2014年高中物理2.5《焦耳定律》教案新人教版选修

2.5焦耳定律

一、教材分析焦耳定律是重要的物理定律，它是能量守恒定律在电能和热能转换中的体现，本节在电学中是重要的概念之

一二、教学目标

（一）知识与技能

1、理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算

2、理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算

3、知道电功率和热功率的区别和联系

（二）过程与方法通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养学生的分析、推理能力

（三）情感、态度与价值观通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步渗透辩证唯物主义观点的教育

三、教学重点难点【教学重点】电功、电功率的概念、公式；焦耳定律、电热功率的概念、公式【教学难点】电功率和热功率的区别和联系

四、学情分析学生学好这节知识是非常必要的，A.重点理解电功和电功率和焦耳定律B.难点帮助学生认识电流做功和电流通过导体产生热量之间的区别和联系是本节的教学难点，防止学生乱套用公式C.关键本节的教学关键是做好通电导体放出的热量与哪些因素有关的实验在得出了焦耳定律以后介绍焦耳定律公式及其在生活、生产上的应用

五、教学方法等效法、类比法、比较法、实验法

六、课前准备灯泡（36V，18W）、电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键、导线若干、投影仪、投影片、玩具小电机

七、课时安排

八、教学过程

（一）预习检查、总结疑惑

（二）情景引入、展示目标教师用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况学生

（1）电灯把电能转化成内能和光能；

（2）电炉把电能转化成内能；

（3）电动机把电能转化成机械能；

（4）电解槽把电能转化成化学能教师用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢？本节课我们学习关于电功和电功率的知识

（三）合作探究、精讲点播

1、电功和电功率教师请同学们思考下列问题

（1）电场力的功的定义式是什么

（2）电流的定义式是什么学生

（1）电场力的功的定义式W=qU

（2）电流的定义式I=教师投影教材图

2.5-1（如图所示）如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少学生在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It教师这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端在这个过程中，电场力做了多少功？学生在这一过程中，电场力做的功W=qU=IUt教师在这段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称电功电功

（1）定义在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功.

（2）定义式W=UIT教师电功的定义式用语言如何表述？学生电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U，电路中的电流I和通电时间t三者的乘积教师请同学们说出电功的单位有哪些？学生

（1）在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J.

（2）电功的常用单位有千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h.教师1kW·h的物理意义是什么？1kW·h等于多少焦？学生1kW·h表示功率为1kW的用电器正常工作1h所消耗的电能1kW·h=1000W×3600s=

3.6×106J说明使用电功的定义式计算时，要注意电压U的单位用V，电流I的单位用A，通电时间t的单位用s，求出的电功W的单位就是J教师在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功电流做功不仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念

（1）定义单位时间内电流所做的功叫做电功率用P表示电功率

（2）定义式P==IU

（3）单位瓦（W）、千瓦（kW）［说明］电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少教师在力学中我们讲功率时有平均功率和瞬时功率之分，电功率有无平均功率和瞬时功率之分呢？学生分组讨论师生共同总结

（1）利用P=计算出的功率是时间t内的平均功率

（2）利用P=IU计算时，若U是某一时刻的电压，I是这一时刻的电流，则P=IU就是该时刻的瞬时功率教师为什么课本没提这一点呢？学生讨论，教师启发、引导这一章我们研究的是恒定电流，用电器的构造一定，通过的电流为恒定电流，则用电器两端的电压必是定值，所以U和I的乘积P不随时间变化，也就是说瞬时功率与平均功率总是相等的，故没有必要分什么平均功率和瞬时功率了［说明］利用电功率的公式P=IU计算时，电压U的单位用V，电流I的单位用A，电功率P的单位就是W

2、焦耳定律教师电流做功，消耗的是电能电能转化为什么形式的能与电路中的电学元件有关在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q学生求解产生的热量Q解据欧姆定律加在电阻元件两端的电压U=IR在时间t内电场力对电阻元件所做的功为W=IUt=I2Rt由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q产生的热量为Q=I2Rt教师指出这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律，同学们在初中已经学过了学生活动总结热功率的定义、定义式及单位热功率

