高中物理 《焦耳定律》教案 魯科版選修3-1（通用）

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1、第3節(jié)焦耳定律 【教學(xué)目的】1、理解用電器的作用是把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，會計算電流所做的功與電功率。2、知道純電阻電路與非純電阻電路的差別，會根據(jù)焦耳定律計算用電器產(chǎn)生的電熱?！窘虒W(xué)重點】區(qū)別并掌握電功和電熱的計算【教學(xué)難點】學(xué)生對電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系缺乏感性認(rèn)識，接受起來比較困難【教學(xué)媒體】【教學(xué)安排】【新課導(dǎo)入】問題導(dǎo)入：提出問題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，電場力對定向移動的電荷做功嗎？（做功，而且由于電荷是在電場力作用下正電荷由高電勢移向低電勢，負(fù)電荷由低電勢移向高電勢，所以電場力在電源外面的電路中做正功）提出問題2電場力做功將引起能量的轉(zhuǎn)化，使電

2、能轉(zhuǎn)化為其他形式能，請舉出一些大家熟悉的例子。（如電動機將電能機械能；電熱器將電能內(nèi)能，電解槽將電能化學(xué)能。）我們把這些通過電場力做正功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的元件叫做用電器。本節(jié)課將重點研究電路中用電器的能量轉(zhuǎn)化問題?！拘抡n內(nèi)容】1. 電功教師邊講授邊板書：1、用電器將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能2、電功（1）定義：電路中電場力對定向移動的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。（2）實質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律在電路中的體現(xiàn)。電能通過電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式能。我們在上一章里學(xué)過電場力對電荷的功，若電荷q在電場力作用下從A搬至B，且AB兩點間電勢差恒為UAB，則電場力做功W=qUAB。對于一

3、段導(dǎo)體而言，兩端電勢差恒為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，（在時間間隔t內(nèi)搬運的電量為q，則通過導(dǎo)體截面電量為q，I=q/t），所以W=qU=ItU。這就是電路中電場力做功即電功的表達式。（3）表達式：W=IUt說明：表達式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流和通電時間成正比。適用條件：I、U不隨時間變化恒定電流。（4）單位：電流單位用安培（A），電壓單位用伏（V），時間單位用秒（s），則電功的單位是焦耳（J）。（5）電功率電流做功不僅有多少之分，還有快慢之分，電流做功的快慢叫做電功率。即單位時間內(nèi)電流做功的多少。請推

4、導(dǎo)電功率的表達式。（P=W / t= U I t / t=U I ）u 表達式：P=UI電路上的電功率大小等于這段電路兩端電壓和電路中電流的乘積。單位：功的單位用焦耳（J），時間單位用秒（s），功率單位為瓦特（W）。1W=1J/s這里應(yīng)強調(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式對任何電壓、電流不隨時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。4.額定功率和實際功率電功率是衡量用電器電流做功快慢，或者說衡量其消耗電能的快慢程度。電功率越大，該用電器在同一時間內(nèi)消耗電能越多。為了使用電器安全、正常地工作，

5、對用電器工作電壓和功率都有規(guī)定數(shù)值。在家用電器或工廠電器設(shè)備的銘牌上，都鐫刻有該設(shè)備正常工作的額定電壓和額定電功率。額定功率：用電器正常工作時所需電壓叫額定電壓，在這個電壓下消耗的功率稱額定功率。一般說來，用電器電壓不能超過額定電壓，但電壓低于額定電壓時，用電器功率不是額定功率，而是實際功率。實際功率P=IU，U、I分別為用電器兩端實際電壓和通過用電器的實際電流。讀書P56/洗衣機的銘牌的參數(shù)：牌上標(biāo)明最大電流10A，而對應(yīng)可算出其最大工作功率為2200W；不同工作狀態(tài)下有不同的額定電流，洗滌時不需要用到10A的電流，所以其洗滌的正常功率小于最大功率。同時，由于機器經(jīng)常在實際電壓低于額定電壓，

6、（如夏天用電高峰時的電燈電壓只有不到200V，則此時的燈光昏黃，實際功率低于額定功率。2. 電熱初中我們已經(jīng)由實驗探究過，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。很多同學(xué)都會認(rèn)為，W=IUt，電流做這么多功，把相應(yīng)的電能轉(zhuǎn)換成內(nèi)能（即為放出熱量）Q=W=UIt。這里有一個錯誤，大家能發(fā)現(xiàn)嗎？（學(xué)生討論）錯在Q=W，電流做功一定都把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能增量嗎？有沒有可能同時轉(zhuǎn)化為其他形式能？所以電功與電熱是兩個不同的概念。公式不能隨便亂用。那么電熱該用是什么公式計算呢？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。板書：2、電熱：電流熱效應(yīng)

7、（電流經(jīng)過導(dǎo)體時導(dǎo)體要發(fā)熱）（1）焦耳定律內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方、導(dǎo)體電阻和通電時間成正比。（2）表達式：Q=I2Rt為什么電流通過導(dǎo)體會產(chǎn)生焦耳熱呢？這是因為金屬中自由電子在電場力作用下定向移動，由于電場做功，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。同樣的，（3）單位時間內(nèi)產(chǎn)生的電熱稱為熱功率P=I2R。3. 電功與電功率和電熱與熱功率的比較：（1） 純電阻電路中如果電流做功使電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，我們把這樣的用電器叫做純電阻，對于純電阻，有Q=I2Rt=I IRt=IUt=W可以推出U=I

8、R（歐姆定律）即歐姆定律只能適用于純電阻（金屬導(dǎo)體和通常壯態(tài)下的電解質(zhì)溶液）對氣態(tài)導(dǎo)體和其它一些導(dǎo)電原件（電子管，熱敏電阻）不適用。對電路而言，它只對一段不含電源的導(dǎo)體成立。如果電流做功還使電能轉(zhuǎn)化為其他能，則電功大于電熱。板書：（1）對純電阻（U=IR）而言，W=Q=UIt=I2Rt=U2t/R。P電=UI=P熱=I2R=U2/R。（2） 非純電阻電路（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=I2R0t

9、，電動機還對外做功，把電能轉(zhuǎn)化為機械能，W機械輸出=WQ=IUtI2R0t，W機械輸出是電動機輸出能量，而W則是電源輸送給電動機的，是電動機的輸入能量；Q是電動機的額外損耗。就是電動機的工作效率。這是一個非純電阻電路，且W機械輸出0，則有UIR0?？紤]每秒鐘內(nèi)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，即功率，只要令上述各式同除以 t 即可，可得總功率P總=IU，電熱功率P熱=I2R0，輸出功率P出，三者關(guān)系是P總=P熱P出，即P出=IUI2R。4. 鞏固訓(xùn)練：例：教科書P59/例題（略）課堂訓(xùn)練：書P59/3；手冊P60/1、45. 身邊的電熱：閱讀書P58/歸納共有多少中提高電熱（電壓恒定時減小電阻，或電流恒定時增大電阻，增大電流等）方法或降低電熱（加強散熱，對串聯(lián)電線減小其電阻）的方法。這里要用到不少串并聯(lián)電路的知識。希望大家課后能復(fù)習(xí)一下串并聯(lián)的問題。討論教科書P59/1、2【課后作業(yè)】教材全練P38-39【課后反思】