焦耳定律教案

焦耳定律教案焦耳定律教案大全一教学设计与说明教材分析《焦耳定律》是《普通高中物理课程标准》选修模块3—1中第二章“恒定电流”中的内容，其基本内容是“电功和电功率”“焦耳定律”。本节从能量转化的角度理解电功和电热，区分纯电阻电路与非纯电阻电路。教科书没有通过实验归纳引入焦耳定律，而是从能量守恒定律分析得出的。本节课的教学内容选自人民教育出版普通高中课程标准实验教材教科书2007年版《物理》选修3—1第2章第5节。教材内容由“电功和电功率”“焦耳定律”两部分组成。在“电功和电功率”部分，教科书根据功和能的关系，从电能的转化引入电功的概念，然后根据静电力做功的知识和电流与电荷量的关系得到了电功的计算公式，教学中可以引导学生对用电器中的能量转化进行讨论，这样有利于学生理解电功的物理意义：1.从静电力做功的角度去思考问题。电流通过用电器的过程中，消耗了电能，同时产生了其它形式的能，这个能量转化的过程就是电流做功的过程。实质上，就是静电力做功，电势能减小，增加了其他形式的能的过程。在转化过程中能量守恒。2.功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少，这是电路中能量转化与守恒的关键。3.推导电功的公式时，在时间t内，相当于把电荷q由电路的一端移到另一端，移动电荷所做的功可由第一章静电场的知识求得。4.不同的用电器电流做功的快慢不同，引入电功率概念，还可以类比速度等概念进行学习，帮助学生理解，要让学生知道额定电功率的含义，并让学生知道额定电功率的含义，并让学生对常见用电器的额定功率有一个大致的了解。这部分内容的教材安排完全符合学生的认知和理解，因为学生在这之间已学习了静电场和能量守恒定律，在学生看来这样的一部分内容只是已有知识的一个演变过程，这样有利于学生在短时间内理解，对学生接下来的学习完全扫清了障碍。“焦耳定律”中，电路中电流做功，将电能转化为其他形式的能，其中很常见的就是内能。教师可以用电动机电风扇等常见的家用电器作为例子，引导学生进行讨论，电动机消耗的电能转化为机械能和内能两部分。让学生清楚，对于非纯电阻电路，电功和电热不相等。这时可以从能量守恒角度来考虑问题。这部分学生既可以学习新知识亦在生活中学习物理，也是物理联系生活的一个重要环节。2.学情分析教学主体是普通高二年纪的学生，已经掌握了功能关系的知识以及简单的静电学的知识，学生具有一定的分析推理能力，对于简单的公式的推导基本已经可以接受，但是本节侧重从能量守恒定律分析问题，较为繁琐，这对学生学习造成了困难，因此本节老师要引导学生对以上问题进行归纳总结。一方面总结电功和电热的关系;另一方面，要让学生体会能量转化和守恒的观点来分析问题的思想方法。经过本节的学习，对于将来学生遇到更复杂的能量守恒问题能轻松自然地解决。二、教案课题焦耳定律授课时间学生普通高中二年级学生教学目标知识与技能理解电功电功率公式的物理意义，了解实际功率和额定功率了解电功和电热的关系、了解电功和电热等价几个公式的适用条件知道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系，此时电功大于电热能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题过程与方法通过有关实例让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程情感态度与价值观通过本节课的学习让学生体会能量守恒定律的普遍性教学重点区别并掌握电功和电热的计算教学难点学生对电路的能量守恒中的能量转化关系缺乏感性认识，接受起来比较难教学方法策讲授法、概念转变策略教学过程教学流程主体内容学生活动教师活动新课导入(复习导入)新课教学回顾知识：(1)把电荷在电场中某一点移到另一点静电力会对电荷做功：EMBEDUnknown________________定义式如果是匀强电场：那么有EMBEDUnknown_____补充：如果电场力做正功电势能将要减少，如果电场力做负功电势能将增加，这中间有能量的转化。(2)我们还学过电流，其定义式：EMBEDUnknown一、电功和电功率图2.5-1表示很小一段电路。电荷做定向移动，电荷在做从左向右的定向移动，它们从这段电路的左端移到右端所用的时间为t。那么我们将知道，在这段时间内通过这段电路的电荷总量为：EMBEDUnknown在这段电路中静电力做功：EMBEDUnknown如果代换q，则有：EMBEDUnknown________电功的表达式表示，电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。单位时间内电流所做的功叫做电功率。EMBEDUnknownEMBEDUnknown小结：(1)定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。(2)实质：能量的转化与守恒定律在电路中的体现，电能通过电流做功转化为其他形式的能。(3)表达式：(4)物理意义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。(5)单位：电流单位用安培(A)，电压单位用伏(V)，时间单位用秒(s)，则电功的单位是焦耳(J)。(6)电功率的表达式：电功率的物理意义：电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积。(7)单位：功的单位用焦耳(J)，时间的单位秒(s)，功率的单位为瓦特(W)EMBEDUnknownEMBEDUnknownEMBEDUnknown(8)额定功率：用电器正常工作是所需的电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。一般来说，用电器电压不能超过额定电压，但电压低于额定电压时，用电器的输出功率不是额定功率，而是实际功率。(9)实际功率：二、焦耳定律电流通过电炉、白炽灯等元件时，电能全部转化为导体的内能。