2019版高中物理上學期第八周 焦耳定律 電路中的能量轉化教學設計.doc

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2019版高中物理上學期第八周 焦耳定律 電路中的能量轉化教學設計 課題 焦耳定律　電路中的能量轉化 課時 1 考點、知識點 理解焦耳定律，并能進行有關計算 學習目標 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，并能進行有關計算．(重點) 3.理解電功和電熱的關系，能從能量轉化和守恒的角度區(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、電源內阻消耗功率的概念并明確它們之間的關系．(重點、難點) 學習環(huán)節(jié)和內容 學生活動建議 教師活動建議 調整記錄 探 究 決 定 導 體 電 阻 的 因 素、 電 阻 定 律 環(huán)節(jié)一： 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＝＝IU. (4)單位：瓦特，符號W. 1．電流做功的過程中，電能轉化為其他形式的能．(√) 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．(√) 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＝1 kWh＝3.6106 J. 環(huán)節(jié)二： 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)，風車轉動起來． 圖261 探討1：這一過程，電流做功嗎？ 【提示】　做功． 探討2：風車為什么轉動？ 【提示】　電流通過燈絲做功，把電能轉化為內能．周邊空氣溫度升高，形成對流，風車轉動起來． 1．對電功的理解 (1)從力的角度看，電流做功的實質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＝＝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110 W，通過3 C的電荷量時，有330 J的電能轉化為內能，則下列說法錯誤的是(　　) 【導學號：33410091】 A．電阻兩端所加電壓為330 V B．通過電阻的電流為1 A C．電阻通電時間為3 s D．這個電阻的阻值為110 Ω 【解析】　由W＝qU知，電阻兩端所加電壓U＝＝110 V，A錯；由P＝IU得I＝＝1 A，B對；由W＝Pt得通電時間t＝＝3 s或t＝＝ s＝3 s，C對；由R＝，得R＝110 Ω，D對． 【答案】　A 2．一臺國產(chǎn)XQB3013型自動洗衣機說明書中所列的主要技術數(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 220 V 額定頻率 50 Hz 額定洗衣、脫水功率 360 W 額定洗衣、脫水容量 3 kg 整機質量 33 kg 外形尺寸(長寬高) (542550920) 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40 min，則洗衣機耗電多少？ 【解析】　(1)由說明書可知P＝360 W，又由P＝UI可知I＝＝ A＝1.64 A. (2)W＝Pt＝3604060 J＝8.64105 J 故消耗的電能為8.64105 J. 【答案】　(1)1.64 A　(2)8.64105 J 環(huán)節(jié)四：小結 幾個電學公式的適用范圍 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＝為電流的定義式，普遍適用． (3)I＝，P＝I2R＝等，只適用于純電阻電路． 焦 耳 定 律 、 熱 功 率 環(huán)節(jié)一： 1．焦耳定律 (1)內容：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＝＝I2R. 1．根據(jù)電功的公式和歐姆定律可以推導出電熱的公式，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．(√) 用電爐燒水時，爐盤內的電爐絲被燒得通紅，產(chǎn)生大量的熱，而連接電爐的導線卻不怎么熱，這是什么原因？ 【提示】　導線跟電爐絲是串聯(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線電阻要大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的時間內導線產(chǎn)生的熱量比電爐絲產(chǎn)生的熱量要少得多． 環(huán)節(jié)二： 如圖262所示為一正常工作的電動機，其工作電壓為220 V. 圖262 探討1：電動機消耗的電能全部轉化為線圈產(chǎn)生的內能嗎？ 【提示】　一部分轉化為內能． 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． 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 關系 遵循歐姆定律I＝ 不遵循歐姆定律，由W＝UIt＝I2Rt＋W其他知U＞IR或I＜ 能量轉 化形式 電流做功全部轉化為內能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t 電流做功轉化為內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＝t； P電＝P熱＝UI＝I2R＝. (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)關于電功、電功率和焦耳定律的說法正確的是(　　) 【導學號：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＝t適用于純電阻電路 C．非純電阻電路中，UI＞I2R D．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＝只適用于純電阻電路，由此推導出的公式W＝I2Rt＝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】　BCD 4．