高中物理 2.5《焦耳定律》教案(4) 新人教版选修3-1
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第二章恒定电流第5节焦耳定律【学习目标】1.理解电功、电功率的概念,公式的物理意义.了解实际功率和额定功率。
2.了解电功和电热的关系。
公式Q=I2Rt(P=I2R)、Q=U2t/R(P=U2/R)的适应条件.3.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系,电功大于电热.4.能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题.5.通过有关实例,让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。
【重点、难点】重点:区别并掌握电功和电热的计算。
难点:主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识,接受起来比较困难。
预习案【自主学习】1.通过前面的学习,可知导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动,电场力对定向移动的电荷做功吗?2.想想议议:小明乘着妈妈外出时不做作业而偷俞看电视,妈妈回来前才关掉电视假装做作业。
然而这些被聪明的妈妈发现了,你们知道妈妈是怎样知道小明在家偷看电视的吗?3.电场力做功将引起能量的转化,电能转化为其他形式能,举出一些大家熟悉的例子:【学始于疑】探究案【合作探究一】1。
家用电器中哪些利电流的热效应来工作的?比一比,看谁知道的最多.2。
思考讨论:电炉丝工作时,电炉丝与它的连接导线通过的电流相同,为什么电炉丝热得发红,而导线却几乎不发热?电流通过导体产生的热的多少跟什么因素有关?3.对于一个确定的电阻其发热功率与电压、电流会不会有关系呢?4.可以用怎样的实验方法来探究你的猜测是否正确?归纳总结【合作探究二】理论探究问题1:电场力对电荷做功的公式?电量与电流的关系?功与功率的关系?问题2:电流做功的公式?电流做功功率公式?问题3:如果不知道电路中的电压但是知道电阻,则公式应该是?成立的条件是什么?问题4:纯电阻电路,电流做功将电能全部转化为内能,所以该公式可以求电热,那么非纯电阻情况下,你能否推导出该公式?归纳总结:【课堂小结/本节知识网络】试分析两种电路并填下表:【思考】部线圈内阻为r,在正常工作时电压为U,测得通1过电动机的电流为I,(1)1则电路中电流做功的电功率为,电动机线圈产生的热功率为,电动机对外做功的输出功率为;(2)经过时间t消耗的电能为,电动机内部线圈产生的热量为 ,电动机对外做功为 .【当堂检测】1.微型吸尘器的直流电动机的内阻一定,为1 Ω,当加在它两端的电压为2。
高中物理人教版选修3-1教学案:2.5 焦耳定律【知识要点】1.电功(1)定义:电流通过导体所做的功叫电功。
①电流做功的实质是电场力移动电荷做功。
②电流做功的过程是电能转化为其它形式能的过程,转化的能量的数值等于电流做功的数值。
(2)电功的计算:W=qU=Uit2.电功率(1)定义:电流所做的功跟所用时间的比值叫电功率。
(2)意义:电功率是描述电流做功快慢的物理量。
(3)电功率的大小:P=W/t=UI(4)单位:W、kW(5)额定功率:用电器在额定电压下的功率叫额定功率。
3.电流的热效应:电流的热效应以及产生热效应的微观解释。
4.焦耳定律①内容:电流通过导体时的发热量Q,与电流I的平方成正比,与电阻R成正比,与通电时间t成正比。
②公式:Q=I2Rt5.热功率①热功率:单位时间内发热的功率P=Q/t叫热功率。
②公式:P=I2R6.电功率与热功率的区别:①电功率表示输入给一段电路的全部电功率。
热功率是一段电路上发热消耗的电功率。
②纯电阻路中:电功等于电热,电功率等于热功率;非纯电阻电路中:电功大于电热,电功率大于热功率。
【典型例题】1."220V、66W"的电风扇,线圈电阻为20Ω,求接上220V电压后,电风扇消耗功率、转化为机械能的功率和发热功率。
如果接上电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热功率。
3.如图所示,L1,L2是两个规格不同的灯泡,当它们如图连接时,恰好都能正常发光,设电路两端的电压保持不变,现将变阻器的滑片P向右移动过程中L1和L2两灯的亮度变化情况是()A.L1亮度不变,L2变暗B.L1变暗,L2变亮C.L1变亮,L2变暗D.L1变暗,L2亮度不变P【课后作业】1.将一段电阻丝接到电压为U的电源上时,消耗的电功率为P,若将这一段电阻丝接在电压为2U的电源上时,它消耗的功率大小为(不考虑温度对电阻的影响)()A.P B.2PC.4P D.8P2.不考虑温度对电阻的影响,一个"220V,40W"的灯泡,下列说法中正确的是()A.接在110V线路上的功率为20WB.接在110V线路上的功率为10WC.接在440V线路上的功率为160WD.接在50V线路上的功率为55W3.下列关于电功和电热的说法正确的是()A.在纯电阻电路中,某段时间内电流做的功等于这段时间内产生的热量。
