高中物理-焦耳定律教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

教學(xué)設(shè)計(jì)eq\o(\s\up7(),\s\do5(整體設(shè)計(jì)))教學(xué)分析學(xué)生在初中已經(jīng)接觸過焦耳定律的內(nèi)容，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了一定的基礎(chǔ)，但高中階段將從電場力做功及能量轉(zhuǎn)化和守恒等角度來研究焦耳定律，這對學(xué)生的學(xué)習(xí)提出了更高的要求。本節(jié)課所涉及的能量觀點(diǎn)，是研究電學(xué)問題和其他物理問題的重要方法。另外，這一節(jié)的內(nèi)容在實(shí)際中有廣泛而重要的運(yùn)用，不但是學(xué)習(xí)后續(xù)知識的基礎(chǔ)，而且是學(xué)習(xí)電工的基礎(chǔ)。所以，本節(jié)課不但是物理知識的傳授課，更是物理方法和思想的滲透課。在教學(xué)中應(yīng)該充分聯(lián)系實(shí)際，以便鞏固和加深對基本知識的理解，掌握實(shí)際問題中的原理。教學(xué)目標(biāo)1．理解電功的概念，知道電功是指電場力對自由電荷所做的功，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。4．通過推導(dǎo)電功的計(jì)算公式和焦耳定律，培養(yǎng)分析、推理能力。5．通過電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化和守恒，進(jìn)一步培養(yǎng)辯證唯物主義的觀點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)電功和電熱的計(jì)算是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)，圍繞這個(gè)教學(xué)重點(diǎn)，具體實(shí)施教學(xué)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這樣幾個(gè)教學(xué)難點(diǎn)：電流做功的表達(dá)式的推導(dǎo)，純電阻電路和非純電阻電路在能量轉(zhuǎn)化過程中的區(qū)別。教學(xué)方法與手段1．采用問題解決式，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系前面電場力的知識，推導(dǎo)電流做功的表達(dá)式。2．密切聯(lián)系實(shí)際，通過實(shí)例分析讓學(xué)生明確各種電能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化情況。3．通過例題分析讓學(xué)生明確純電阻電路與非純電阻電路在能量轉(zhuǎn)化時(shí)的區(qū)別。eq\o(\s\up7(),\s\do5(教學(xué)過程))導(dǎo)入新課[事件1]教學(xué)任務(wù)：創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課。問題1：用電器通電后，可以將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，請同學(xué)們列舉生活中常用的用電器，說明其能量的轉(zhuǎn)化情況。參考示例：電燈把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能；電爐把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電解槽把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。用電器把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，就是電流做功的過程。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，遵循能量守恒，即有多少電能減少，就有多少其他形式的能增加。問題2：電流做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關(guān)呢？本節(jié)課我們學(xué)習(xí)關(guān)于電功和電功率的知識。推進(jìn)新課[事件2]教學(xué)任務(wù)：推導(dǎo)電流做功的表達(dá)式師生活動(dòng)：思考并討論：(多媒體打出畫面)一段導(dǎo)體長為L，橫截面積為S，電阻為R，在導(dǎo)體兩端加上電壓U，通過導(dǎo)體的電流為I。圖2.5－1推導(dǎo)電流做功的表達(dá)式(1)結(jié)合此模型說出電流做功實(shí)質(zhì)上是怎樣的？參考答案：電流做功的實(shí)質(zhì)是電路中電場力對定向移動(dòng)的電荷做功。(2)利用學(xué)過的知識，推導(dǎo)一下經(jīng)過時(shí)間t，電流做的功?？赡艹霈F(xiàn)的結(jié)果：學(xué)生無從下手?？赏ㄟ^問題引導(dǎo)學(xué)生思考并推導(dǎo)出公式來。請同學(xué)們思考下列問題：(1)電場力做功的定義式是什么？(2)電流的定義式是什么？參考答案：(1)在第一章里我們學(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，AB兩點(diǎn)間電勢差為UAB，則電場力做功W＝qUAB。(2)電路中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流I，在時(shí)間t內(nèi)，通過這段電路上任一橫截面的電荷量q＝It。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。