高中物理人教必修三第12章第1節(jié)電路中的能量轉(zhuǎn)化教學(xué)設(shè)計(jì)

1、電路中的能量轉(zhuǎn)化 教學(xué)設(shè)計(jì)課題 電路中的能量轉(zhuǎn)化單元12學(xué)科物理年級(jí)高二教材分析本節(jié)課所采用的教材是人教版高中物理必修3第12章第1節(jié)的內(nèi)容, 本節(jié)從能量轉(zhuǎn)化的角度理解電功和電熱，區(qū)分純電阻電路與非純電阻電路，教科書沒有通過實(shí)驗(yàn)歸納引入焦耳定律，而是從能量守恒定率分析得出的。這里又一次應(yīng)用了功能關(guān)系的思想。焦耳定律是一個(gè)定量的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、邏輯性非常?qiáng)的物理規(guī)律，它是能量守恒定律在電能和熱能轉(zhuǎn)換中的體現(xiàn)，因此本節(jié)在電學(xué)中的地位舉足輕重對(duì)于電路中電阻將從電源獲得的能量全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的純電阻電路，學(xué)生能夠很好地掌握焦耳定律的計(jì)算而對(duì)于非純電阻電路，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中有一定的難度，通過學(xué)習(xí)焦耳定律的理論

2、推導(dǎo)，學(xué)生合作學(xué)習(xí)可以突破這個(gè)難點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)一、教學(xué)目標(biāo)1理解電功的概念，知道電功是指電場(chǎng)力對(duì)自由電荷所做的功，理解電功的公式，能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。2理解電功率的概念和公式，能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。3知道電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。4通過推導(dǎo)電功的計(jì)算公式和焦耳定律，培養(yǎng)分析、推理能力。二、核心素養(yǎng)物理觀念：焦耳定律是能量守恒定律在電能和熱能轉(zhuǎn)換中的體現(xiàn)，能量觀念科學(xué)思維：通過對(duì)電動(dòng)機(jī)電路的探究，提高學(xué)生的分析論證能力，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生歸納、總結(jié)的科學(xué)思維方法科學(xué)探究：通過分組實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)觀察、分析和總結(jié)的能力科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過本節(jié)教學(xué)，讓學(xué)生體會(huì)到探索自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度重點(diǎn)電功和電功

3、率的公式，焦耳定律內(nèi)容。難點(diǎn)怎樣求電動(dòng)機(jī)的電流和繞線電阻及電動(dòng)機(jī)中的熱能。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課現(xiàn)代生活中隨處都可以見到用電設(shè)備和用電器，那么，你知道這些用電器中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的嗎？出示圖片:電熱水壺電熱水壺通電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。出示圖片:電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)通電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能出示圖片:蓄電池蓄電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。那么，你知道電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過什么做功來實(shí)現(xiàn)的嗎？觀察圖片說出能量轉(zhuǎn)化 通過回憶初中知識(shí)回答問題為本節(jié)知識(shí)做鋪墊講授新課一、電功和電功率1.電功（1）電場(chǎng)力(或電流)所做的功叫做電功。電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過電流做功來實(shí)現(xiàn)的。（

4、2）電流做功實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的電場(chǎng)力做功。自由電荷在靜電力的作用下做定向移動(dòng)，結(jié)果電荷的電勢(shì)能減少，其他形式的能增加。（3）試推導(dǎo)電功的表達(dá)式問題：如圖表示一段電路，這段電路兩端的電勢(shì)差是 U，電路中的電流為 I，電荷從左向右定向移動(dòng)，你能表示出t這段時(shí)間內(nèi)靜電力做的功嗎？解：這段時(shí)間內(nèi)通過這段電路任一截面的電荷量為q It靜電力做的功就是WUq UIt電功的定義式：W=IUt上式表示電流在一段電路中所做的功，等于這段電路兩端的電壓 U、電路中的電流 I、通電時(shí)間 t 三者的乘積。注意：公式適用于一切電路； U、I對(duì)應(yīng)同一段電路。單位：焦(J) 千瓦時(shí)(kWh). 1kWh3

