第5節(jié)焦耳定律 教師參考 一 教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1 理解電功 電功率的概念 知道公式的物理意義 了解實(shí)際功率和額定功率 3 知道非純電阻電路中電能與其他形式能的轉(zhuǎn)化關(guān)系4 能運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)解決簡(jiǎn)單的含電動(dòng)機(jī)的非純電阻電路問題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 二 教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)區(qū)別并掌握電功和電熱的計(jì)算教學(xué)難點(diǎn)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) 接受起來比較困難三 重難點(diǎn)突破方略電功概念引入的突破方略教師 請(qǐng)同學(xué)們思考下列問題 1 靜電力的功的定義式是什么 2 電流的定義式是什么 學(xué)生 1 靜電力的功的定義式W qU 情境展示 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靜電力的作用下發(fā)生定向移動(dòng) 形成電流I 問題1 在時(shí)間t內(nèi)通過這段電路上任一橫截面的電荷量q是多少 學(xué)生 q It 問題2 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)過程中靜電力做了多少功 學(xué)生 靜電力做的功W qU IUt 問題3 電流做功實(shí)質(zhì)上什么力做功 學(xué)生 電流做功的實(shí)質(zhì)是導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力做功 教師講授 在這段電路中靜電力所做的功W qU IUt 也就是通常所說的電流所做的功 簡(jiǎn)稱電功 自主學(xué)習(xí) 課堂探究 達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng) 自主學(xué)習(xí)課前預(yù)習(xí) 感悟新知 教師參考 情境鏈接一焦耳最初的研究方向是電磁機(jī) 他從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電流可以做功 這激發(fā)了他進(jìn)行深入研究的興趣 1840年 焦耳把環(huán)形線圈放入裝水的試管內(nèi) 測(cè)量不同電流和電阻時(shí)的水溫 通過這一實(shí)驗(yàn) 他發(fā)現(xiàn) 導(dǎo)體在一定時(shí)間內(nèi)放出的熱量與導(dǎo)體的電阻及電流的二次方之積成正比 這就是焦耳定律 1843年 焦耳想到了機(jī)械功與熱的聯(lián)系 測(cè)出了熱功當(dāng)量 后人為了紀(jì)念焦耳 把功和能的單位命名為焦耳 電流做功時(shí) 消耗的是電能 究竟電能轉(zhuǎn)化為哪種形式的能量呢 信息電路中元件的類型不一樣 電能轉(zhuǎn)化為哪種形式能量的種類也不一樣 焦耳研究電流做功將電能轉(zhuǎn)化內(nèi)能的情形 焦耳定律只適用于電流產(chǎn)生內(nèi)能的情況 情境鏈接二在日常生活中 經(jīng)常會(huì)用到家用小電器 例如電吹風(fēng) 電熨斗等 它們都會(huì)分為幾擋 比如電吹風(fēng)可以吹暖風(fēng)和熱風(fēng) 使用中會(huì)遇到一些問題 例如電風(fēng)扇工作時(shí) 電風(fēng)扇的扇葉被卡住了 會(huì)造成什么后果 電能是通過電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式的能 電流做功的實(shí)質(zhì)是什么 信息電風(fēng)扇扇葉被卡住后 電流做功把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 由于電風(fēng)扇內(nèi)阻很小 則電流很大 會(huì)燒壞電機(jī) 電路中電流做功實(shí)質(zhì)是導(dǎo)體內(nèi)的電子在電場(chǎng)中通過靜電力做功 把電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 教材梳理 一 電功和電功率閱讀教材第53頁 電功和電功率 部分 了解電功公式的推導(dǎo)過程 知道什么是電功 電功率 自由電荷 電流 IUt IU 焦耳 J 瓦特 瓦 W 電能 做功 想一想電功的公式W IUt 電功率的公式P IU適用于非純電阻電路嗎 答案 適用 二 焦耳定律和熱功率閱讀教材第53 54頁 焦耳定律 部分 知道焦耳定律的內(nèi)容及公式 1 焦耳定律 1 內(nèi)容 電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的成正比 跟導(dǎo)體的 及成正比 2 表達(dá)式 Q I2Rt 2 熱功率 1 意義 表示電流發(fā)熱的物理量 2 定義 