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第二章 第5節(jié) 焦耳定律 宋又姣一、 教學(xué)目標(biāo)：1理解電功、電功率的概念，公式的物理意義。了解實(shí)際功率和額定功率。2了解電功和電熱的關(guān)系。知道Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的適應(yīng)條件。3知道非純電阻電路中電能與其他形式能轉(zhuǎn)化關(guān)系，電功大于電熱。4能運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)解決簡單的含電動(dòng)機(jī)的非純電阻電路問題。二、 教學(xué)過程：（一） 新課導(dǎo)入：用電器通電后，可以將電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，請(qǐng)同學(xué)們列舉生活中常用的用電器，并說明其能量的轉(zhuǎn)化情況。用電器把電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程，就是電流做功的過程。電流做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關(guān)呢？本節(jié)課我們學(xué)習(xí)關(guān)于電功和電功率的知識(shí)。（二） 新課教學(xué)：1、電功和電功率教學(xué)任務(wù)一：結(jié)合課本圖2.51推導(dǎo)電流做功的表達(dá)式(多媒體打出畫面)一段導(dǎo)體長為L，橫截面積為S，電阻為R，在導(dǎo)體兩端加上電壓U，通過導(dǎo)體的電流為I。利用學(xué)過的知識(shí)，推導(dǎo)一下經(jīng)過時(shí)間t，電流做的功。（提示：1電場(chǎng)力做功的定義式是什么？2電流的定義式是什么？） (1) 結(jié)論：電功(1)定義：電路中電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。(2)表達(dá)式：WIUt。物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓U、電路中電流I和通電時(shí)間t成正比。適用條件：I、U不隨時(shí)間變化恒定電流。單位：焦耳(J)1 J1 VAs?！咀⒁狻抗κ悄芰哭D(zhuǎn)化的量度，電流做了多少功，就有多少電能減少而轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即電功等于電路中電能的減少，這是電路中能量轉(zhuǎn)化與守恒的關(guān)鍵。教學(xué)任務(wù)二：推導(dǎo)電功率的表達(dá)式在相同的時(shí)間里，電流通過不同用電器所做的功一般不同。電流做功不僅有多少，而且還有快慢，如何描述電流做功的快慢呢？(2)結(jié)論：電功率。(1)定義：單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功。(2)表達(dá)式：PIU(對(duì)任何電路都適用)。(3)單位：瓦特(W)，1 W1 J/s?！菊f明1】電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”不同。電流做功快，但做功不一定多；電流做功慢，但做功不一定少。(4)額定功率和實(shí)際功率額定功率：用電器正常工作時(shí)所需電壓叫額定電壓，在這個(gè)電壓下消耗的功率稱額定功率。實(shí)際功率：用電器在實(shí)際電壓下的功率。實(shí)際功率P實(shí)IU，U、I分別為用電器兩端實(shí)際電壓和通過用電器的實(shí)際電流?！菊f明2】最后應(yīng)強(qiáng)調(diào)：推導(dǎo)過程中沒用到任何特殊電路或用電器的性質(zhì)，電功和電功率的表達(dá)式對(duì)任何電壓、電流不隨時(shí)間變化的電路都適用。再者，這里WIUt是電場(chǎng)力做功，是消耗的總電能，也是電能所轉(zhuǎn)化的其他形式能量的總和。2、焦耳定律電流在通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體要發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。這就是電流的熱效應(yīng)，那么，電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)呢？結(jié)論：英國物理學(xué)家焦耳，經(jīng)過長期實(shí)驗(yàn)研究后提出焦耳定律。(1)焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比。(2)表達(dá)式：QI2Rt。(3)熱功率：單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量，即PQ/tI2R?！舅伎疾⒂懻摗浚弘娐分须娏鲗?duì)導(dǎo)體做的功是否等于導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的熱量呢？可能出現(xiàn)的結(jié)果：學(xué)生一般認(rèn)為，WIUt，又由歐姆定律，UIR，所以得出WI2Rt，電流做這么多功，所以，放出熱量QWI2Rt。這里有一個(gè)錯(cuò)誤：QW，可通過問題引導(dǎo)學(xué)生思考并找出來：何以見得電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能增量？有無可能同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式能？什么電路中QW？什么電路中WQ？(WQ)？為什么？舉實(shí)例歐姆定律I及變形公式適用條件是什么？為什么？3、純電阻電路與非純電阻電路【思考與討論】：玩具小風(fēng)扇電功率和熱功率相等嗎？(1)對(duì)純電阻電路(只含白熾燈、電爐等電熱器的電路)中電流做功完全用于產(chǎn)生熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故電功W等于電熱Q；這時(shí)WQUItI2Rt。(2)對(duì)非純電阻電路(含有電動(dòng)機(jī)、電解槽的電路)的能量轉(zhuǎn)化，電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué) 能等。這時(shí)WQ。 即WQE其他或PP熱P其他、UII2RP其他。一直流電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻一定，用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈兩端加電壓為0.3 V，電流為0.3 A。松開轉(zhuǎn)軸，在線圈兩端加電壓為2 V時(shí)，電流為0.8 A，電動(dòng)機(jī)正常工作。求該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，輸入的電功率是多少？電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多少？參考答案：電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故可視為純電阻電路，由歐姆定律得電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻：rU/I0.3/0.3 1 。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能，其輸入的電功率為P入I1U10.82 W1.6 W，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率P機(jī)P入Ir1.6 W0.821 W0.96 W。三、 思考與討論：電功率與熱功率的區(qū)別與聯(lián)系。四、 鞏固與練習(xí)：1、在某段電路中，其兩端電壓為U，通過的電流為I，通電時(shí)間為t，那么關(guān)于電功和電熱的關(guān)系錯(cuò)誤的是（ ）A、在任何電路中，電功IUt等于電熱I2RtB、在任何電路中，電功為IUt，電熱為I2RtC、在純電阻電路中，IUt=I2RtD、在非純電阻電路中，IUtI2Rt2、將一根電阻絲接在某恒定電壓的電源兩端，電流做功的功率為P。若將金屬絲均勻的拉長為原來的兩倍后再接入原來的電路中，則它的功率為：（ ）A、4P B、0.25P C、16P D、0.125P3、在電阻器上除了標(biāo)明電阻值，還標(biāo)明額定功率，這是它工作時(shí)允許消耗的最大功率，超過這個(gè)功率，電阻器就會(huì)燒壞，現(xiàn)有一個(gè)“100 4W”的電阻器，允許加在這個(gè)電阻器上的最大電壓為U= V。允許通過這個(gè)電阻器的最大電流為I= A。當(dāng)電阻器兩端的電壓為16V時(shí)，它消耗的功率為P= W。4、如圖所示的電路中，電阻R=1