电流在这段电路中做的功W等于这段电路发出的热量Q，即：焦耳定律教案大全二教学目标(一)知识与技能1、理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。2、理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。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、态度与价值观通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步渗透辩证唯物主义观点的教育。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：电功率和热功率的区别和联系。教学方法：等效法、类比法、比较法、实验法教学用具：灯泡(36V，18W)、电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键、导线若干、投影仪、投影片、玩具小电机教学过程：(一)引入新课教师：用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。学生：(1)电灯把电能转化成内能和光能;(2)电炉把电能转化成内能;(3)电动机把电能转化成机械能;(4)电解槽把电能转化成化学能。教师：用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢?本节课我们学习关于电功和电功率的知识。(二)进行新课1、电功和电功率教师：请同学们思考下列问题(1)电场力的功的定义式是什么?(2)电流的定义式是什么?学生：(1)电场力的功的定义式W=qU(2)电流的定义式I=教师：投影教材图2.5-1(如图所示)如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?学生：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。教师：这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功?学生：在这一过程中，电场力做的功W=qU=IUt教师：在这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，简称电功。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教师：电功的定义式用语言如何表述?学生：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。教师：请同学们说出电功的单位有哪些?学生：(1)在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J.(2)电功的常用单位有：千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h.教师：1kW·h的物理意义是什么?1kW·h等于多少焦?学生：1kW·h表示功率为1kW的用电器正常工作1h所消耗的电能。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J说明：使用电功的定义式计算时，要注意电压U的单位用V，电流I的单位用A，通电时间t的单位用s，求出的电功W的单位就是J。教师：在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。电流做功不仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念。(1)定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。用P表示电功率。(2)定义式：P==IU(3)单位：瓦(W)、千瓦(kW)[说明]电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定多;电流做功慢，但做功不一定少。教师：在力学中我们讲功率时有平均功率和瞬时功率之分，电功率有无平均功率和瞬时功率之分呢?学生分组讨论。师生共同总结：(1)利用P=计算出的功率是时间t内的平均功率。(2)利用P=IU计算时，若U是某一时刻的电压，I是这一时刻的电流，则P=IU就是该时刻的瞬时功率。教师：为什么课本没提这一点呢?学生讨论，教师启发、引导：这一章我们研究的是恒定电流，用电器的构造一定，通过的电流为恒定电流，则用电器两端的电压必是定值，所以U和I的乘积P不随时间变化，也就是说瞬时功率与平均功率总是相等的，故没有必要分什么平均功率和瞬时功率了。[说明]利用电功率的公式P=IU计算时，电压U的单位用V，电流I的单位用A，电功率P的单位就是W。2、焦耳定律教师：电流做功，消耗的是电能。电能转化为什么形式的能与电路中的电学元件有关。在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热。设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。学生：求解产生的热量Q。解：据欧姆定律加在电阻元件两端的电压U=IR在时间t内电场力对电阻元件所做的功为W=IUt=I2Rt由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q。产生的热量为Q=I2Rt教师指出：这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律，同学们在初中已经学过了。学生活动：总结热功率的定义、定义式及单位。热功率：(1)定义：单位时间内发热的功率叫做热功率。(2)定义式：P热==I2R(3)单位：瓦(W)[演示实验]研究电功率与热功率的区别和联系。(投影)实验电路图和实验内容：取一个玩具小电机，其内阻R=1.0Ω，把它接在如图所示的电路中。