對于一段導(dǎo)體而言，兩端電勢差為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)的電荷量為q，則通過導(dǎo)體截面電荷量為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。結(jié)論：電功(1)定義：電路中電場力對定向移動(dòng)的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。(2)表達(dá)式：W＝IUt。①物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓U、電路中電流I和通電時(shí)間t成正比。②適用條件：I、U不隨時(shí)間變化——恒定電流。③單位：焦耳(J)1J＝1V·A·s。【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。[事件3]教學(xué)任務(wù)：推導(dǎo)電功率的表達(dá)式。師生活動(dòng)：問題引導(dǎo)：在相同的時(shí)間里，電流通過不同用電器所做的功一般不同。(例如，在相同時(shí)間里，電流通過電力機(jī)車的電動(dòng)機(jī)所做的功要顯著大于通過電風(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，如何描述電流做功的快慢呢？參考答案：可以用單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功，即電功率表示做功的快慢。結(jié)論：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＝eq\f(W,t)＝IU(對任何電路都適用)。(3)單位：瓦特(W)，1W＝1J/s?！菊f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。(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?！菊f明】最后應(yīng)強(qiáng)調(diào)：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。[事件4]教學(xué)任務(wù)：焦耳定律師生活動(dòng)：思考并討論：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)，那么，電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)呢？結(jié)論：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。(1)焦耳定律：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(shí)間成正比。表達(dá)式：Q＝I2Rt。(2)熱功率：單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量，即P＝Q/t＝I2R。思考并討論：電路中電流對導(dǎo)體做的功是否等于導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的熱量呢？可能出現(xiàn)的結(jié)果：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，所以，放出熱量Q＝W＝I2Rt。這里有一個(gè)錯(cuò)誤：Q＝W，可通過問題引導(dǎo)學(xué)生思考并找出來：●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？●什么電路中Q＝W？什么電路中W≠Q(mào)？(W＞Q)？為什么？舉實(shí)例●歐姆定律I＝eq\f(U,R)及變形公式適用條件是什么？為什么？參考答案：(1)電流有可能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。如：電吹風(fēng)、電解槽、電池。(2)對純電阻電路(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＝Q，這時(shí)W＝Q＝UIt＝I2Rt；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其他或P＝P熱＋P其他、UI＝I2R＋P其他。(3)歐姆定律I＝eq\f(U,R)及變形公式適用條件是純電阻電路。學(xué)生分組討論上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。再次強(qiáng)調(diào)以下結(jié)論：(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：上述實(shí)驗(yàn)中，電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，小電機(jī)就相當(dāng)于純電阻。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。教師指出：上述實(shí)驗(yàn)中，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)消耗的電功率，其中有一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故P電＞P熱。5焦耳定律1．電功W定義：電路中電場力對定向移動(dòng)的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。公式：W＝IUt。單位：焦耳，簡稱：焦，符號J。2．電功率P(1)定義：單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功。公式：P＝eq\f(W,t)＝IU單位：瓦特(W)，1W＝1J/s。(2)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。3．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(shí)間成正比。