5、.6106J電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的量度。2.電功率（1）電流在一段電路中所做的功與通電時(shí)間之比叫作電功率，用 P 表示。（2）電功率公式：P UI電流在一段電路中做功的功率 P 等于這段電路兩端的電壓 U 與電流 I 的乘積。（3）單位：瓦特（W）、千瓦（kw）二、焦耳定律我們知道能量在相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中是守恒的，下面我們應(yīng)用能量守恒定律分析電路中的能量轉(zhuǎn)化問題。思考：電流通過電熱水器中的電熱元件做功時(shí)，電路中的能量發(fā)生了怎樣轉(zhuǎn)化？電路中的電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能，所以電流在這段電路中做的功 W UIt，等于這段電路產(chǎn)生的熱量 Q。即：Q W= UIt （1）由歐姆定律 U IR （

6、2）由（1）、（2）可得熱量 Q 的表達(dá)式 Q I2 Rt1.焦耳定律（1）Q=I2Rt電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比。這個(gè)關(guān)系式最初是由焦耳通過實(shí)驗(yàn)直接得到的，物理學(xué)中就把它叫作焦耳定律（2）單位：I安，R歐，t秒， Q焦 2.焦耳定律適條件：純電阻電路3.純電阻電路和非純電阻電路（1）純電阻電路：電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。例如白熾燈、電爐、電烙鐵等。（2）非純電阻電路：除電阻外還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能的用電器例如：電動(dòng)機(jī)、電解槽、電風(fēng)扇等 。4.電流發(fā)熱的功率（1）單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量:（2）公式： 熱功率P等于通電導(dǎo)體中電流 I 的二次方與導(dǎo)體電

7、阻R 的乘積。3、單位：瓦(W) 千瓦(kW)。說明（1）純電阻電路中電功等于電熱；電功率等于熱功率w=UIt=I2 Rt P=UI= （2）非純電阻電路中電功大于電熱；電功率大于熱功率。三、電路中的能量轉(zhuǎn)化焦耳定律討論了電路中電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的純電阻電路的情況，如果是非純電阻電路，那么它的能量又是如何轉(zhuǎn)化的呢？出示圖片:電動(dòng)機(jī)下面我們以下面我們以電動(dòng)機(jī)為例，討論一下電路中的能量轉(zhuǎn)化。思考與討論1:當(dāng)電動(dòng)機(jī)接上電源后，會(huì)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，這里涉及哪些功率？功率間的關(guān)系又如何？當(dāng)電動(dòng)機(jī)接上電源后，會(huì)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度看，電動(dòng)機(jī)從電源獲得能量，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)

8、能，所以這一過程涉及的功率有：P機(jī)和P損它們之間滿足：P 電 P 機(jī) P 損思考討論2：假設(shè)有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U，通過電動(dòng)機(jī)線圈的電流為I，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R，你能用已知量表示出電動(dòng)機(jī)消耗的電功率P電 和線圈消耗的熱功率P熱嗎？參考答案：電動(dòng)機(jī)消耗的電功率P電 UI電動(dòng)機(jī)剛停止工作時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)外殼是熱的，說明工作時(shí)有電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則線圈消耗的熱功率P熱=I2R。思考討論3：電動(dòng)機(jī)損失的內(nèi)能和線圈發(fā)熱產(chǎn)生的熱能之間有什么關(guān)系？ P損 與P熱之間的關(guān)系呢？參考答案：電動(dòng)機(jī)損失的內(nèi)能包括轉(zhuǎn)子與軸承之間的摩擦發(fā)熱產(chǎn)生的能量損失，空氣阻力損失的能量，線圈發(fā)熱產(chǎn)生的能量損失，嚴(yán)格來說損失的能量大