規(guī)格為“220 V　36 W”的排氣扇，線圈電阻為40 Ω，求： (1)接上220 V電壓后，排氣扇轉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，不能轉動，求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率． 【解析】　(1)排氣扇在220 V電壓下正常工作電流I＝＝ A＝0.16 A， 發(fā)熱功率P熱＝I2R＝0.16240 W≈1 W， 轉化為機械能的功率P機＝P－P熱＝(36－1) W＝35 W. (2)扇葉被卡住不能轉動后，電動機相當于純電阻，電能全部轉化為內能，此時通過排氣扇的電流I′＝＝ A＝5.5 A. 電動機消耗的功率等于發(fā)熱功率P′＝P熱＝I′U＝5.5220 W＝1 210 W．由于發(fā)熱量很大，將很快燒壞電動機線圈． 【答案】　(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W 環(huán)節(jié)四：小結 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．電動機轉動時是非純電阻電路，電動機不轉動時是純電阻電路． (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 化 環(huán)節(jié)一： 1．內電路中的能量轉化 (1)電源：通過各種作用，將其他形式的能轉化為電能，轉化功率P＝IE. (2)內阻：通過電流做功將一部分電能轉化為內阻的內能，即P內＝I2r. 2．外電路上的能量轉化：通過電流做功將電源輸出的電能轉化為其他形式的能，即P外＝UI. 3．兩者之間的關系：由能量守恒定律可知P＝P內＋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上是能量守恒定律在閉合電路中的具體表現(xiàn)． 1．電流的熱效應實質上是電能通過電流做功轉化為內能．(√) 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化為內能．() 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．(√) 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＝＝＝＝＝＝， 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： 閉合電路中內、外電路都有電阻，當電鍵閉合，電路中有電流時，內、外電路都做功． 探討1：電源非靜電力做的功與電路中內、外電路電流做的功存在什么關系？ 【提示】　非靜電力做功把電源內部儲存的其他形式的能轉化為電能，電流做功把電能轉化為內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】　當外電阻大于內電阻時，外電阻越大，外電路消耗的功率越?。? 探討3：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． 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 電源內部消耗功率 P內＝U內I＝I2r 外電路消耗功率 (電源輸出功率) P外＝U外I＝(E－U內)I＝EI－I2r 三者關系 P總＝P外＋P內 2.純電阻電路中電源的輸出功率 P出＝UI＝I2R＝＝. 電源的輸出功率隨外電阻的變化關系如圖263所示． 圖263 (1)當R＝r時，Pmax＝. (2)一個輸出功率(除最大功率外)P對應于兩個不同的外電阻R1和R2，且r＝. (3)當R＜r時，R↑→P出↑；當R＞r時，R↑→P出↓. 3．電源的效率 η＝＝＝＝＝＝. 可見，外電阻R越大，電源的效率越高． 環(huán)節(jié)三： 5．如圖264所示，電源電動勢E＝10 V，內阻r＝0.5 Ω，“8 V　16 W”的燈泡L恰好能正常發(fā)光，電動機M繞線的電阻R0＝1 Ω，求： 【導學號：33410095】 圖264 (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8 V. (2)設干路總電流為I，則8 V＝10 V－I0.5 Ω，得I＝4 A，故P總＝EI＝40 W. (3)又IL＝＝ A＝2 A， 故IM＝I－IL＝2 A， PM總＝82 W＝16 W， PM出＝16 W－221 W＝12 W. 【答案】　(1)8 V　(2)40 W　(3)12 W 6．電路圖如圖265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系圖像，滑動變阻器的最大阻值為15 Ω，定值電阻R0＝3 Ω. 甲　　　　　　　　　　　乙　 圖265 (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阻為：E＝20 V，r＝||＝ Ω＝7.5 Ω. 由題圖甲分析知道，當R＝0時，R0消耗的功率最大，最大為P＝()2R0＝()23 W＝10.9 W. (2)當r＝R＋R0時，即R＝4.5 Ω時， 電源的輸出功率最大，最大值為： P＝()2(R0＋R) ＝()2(3＋4.5) W＝13.3 W. 【答案】　(1)0　10.9 W　(2)4.5 Ω　13.3 W 環(huán)節(jié)四：小結 閉合電路功率問題的注意事項 (1)閉合電路是一個能量轉化系統(tǒng)，電源將其他形式的能轉化為電能．內、外電路將電能轉化為其他形式的能，EI＝P內＋P外就是能量守恒定律在閉合電路中的體現(xiàn)． (2)外電阻的阻值向接近內阻的阻值方向變化時，電源的輸出功率變大． 學生課前獨立完成 學生合作探究完成 課堂訓練，加深學生對于知識點的理解，同時學生展示，差改錯。 學生課前獨立完成 學生合作探究完成 課堂訓練，加深學生對于知識點的理解，同時學生展示，差改錯。 改學生導學案，統(tǒng)計學生完成情況 教師旁觀引導學生完成探究過程 教師組織小組合作完成課堂練習，教師旁觀記錄學生完成情況。并對學生展示內容作最終總結 改學生導學案，統(tǒng)計學生完成情況 教師旁觀引導學生完成探究過程 教師組織小組合作完成課堂練習，教師旁觀記錄學生完成情況。并對學生展示內容作最終總結