压为 2 V 时，电流为 0.8 A，电动机正常工作。 求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少？电动机的机械功率是多少？ 参考答案：参考答案：参考答案：参考答案：电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路， 由 欧姆定律得电动机线圈内阻：rU/I0.3/0.3 1 。 电动机转动时， 消耗的电能转化为内能和机械能， 其输入的电功率为 P入I1U10.82 W1.6 W，电动机的机械功率 P机P入I21r1.6 W0.821 W0.96 W。 说明：在非纯电阻电

15、路里，要注意区别电功和电热，注意应用能量守恒定律。电热 Q I2Rt。电动机消耗的电能也就是电流的功 WIUt。由能量守恒得 WQE，E 为其 他形式的能，这里是机械能。对电动机来说，输入的功率 P入IU；发热的功率 P热I2R； 输出的功率，即机械功率 P机P入P热UII2R。 课堂训练 1规格为“220 V 1 000 W”的电炉，求：(1)电炉正常工作时，通过电阻丝的电流；(2)上中学学科网，下载精品资料！ ！电炉的电阻。 2加在某台电动机上的电压是 U，电动机消耗的电功率为 P，电动机线圈的电阻为 r， 则电动机线圈上消耗的热功率为() APBU2/rCP2r/U2DPP2r/U2 答

16、案：答案：答案：答案：1.(1)4.5A(2)48.4 2.C 事件 5 教学任务：电功率和热功率的综合运用与理解。 师生活动： 【探究实验】 案例：给你玩具电风扇 1 台、干电池 2 节、电压表和电流表各 1 只、导线若干。 请你设法测出电风扇的直流电阻，以及电风扇工作时总功率(电功率)和输出的机械功 率。 参考做法： 1先卡住电风扇，将其接入电路，将电流表与其串联，电压表与其并联，测出相应的 电流值 I 和电压值 U，则 RU/I。(电风扇不转时所加电压要尽量小，为什么？) 2让电风扇正常运转，将电流表与其串联，电压表与其并联，测出相应的电流值 I 和 电压值 U，则 P总UI，P出UII2R。 学生分组讨论上述实验结果，总结电功率与热功率的区别和联系。再次强调以下结论： (1)电功率与热功率的区别：电功率是指输