高中物理上學(xué)期第八周-焦耳定律-電路中的能量轉(zhuǎn)化教學(xué)設(shè)計-人教版高中全冊物理教案

焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化課題焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化課時1考點、知識點理解焦耳定律，并能進行有關(guān)計算學(xué)習目標1.掌握電功、電功率、電熱、電熱功率等基本概念．(重點)2.理解焦耳定律，并能進行有關(guān)計算．(重點)3.理解電功和電熱的關(guān)系，能從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路中的電功和電熱．(難點)重、難點知道電源的總功率、電路的輸出功率、電源內(nèi)阻消耗功率的概念并明確它們之間的關(guān)系．(重點、難點)學(xué)習環(huán)節(jié)和內(nèi)容學(xué)生活動建議教師活動建議調(diào)整記錄探究決定導(dǎo)體電阻的因素、電阻定律環(huán)節(jié)一：eq\a\vs4\al([先填空])1．電功(1)概念：電場力移動電荷所做的功．(2)公式：W＝qU＝UIt.(3)單位：焦耳，符號J.2．電功率(1)物理意義：表示電流做功快慢的物理量．(2)定義：電流所做的功與做這些功所用時間的比值．(3)公式：P＝eq\f(W,t)＝IU.(4)單位：瓦特，符號W.eq\a\vs4\al([再判斷])1．電流做功的過程中，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．(√)2．電流通過用電器時，電流做的功越多，說明用電器的電功率越大．(×)3．電功率越大，電流做功一定越快．(√)eq\a\vs4\al([后思考])家庭用電用“度”做單位，度是電功的單位，還是電功率的單位？【提示】度是電功的單位.1度＝1kW·h＝3.6×106J.環(huán)節(jié)二：eq\a\vs4\al([合作探討])把一根大頭針插在一小塊硬紙片上，用漿糊把紙貼在臺燈的燈泡上，使大頭針的針尖朝上．然后用3張紙條做一小風車，把風車放在針尖上．打開臺燈，過一會發(fā)現(xiàn)，風車轉(zhuǎn)動起來．圖2-6-1探討1：這一過程，電流做功嗎？【提示】做功．探討2：風車為什么轉(zhuǎn)動？【提示】電流通過燈絲做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．周邊空氣溫度升高，形成對流，風車轉(zhuǎn)動起來．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．對電功的理解(1)從力的角度看，電流做功的實質(zhì)是電場力對自由電荷做功．(2)從能的角度看，電流做功過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，電功的大小量度了電能的減少量，標志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少．(3)電功W＝UIt＝qU對任何電路都適用．2．對電功率的理解(1)電功率P＝eq\f(W,t)＝UI對任何電路都適用．(2)額定功率和實際功率①額定功率：用電器正常工作所消耗的功率．②實際功率：用電器在實際電壓下電流做功的功率．環(huán)節(jié)三：1．一個電阻接入某電路后，消耗的功率為110W，通過3C的電荷量時，有330J的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則下列說法錯誤的是()【導(dǎo)學(xué)號：33410091】A．電阻兩端所加電壓為330VB．通過電阻的電流為1AC．電阻通電時間為3sD．這個電阻的阻值為110Ω【解析】由W＝qU知，電阻兩端所加電壓U＝eq\f(W,q)＝110V，A錯；由P＝IU得I＝eq\f(P,U)＝1A，B對；由W＝Pt得通電時間t＝eq\f(W,P)＝3s或t＝eq\f(q,I)＝eq\f(3,1)s＝3s，C對；由R＝eq\f(U,I)，得R＝110Ω，D對．【答案】A2．一臺國產(chǎn)XQB30-13型自動洗衣機說明書中所列的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表，試根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)計算：額定電壓220V額定頻率50Hz額定洗衣、脫水功率360W額定洗衣、脫水容量3kg整機質(zhì)量33kg外形尺寸(長×寬×高)(542×550×920)mm3(1)這臺洗衣機在額定電壓下洗衣或脫水時，通過洗衣機的電流是多大？(2)如洗衣、脫水的累計時間為40min，則洗衣機耗電多少？【解析】(1)由說明書可知P＝360W，又由P＝UI可知I＝eq\f(P,U)＝eq\f(360,220)A＝1.64A.(2)W＝Pt＝360×40×60J＝8.64×105J故消耗的電能為8.64×105J.【答案】(1)1.64A(2)8.64×105J環(huán)節(jié)四：小結(jié)幾個電學(xué)公式的適用范圍解答電流做功類的題目需掌握以下幾個重要公式，并理清它們的意義及適用條件．(1)電功W＝UIt＝qU普遍適用．(2)I＝eq\f(q,t)為電流的定義式，普遍適用．(3)I＝eq\f(U,R)，P＝I2R＝eq\f(U2,R)等，只適用于純電阻電路．焦耳定律、熱功率環(huán)節(jié)一：eq\a\vs4\al([先填空])1．焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過電阻產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻值成正比，跟通電時間成正比．(2)公式：Q＝I2Rt.(3)單位：J.(4)應(yīng)用：工業(yè)上的電烙鐵、電烤箱等；生活中的電暖氣、電爐、電熨斗、電飯鍋等．2．熱功率(1)概念：電阻通電所產(chǎn)生的熱量與產(chǎn)生這些熱量所用時間的比值．(2)公式：P熱＝eq\f(Q,t)＝I2R.eq\a\vs4\al([再判斷])1．根據(jù)電功的公式和歐姆定律可以推導(dǎo)出電熱的公式，因此電功和電熱是完全相同的．(×)2．W＝UIt適用于任何電路求電功．(√)3．Q＝I2Rt適用于任何電路求熱量．(√)eq\a\vs4\al([后思考])用電爐燒水時，爐盤內(nèi)的電爐絲被燒得通紅，產(chǎn)生大量的熱，而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱，這是什么原因？【提示】導(dǎo)線跟電爐絲是串聯(lián)在一起的，通過它們的電流相等，而電爐絲的電阻比連接電爐絲的部分導(dǎo)線電阻要大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的時間內(nèi)導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量比電爐絲產(chǎn)生的熱量要少得多．環(huán)節(jié)二：eq\a\vs4\al([合作探討])如圖2-6-2所示為一正常工作的電動機，其工作電壓為220V.圖2-6-2探討1：電動機消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為線圈產(chǎn)生的內(nèi)能嗎？【提示】一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．探討2：其工作電壓是線圈兩端電壓嗎？【提示】不是．其工作電壓大于線圈兩端電壓．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．兩種電路的比較電路純電阻電路非純電阻電路元件特點電路中只有電阻元件除電阻外還包括其他的電器元件電流、電壓、電阻三者的關(guān)系遵循歐姆定律I＝eq\f(U,R)不遵循歐姆定律，由W＝UIt＝I2Rt＋W其他知U＞IR或I＜eq\f(U,R)能量轉(zhuǎn)化形式電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能量：電功W＝UIt＝Q＋W其他，其中電熱Q＝I2Rt能量轉(zhuǎn)化示意圖電器元件舉例電爐絲、白熾燈電動機、電解槽、電風扇2.電功與電熱(1)純電阻電路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t；P電＝P熱＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).(2)非純電阻電路：電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt，W>Q；電功率P＝UI，熱功率P熱＝I2R，P>P熱．環(huán)節(jié)三：3．(多選)關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：33410092】A．電功率越大電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B．W＝UIt適用于任何電路，而電功計算式W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t適用于純電阻電路C．非純電阻電路中，UI＞I2RD．Q＝I2Rt適用于任何電路【解析】電功率越大，電流做功越快，但電路中產(chǎn)生的焦耳熱不一定越多，故A不正確；W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路；而I＝eq\f(U,R)只適用于純電阻電路，由此推導(dǎo)出的公式W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t只適用于純電阻電路，B正確；在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以C正確；Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中焦耳熱的計算，D正確．【答案】BCD4．規(guī)格為“220V36W”的排氣扇，線圈電阻為40Ω，求：(1)接上220V電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率．【解析】(1)排氣扇在220V電壓下正常工作電流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(36,220)A＝0.16A，發(fā)熱功率P熱＝I2R＝0.162×40W≈1W，轉(zhuǎn)化為機械能的功率P機＝P－P熱＝(36－1)W＝35W.(2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動后，電動機相當于純電阻，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時通過排氣扇的電流I′＝eq\f(U,R)＝eq\f(220,40)A＝5.5A.電動機消耗的功率等于發(fā)熱功率P′＝P熱＝I′U＝5.5×220W＝1210W．由于發(fā)熱量很大，將很快燒壞電動機線圈．