第二章恒定电流2.4 焦耳定律【教学目标】1.理解电功、电功率的概念,公式的物理意义。
了解实际功率和额定功率。
2.了解电功和电热的关系。
了解公式2(2R)、2(2)的适应条件。
3.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系,电功大于电热。
重点:区别并掌握电功和电热的计算。
难点:区别电功和电热【自主预习】1.能量转化电炉通电时,能转化为能;电动机通电时,能转化为能;蓄电池充电时,能转化为能;电能转化成其他形式能的过程就是的过程,电流做功的多少电能转化为其他形式能的数量。
2.电功自由电荷在静电力作用下沿静电力的方向做定向移动,结果电荷的电势能,其他形式的能。
电流在一段电路中所做的功等于这段电路、、三者的乘积。
计算式为。
3.电功率电流做的功叫电功率。
用表示电功率,表达式为。
电流在一段电路上做功的功率P等于与这段电路的乘积。
4.焦耳定律内容电流通过导体产生的热量跟成正比,跟导体的电阻及通电时间成。
这个关系最初是由实验得到的。
5.表达式。
6.热功率的发热量通常称为热功率,表达式为。
7.电功与热量的关系①纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路:非纯电阻电路:②电功与热量:在纯电阻电路中:在非纯电阻电路中:【典型例题】一、基本概念的理解【例1】3.关于电功和焦耳热,下列说法错误的是( )A.在纯电阻电路中,计算电功可用公式W=I2B.在非纯电阻电路中,计算电功可用公式W=I2C.在纯电阻电路中,计算焦耳热可用公式Q=I2D.在非纯电阻电路中,计算焦耳热可用公式Q=【例2】一根电阻丝,通过2 C的电荷量所消耗的电能是8 J.若在相同的时间内通过4 C 的电荷量,该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是( )A.4 V,16 J B.8 V,16 JC.4 V,32 J D.8 V,32 J二、电功和电热的区别【例3】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0.3 V,电流为0.3 A.松开转轴,在线圈两端加电压为2 V时,电流为0.8 A,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4】、某一用直流电动机提升重物的装置如图1所示,重物质量50,电源提供恒定电压110V,不计各处摩擦,当电动机以0.90m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中电流强度5A。
第五节 焦耳定律【学习目标】:1.理解电功的概念,知道电功是指静电力对自由电荷所做的功,掌握电功的公式并能进行有关运算.2.理解电功率的概念和公式,并能进行有关运算.3.知道电功率和热功率的区别与联系,能区分电功和电热.【教学重点】:电功 电功率 电热(用焦耳定律计算) 热功率【教学难点】:电功和电热的关系【知识链接】:一、复习:1.串、并联电路中电流、电压、电阻之间的关系。
2.把小量程的电流表改装成电流表时需 联一定阻值的电阻,改装成电压表时需 联一定阻值的电阻。
二、新课导学:(一)电功:1.定义:电流流过导体,导体内的自由电荷在电场力作用下发生__________,在驱使自由电荷定向移动的过程中,__________对自由电荷做了功,也就是通常说的电流所做的功,简称为电功.2.公式:W=qU=__________.即电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U 、电路中电流I 、通电时间t 三者的乘积. 在纯电阻电路中还可写成:W=__________=__________.3.国际单位:焦耳(符号J)常用的单位还有:千瓦时(kW ·h),亦称为“度”,1 kW ·h=____________ J.(二)电功率:1.定义:________________________________________________.2.公式:P=tW =________________,是计算电功率普遍适用的公式. 即:电流在一段电路上做功的功率P 等于电流I 与这段电路两端的电压U 的乘积。
在纯电阻电路中还可写成:P=_______=_________.3.单位:瓦特(符号W).4.额定功率:用电器在长时间正常工作时的最大功率称为额定功率.用电器的实际功率可以小于额定功率,但不能超过额定功率,当实际功率超过额定功率时,用电器将被烧坏。
