2019-2020年高中物理 電功和電功率教案 人教版二冊.doc

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2019-2020年高中物理 電功和電功率教案 人教版二冊 一、教學(xué)目標 1． 理解電功、電功率的概念，公式的物理意義。 2．了解電功和電熱的關(guān)系。 3．了解公式和的適用條件。 .4。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。 5．能運用能量轉(zhuǎn)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、教學(xué)重點、難點分析 1．教學(xué)重點在于區(qū)別并掌握電功和電熱的計算。 2．難點主要在學(xué)生對電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系缺乏感性認識，接受起來比較困難。 3．疑點在于有的學(xué)生認為額定功率大的燈泡一定比額定功率小的亮。 4．解決辦法 ①通過實物展示，使學(xué)生理解電能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，加強電路中能量轉(zhuǎn)化的感性認識。 ②通過演示實驗，使學(xué)生理解用電器的實際功率和額定功率的區(qū)別。 三、教學(xué)方法：實驗演示，啟發(fā)式教學(xué) 四、教 具：燈泡“3.8V 0.3A”、燈泡“220V 40W”、燈泡“220V 100W”、伏特表、電流表。滑動變阻器（1.5A 50Ω）、電源（6-8V）、電鍵、電吹風（帶有“220V 40W”標記） 幻燈片 投影儀 五、教學(xué)過程： （一）新課引入 在高一我們已經(jīng)知道，能量是以不同的形式存在的，不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，請同學(xué)們舉出電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的例子。 電能→機械能，如電風扇、電吹風 電能→內(nèi)能，如電熱器電熨斗、電飯堡 電能→化學(xué)能，如電解槽 能量的相互轉(zhuǎn)化是如何實現(xiàn)的？ 能量的相互轉(zhuǎn)化是通過做功來實現(xiàn)的，功是能轉(zhuǎn)化的量度。 對于電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，又是什么力做功來實現(xiàn)的？如何來計算這種功的大小呢？讓我們一起來學(xué)習(xí)電功、電功率這一節(jié)內(nèi)容。 （二）新課教學(xué) 1．電功和電功率 什么是電功？其計算公式如何？是如何得到的？ 在導(dǎo)體的兩端加上電壓，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場。自由電子在電場力的作用下定向移動，電場力對自由電子做了功，這個功簡稱為電功，通常說成電流做的功。 對一段導(dǎo)體而言，兩端的電勢差為U，把電荷q從一端搬到另一端，電場力做功W=qU，若在導(dǎo)體中形成電流I，則q=It（在時間t內(nèi)，搬運的電量為q） ∴W=qU=UIt就是電功的表達式 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的電壓、電路中的電流強度和通電時間成正比。 （2）適用條件 I、U不隨時間變化——恒定電流 （3）單位 W、U、I、t單位分別為焦耳、伏特、安培、秒 即1J=1VAs （4）實質(zhì) 電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過電功來實現(xiàn)的。電流做了多少功，就有多少的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。 什么是電功率，電功率的計算公式如何？是如何得到的？ 電功率是表示電流做功快慢的物理量。 即　 p=W/t=UIt/t=UI 說明（1）表達式的物理意義——一段電路上的電功率跟這段電路兩端的電壓和電路中的電流成正比。 （2）適用條件 U、I不隨時間變化 （3）單位 P、U、I單位分別為瓦特、伏特、安培 即　 1W=1J/s （4）實質(zhì) 表示電能轉(zhuǎn)化為其他能的快慢程度。 由公式P=UI可知，隨著U、I的增大，P也將增大，P是否可以無限增大呢？ 首先我們要弄清額定功率和實際功率的概念。 額定功率 是指用電器在額定電壓下工作的功率，是用電器正常工作的最大功率。 實際功率 是指用電器在實際電壓下工作的實際的功率。 電路圖中各元件，小燈泡標有“3.8V 0.3A”標記。 出示畫有右圖的幻燈片，引導(dǎo)學(xué)生按電路圖接好電路 （提醒學(xué)生注意伏特表、安培表的正負極及滑動變阻器的接法） 講清實驗?zāi)康氖菧y量小燈泡在不同的電壓下工作的實際功率。 調(diào)節(jié)滑動變阻器，使伏特表讀數(shù)分別為2.0V、3.0V和3.8V觀察燈泡亮度的變化，并在圖中記下安培表的對應(yīng)值，請計算這三次的小燈泡的電功率P1、P2、P3 即　 P1=U1I1=2.00.22W=0.44W P2=U2I2=3.00.28W=0.84W P3=U3I3=3.80.30W=1.14w ①P1、P2、P3是小燈泡在U1=2.0V、U2=3.0V、U3=3.8V的電壓下工作的實際功率，在這三種情況下，燈泡都能正常工作。 ②由計算可知P1＜P2＜P3，而燈泡的亮度也逐漸變亮，可見燈泡的亮度由實際功率判斷。 ③小燈泡上的標記“3.8V 0.3A”指的是小燈泡的額定電壓和額定電流?？梢奝3是這只小燈泡的額定功率，當U=3.8V時，燈泡的實際功率等于額定功率。 出示220V 100W、220V、40W燈泡，并說明“100W、40W”分別是它們的額定功率。說明一般家用電器的額定功率，如電吹風“220V 400W”、白熾燈“220V 60W”、空調(diào) “220V 800 W 3000 W”，飲水機（制冷500W、制熱100W），電飯褒“220V 1200W”等，提醒學(xué)生節(jié)約用電、節(jié)約電能。 是不是額定功率大的燈泡比額定功率小的燈泡一定亮呢？ 出示“3.8V 0.3A”燈泡和“2.5V 0.3A”小燈泡，計算它們額定電功率分別為P1=3.80.3W=1.14W，P2=2.50.3W=0.75W。把“3.8V 0.3A”的燈泡接入電路，使伏特表示數(shù)為2.0V。再把“2.5V 0.3A”的小燈泡接入電路，使伏特表示數(shù)2.5V，觀察燈泡的明亮程度。 燈泡明亮程度由其實際功率決定，與額定功率無關(guān)。 加給用電器的電壓，可不可以超過額定電壓呢？ 繼續(xù)做上述實驗，減少變阻器的阻值，觀察伏特表、安培表的示數(shù)和小燈泡的亮度，當伏特表的讀數(shù)約為5.2V時，小燈泡熄滅。 加在小燈泡的電壓比額定電壓大不多時，隨著電壓的增大，燈泡越來越亮，說明燈泡的實際功率超過了額定功率，并在逐漸增大。當電壓增到一定值時，燈絲被燒斷。 實驗說明，加給用電器的電壓不應(yīng)超過額定電壓，否則就有可能使用電器損壞。 從這個實驗中我們得到什么啟示？ 我們在使用電器的時候，一定要先檢查實際電壓是否符合額電電壓，保證用電安全。 2．電功率和熱功率 電流在通過導(dǎo)體時，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)，描述它的定量規(guī)律是焦耳定律。 學(xué)生一般認為，W=IUt，又由歐姆定律，U=IR，所以得出W=I2Rt，電流做這么多功，放出熱量Q=W=I2Rt。這里有一個錯誤，可讓學(xué)生思考并找出來。 錯在Q=W，何以見得電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能增量？有無可能同時轉(zhuǎn)化為其他形式能？ 英國物理學(xué)家焦耳，經(jīng)過長期實驗研究后提出焦耳定律。 （1）內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流強度的平方、導(dǎo)體電阻和通電時間成正比。 （2）表達式：Q=I2Rt 對于純電阻導(dǎo)體而言，根據(jù)歐姆定律，U=IR，所以Q=I2Rt=IIRt=IUt=W，電流做功完全用來生熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 說明：焦耳定律表明，純電阻電路中電流做功電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，且電熱Q=I2Rt。 （3）簡單介紹產(chǎn)生焦耳熱的原因： 金屬中自由電子在電場力作用下定向移動，由于電場力做功，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。 （4）純電阻電路中的電功和電功率 ①電功W=Q= I2Rt，對所有電路中電阻的生熱都適用。 結(jié)合純電路電路歐姆定律　U＝IR，I＝ 　　Q＝IUt＝＝ ②電功率P＝＝，對所有電路中電阻的電熱功率都適用。 結(jié)合純電阻電路歐姆定律U=IR　 　　　P＝UI＝＝ （5）非純電阻電路中的電功和電功率（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(zhuǎn)化的關(guān)系非常關(guān)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=I2Rt，電動機還對外做功，把電能轉(zhuǎn)化為機械能，W′=W-Q=IUt-I2Rt，W′是電動機輸出的機械能。 這是一個非純電阻電路，可滿足U=IR，且W′＞0，則有U＞IR。 考慮每秒鐘內(nèi)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，即功率，只要令上述各式中t=1s即可，可得總功率P總=IU，電熱功率P熱=I2R，輸出功率P出，三者關(guān)系是P總=P熱+P出，即P出=IU-I2R。 （三）例題精講 【例】某一用直流電動機提升重物的裝置如上圖所示，重物質(zhì)量m=50kg，電源提供恒定電壓U=110V，不計各處摩擦，當電動機以v=0.90m／s的恒定速度向上提升重物時，電路中電流強度I=5A，求電動機線圈電阻R（g=10m／s2）。（4Ω） （四）布置作業(yè) 1．把課本158頁練習(xí)三（2）、（3）、（5）題做在作業(yè)本上。 2．把課下完成練習(xí)三（1）、（4）題做在課本上。 說明： 1．利用常用電器的展示，使學(xué)生回到日常生活，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和注意力。 2．引導(dǎo)學(xué)生觀察演示實驗，參與讀數(shù)、記數(shù)，學(xué)會如何分析數(shù)據(jù)，處理問題得出結(jié)論。