單位時(shí)間內(nèi)的 二次方 電阻 通電時(shí)間 快慢 發(fā)熱量 想一想電風(fēng)扇工作時(shí)消耗的電能可以用W I2Rt來計(jì)算嗎 電風(fēng)扇工作時(shí) 消耗的電能轉(zhuǎn)化成什么形式的能量 答案 不能用W I2Rt來計(jì)算電風(fēng)扇工作時(shí)消耗的電能 電風(fēng)扇工作時(shí)消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能 自主檢測(cè) 1 關(guān)于電功率的下列說法中 正確的是 A 用電器的額定功率與用電器的實(shí)際電壓和實(shí)際電流有關(guān)B 用電器的實(shí)際功率取決于用電器的額定功率C 白熾燈正常工作時(shí) 實(shí)際功率等于額定功率D 電功率越小 則電流做功越少 C 解析 用電器的額定功率是它正常工作時(shí)的功率 其值是由用電器本身的結(jié)構(gòu)決定的 與實(shí)際電流和電壓無關(guān) 故選項(xiàng)A錯(cuò)誤 C正確 用電器的實(shí)際功率 是由加在它兩端的電壓和通過的電流決定的 故選項(xiàng)B錯(cuò)誤 電流做功的多少不僅與功率的大小有關(guān) 還與時(shí)間有關(guān) 故選項(xiàng)D錯(cuò)誤 C 3 關(guān)于電功和電熱 下面說法正確的是 A 任何電路中的電功W IUt 電熱Q I2Rt且W QB 任何電路中的電功W IUt 電熱Q I2Rt 但W有時(shí)不等于QC 電功W IUt在任何電路中都適用 電熱Q I2Rt只在純電阻電路中適用D 電功W IUt 電熱Q I2Rt 只適用于純電阻電路 B 解析 電功W IUt和電熱Q I2Rt適用于任何電路 在純電阻電路中 W Q 在非純電阻電路中W Q 故選項(xiàng)B正確 4 一臺(tái)額定電壓為U的電動(dòng)機(jī) 它的電阻為R 正常工作時(shí)通過的電流為I 則 A 電動(dòng)機(jī)t秒內(nèi)產(chǎn)生的熱量是Q IUtB 電動(dòng)機(jī)t秒內(nèi)產(chǎn)生的熱量是Q I2RtC 電動(dòng)機(jī)的功率為P I2RD 電動(dòng)機(jī)的功率為P U2 R 解析 電動(dòng)機(jī)工作時(shí) 是非純電阻電路 t時(shí)間內(nèi)輸入的總電能為IUt 它轉(zhuǎn)化為兩部分 一是電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻上產(chǎn)生的熱能Q I2Rt 二是電動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的機(jī)械能E IUt I2Rt 選項(xiàng)B正確 B 課堂探究核心導(dǎo)學(xué) 要點(diǎn)探究 要點(diǎn)一 電功 電功率的計(jì)算 問題導(dǎo)引 小明在家中發(fā)現(xiàn)了一種微型電動(dòng)機(jī) 在該電動(dòng)機(jī)的說明書上看到其額定電壓為220V 電流為2A 內(nèi)部線圈的電阻為10 學(xué)習(xí)了本節(jié)后 小明根據(jù)兩個(gè)電功率公式P IU和P I2R求出的電功率數(shù)值為什么不一樣呢 答案 由P IU求出的電功率是電流的做功功率 由P I2R求出的電功率是用電器的熱功率 兩者一般是不相同的 只有在純電阻用電器中兩者才相同 教師備用 要點(diǎn)歸納 1 電路中保持持續(xù)電流的過程 就是靜電力移動(dòng)自由電荷不斷做功的過程 靜電力做了多少功 也說電流做了多少功 就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 如電爐 白熾燈工作就是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 電動(dòng)機(jī)工作就是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能 思路探究 1 L1 L4兩燈電阻和通過的電流有何關(guān)系 例1 有四盞燈 接入如圖所示的電路中 L1和L2都標(biāo)有 220V100W 字樣 L3和L4都標(biāo)有 220V40W 字樣 把電路接通后 最暗的燈是哪一盞 最亮的燈是哪一盞 2 L2 L3兩燈中通過的電流有何不同 答案 L2和L3兩燈并聯(lián) 其電壓相等 但由于L2功率較大 則電阻較小 由I 知L2中電流較大 3 如何比較L1和L3 L2和L4的功率關(guān)系 解析 由它們的額定電壓 額定功率判斷知R1 R2R1 R23并 由串聯(lián)電路的功率分配可得P4 P1 P2 P3 由并聯(lián)電路的功率分配可得P2 P3 所以L3最暗 L4最亮 答案 L3最暗 L4最亮 教師備用 例1 1 額定電壓都是110V 額定功率PA 100W PB 40W的電燈兩盞 若接在電壓是220V的電路上 兩盞電燈均能正常發(fā)光 且電路中消耗功率最小的電路是下圖中的哪一個(gè) 解析 由兩燈泡的額定電壓和額定功率可知 兩燈泡的電阻RA RB 由于電路所加電壓為220V 兩燈串聯(lián)時(shí)不可能平分電壓 