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2019-2020年高二物理《焦耳定律》教學(xué)設(shè)計(jì) 一、教學(xué)目標(biāo) （一）知識(shí)與技能 1．理解電功、電功率的概念，公式的物理意義。了解實(shí)際功率和額定功率。 2．了解電功和電熱的關(guān)系。了解公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的適應(yīng)條件。 3．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。 4．能運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)解決簡單的含電動(dòng)機(jī)的非純電阻電路問題。 （二）過程與方法 通過有關(guān)實(shí)例，讓學(xué)生理解電流做功的過程就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程。 （三）情感態(tài)度與價(jià)值觀 通過學(xué)習(xí)進(jìn)一步體會(huì)能量守恒定律的普遍性。 三、重點(diǎn)與難點(diǎn)： 重點(diǎn)：區(qū)別并掌握電功和電熱的計(jì)算。 難點(diǎn)：主要在學(xué)生對(duì)電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系缺乏感性認(rèn)識(shí)，接受起來比較困難。 四、教學(xué)過程： （一）復(fù)習(xí)上課時(shí)內(nèi)容 要點(diǎn)：串、并聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律及綜合運(yùn)用 。 提出問題，引入新課 1．通過前面的學(xué)習(xí)，可知導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場力作用下發(fā)生定向移動(dòng)，電場力對(duì)定向移動(dòng)的電荷做功嗎？（做功，而且做正功） 2．電場力做功將引起能量的轉(zhuǎn)化，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能，舉出一些大家熟悉的例子：電能→機(jī)械能，如電動(dòng)機(jī)。電能→內(nèi)能，如電熱器。電能→化學(xué)能，如電解槽。 本節(jié)課將重點(diǎn)研究電路中的能量問題。 （二）新課講解-----第五節(jié)、焦耳定律 1．電功和電功率 （1）．電功 定義：電路中電場力對(duì)定向移動(dòng)的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。用W表示。 實(shí)質(zhì)：是能量守恒定律在電路中的體現(xiàn)。即電流做功的過程就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，在轉(zhuǎn)化過程中，能量守恒，即有多少電能減少，就有多少其他形式的能增加。 【注意】功是能量轉(zhuǎn)化的量度，電流做了多少功，就有多少電能減少而轉(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。 在第一章里我們學(xué)過電場力對(duì)電荷的功，若電荷q在電場力作用下從A搬至B，AB兩點(diǎn)間電勢(shì)差為UAB，則電場力做功W=qUAB。 對(duì)于一段導(dǎo)體而言，兩端電勢(shì)差為U，把電荷q從一端搬至另一端，電場力的功W=qU，在導(dǎo)體中形成電流，且q=It，（在時(shí)間間隔t內(nèi)搬運(yùn)的電量為q，則通過導(dǎo)體截面電量為q，I=q/t），所以W=qU=IUt。這就是電路中電場力做功即電功的表達(dá)式。 表達(dá)式：W = Iut ① 【說明】：①表達(dá)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、電路中電流強(qiáng)度和通電時(shí)間成正比。 ②適用條件：I、U不隨時(shí)間變化——恒定電流。 單位：焦耳（J）。1J=1VAs （2）電功率 ①定義：單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功 ②表達(dá)式： P=W/t=UI（對(duì)任何電路都適用）② 上式表明：電流在一段電路上做功的功率P，和等于電流I跟這段電路兩端電壓U的乘積。 ③單位：為瓦特（W）。1W=1J/s ④額定功率和實(shí)際功率 額定功率：用電器正常工作時(shí)所需電壓叫額定電壓，在這個(gè)電壓下消耗的功率稱額定功率。 實(shí)際功率：用電器在實(shí)際電壓下的功率。實(shí)際功率P實(shí)=IU，U、I分別為用電器兩端實(shí)際電壓和通過用電器的實(shí)際電流。 這里應(yīng)強(qiáng)調(diào)說明：推導(dǎo)過程中沒用到任何特殊電路或用電器的性質(zhì)，電功和電功率的表達(dá)式對(duì)任何電壓、電流不隨時(shí)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(zhuǎn)化的其他形式能量的總和。 電流在通過導(dǎo)體時(shí)，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(rèn)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(gè)錯(cuò)誤，可讓學(xué)生思考并找出來。 錯(cuò)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(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式能？ 英國物理學(xué)家焦耳，經(jīng)過長期實(shí)驗(yàn)研究后提出焦耳定律。 2．焦耳定律——電流熱效應(yīng) （1）焦耳定律 內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比。 表達(dá)式：Q=I2Rt ③ 【說明】：對(duì)純電阻電路（只含白熾燈、電爐等電熱器的電路）中電流做功完全用于產(chǎn)生熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故電功W等于電熱Q；這時(shí)W= Q=UIt=I2Rt （2）熱功率：單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量。即P=Q/t=I2R ④ 【注意】②和④都是電流的功率的表達(dá)式，但物理意義不同。②對(duì)所有的電路都適用，而④式只適用于純電阻電路，對(duì)非純電阻電路（含有電動(dòng)機(jī)、電解槽的電路）不適用。 關(guān)于非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化，電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等。這時(shí)W 》Q。即W=Q+E其它 或P =P 熱+ P其它、UI = I2R + P其它 引導(dǎo)學(xué)生分析P56例題（從能量轉(zhuǎn)化和守恒入手）如圖 再增補(bǔ)兩個(gè)問題（1）電動(dòng)機(jī)的效率。（2）若由于某種原因電動(dòng)機(jī)被卡住，這時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的功率為多少？ 最后通過“思考與討論”以加深認(rèn)識(shí)。注意，在非純電阻電路中，歐姆定律已不適用。 （三）小結(jié)：對(duì)本節(jié)內(nèi)容做簡要小結(jié)。并比較UIt和I2Rt的區(qū)別和聯(lián)系，從能的轉(zhuǎn)化與守恒的角度解釋純電阻電路和非純電阻電路中電功和電熱的關(guān)系。在純電阻電路中，電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，故電功W等于電熱Q；在非純電阻電路中，電能的一部分轉(zhuǎn)化為電熱，另一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能(如機(jī)械能、化學(xué)能)，故電功W大于電熱Q。 教后記： 1、 學(xué)生對(duì)電功和電熱的區(qū)別的理解比想象的要好，得益于功和功率學(xué)的較好。 在純電阻電路和非純電阻電路的計(jì)算中經(jīng)常疏忽歐姆定律不使用。