【答案】(1)35W1W(2)1210W1210W環(huán)節(jié)四：小結(jié)電動機電路的分析方法(1)分清是純電阻電路還是非純電阻電路．電動機轉(zhuǎn)動時是非純電阻電路，電動機不轉(zhuǎn)動時是純電阻電路．(2)分清要求的是電功還是電熱(或熱功率)，對照公式的適用條件，合理選擇公式．(3)電動機的輸入功率即總功率P入＝IU，電動機的發(fā)熱功率P熱＝I2r，電動機的輸出功率P出＝P入－P熱．電路中的能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)一：eq\a\vs4\al([先填空])1．內(nèi)電路中的能量轉(zhuǎn)化(1)電源：通過各種作用，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化功率P＝IE.(2)內(nèi)阻：通過電流做功將一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)阻的內(nèi)能，即P內(nèi)＝I2r.2．外電路上的能量轉(zhuǎn)化：通過電流做功將電源輸出的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即P外＝UI.3．兩者之間的關(guān)系：由能量守恒定律可知P＝P內(nèi)＋P外，即EI＝I2r＋UI，進一步化簡可得E＝U＋Ir，可見閉合電路歐姆定律實質(zhì)上是能量守恒定律在閉合電路中的具體表現(xiàn)．eq\a\vs4\al([再判斷])1．電流的熱效應(yīng)實質(zhì)上是電能通過電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．(√)2．電動機是非純電阻用電器，所以在任何情況下，都不能將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．(×)3．在使用電源時，絕對不可以讓電源短路，以免造成電源的損壞，甚至引起火災(zāi)．(√)eq\a\vs4\al([后思考])外電路的電阻越大，電源做功輸出的效率就越高嗎？【提示】由于電源做功輸出的效率：η＝eq\f(P出,P)＝eq\f(IU外,IE)＝eq\f(U外,E)＝eq\f(IR,IR＋r)＝eq\f(R,R＋r)＝eq\f(1,1＋\f(r,R))，故外電路的電阻越大，電源做功輸出的效率就越高．環(huán)節(jié)二：eq\a\vs4\al([合作探討])閉合電路中內(nèi)、外電路都有電阻，當電鍵閉合，電路中有電流時，內(nèi)、外電路都做功．探討1：電源非靜電力做的功與電路中內(nèi)、外電路電流做的功存在什么關(guān)系？【提示】非靜電力做功把電源內(nèi)部儲存的其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，電流做功把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)電路上的電能和外電路上其他形式的能．探討2：外電路的電阻越大，外電路消耗的功率就越大嗎？【提示】當外電阻大于內(nèi)電阻時，外電阻越大，外電路消耗的功率越?。接?：外電路的電阻越大，電源做功的效率就越高嗎？【提示】外電阻越大，路端電壓越大，電源做功的效率越大．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．閉合電路中的幾個功率功率名稱表達式電源功率(總功率)P總＝EI電源內(nèi)部消耗功率P內(nèi)＝U內(nèi)I＝I2r外電路消耗功率(電源輸出功率)P外＝U外I＝(E－U內(nèi))I＝EI－I2r三者關(guān)系P總＝P外＋P內(nèi)2.純電阻電路中電源的輸出功率P出＝UI＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r).電源的輸出功率隨外電阻的變化關(guān)系如圖2-6-3所示．圖2-6-3(1)當R＝r時，Pmax＝eq\f(E2,4r).(2)一個輸出功率(除最大功率外)P對應(yīng)于兩個不同的外電阻R1和R2，且r＝eq\r(R1R2).(3)當R＜r時，R↑→P出↑；當R＞r時，R↑→P出↓.3．電源的效率η＝eq\f(P出,P)＝eq\f(IU外,IE)＝eq\f(U外,E)＝eq\f(IR,IR＋r)＝eq\f(R,R＋r)＝eq\f(1,1＋\f(r,R)).可見，外電阻R越大，電源的效率越高．環(huán)節(jié)三：5．如圖2-6-4所示，電源電動勢E＝10V，內(nèi)阻r＝0.5Ω，“8V16W”的燈泡L恰好能正常發(fā)光，電動機M繞線的電阻R0＝1Ω，求：【導(dǎo)學(xué)號：33410095】圖2-6-4(1)路端電壓；(2)電源的總功率；(3)電動機的輸出功率．【解析】(1)燈泡正常發(fā)光，所以路端電壓為8V.(2)設(shè)干路總電流為I，則8V＝10V－I×0.5Ω，得I＝4A，故P總＝EI＝40W.(3)又IL＝eq\f(P,U)＝eq\f(16,8)A＝2A，故IM＝I－IL＝2A，PM總＝8×2W＝16W，PM出＝16W－22×1W＝12W.【答案】(1)8V(2)40W(3)12W6．電路圖如圖2-6-5甲所示，乙中圖線是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖像，滑動變阻器的最大阻值為15Ω，定值電阻R0＝3Ω.甲乙圖2-6-5(1)當R為何值時，R0消耗的功率最大，最大值為多少？(2)當R為何值時，電源的輸出功率最大，最大值為多少？【解析】(1)由題圖乙知電源的電動勢和內(nèi)阻為：E＝20V，r＝|