在B圖中 A燈的電阻小再并聯(lián)一電阻 則電阻更小 而導(dǎo)致B燈電壓過大而燒毀 圖C D可滿足兩燈正常發(fā)光 比較兩個(gè)電路 由于C電路的總功率為220IA 而D電路的總功率為220 IA IB 所以C電路消耗電功率最小 C 針對(duì)訓(xùn)練1 2016寧德市一級(jí)達(dá)標(biāo)中學(xué)期中聯(lián)考 如圖所示 A B兩端的電壓U恒為18V 電阻R1 20 燈泡L標(biāo)有 6V 1 8W 的字樣 當(dāng)燈泡L正常發(fā)光時(shí) 求 1 電阻R2的阻值 2 電路消耗的總電功率P 2 由P I1U 得P 10 8W 答案 1 20 2 10 8W 要點(diǎn)二 純電阻電路與非純電阻電路 問題導(dǎo)引 某一電路中只含有某一元件 即白熾燈 電動(dòng)機(jī) 電爐 電容器 電熨斗 電飯鍋 電解槽其中的一種 分析哪些屬于純電阻電路 哪些屬于非純電阻電路 其電能是如何轉(zhuǎn)化的 答案 純電阻電路有 白熾燈 電爐 電熨斗 電飯鍋 非純電阻電路有 電動(dòng)機(jī) 電解槽 電容器 純電阻電路中 電流做的功全部轉(zhuǎn)化為電熱 即W Q 在非純電阻電路中 電流做的功除一部分轉(zhuǎn)化為電熱之外 大部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能 即W Q E其他 此時(shí)W Q 教師備用 要點(diǎn)歸納 純電阻電路和非純電阻電路1 純電阻電路和非純電阻電路的比較 2 有關(guān)電動(dòng)機(jī)的功率 1 電動(dòng)機(jī)的特性 電動(dòng)機(jī)是一種非純電阻用電器 它把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能 在電路計(jì)算中 歐姆定律不再適用 2 輸入功率 電動(dòng)機(jī)的總功率 由電動(dòng)機(jī)電路的電流和電壓決定 計(jì)算公式P總 UI 3 輸出功率 電動(dòng)機(jī)做有用功的功率 如圖所示 P出 mg v 設(shè)重物勻速上升 4 熱功率 電動(dòng)機(jī)線圈上有電阻 電流通過線圈時(shí)要發(fā)熱 熱功率P熱 I2r 5 功率關(guān)系 P總 P出 P熱 例2 有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī) 把它接入0 2V電壓的電路時(shí) 電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn) 測(cè)得流過電動(dòng)機(jī)的電流是0 4A 若把電動(dòng)機(jī)接入2 0V電壓的電路中 電動(dòng)機(jī)正常工作 工作電流是1 0A 則 1 電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率為多大 2 如果在電動(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 思路探究 1 電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí) 電壓不足 電路是純電阻電路還是非純電阻電路 答案 電能只轉(zhuǎn)化為電熱 是純電阻電路 可以求出電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻 2 電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí) 電動(dòng)機(jī)的電功和電熱有何關(guān)系 答案 電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí) 電動(dòng)機(jī)為純電阻用電器 其電功等于電熱 答案 1 1 5W 2 8W 規(guī)律方法非純電阻電路的解答思路 1 像有電動(dòng)機(jī)這樣的非純電阻用電器的電路 要注意區(qū)分電功率和熱功率 電功率用P總 IU計(jì)算 熱功率P熱 I2R 機(jī)械功率P機(jī) P總 P熱 2 在非純電阻電路中 一定要注重電路中電流的求解 特別是在純電阻上尋找滿足歐姆定律的關(guān)系 3 注意搞清楚電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系 用能量守恒定律來分析問題 教師備用 例2 1 如圖所示 有一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī) 內(nèi)阻RM 0 6 R 10 U 160V 電壓表的讀數(shù)為110V 則 1 通過電動(dòng)機(jī)的電流是多少 2 輸入到電動(dòng)機(jī)的電功率是多少 3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是多少 2 電動(dòng)機(jī)的輸入功率P入 IUM 5 110W 550W 3 由IUM I2RM P機(jī)得P機(jī) IUM I2RM 5 110W 52 0 6W 535W 答案 1 5A 2 550W 3 535W 