（1）定义单位时间内发热的功率叫做热功率

（2）定义式P热==I2R

（3）单位瓦（W）［演示实验］研究电功率与热功率的区别和联系（投影）实验电路图和实验内容取一个玩具小电机，其内阻R=

1.0Ω，把它接在如图所示的电路中

（1）先夹住电动机轴，闭合电键，电机不转调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为

0.50V，记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较

（2）再松开夹子，使小电机转动，调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为

2.0V（此电压为小电机的额定电压），记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较［实验结果］

（1）电机不转时，U=

0.50V，I=

0.50A，P电=UI=

0.50×

0.50W=

0.25WP热=I2R=

0.502×

1.0W=

0.25WP电=P热

（2）电机转动时，U=

2.0V，I=

0.40A，P电=UI=

2.0×

0.40W=

0.80WP热=I2R=

0.402×

1.0W=

0.16WP电＞P热学生分组讨论上述实验结果，总结电功率与热功率的区别和联系师生共同活动总结

（1）电功率与热功率的区别电功率是指输入某段电路的全部功率或在这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压U和通过的电流I的乘积热功率是在某段电路上因发热而消耗的功率，决定于通过这段电路的电流的平方I2和电阻R的乘积

（2）电功率与热功率的联系若在电路中只有电阻元件时，电功率与热功率数值相等即P热=P电教师指出上述实验中，电机不转时，小电机就相当于纯电阻若电路中有电动机或电解槽时，电路消耗的电功率绝大部分转化为机械能或化学能，只有一少部分转化为内能，这时电功率大于热功率，即P电＞P热教师指出上述实验中，电机转动时，电机消耗的电功率，其中有一部分转化为机械能，有一部分转化为内能，故P电＞P热教师活动让学生概括总结本节的内容请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容学生活动认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方点评总结课堂内容，培养学生概括总结能力

（四）反思总结、当堂检测

（五）发导学案、布置作业课后作业P57问题与练习

2、

3、

4、5

九、板书设计

1、电功和电功率

（1）定义在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功.

（2）定义式W=UIT

2、焦耳定律

（1）定义单位时间内发热的功率叫做热功率

（2）定义式P热==I2R

（3）单位瓦（W）

十、教学反思教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架

（四）实例探究☆求两点间的电势差【例1】不考虑温度对电阻的影响，对一个“220V，40W”的灯泡，下列说法正确的是A.接在110V的电路上时的功率为20WB.接在110V的电路上时的功率为10WC.接在440V的电路上时的功率为160WD.接在220V的电路上时的功率为40W解析正确选项为BD（法一）由得灯泡的电阻Ω＝1210Ω∴电压为110V时，W=10W电压为440V时，超过灯炮的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P=

0.（法二）由可知R一定时，P∝U2，∴当U=110V=，P=P额/4=10W说明灯泡是我们常用的用电器，解题时一般不考虑温度对其电阻的影响用电器的标称值，指其额定值，即用电器在正常工作时的电压、功率以及电流值，由P额=U额·I额可知，P、U、I有同时达到、同时超过、同时不满足的特点【例2】一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为

0.3V，电流为

0.3A松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为

0.8A，电动机正常工作求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少电动机的机械功率是多少【例3】潮汐发电是利用涨落潮的水位差来工作的，潮差越大，海水流量越大，发电功率也越大我国潮汐能的可供开发的总装机量为

3.6×１０7kW1980年8月，在浙江江厦建成第一座潮汐电站，装机量为3×103kW，平均年发电量为

1.7×107kW·h，其规模居世界第二位

（1）试根据上文中给出的数据，计算我国建造的江厦潮汐电站平均每天满负荷工作几小时

（2）设江厦潮汐电站涨潮和落潮时的平均潮差为6m，计算每次涨潮时流量是多大（设潮汐电站的总能量转换效率为50%）解析

（1）江厦潮汐电站功率为3×103kW，年发电量为

1.07×１０7kW·h，由公式W=Pt可算出每天满负荷工作的时间为s=

9.8h

（2）由文中给出数据及每天涨、落潮的次数可知，平均每次的发电量为J因为所以每次涨潮的平均流量为m3/次说明本题涉及到潮汐这种自然现象，涨潮和落潮时均有水流的机械能转化为电能【例4】如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r=

0.6Ω，R=10Ω，U=160V，电压表的读数为110V，求

（1）通过电动机的电流是多少？

（2）输入到电动机的电功率是多少？

（3）在电动机中发热的功率是多少？

（4）电动机工作1h所产生的热量是多少？时，不能用电动机两端的电压除以电动机的内阻通过计算发现，电动机消耗的电功率远大于电动机的热功率。