(三)焦耳定律:1.内容:电流通过导体产生的热量跟电流的___________成正比,跟导体的电阻成___________,跟通电时间成___________.2.公式:Q=I 2Rt,对纯电阻电路还可写成Q=___________=___________.注意:焦耳定律是电流热效应的实验规律.凡是计算电热,都应选用焦耳定律.(四)热功率:1.定义:2.公式:P=I 2R在纯电阻电路中还可以写成:P=___________=___________.注意:(一).由功和能的关系理解电功和电热的区别与联系1. 区别:功是能量转化的量度。
5 焦耳定律[学习目标] 1.理解电功和电功率的概念,知道电流做功的实质。
(重点)2.理解电功和电热的区别,会区分纯电阻电路和非纯电阻电路。
(难点)3.理解电功率和热功率。
(重点)4.会从能量守恒角度理解焦耳定律。
(难点)一、电功和电功率 1.电功(1)定义:电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压、电路中的电流、通电时间三者的乘积。
(2)公式:W =IUt 。
(3)单位:国际单位是焦耳,符号是J 。
(4)意义:描述电能转化为其他形式能的多少。
2.电功率(1)定义:单位时间内电流所做的功。
(2)公式:P =IU 。
(3)单位:瓦特,符号是W 。
(4)意义:描述电能转化为其他能的快慢或者是电流做功的快慢。
二、焦耳定律1.内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比。
2.表达式:Q =I 2Rt 。
3.热功率热功率定义:单位时间内的发热量意义:表示电流发热快慢的物理量公式:P 热=Q t=I 2R ,单位:瓦特(W)1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)电功与电能的单位相同,电功就是电能。
(×) (2)电功率越大,电功越大。
(×)(3)根据I =U R 可导出P =U 2R,该公式用于任何用电器。
(×)(4)电流通过电解槽时,电功大于电热。
(√)2.(多选)关于电功和焦耳热,下列说法正确的是( ) A .在纯电阻电路中,计算电功可用公式W =I 2Rt B .在非纯电阻电路中,计算电功可用公式W =I 2Rt C .在非纯电阻电路中,计算焦耳热可用Q =I 2Rt D .在纯电阻电路中,计算焦耳热可用Q =UItACD [电功的计算式W =UIt 适用于任何形式的电路,焦耳热计算式Q =I 2Rt 也是普遍适用的,但是只有在纯电阻电路中,电功W 才等于焦耳热Q ,A 、C 、D 正确,B 错误。
中学高二年级物理学科导学案课题名称:2.5 焦耳定律学习目标1.理解电流热效应的本质 2.掌握焦耳定律,并能进行有关计算3.理解电功和电热的关系,能区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热重点焦耳定律难点电功和电热之间的联系和区别自主学习1、电功(1)定义:电流流过导体,导体内的自由电荷在电场力作用下发生,在驱使自由电荷定向移动的过程中,电场力对自由电荷做了,也就是通常说的电流做的功,简称电功。
(2)公式:W=qU= .在纯电阻电路中还可写成:W= = 。
(3)国际单位:(符号J)常用的单位还有:千瓦时(kW·h),亦成为度,1kW·h= J 。
2、电功率(1)定义:内电流所做的功叫做电功率。
(2)公式:P=W/t= ,是计算电功率普遍适用的公式。
在纯电阻电路中还可写成:P= = 。
(3)单位:(符号W)。
(4)额定功率:用电器在时的功率称为额定功率。
3、焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的成正比,跟导体的电阻成,跟通电时间成。
(2)公式:Q= ,对纯电阻电路还可写成Q= = 。
注意:焦耳定律是电流热效应的实验定律,凡是计算电热,都应选用焦耳定律。
4、电热功率(1)定义:内电流通过导体产生的热量叫做电热功率。
(2)公式:P= ,在纯电阻电路中还可以写成:P= = 。
1.电流做功的多少等于 转化为其他形式能的数量;所谓电流做功,实质上是导体中的恒定电场对 的 力在做功,电荷的 减小,其他形式的能在增加;公式:W= ,P= 。
2.电流通过用电器时把 能全部转化为 能,这样的电路叫做纯电阻电路。
同步导学 1.电功和电功率(1)电功是电流通过一段电路时,电能转化为其他形式能(电场能、机械能、化学能或内能等)的量度。
(2)W= qU =UIt 是电功的普适式,P= UI 是电功率的普适式,适用于任何电路。
2.焦耳定律和热功率(1)电热则是电流通过导体时,电能转化为内能的量度.(2)Q =I 2Rt 是电热的计算式,可以计算任何电路中电流I 通过电阻R 时在t 时间内产生的热量(电热);P =I 2R 是热功率的计算式,3.电功和电热(1)在纯电阻电路中:电流通过用电器以发热为目的,例如电炉、电熨斗、电饭锅,电烙铁、白炽灯泡等。
第2章第5节 2.5 焦耳定律【知识与技能】1、理解电功、电功率的概念,公式的物理意义。
