《高中物理《焦耳定律》教案 教科版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理《焦耳定律》教案 教科版选修3-1（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、用心 爱心 专心课 题 2.3 焦耳定律 课 型 新授课 教 学 目 标 （一）知识与技能 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。 （二）过程与方法 通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养学生的分析、推理能力。 （三） 情感、态度与价值观 通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步渗透辩证唯物主义观点的 教育。 教学重点、难点 重点 电功、电功率的概念、公式；焦耳定律、电热功率的概念、公式。 难点 电功率和热功率的区别和联系。 教 学 方 法 等效法、
2、类比法、比较法、实验法 教 学 手 段 灯泡（36 V，18 W） 、电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键、导线 若干、投影仪、投影片、玩具小电机 教学活动 （一）引入新课 教师：用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举 生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。学生：（1）电灯把电能 转化成内能和光能；（2）电炉把电能转化成内能；（3）电动机把电能转 化成机械能；（4）电解槽把电能转化成化学能。教师：用电器把电能转化 成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。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。 （二）进行新课 1、电功
3、和电功率 教师：请同学们思考下列问题（1）电场力的功的定义式是什么? （2）电 流的定义式是什么? 学生：（1）电场力的功的定义式 W=qU （2）电流的 定义式 I= 教师：投影教材图 2.5-1（如图所示）如图所示，一段电路两端 的电压为 U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，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 这段电路上任一横截面的电荷量 q 是多少? 学生：在时间 t 内，通过这段 电路上任一横截面的电荷量 q=It。教师：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。在这个过程中，电场力做了多少功？学 生：
4、在这一过程中，电场力做的功 W=qU=IUt 教师：在这段电路中电场力 所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称电功。电功：（1）定义： 在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功. （2）定义 式：W=UIT 教师：电功的定义式用语言如何表述？学生：电流在一段电路 上所做的功等于这段电路两端的电压 U，电路中的电流 I 和通电时间 t 三者 的乘积。教师：请同学们说出电功的单位有哪些？学生：（1）在国际单位 制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是 J. （2）电功的常用单位有： 千瓦时，俗称“度”，符号是 kWh. 教师：1 kWh 的物理意义是什么？1 kWh 等于多少焦？
5、学生：1 kWh 表示功率为 1 kW 的用电器正常工作 1 h 所消耗的电能。 1 kWh=1000 W3600 s=3.6106 J 说明：使用电功的定义 式计算时，要注意电压 U 的单位用 V，电流 I 的单位用 A，通电时间 t 的单 位用 s，求出的电功 W 的单位就是 J。教师：在相同的时间里，电流通过不学 生 活 动 用心 爱心 专心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，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念。 （1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。用 P
6、 表示电功率。 （2） 定义式：P= =IU （3）单位：瓦（W） 、千瓦（kW） 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。教师：在力学中我们讲功率时有平均功率和瞬时功率之 分，电功率有无平均功率和瞬时功率之分呢？学生分组讨论。师生共同总 结：（1）利用 P= 计算出的功率是时间 t 内的平均功率。 （2）利用 P=IU 计 算时，若 U 是某一时刻的电压，I 是这一时刻的电流，则 P=IU 就是该时刻 的瞬时功率。教师：为什么课本没提这一点呢？学生讨论，教师启发、引 导：这一章我们研究的是恒定电流，用电器的构造一定，通过的电
7、流为恒 定电流，则用电器两端的电压必是定值，所以 U 和 I 的乘积 P 不随时间变 化，也就是说瞬时功率与平均功率总是相等的，故没有必要分什么平均功 率和瞬时功率了。 说明利用电功率的公式 P=IU 计算时，电压 U 的单位 用 V，电流 I 的单位用 A，电功率 P 的单位就是 W。 2、焦耳定律 教师：电流做功，消耗的是电能。电能转化为什么形式的能与电路中的电 学元件有关。在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热。设在 一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为 R，通过的电流为 I，试计算在时间 t 内电流通过此电阻产生的热量 Q。学生：求解产生的热量 Q。解：据欧姆 定律加在电阻元件两
8、端的电压 U=IR 在时间 t 内电场力对电阻元件所做的功 为 W=IUt=I2Rt 由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功 W 等于电热 Q。产生的热量为 Q=I2Rt 教师指出：这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定 律，同学们在初中已经学过了。学生活动：总结热功率的定义、定义式及 单位。热功率：（1）定义：单位时间内发热的功率叫做热功率。 （2）定义 式：P 热= =I2R （3）单位：瓦（W） 演示实验研究电功率与热功率的 区别和联系。 （投影）实验电路图和实验内容： 取一个玩具小电机，其内 阻 R=1.0 ，把它接在如图所示的电路中。 （1）先夹住电动机轴，闭合电键， 电
