2019-2020年高中物理 2.5焦耳定律素材 新人教版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 2.5焦耳定律素材 新人教版選修3-1 教學(xué)建議 教科書根據(jù)功和能的關(guān)系,從電能的轉(zhuǎn)化引入電功概念,然后根據(jù)靜電力做功的知識和電流與電荷量的關(guān)系得到了電功的計(jì)算公式。教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生對用電器中的能量轉(zhuǎn)化進(jìn)行討論,這樣有利于學(xué)生理解電功的物理意義。 (1)從靜電力做功的角度去考慮問題。電流通過用電器的過程中,消耗了電能,同時產(chǎn)生了其他形式的能,這個能量轉(zhuǎn)化的過程就是電流做功的過程。實(shí)質(zhì)上,就是靜電力做功,電勢能減少,增加了其他形式的能的過程。在轉(zhuǎn)化的過程中,能量是守恒的。 (2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度,電流做了多少功,就有多少電能轉(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。 (3)推導(dǎo)電功的公式時,在時間t內(nèi),相當(dāng)于把電荷q由電路的一端移到另一端,移動電荷所做的功是W=qU=IUt。 (4)不同的用電器電流做功(消耗電能轉(zhuǎn)化為其他能)的快慢不同,引入電功率概念P=,還可以跟速度等概念進(jìn)行類比,幫助學(xué)生理解。要讓學(xué)生知道用電器額定功率的含義,并讓學(xué)生對常見用電器的額定功率有一個大致的了解。 電路中電流做功,將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,其中很常見的就是內(nèi)能,但是很多情況下,電路消耗的電能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。教師可以用電動機(jī)作為例子,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論。電動機(jī)消耗的電能(電功)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能兩部分。 讓學(xué)生清楚,對于非純電阻電路,電功和電熱不相等。這時可以從能量守恒角度來考慮問題。 參考資料 焦耳最初的研究方向是電磁機(jī),他想將父親釀酒廠中應(yīng)用的蒸汽機(jī)替換成電磁機(jī)以提高工作效率。1837年,焦耳組裝了用電池驅(qū)動的電磁機(jī),但由于支持電磁機(jī)工作的電流來自鋅電池,而鋅的價格昂貴,用電磁機(jī)反而不如用蒸汽機(jī)合算。焦耳的最初目的雖然沒有達(dá)到,但他從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電流可以做功,這激發(fā)了他進(jìn)行深入研究的興趣。 1840年,焦耳把環(huán)形線圈放入裝水的試管內(nèi),測量不同電流和電阻時的水溫。通過這一實(shí)驗(yàn),他發(fā)現(xiàn):導(dǎo)體在一定時間內(nèi)放出的熱量與導(dǎo)體的電阻及電流的二次方之積成正比。4年之后,俄國物理學(xué)家楞次公布了他的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從而進(jìn)一步驗(yàn)證了焦耳關(guān)于電流熱效應(yīng)結(jié)論的正確性。因此,該定律稱為焦耳—楞次定律。 焦耳總結(jié)出焦耳—楞次定律以后,進(jìn)一步設(shè)想電池電流產(chǎn)生的熱與電磁機(jī)的感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱在本質(zhì)上應(yīng)該是一致的。1843年,焦耳設(shè)計(jì)了一個新實(shí)驗(yàn):將一個小線圈繞在鐵芯上,用電流計(jì)測量感應(yīng)電流,把線圈放在裝水的容器中,測量水溫以計(jì)算熱量。這個電路是完全封閉的,沒有外界電源供電,水溫的升高只是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能、電能又轉(zhuǎn)化為熱的結(jié)果,整個過程不存在熱質(zhì)的轉(zhuǎn)移,這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全否定了熱質(zhì)說。 上述實(shí)驗(yàn)也使焦耳想到了機(jī)械功與熱的聯(lián)系,經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)、測量,焦耳終于測出了熱功當(dāng)量。但結(jié)果并不精確。1843年8月21日在英國學(xué)術(shù)會上,焦耳報告了他的論文《論電磁的熱效應(yīng)和熱的機(jī)械值》。他的報告沒有得到支持和引起強(qiáng)烈的反響,這時他意識到自己還需要進(jìn)行更精確的實(shí)驗(yàn)。 1869年10月11日,焦耳在索福特逝世。后人為了紀(jì)念焦耳,把功和能的單位命名為焦耳。