了解实际功率和额定功率。
2、了解电功和电热的关系。
了解公式Q =I 2Rt 〔P=I 2R 〕、Q =U 2t /R 〔P =U 2/R 〕的适应条件。
3、知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系,电功大于电热。
4、能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题。
【过程与方法】1、通过有关实例,让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。
【情感态度与价值观】1、通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性。
【教学过程】★重难点一、电功和电功率★ 电功和电功率 1.电功(1)定义:电流在一段电路中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.(2)公式:W =IUt .(3)国际单位:焦,符号:J.(4)实质:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功.(5)意义:电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程,电流做了多少功,说明就有多少电能转化为其他形式的能.即电功是电能转化为其他形式的能的量度. 2.电功率(1)定义:单位时间内电流所做的功. (2)公式:P =Wt =IU .(3)单位:瓦,符号:W. (4)意义:表示电流做功的快慢. (5)额定功率和实际功率①用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率.当用电器两端电压到达额定电压U 额时,电流到达额定电流I 额,电功率也到达额定功率P 额,且P 额=U 额I额.②用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率.为了使用电器不被烧毁,要求实际功率不能大于其额定功率.3、串、并联电路中电功率的分析与计算 〔1〕串联电路功率关系⎩⎪⎨⎪⎧各局部电路电流I 相同,根据P =I 2R ,各电阻上的电功率与电阻成正比总功率P =UI =U 1+U 2+…+UnI=P 1+P 2+…+Pn〔2〕并联电路功率关系⎩⎪⎨⎪⎧各支路电压相同,根据P =U 2R,各支路电阻上的电功率与电阻成反比总功率P 总=UI =U I 1+I 2+…+I n=P 1+P 2+…+Pn〔3〕结论无论是串联电路还是并联电路,电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。
教学设计:高中课程标准.物理(人教版)选修3-1主备人:赵兴泉学科长审查签名:2.5焦耳定律(一)内容及解析1、内容:本节主要复习电功和电功率的基本知识。
2、解析:这一节概念初中学过,讲述的重点内容是电功和电功率的计算,讨论实际问题。
会计算简单的非纯电阻电路问题,要加强对这一节的练习熟练应用公式。
(二)目标及其解析1.知道电功是指电场力对自由电荷所做的功,做功的过程是电能转化为其他形式能量的过程.2.知道电功、电功率的概念及表达式的物理意义并能用电功的公式进行有关的计算.3.了解额定电压、额定功率、实际功率的意义.4.知道电功率、热功率的联系和区别,会处理简单的非纯电阻电路问题思考题 1. 在力学中讲功率时,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?思考题2.灯泡在电路中实际消耗的功率一定等于额定功率吗?解析:电流做功是电能转化为其他形式的能,在纯电阻电路中电功等于电热公式可以变化使用,在非纯电阻电路中电功、电功率和电热必须用定义式进行计算。
(三)教学问题诊断分析1、学生在学习知识过程中,初中知识没有学好或遗忘,在实际进行电路计算时容易出现问题。
2、纯电阻电路与非纯电阻电路容易混淆,造成解题的错误3、公式变化不熟练容易出错。
(四)、教学支持条件分析为了加强学生对这部分知识的学习,帮助学生克服在学习过程中可能遇到的障碍,本节课要对初中电路进行复习,对公式变化规律也要复习。
(五)、教学过程设计1、教学基本流程复习前节内容→本节学习要点→纯电阻电路与非纯电阻电路→公式变化→练习、小结2、教学情景问题1电功是什么?电功的单位有哪些?设计意图:复习电功的基本知识问题2电功率的定义式是什么?它的单位有哪些?设计意图:复习电功率的基本知识。
问题3什么叫热功率?设计意图:知道电热的计算和单位问题4怎样区分纯电阻电路与非纯电阻电路?设计意图:会判断纯电阻电路与非纯电阻电路,例题1.两个绕线电阻分别标有“100Ω、10w”和“20Ω、40W”,则它们的额定电流之比为(C )【变式】课本141页第(2)题.例题2.在电动机正常工作时,每秒钟内电流做功和每秒钟内电枢上产生的热量的关系,下列说法中正确的是(D )A.电功等于电热B.电功等于电热的0.24倍C.电功等于电动机输出的机械功D.电热仅为电功的一部分【变式】课本141页第(3)题.设计意图:电功公式应用,非纯电阻电路的计算。
