2019-2020年高中物理 第3節(jié) 焦耳定律教案 魯科版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 第3節(jié) 焦耳定律教案 魯科版選修3-1 【教學目的】 （一）知識與技能 1．理解電功、電功率的概念，公式的物理意義。了解實際功率和額定功率。 2．了解電功和電熱的關系。了解公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的適應條件。 3．知道非純電阻電路中電能與其他形式能轉化關系，電功大于電熱。 4．能運用能量轉化與守恒的觀點解決簡單的含電動機的非純電阻電路問題。 （二）過程與方法 通過有關實例，讓學生理解電流做功的過程就是電能轉化為其他形式能的過程。 （三）情感態(tài)度與價值觀 通過學習進一步體會能量守恒定律的普遍性。 二、教學重點：區(qū)別并掌握電功和電熱的計算。 三、教學難點：主要在學生對電路中的能量轉化關系缺乏感性認識，接受起來比較困難。 【教學媒體】 【教學安排】 【新課導入】 問題導入： 提出問題1——通過前面的學習，可知導體內(nèi)自由電荷在電場力作用下發(fā)生定向移動，電場力對定向移動的電荷做功嗎？（做功，而且由于電荷是在電場力作用下正電荷由高電勢移向低電勢，負電荷由低電勢移向高電勢，所以電場力在電源外面的電路中做正功） 提出問題2——電場力做功將引起能量的轉化，使電能轉化為其他形式能，請舉出一些大家熟悉的例子。（如電動機將電能→機械能；電熱器將電能→內(nèi)能，電解槽將電能→化學能。） 我們把這些通過電場力做正功將電能轉化為其他形式的能的元件叫做用電器。 本節(jié)課將重點研究電路中用電器的能量轉化問題。 【新課內(nèi)容】 1. 電功 教師邊講授邊板書：1、用電器——將電能轉化為其他形式的能 2、電功 （1）定義：電路中電場力對定向移動的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。 （2）實質：能量的轉化與守恒定律在電路中的體現(xiàn)。 電能通過電流做功轉化為其他形式能。我們在上一章里學過電場力對電荷的功，若電荷q在電場力作用下從A搬至B，且AB兩點間電勢差恒為UAB，則電場力做功W=qUAB。 對于一段導體而言，兩端電勢差恒為U，把電荷q從一端搬至另一端，電場力的功W=qU，在導體中形成電流，且q=It，（在時間間隔t內(nèi)搬運的電量為q，則通過導體截面電量為q，I=q/t），所以W=qU=ItU。這就是電路中電場力做功即電功的表達式。 （3）表達式：W=IUt 說明：①表達式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流和通電時間成正比。 ②適用條件：I、U不隨時間變化——恒定電流。 （4）單位：電流單位用安培（A），電壓單位用伏（V），時間單位用秒（s），則電功的單位是焦耳（J）。 （5）電功率 電流做功不僅有多少之分，還有快慢之分，電流做功的快慢叫做電功率。即單位時間內(nèi)電流做功的多少。請推導電功率的表達式。（P=W / t= U I t / t=U I ） u 表達式：P=UI—電路上的電功率大小等于這段電路兩端電壓和電路中電流的乘積。 ②單位：功的單位用焦耳（J），時間單位用秒（s），功率單位為瓦特（W）。1W=1J/s 這里應強調說明：推導過程中沒用到任何特殊電路或用電器的性質，電功和電功率的表達式對任何電壓、電流不隨時間變化的電路都適用。再者，這里W=IUt是電場力做功，是消耗的總電能，也是電能所轉化的其他形式能量的總和。 4.額定功率和實際功率 電功率是衡量用電器電流做功快慢，或者說衡量其消耗電能的快慢程度。電功率越大，該用電器在同一時間內(nèi)消耗電能越多。為了使用電器安全、正常地工作，對用電器工作電壓和功率都有規(guī)定數(shù)值。在家用電器或工廠電器設備的銘牌上，都鐫刻有該設備正常工作的額定電壓和額定電功率。 ③　額定功率：用電器正常工作時所需電壓叫額定電壓，在這個電壓下消耗的功率稱額定功率。 一般說來，用電器電壓不能超過額定電壓，但電壓低于額定電壓時，用電器功率不是額定功率，而是實際功率。 ④實際功率P=IU，U、I分別為用電器兩端實際電壓和通過用電器的實際電流。 讀書P56/洗衣機的銘牌的參數(shù)：牌上標明最大電流10A，而對應可算出其最大工作功率為2200W；不同工作狀態(tài)下有不同的額定電流，洗滌時不需要用到10A的電流，所以其洗滌的正常功率小于最大功率。同時，由于機器經(jīng)常在實際電壓低于額定電壓，（如夏天用電高峰時的電燈電壓只有不到200V，則此時的燈光昏黃，實際功率低于額定功率。 2. 電熱 初中我們已經(jīng)由實驗探究過，電流在通過導體時，導體要發(fā)熱，電能轉化為內(nèi)能。這就是電流的熱效應，描述它的定量規(guī)律是焦耳定律。 很多同學都會認為，W=IUt，電流做這么多功，把相應的電能轉換成內(nèi)能（即為放出熱量）Q=W=UIt。這里有一個錯誤，大家能發(fā)現(xiàn)嗎？（學生討論） 錯在Q=W，電流做功一定都把電能全部轉化為內(nèi)能增量嗎？有沒有可能同時轉化為其他形式能？所以電功與電熱是兩個不同的概念。公式不能隨便亂用。那么電熱該用是什么公式計算呢？ 英國物理學家焦耳，經(jīng)過長期實驗研究后提出焦耳定律。 板書：2、電熱：電流熱效應（電流經(jīng)過導體時導體要發(fā)熱） （1）焦耳定律內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方、導體電阻和通電時間成正比。 （2）表達式：Q=I2Rt 為什么電流通過導體會產(chǎn)生焦耳熱呢？ 這是因為金屬中自由電子在電場力作用下定向移動，由于電場做功，電子動能增加，但不斷地與晶格（原子核點陣）碰撞，不斷把能量傳給晶格，使晶格中各粒子在平衡位置附近的熱運動加劇，從而溫度升高。 同樣的，（3）單位時間內(nèi)產(chǎn)生的電熱稱為熱功率P=I2R。 3. 電功與電功率和電熱與熱功率的比較： （1） 純電阻電路中 如果電流做功使電能完全轉化為內(nèi)能，我們把這樣的用電器叫做純電阻，對于純電阻，有Q=I2Rt=I IRt=IUt=W可以推出U=IR（歐姆定律）即歐姆定律只能適用于純電阻（金屬導體和通常壯態(tài)下的電解質溶液）對氣態(tài)導體和其它一些導電原件（電子管，熱敏電阻）不適用。對電路而言，它只對一段不含電源的導體成立。如果電流做功還使電能轉化為其他能，則電功大于電熱。 板書：（1）對純電阻（U=IR）而言，W=Q=UIt=I2Rt=U2t/R。P電=UI=P熱=I2R=U2/R。 （2） 非純電阻電路（以含電動機電路為例） 非純電阻電路中，電能與其他形式能轉化的關系非常關鍵。以電動機為例，電動機電路如圖所示，電動機兩端電壓為U，通過電動機電流為I，電動機線圈電阻為R，則電流做功或電動機消耗的總電能為W=IUt，電動機線圈電阻生熱Q=I2R0t，電動機還對外做功，把電能轉化為機械能，W機械輸出=W－Q=IUt－I2R0t，W機械輸出是電動機輸出能量，而W則是電源輸送給電動機的，是電動機的輸入能量；Q是電動機的額外損耗。就是電動機的工作效率。 這是一個非純電阻電路，且W機械輸出＞0，則有U＞IR0?？紤]每秒鐘內(nèi)能量轉化關系，即功率，只要令上述各式同除以 t 即可，可得總功率P總=IU，電熱功率P熱=I2R0，輸出功率P出，三者關系是P總=P熱＋P出，即P出=IU－I2R。 4. 鞏固訓練： 例：書P59/例題（略） 課堂訓練：書P59/3；手冊P60/1、4 5. 身邊的電熱：閱讀書P58/歸納共有多少中提高電熱（電壓恒定時減小電阻，或電流恒定時增大電阻，增大電流等）方法或降低電熱（加強散熱，對串聯(lián)電線減小其電阻）的方法。這里要用到不少串并聯(lián)電路的知識。希望大家課后能復習一下串并聯(lián)的問題。 討論書P59/1、2 【課后作業(yè)】教材全練P38-39 【課后反思】