焦耳定律教案大全三教学分析学生在初中已经接触过焦耳定律的内容，为本节课的学习打下了一定的基础，但高中阶段将从电场力做功及能量转化和守恒等角度来研究焦耳定律，这对学生的学习提出了更高的要求。本节课所涉及的能量观点，是研究电学问题和其他物理问题的重要方法。另外，这一节的内容在实际中有广泛而重要的运用，不但是学习后续知识的基础，而且是学习电工的基础。所以，本节课不但是物理知识的传授课，更是物理方法和思想的渗透课。在教学中应该充分联系实际，以便巩固和加深对基本知识的理解，掌握实际问题中的原理。教学目标1.理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。2.理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。3.知道电功率和热功率的区别和联系。4.通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。5.通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步培养辩证唯物主义的观点。教学重点难点电功和电热的计算是本节课的教学重点，围绕这个教学重点，具体实施教学时，会出现这样几个教学难点：电流做功的表达式的推导，纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程中的区别。教学方法与手段1.采用问题解决式，引导学生联系前面电场力的知识，推导电流做功的表达式。2.密切联系实际，通过实例分析让学生明确各种电能与其他形式的能的转化情况。3.进行演示实验，让学生明确纯电阻电路与非纯电阻电路在能量转化时的区别。eqo(sup7()，sdo5(课前准备))教学媒体投影仪、多媒体课件、滑动变阻器、小电风扇、电压表、电流表、电源、电键、导线。知识准备电场力对运动电荷做功的求法、欧姆定律。eqo(sup7()，sdo5(教学过程))导入新课[事件1]教学任务：创设情境，导入新课。师生活动：问题导入：问题1：用电器通电后，可以将电能转化为其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，说明其能量的转化情况。参考示例：电灯把电能转化为内能和光能;电炉把电能转化为内能;电动机把电能转化为机械能;电解槽把电能转化为化学能。用电器把电能转化为其他形式能的过程，就是电流做功的过程。即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中，遵循能量守恒，即有多少电能减少，就有多少其他形式的能增加。问题2：电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢?本节课我们学习关于电功和电功率的知识。推进新课[事件2]教学任务：推导电流做功的表达式师生活动：思考并讨论：(多媒体打出画面)一段导体长为L，横截面积为S，电阻为R，在导体两端加上电压U，通过导体的电流为I。图2.5-1推导电流做功的表达式(1)结合此模型说出电流做功实质上是怎样的?参考答案：电流做功的实质是电路中电场力对定向移动的电荷做功。(2)利用学过的知识，推导一下经过时间t，电流做的功。可能出现的结果：学生无从下手。可通过问题引导学生思考并推导出公式来。请同学们思考下列问题：(1)电场力做功的定义式是什么?(2)电流的定义式是什么?参考答案：(1)在第一章里我们学过电场力对电荷的功，若电荷q在电场力作用下从A搬至B，AB两点间电势差为UAB，则电场力做功W=qUAB。(2)电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。对于一段导体而言，两端电势差为U，把电荷q从一端搬至另一端，电场力的功W=qU，在导体中形成电流，且q=It(在时间间隔t内搬运的电荷量为q，则通过导体截面电荷量为q，I=q/t)，所以W=qU=IUt。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。结论：电功(1)定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。(2)表达式：W=IUt。①物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压U、电路中电流I和通电时间t成正比。②适用条件：I、U不随时间变化——恒定电流。③单位：焦耳(J)1J=1V·A·s。注意功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能减少而转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少，这是电路中能量转化与守恒的关键。[事件3]教学任务：推导电功率的表达式。师生活动：问题引导：在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。(例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。)电流做功不仅有多少，而且还有快慢，如何描述电流做功的快慢呢?参考答案：可以用单位时间内电流所做的功，即电功率表示做功的快慢。结论：电功率。(1)定义：单位时间内电流所做的功。(2)表达式：P=eqf(W，t)=IU(对任何电路都适用)。(3)单位：瓦特(W)，1W=1J/s。说明电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定多;电流做功慢，但做功不一定少。(4)额定功率和实际功率额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。实际功率：用电器在实际电压下的功率。实际功率P实=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。说明最后应强调：推导过程中没用到