选修3-1第二章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(36 V,18 W)、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=tq 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 。
能的过程
通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性
区别并掌握电功和电热的计算
主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识,接受起来比较困难。
教学内容及教学程序设计
要点:串、并联电路的规律和欧姆定律及综合运用。
,在导体中形成电流,且q=It,(在时间间隔
,则通过导体截面电量为q,I=q/t),所以W=qU=IUt。
这就是电路中电场力做功即电功的表达式。
①
【说明】:①表达式的物理意义:电流在一段电路上的功,跟这段电路两端
电流在通过导体时,导体要发热,电能转化为内能。
这就是电流的热效应,描述它的定量规律是焦耳定律。
W=IUt,又由欧姆定律,U=IR,所以得出
Q=W=I2Rt。
这里有一个错误,可让学生思考并找
例题(从能量转化和守恒入手)如图
)电动机的效率。
(2)若由于某
种原因电动机被卡住,这时电动机消耗的功率为多少?
最后通过“思考与讨论”以加深认识。
注意,在非纯电阻电路中,欧姆定。
5 焦耳定律教材分析本节课的主要内容是关于电功大小的计算式,焦耳定律的计算,其核心是电功大小的计算。
理解它关键就是要理解电流的决定式。
上一节主要介绍电势差与电场强度的关系。
本节计划用一课时。
教学的重点是对公式:I = qt 的理解,并推广至环形电流。
1. 恒定电流在本章中起到一个承上启下的作用,特别恒定电流在电能焦耳热及闭合电路中具有引导作用。
2.本节首先要介绍的是电功的概念,之前学生没有了解,可以就用粒子流简单解释;让学生有一个初步认识。
教学目标及[解析](一)目标:(1)知道电流的概念;⑵了解电流大小的计算式及其电流的决定式.(二)[解析]本节重点是理解电流的概念及电流的计算式和电流的决定式,采用控制变量法,类比法。
难点是电流微观表达式的分析问题诊断及分析问题:决定电流微观表达式的那些因素从哪儿去找? 方法分析:控制变量法①导体中单位时间内能够通过截面C 的自由电荷分布导体中单位时间内能够通过截面C 的自由电荷分布在以截面C 为底,速率v 为长的导体中。
②单位时间内能够通过截面C 的自由电荷数 N =nV =n vS③单位时间内能够通过截面C 的电荷量 Q =Nq =nqvS ④电流的微观表达式 I =Qt =nqvS教学过程创设情景,实例引入:1、电功和电功率 (1)电功①定义:在一段电路中电场力对定向移动的自由电荷所做的功,简称电功,通常也说成是电流所做的功。
②公式:W =UIt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。
③单位:在国际单位制中,电功的单位是焦耳,简称焦,符号是J 。
电功的常用单位有:千瓦时,俗称“度”,符号是kW·h 。
1 kW·h 的物理意义是表示功率为1 kW 的用电器正常工作1 h 所消耗的电能。
1 kW·h =1000 W×3600 s =3.6×106 J (2)电功率①定义:单位时间内电流所做的功叫做电功率。
第五节、焦耳定律(1课时)
一、教学目标
(一)知识与技能
1.理解电功、电功率的概念,公式的物理意义。
了解实际功率和额定功率。
2.了解电功和电热的关系。
了解公式Q=I2Rt(P=I2R)、Q=U2t/R(P=U2/R)的适应条件。
3.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系,电功大于电热。
4.能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题。
(二)过程与方法
通过有关实例,让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过
程。
(三)情感态度与价值观
通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性。
三、重点与难点:
重点:区别并掌握电功和电热的计算。
难点:主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识,接受起来比较困难。
四、教学过程:
(一)复习上课时内容
要点:串、并联电路的规律和欧姆定律及综合运用。