公式：Q＝I2Rt熱功率：單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量。即P＝eq\f(Q,t)＝I2R注：(1)對純電阻電路，電功W等于電熱Q，即W＝Q＝UIt＝I2Rt(2)對非純電阻電路，即W＝Q＋E其他或P＝P熱＋P其他、UI＝I2R＋P其他高中學(xué)生思維方式應(yīng)逐步由形象思維向抽象思維過渡，因此在教學(xué)中用一些感性認(rèn)識為依托，加強(qiáng)直觀性和形象性，以便學(xué)生理解。學(xué)生在初中已經(jīng)接觸過焦耳定律的內(nèi)容，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了一定的基礎(chǔ)，但高中階段將從電場力做功及能量轉(zhuǎn)化和守恒等角度來研究焦耳定律，這對學(xué)生的學(xué)習(xí)提出了更高的要求。本節(jié)課所涉及的能量觀點(diǎn)，是研究電學(xué)問題和其他物理問題的重要方法。另外，這一節(jié)的內(nèi)容在實(shí)際中有廣泛而重要的運(yùn)用，是學(xué)習(xí)后續(xù)知識的基礎(chǔ)。所以，本節(jié)課不但是物理知識的傳授課，更是物理方法和思想的滲透課。本節(jié)課利用一張生活常識的圖片，讓學(xué)生思考：在日常生活中有哪些用電器是利用電流的熱效應(yīng)來工作的？通過這一問題自然引入新課，并且這一場景很多學(xué)生都有親身經(jīng)歷，學(xué)生注意力馬上集中起來。體現(xiàn)從生活走向物理的教學(xué)理論。?然后通過課件出示各種家電圖片，讓學(xué)生對熟悉的家用電器進(jìn)行簡單分類，從而知道什么是電流的熱效應(yīng)。再根據(jù)學(xué)生熟悉的電爐子發(fā)紅可是導(dǎo)線卻不怎么熱這一現(xiàn)象，讓學(xué)生猜想電熱和哪些因素有關(guān)，進(jìn)而學(xué)習(xí)焦耳定律，由于此實(shí)驗(yàn)難于成功，所以采用多媒體課件播放視頻，然后引導(dǎo)學(xué)生分析討論，從而得出結(jié)論。為了讓學(xué)生明確科學(xué)研究的方法是多種多樣的，再根據(jù)電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能這一條件來推導(dǎo)焦耳定律。在學(xué)生明確公式之后配有例題，引導(dǎo)學(xué)生分析解題，進(jìn)一步理解焦耳定律。任何事物都是一分為二的，電熱既有有利的一面要加以利用，不利的一面要加以防止。這部分內(nèi)容易學(xué)，主要是進(jìn)行德育滲透。?由于設(shè)計(jì)合理精心，既考慮教學(xué)內(nèi)容，有分析學(xué)生實(shí)際，所以本節(jié)課教學(xué)效果很好，由于本節(jié)課內(nèi)容比較貼近生活，所以學(xué)生十分樂學(xué)。焦耳定律是高二物理人教版選修3-1第二章第五節(jié)的內(nèi)容，是電學(xué)中重要的物理定律，它是能量守恒定律在電能和熱能轉(zhuǎn)換中的體現(xiàn)，本節(jié)在電學(xué)中的地位舉足輕重。在初中電學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)接觸了影響電熱的因素，這為過渡到本節(jié)起到了鋪墊作用，本節(jié)內(nèi)容是從電功、電功率，熱功、熱功率和焦耳定律出發(fā)，從電場力做功和能量轉(zhuǎn)化這個(gè)更高的視角來理解焦耳定律，本節(jié)知識緊密聯(lián)系生活實(shí)際，如利用電流熱效應(yīng)制造家用電器，如電烙鐵，電烤箱等。短路時(shí)，電源釋放的能量全部在內(nèi)電路中轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，可能造成電源損壞甚至引起火災(zāi)，所以，這不僅是物理知識的傳授，更是體現(xiàn)了“物理來源于生活，應(yīng)用于生活”的本質(zhì)。例題:一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，線圈電阻是0.4W，當(dāng)電動(dòng)機(jī)兩端加220V電壓時(shí)，通過電動(dòng)機(jī)的電流是5A。求這臺(tái)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率和輸出功率。拓展延伸：某時(shí)電動(dòng)機(jī)突然被卡住而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，則此時(shí)的電動(dòng)機(jī)消耗的功率為多少？變式練習(xí)：有一直流電動(dòng)機(jī)，把它接入0.2V電壓的電路中，電機(jī)不轉(zhuǎn)，測得流過電動(dòng)機(jī)的電流為0.4A，若電動(dòng)機(jī)接入2V電壓電路中，電動(dòng)

機(jī)正常工作，電流是1A.(1)求電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)輸出功率多大？(2)如果電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住,電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率是多大？課堂練習(xí)1：圖中虛線框內(nèi)是一個(gè)未知電路，測得它的兩端點(diǎn)a，b之間的電阻是R，在a，b之間加上電壓U，測得流過這電路的電流為I，則未知電路的電功率一定是()A.I2RB.U2/RC.UID.I2R+UI課堂練習(xí)2：為了使電爐消耗的電功率減小到原來的一半，應(yīng)該采用的措施是（）A.使電流減半B.電壓減半C.使電爐的電阻減半D.使電壓和電爐的電阻各減一半。作業(yè):完成課后習(xí)題在學(xué)生明確公式之后配有例題，引導(dǎo)學(xué)生