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2019-2020年高中物理 焦耳定律教案8 新人教版選修3 教學(xué)目標(biāo) （一）知識(shí)教學(xué)點(diǎn) 1．理解電流熱效應(yīng)的本質(zhì) 2．掌握焦耳定律，并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算 3．理解電功和電熱的關(guān)系，能區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路中的電功和電熱 （二）能力訓(xùn)練點(diǎn) 1．通過電流熱效應(yīng)的介紹，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和科學(xué)想象能力。 2．通過非純電阻電路中電功和電熱關(guān)系的演示實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理，培養(yǎng)觀察能力和運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題的能力 （三）德育滲透點(diǎn) 介紹焦耳生平，對(duì)學(xué)生進(jìn)行熱愛科學(xué)、實(shí)事求是、刻苦鉆研的科學(xué)態(tài)度的教育，逐步形成正確的價(jià)值觀。 重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)及解決辦法 1．重點(diǎn) 焦耳定律內(nèi)容 2．難點(diǎn) 電功和電熱之間的聯(lián)系和區(qū)別 3．疑點(diǎn) 為什么在非純電阻電路中U＞IR 4．解決方法 通過演示實(shí)驗(yàn)討論電功和電熱的聯(lián)系和區(qū)別 學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì) 本節(jié)的關(guān)鍵在于演示實(shí)驗(yàn)，教師做好演示實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生們?nèi)绾斡^察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，得出電功和電熱的關(guān)系。 教學(xué)過程 （一）引入新課 用電器通電后，可以將電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，請(qǐng)同學(xué)們列舉生活中常用的用電器，并說明其能量的轉(zhuǎn)化情況。 學(xué)生：（1）電燈把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能； （2）電爐把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能； （3）電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能； （4）電解槽把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。 用電器把電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程，就是電流做功的過程。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(shí)。 （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= 教師：投影教材圖2.5-1（如圖所示） 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)過程中，電場(chǎng)力做了多少功？ 學(xué)生：在這一過程中，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kWh. 教師：1 kWh的物理意義是什么？1 kWh等于多少焦？ 學(xué)生：1 kWh表示功率為1 kW的用電器正常工作1 h所消耗的電能。 1 kWh=1000 W3600 s=3.6106 J 說明：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，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==IU （3）單位：瓦（W）、千瓦（kW） ［說明］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。 教師：在力學(xué)中我們講功率時(shí)有平均功率和瞬時(shí)功率之分，電功率有無平均功率和瞬時(shí)功率之分呢？ 學(xué)生分組討論。 師生共同總結(jié)： （1）利用P=計(jì)算出的功率是時(shí)間t內(nèi)的平均功率。 （2）利用P=IU計(jì)算時(shí)，若U是某一時(shí)刻的電壓，I是這一時(shí)刻的電流，則P=IU就是該時(shí)刻的瞬時(shí)功率。 ［說明］利用電功率的公式P=IU計(jì)算時(shí)，電壓U的單位用V，電流I的單位用A，電功率P的單位就是W。 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，通過的電流為I，試計(jì)算在時(shí)間t內(nèi)電流通過此電阻產(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==I2R （3）單位：瓦（W 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。 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。 教師引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)例題的分析、求解。 例2：有一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī)，內(nèi)阻r=0.6Ω，R=10Ω，U=160 V，電壓表的讀數(shù)為110 V，求 （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）在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率是多少？ （4）電動(dòng)機(jī)工作1 h所產(chǎn)生的熱量是多少？ 解：（1）設(shè)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U1，電阻R兩端的電壓為U2，則 U1=110 V，U2=U-U1=（160-110）V=50 V 通過電動(dòng)機(jī)的電流為I，則I== A=5 A （2）輸入到電功機(jī)的電功率P電，P電=U1I=1105 W=550 W （3）在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率P熱，P熱=I2r=520.6 W=15 W （4）電動(dòng)機(jī)工作1 h所產(chǎn)生的熱量Q，Q=I2rt=520.63600 J=54000 J 說明：電動(dòng)機(jī)是非線性元件，歐姆定律對(duì)電動(dòng)機(jī)不適用了，所以計(jì)算通過電動(dòng)機(jī)的電流時(shí)，不能用電動(dòng)機(jī)兩端的電壓除以電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻。 通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)消耗的電功率遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的熱功率。 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。 作業(yè) 書面完成P57“問題與練習(xí)”2、3、4