《焦耳定律》教学案例

选修3-1第二章恒定电流§2.5焦耳定律一、教材分析焦耳定律是重要的物理定律，它是能量守恒定律在电能和热能转换中的体现，本节在电学中是重要的概念之一。二、教学目标（一）知识与技能1、理解电功的概念和公式，理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。2、理解焦耳定律的内容和公式，理解热功率的概念和公式，能进行有关计算。3、知道电功率和热功率的区别和联系。（二）过程与方法通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养学生的分析、推理能力。（三）情感、态度与价值观会解释生活中一些热现象，通过学习电热的利用与防止，学会辩证地看待问题。三、教学重点难点【教学重点】电功、电功率的概念、公式；焦耳定律、电热功率的概念、公式。【教学难点】纯电阻电路和非纯电阻电路电功、电功率、电热和热功率的计算。四、学情分析学生学好这节知识是非常必要的。（1）重点：理解电功和电功率和焦耳定律。（2）难点：帮助学生认识电流做功和电流通过导体产生热量之间的区别和联系是本节的教学难点，防止学生乱套用公式。（3）关键：本节的教学关键是做好通电导体放出的热量与哪些因素有关的实验。在得出了焦耳定律以后介绍焦耳定律公式及其在生活、生产上的应用。教学过程（引入：同学们肯定有这样的体验：放假回家玩了一会儿手机，发现手机热乎乎的。大家猜想：这些热量是怎么产生的？我们是否可以定量计算出这些热量？学习了本节课的内容，这些问题就可以解决了。通过检查大家的学案，发现存在如下两大问题：1、对电功、热量计算公式不明确。2、对纯电阻电路和非纯电阻电路电功、电热、电功率、热功率计算不明确。）故制定如下学习目标；大家在讨论的时候注意两个问题聚焦。（8分钟讨论时间））检查学生学案预习情况，并且聚焦问题点。出示并解读学习目标。任务分配目标一：电功和电功率1、电功————————————————第1小组2、电功率——————————————第3小组导练1：———————————————第5小组目标二：热功和热功率3、焦耳定律————————————第7小组4、热功率——————————————第9小组导练2：———————————————第2小组目标三：纯电阻电路和非纯电阻电路————第4小组导练3：———————————————第6小组课堂小结————————————————第8小组各小组合作讨论学生交流展示目标一：电功和电功率电功：定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功．电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积．表达式：W=UIt单位：在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位有千瓦时（kW·h）1kW·h＝3.6×106J实质：电场力在这段电路上对电荷做的功适用范围：所有电路意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，表明就有多少电能转化为其他形式的能．即电功是电能转化为其他形式的能的量度．（过渡：在相同的时间里，电流通过不同的用电器所做的功一般不同。比如：在相同时间里，电流通过中央大空调电流所做的功明显大于通过一个小电风扇做的功。可见，电流做功不仅有多少，还有快慢。为了描述电流做功的快慢，引入了电功率的概念。接下来我们一起学习电功率。）2、电功率（1）定义:单位时间内电流所做的功叫做电功率。一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积．（2）表达式：P=W/t=UI（3）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）．1kW＝103W＝106mW=10-3MW（4）物理意义：电功率表示电流做功的快慢．（5）适用范围：所有电路（6）额定功率和实际功率：用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率．用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率．（灯泡的亮度取决于实际功率）（过渡：以上是关于电功和电功率的概念及其公式的学习，接下来，我们看一个例题，应用一下以上知识）导练1、一根电阻丝在通过2C的电量时，消耗电能是8J。若在相同时间内通过4C的电量，则该电阻丝两端所加电压U和该电阻丝在这段时间内消耗的电能E分别为（BD）U＝4V

B．U=8VC．E＝16J

D．E=32J（过渡：电流做功都会伴随着用电器温度升高，即产生了热量。这些热量如何定量计算呢？接下来我们一起学习焦耳定律）目标二：热功和热功率1、焦耳定律（1）内容:电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R和通电时间t三者的乘积．（2）表达式：Q=I2Rt（3）单位：焦耳“J”（4）适用范围：所有电路（5）实质：电流的热效应电流通过导体的时候，做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离子碰撞，由于这种碰撞，电子在静电力的加速作用下获得的动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高，即产生了电热。（过渡：不同的用电器在相同时间里产生的热量一般不同。为了描述电能转化为内能的快慢，引入了热功率，接下来我们一起学习热功率）2、热功率（1）定义:单位时间内的发热量。（2）表达式：P=Q/t=I2R（3）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）．1kW＝103W＝106mW=10-3MW（4）适用范围：任何电路（5）物理意义：反映电能转化为内能的快慢（过渡：以上是关于焦耳定律和热功率的学习，接下来我们一起看一个例题。）导练2：用6600v和220v两种不同的电压输电，如果输送的电功率相同，而且输电线的电阻相同，则用高压输电和低压输电时，输电线上损失的电功率之比为（B）A、1：900B、900:1C、1:30D、30:1（过渡：纯电阻电路是电能转化为内能，非纯电阻电路是电能转化为内能和其他形式的能。关于纯电阻电路和非纯电阻电路在计算电功、电功率、热功和热功率有什么区别和联系呢？有请下一组）目标三：纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件，如电阻、电炉丝、白炽灯电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式能的用电器，如电动机、电解槽欧姆定律是否适用适用，I＝eq\f(U,R)不适用，I＜eq\f(U,R)能量转化电能全部转化为内能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t电能转化为内能和其他形式的能量：W＝UIt，Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他功率特点电功率等于热功率：P电＝P热＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)电功率等于热功率与其他功率之和：P电＝UIP热＝I2RP电＝P热＋P其他重点：含电动机的电路分析1、电动机的特性：电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和内能，在电路计算中，欧姆定律不再适用。电动机的三个功率：输入功率：电动机的总功率P总=UI热功率：电动机线圈的电阻为r（内阻），电流通过线圈时要发热，热功率P热=I2R输出功率：电动机做有用功的功率P出=P总-P热=UI-I2R3、电动机的效率：η＝eq\f(P出,P入)×100%4、电路分析：（1）当电动机正常工作时，电能转化为机械能和内能，此时电路为非纯电阻电路。要区分电动机的总功率、输出功率和热功率，可以从能量守恒的角度入手，将电动机等效为一个阻值为r和一个无电阻的转动线圈D串联而成，电阻将电能转化为内能，而线圈将电能转化为机械能。（2）当电动机因故障或其他原因不转动时，电能全部转化为内能，此时电动机相当于纯电阻电路，阻值大小等于其内阻。注意：当电动机不转动时，线圈上的热功率很大，电动机很容易被烧坏，必须立刻切断电源。导练3：一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，电流为0.3A。松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作。求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少?解析：电动机不转时，其消耗的电能全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：R=U/I得R=1Ω电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为P入=U1I1得P入=1.6wP热=I2R得P热=0.64w电动机的输出功率P出=P入-P热得P出=0.96w六、板书设计§2.5焦耳定律一、电功和电功率1、电功：（1）定义：在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功.（2）定义式：W=UIt（3）单位：焦（J）（4）适用范围：所有电路2、电功率：（1）定义:一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积．（2）表达式：P=W/t=UI（3）单位：瓦（W）（4）适用范围：所有电路（5）物理意义：电功率表示电流做功的快慢．二、热功和热功率1、焦耳定律（1）内容:电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R和通电时间t三者的乘积．（2）表达式：Q=I2Rt（3）单位：焦耳“J”（4）适用范围：所有电路（5）实质：电流的热效应2、热功率（1）定义:电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、