焦耳定律高二物理教案
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高二物理焦耳定律教案
【教學(xué)目標(biāo)】
(一)知識(shí)與技能
1、理解電功的概念，知道電功是指電場(chǎng)力對(duì)自由電荷所做的功，理解電功的公式，能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。
2、理解電功率的概念和公式，能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。
3、知道電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
(二)過(guò)程與方法
通過(guò)推導(dǎo)電功的計(jì)算公式和焦耳定律，培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。
(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過(guò)電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化和守恒，進(jìn)一步掌握能量守恒定律的普遍性。
【教學(xué)重點(diǎn)】
電功、電功率的概念、公式;焦耳定律、電熱功率的概念、公式。
【教學(xué)難點(diǎn)】
電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
高二物理焦耳定律教學(xué)過(guò)程
(一) 復(fù)習(xí)
1. 串并聯(lián)電路的性質(zhì)。
2. 電流表的改裝。
(二)進(jìn)行新課
1、電功和電功率
教師：請(qǐng)同學(xué)們思考下列問(wèn)題
(1)電場(chǎng)力的功的定義式是什么?
(2)電流的定義式是什么?
學(xué)生：(1)電場(chǎng)力的功的定義式W=qU
(2)電流的定義式I=q t
教師：投影教材圖2.5-1
如圖所示，一段電路兩端的電壓為U，由于這段電路兩端有電勢(shì)差，電路中就有電場(chǎng)存在，電路中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流I，在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)這段電路上任一橫截面的電荷量q是多少?
學(xué)生：在時(shí)間t內(nèi)，通過(guò)這段電路上任一橫截面的電荷量q=It。
教師：這相當(dāng)于在時(shí)間t內(nèi)將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端。在這個(gè)過(guò)程中，電場(chǎng)力做了多少功?
學(xué)生：在這一過(guò)程中，電場(chǎng)力做的功W=qU=IUt
教師：在這段電路中電場(chǎng)力所做的功，也就是通常所說(shuō)的電流所做的功，簡(jiǎn)稱電功。 電功：
(1)定義：在一段電路中電場(chǎng)力所做的功，就是電流所做的功，簡(jiǎn)稱電功.
(2)定義式：W=UIT
教師：電功的定義式用語(yǔ)言如何表述?
學(xué)生：電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U，電路中的電流I和通電時(shí)間t三者的乘積。
教師：請(qǐng)同學(xué)們說(shuō)出電功的單位有哪些?
學(xué)生：(1)在國(guó)際單位制中，電功的單位是焦耳，簡(jiǎn)稱焦，符號(hào)是J.
(2)電功的常用單位有：千瓦時(shí)，俗稱“度”，符號(hào)是kW·h.
說(shuō)明：使用電功的定義式計(jì)算時(shí)，要注意電壓U的單位用V，電流I的單位用A，通電時(shí)間t的單位用s，求出的電功W的單位就是J。
教師：在相同的時(shí)間里，電流通過(guò)不同用電器所做的功一般不同。例如，在相同時(shí)間里，電流通過(guò)電力機(jī)車的電動(dòng)機(jī)所做的功要顯著大于通過(guò)電風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)所做的功。電流做功不僅有多少，而且還有快慢，為了描述電流做功的快慢，引入電功率的概念。
(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。用P表示電功率。
(2)定義式：P=W=IU t
(3)單位：瓦(W)、千瓦(kW)
[說(shuō)明]電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”不同。電流做功快，但做功不一定多;電流做功慢，但做功不一定少。
2、焦耳定律
教師：電流做功，消耗的是電能。電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能與電路中的電學(xué)元件有關(guān)。在純電阻元件中電能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，于是導(dǎo)體發(fā)熱。
設(shè)在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為R，通過(guò)的電流為I，試計(jì)算在時(shí)間t內(nèi)電流通過(guò)此電阻產(chǎn)生的熱量Q。
學(xué)生：求解產(chǎn)生的熱量Q。
解：據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓U=IR
在時(shí)間t內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)電阻元件所做的功為W=IUt=I2Rt
由于電路中只有純電阻元件，故電流所做的功W等于電熱Q。
產(chǎn)生的熱量為
Q=I2Rt
教師指出：這個(gè)關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實(shí)驗(yàn)得到的，叫焦耳定律，同學(xué)們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過(guò)了。
學(xué)生活動(dòng)：總結(jié)熱功率的定義、定義式及單位。
熱功率：
(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)熱的功率叫做熱功率。
(2)定義式：P熱=Q2=IR t
(3)單位：瓦(W)
(三)研究電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
學(xué)生：分組討論總結(jié)電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
師生共同活動(dòng)：總結(jié)：
(1)電功率與熱功率的區(qū)別
電功率是指輸入某段電路的全部功率或在這段電路上消耗的全部電功率，決定于這段電路兩端電壓U和通過(guò)的電流I的乘積。
熱功率是在某段電路上因發(fā)熱而消耗的功率，決定于通過(guò)這段電路的電流的平方I2和電阻R的乘積。
(2)電功率與熱功率的聯(lián)系
若在電路中只有電阻元件時(shí)，電功率與熱功率數(shù)值相等。即P熱=P電
教師指出：
若電路中有電動(dòng)機(jī)或電解槽時(shí)，電路消耗的電功率絕大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能，只有一少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時(shí)電功率大于熱功率，即P電>P熱。
高二物理焦耳定律課堂練習(xí)
例一： 一個(gè)電動(dòng)機(jī)，線圈電阻是0.4歐，當(dāng)它兩端所加的電壓為220V時(shí)，通過(guò)的電流是5A。求(1)電功率是否等于熱功率?(2)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多少?
解：本題涉及三個(gè)不同的功率：電動(dòng)機(jī)消耗的電功率P電、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率P熱、轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率P機(jī)
。三者之間遵從能量守恒定律，即
P電=P熱+P機(jī)
由焦耳定律，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率為
P熱=I2R
電動(dòng)機(jī)消耗的功率，即電流做功的功率為
P電=IU
因此可得電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械的功率，即電動(dòng)機(jī)所做機(jī)械功的功率
P機(jī)=P電-P熱=IU - I2R
=5 ×220 -52 ×0.4
=1090w
課堂小結(jié)
電功 W=UIt
電功率 P=UI
焦耳熱 Q=I2Rt
熱功率 P=I2R
純電阻電路: 電功=電熱
電功率=熱功率
非純電阻電路: 電功=電熱+其它形式的能量
電功率=熱功率=其它形式的功率
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