例2 2 一直流電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻一定 用手握住轉(zhuǎn)動(dòng)軸使其不能轉(zhuǎn)動(dòng) 在線圈兩端加電壓為0 3V時(shí) 電流為0 3A 松開轉(zhuǎn)動(dòng)軸 在線圈兩端加電壓為2V時(shí) 電流為0 8A 電動(dòng)機(jī)正常工作 則 該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí) 輸入的電功率是多少 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多少 答案 1 6W0 96W 例2 3 多選 理發(fā)用的吹風(fēng)機(jī)中有電動(dòng)機(jī)和電熱絲 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng) 電熱絲給空氣加熱 得到熱風(fēng) 將頭發(fā)吹干 設(shè)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R1 它與電熱絲的電阻R2相串聯(lián) 接到直流電源上 吹風(fēng)機(jī)兩端電壓為U 電流為I 消耗的電功率為P 則有 A PI2 R1 R2 解析 吹風(fēng)機(jī)是非純電阻用電器 則U I R1 R2 而P IU任何情況下都成立 而消耗的電功率P I2 R1 R2 P機(jī) 選項(xiàng)C D正確 CD 針對(duì)訓(xùn)練2 一只電爐的電阻絲和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)線圈電阻相同 都為R 設(shè)通過它們的電流相同 電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn) 則在相同時(shí)間內(nèi) A 電爐和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量不相同B 電動(dòng)機(jī)消耗的功率等于電爐消耗的功率C 電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓D 電爐和電動(dòng)機(jī)兩端電壓相等 解析 由焦耳定律公式Q I2Rt可知選項(xiàng)A錯(cuò)誤 電動(dòng)機(jī)除熱功率外還有機(jī)械功率 所以電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐消耗的功率 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 P電動(dòng)機(jī) IU1 P電爐 IU2 因?yàn)镻電動(dòng)機(jī) P電爐 所以U1 U2 故選項(xiàng)C正確 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 C 教師參考 教材探究 教材P53電流通過白熾燈 電爐等電熱元件做功時(shí) 電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 額定電壓相同的燈泡 額定功率越大 電阻越小 正常工作時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多 可是按照焦耳定律 電阻越大 單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多 二者似乎有矛盾 這是怎么回事 答案 前者說電阻越小 正常工作時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多 前提條件是電壓相同 而后者說 電阻越大 單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多 前提條件是電流相同 兩者并不矛盾 所以我們?cè)趹?yīng)用公式時(shí)應(yīng)該特別注意前提條件 達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng)隨堂演練 檢測(cè)效果 BCD 2 有一家用電風(fēng)扇 電風(fēng)扇兩端的電壓為220V 工作電流為0 5A 則下列說法中 正確的是 A 電扇線圈的電阻為440 B 電扇線圈的電阻大于440 C 電扇線圈的電阻小于440 D 電風(fēng)扇線圈的電阻滿足歐姆定律 C 答案 0 13 5 3 2016安徽師大附中期中 三個(gè)電阻分別標(biāo)有 100 4W 200 2W 50 8W 將它們串聯(lián)起來 允許通過的最大電流為A 允許消耗的最大功率為W 4 如圖所示 電源電壓恒為U 14V 小燈泡L標(biāo)有 4V8W 電動(dòng)機(jī)的線圈電阻rM 1 0 當(dāng)變阻器調(diào)到2 時(shí) 小燈泡與電動(dòng)機(jī)均正常工作 求電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率 答案 66 7 教師參考 課堂小結(jié) 謝謝觀賞