提出问题,引入新课
1.通过前面的学习,可知导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动,电场力对定向移动的电荷做功吗?(做功,而且做正功)
2.电场力做功将引起能量的转化,电能转化为其他形式能,举出一些大家熟悉的例子:电能→机械能,如电动机。
电能→内能,如电热器。
电能→化学能,如电解槽。
本节课将重点研究电路中的能量问题。
(二)新课讲解-----第五节、焦耳定律
1.电功和电功率
(1).电功
定义:电路中电场力对定向移动的电荷所做的功,简称电功,通常也说成是电流的功。
用W表示。
实质:是能量守恒定律在电路中的体现。
即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程,在转化过程中,能量守恒,即有多少电能减少,就有多少其他形式的能增加。
【注意】功是能量转化的量度,电流做了多少功,就有多少电能减少而转化为其他形式的能,即电功等于电路中电能的减少,这是电路中能量转化与守恒的关键。
在第一章里我们学过电场力对电荷的功,若电荷q在电场力作用下从A搬至B,AB两点间电势差为U AB,则电场力做功W=qU AB。
对于一段导体而言,两端电势差为U,把电荷q从一端搬至另一端,电场力的功W=qU,在导体中形成电流,且q=It,(在时间间隔t内搬运的电量为q,则通过导体截面电量为q,I=q/t),所以W=qU=IUt。
这就是电路中电场力做功即电功的表达式。
表达式:W = Iut ①
【说明】:①表达式的物理意义:电流在一段电路上的功,跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。
②适用条件:I、U不随时间变化——恒定电流。
单位:焦耳(J)。
1J=1V·A·s
(2)电功率
①定义:单位时间内电流所做的功
②表达式:P=W/t=UI(对任何电路都适用)②
上式表明:电流在一段电路上做功的功率P,和等于电流I跟这段电路两端电压U的乘积。
③单位:为瓦特(W)。
1W=1J/s
④额定功率和实际功率
额定功率:用电器正常工作时所需电压叫额定电压,在这个电压下消耗的功率称额定功率。
实际功率:用电器在实际电压下的功率。
实际功率P实=IU,U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。
这里应强调说明:推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质,电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。
再者,这里W=IUt是电场力做功,是消耗的总电能,也是电能所转化的其他形式能量的总和。
电流在通过导体时,导体要发热,电能转化为内能。
这就是电流的热效应,描述它的定量规律是焦耳定律。
学生一般认为,W=IUt,又由欧姆定律,U=IR,所以得出W=I2Rt,电流做这么多功,放出热量Q=W=I2Rt。
这里有一个错误,可让学生思考并找出来。
错在Q=W,何以见得电流做功全部转化为内能增量?有无可能同时转化为其他形式能?英国物理学家焦耳,经过长期实验研究后提出焦耳定律。
2.焦耳定律——电流热效应
(1)焦耳定律
内容:电流通过导体产生的热量,跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比。
表达式:Q=I2Rt ③
【说明】:对纯电阻电路(只含白炽灯、电炉等电热器的电路)中电流做功完全用于产生热,电能转化为内能,故电功W等于电热Q;这时W= Q=UIt=I2Rt
(2)热功率:单位时间内的发热量。
即P=Q/t=I2R ④
【注意】②和④都是电流的功率的表达式,但物理意义不同。
②对所有的电路都适用,而④式只适用于纯电阻电路,对非纯电阻电路(含有电动机、电解槽的电路)不适用。
关于非纯电阻电路中的能量转化,电能除了转化为内能外,还转化为机械能、化学能等。
这时W》Q。
即W=Q+E其它或P =P热+ P其它、UI = I2R + P其它
引导学生分析P56例题(从能量转化和守恒入手)如图
再增补两个问题(1)电动机的效率。
(2)若由于某种原因电
动机被卡住,这时电动机消耗的功率为多少?
最后通过“思考与讨论”以加深认识。
注意,在非纯电阻电路
中,欧姆定律已不适用。
(三)小结:对本节内容做简要小结。
并比较UIt和I2Rt的区别和联系,从能的转化与守恒的角度解释纯电阻电路和非纯电阻电路中电功和电热的关系。
在纯电阻电路中,电能全部转化为电热,故电功W等于电热Q;在非纯电阻电路中,电能的一部分转化为电热,另一部分转化为其他形式的能(如机械能、化学能),故电功W大于电热Q。
(四)巩固新课:
1、复习课本内容
2、完成P57问题与练习:作业2、4,练习1、
3、5。
建议在对1的证明后,把相应的结论归入串、并联电路的规律中。
(4Ω)。