9、于線圈發(fā)熱產(chǎn)生的熱能。不過主要的能量損失為線圈發(fā)熱產(chǎn)生的熱能。一般情況下認(rèn)為P損與P熱是相等的。例題:一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，線圈的電阻是 0.4 ，當(dāng)它兩端所加的電壓為 220 V 時(shí)，通過的電流是 5 A。這臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率與對(duì)外做功的功率各是多少？分析本題涉及三個(gè)不同的功率：電動(dòng)機(jī)消耗的電功率 P電 、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率P熱 和對(duì)外做功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率 P機(jī) 。三者之間遵從能量守恒定律，即: P電 P機(jī) P熱解: 由焦耳定律可知，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率為P 熱 I2R 52 0.4W 10W電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為P電 UI 2205 W 1 100 W根據(jù)能量守恒定律，電動(dòng)機(jī)對(duì)外做功的功率為P機(jī) P電 P

10、熱1 100 W10 W1 090 W這臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率為 10 W，對(duì)外做功的功率為 1 090 W。課堂練習(xí)1下列用電器中，不是根據(jù)電流的熱效應(yīng)制成的是（）A電熱毯 B電熨斗 C電話 D電熱水器答案：C2.一個(gè)定值電阻R，當(dāng)其兩端的電壓為U時(shí)，它在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q；當(dāng)其兩端的電壓為2U時(shí)，它在2t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為（）A2Q B4Q C6Q D8Q答案：D3.電爐通電后，電爐絲熱得發(fā)紅，而跟電爐連接的銅導(dǎo)線卻不太熱，原因是（）A通過電爐絲的電流大，而導(dǎo)線電流小 B電爐絲和銅導(dǎo)線消耗的電能相同，但銅導(dǎo)線散熱快，所以不熱 C銅導(dǎo)線的電阻比電爐絲小得多，在串聯(lián)的情況下銅導(dǎo)線的發(fā)熱量小 D

11、電爐絲的兩端電壓比銅導(dǎo)線兩端的電壓小得多 答案：C4某電阻的阻值為5，通過的電流為2A，則它在10s的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為（）A100J B200J C20J D2J答案：B拓展提高1.如圖所示，R1=6，R2=3，R3=4，左右兩端接入電路后，關(guān)于這三只電阻的判斷正確的是（）A電流之比是I1：I2：I3=4：3：6 B電壓之比是U1：U2：U3=1：1：2 C功率之比是P1：P2：P3=4：3：6 D相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量之比Q1：Q2：Q3=6：3：4 答案： A3通過電阻R的電流強(qiáng)度為I時(shí)，在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，若電阻為2R，電流強(qiáng)度為I/ 2 ，則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為（）AQ /2 B

12、2Q C4Q DQ/ 4 答案： A閱讀教材，說出電功，電流做功實(shí)質(zhì)在教師的引導(dǎo)下推導(dǎo)電功的表達(dá)式閱讀課文說出電功率公式、單位學(xué)生思考討論并推導(dǎo)焦耳定律的表達(dá)式學(xué)生記憶焦耳定律，理解.焦耳定律適條件學(xué)生閱讀課文回答思考討論1、2、3在教師的引導(dǎo)下學(xué)生進(jìn)行分析解答學(xué)生練習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的自主閱讀能力和自學(xué)能力鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力鍛煉學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力讓學(xué)生對(duì)焦耳定律有一個(gè)透徹理解讓學(xué)生對(duì)非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化有個(gè)清晰的了解，鍛煉學(xué)生的理解能力和語(yǔ)言表達(dá)能力培養(yǎng)學(xué)生使用已經(jīng)掌握的知識(shí)解決物理問題的能力鞏固本節(jié)重點(diǎn)知識(shí)課堂小結(jié)1.電功的定義式：W=IUt2.電功率公式：P UI3.焦耳定律： Q=I2Rt焦耳定律適條件：純電阻電路4.電流發(fā)熱的功率： 5.從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度看，電動(dòng)機(jī)從電源獲得能量，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，還有一