9、机不转。调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为 0.50 V，记下电流 表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。 （2）再松开 夹子，使小电机转动，调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为 2.0 V（此电压为小电机的额定电压） ，记下电流表的示数，算出小电机消耗的 电功率和热功率，并加以比较。 实验结果 （1）电机不转时，U=0.50 V，I=0.50 A， P 电=UI=0.500.50 W=0.25 W P 热=I2R=0.5021.0 W=0.25 W P 电=P 热 （2）电机转动时，U=2.0 V，I=0.40 A， P 电=UI=2.00.40 W=0.80 W P
10、热=I2R=0.4021.0 W=0.16 W P 电P 热 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。师生共同活动：总结：（1）电功率与热功率的区别电功率是指输入 某段电路的全部功率或在这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路 两端电压 U 和通过的电流 I 的乘积。热功率是在某段电路上因发热而消耗用心 爱心 专心的功率，决定于通过这段电路的电流的平方 I2 和电阻 R 的乘积。 （2）电功 率与热功率的联系若在电路中只有电阻元件时，电功率与热功率数值相等。 即 P 热=P 电 教师指出：上述实验中，电机不转时，小电机就相当于纯电 阻。若电路中有电动机或电解槽时，电路消
11、耗的电功率绝大部分转化为机 械能或化学能，只有一少部分转化为内能，这时电功率大于热功率，即 P 电P 热。教师指出：上述实验中，电机转动时，电机消耗的电功率，其 中有一部分转化为机械能，有一部分转化为内能，故 P 电P 热。 （投影） 教材 56 页 教师引导学生完成对例题的分析、求解。 （三）课堂总结、点评 教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他 同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认 真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结 和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。 点评：总结课堂内容，培养 学生概括总结能力。教师
12、要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的 顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。 （四）实例探究 求两点间的电势差 【例 1】不考虑温度对电阻的影响，对一个“220V，40W”的灯泡，下列说法 正确的是 A.接在 110 V 的电路上时的功率为 20 W B.接在 110 V 的电路上时 的功率为 10 W C.接在 440 V 的电路上时的功率为 160W D.接在 220 V 的电 路上时的功率为 40 W 解析：正确选项为 BD。 （法一）由 得灯泡的电阻 1210 电压为 110V 时， W=10 W 电压为 440V 时，超过灯炮的额定 电压一倍，故灯泡烧坏，P=0. （法二）由
13、。可知 R 一定时，PU2， 当 U=110V= ，P=P 额/4=10 W 说明：灯泡是我们常用的用电器，解题时一 般不考虑温度对其电阻的影响。用电器的标称值，指其额定值，即用电器 在正常工作时的电压、功率以及电流值，由 P 额=U 额I 额可知，P、U、I 有同时达到、同时超过、同时不满足的特点。 【例 2】一直流电动机线圈内 阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为 0.3V，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? 解析：电动机不转动时，其消耗的电功
14、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： 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=I1U10.82W1.6 W 电 动机的机械功率 P 机=P 入-I12r=1.6-0.821 W=0.96W 说明：在非纯电阻电 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 W=Iut。由能量守恒得 W=Q+E，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 =UI-I2R。 【例 3】潮汐发电
15、是利用涨落潮的水位差来工作的，潮差越大，海 水流量越大，发电功率也越大。我国潮汐能的可供开发的总装机量为 3.67 kW。1980 年 8 月，在浙江江厦建成第一座潮汐电站，装机量为 3103 kW，平均年发电量为 1.7107 kWh，其规模居世界第二位。 （1）试 根据上文中给出的数据，计算我国建造的江厦潮汐电站平均每天满负荷工 作几小时? （2）设江厦潮汐电站涨潮和落潮时的平均潮差为 6 m，计算每 次涨潮时流量是多大?（设潮汐电站的总能量转换效率为 50%）解析：用心 爱心 专心（1）江厦潮汐电站功率为 3103 kW，年发电量为 1.077 kWh，由公 式 W=Pt 可算出每天满负
16、荷工作的时间为 s=9.8 h （2）由文中给出数据及 每天涨、落潮的次数可知，平均每次的发电量为 J 因为 所以每次涨潮的 平均流量为 m3/次说明：本题涉及到潮汐这种自然现象，涨潮和落潮时均 有水流的机械能转化为电能。 【例 4】如图所示，有一提升重物用的直流电 动机，内阻 r=0.6，R=10，U=160 V，电压表的读数为 110 V，求（1）通 过电动机的电流是多少？（2）输入到电动机的电功率是多少？（3）在电 动机中发热的功率是多少？（4）电动机工作 1 h 所产生的热量是多少？解 析：（1）设电动机两端的电压为 U1，电阻 R 两端的电压为 U2，则 U1=110 V，U2=U-U1=（160-110）V=50 V 通过电动机的电流为 I，则 I= = A=5 A （2）输入到电功机的电功率 P 电，P 电=U1I=1105 W=550 W （3）
