教科版高中物理选修3-1第3节 焦耳定律

物理选修3-1知识点即公式总结第一章 电场一．电场基本规律 1．电荷 电荷守恒定律。

自然界中只存在正、负电荷。

(1)三种带电方式：摩擦起电—掠夺式、接触起电—均分式、感应起电—本能式(2)元电荷：最小的带电单元，自然界任何物体的带电荷量都是元电荷(e=1.6×10-19c)的整数倍，电子、质子的电荷量都等于元电荷，但电性不同，前者为负，后者为正。

2．库伦定律：(1)定律内容：真空．．中两个静止点电荷．．．．．之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

(2)表达式：122kQ Q F r=k=9.0×109N ·m 2/C 2——静电力常量。

q 1、q 2是电荷带电量(C) r 是两个电荷的距离(m) (3)适用条件：真空中静止的点电荷。

二．电场 力的性质：1．电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用。

2．电场强度E ：(1)定义：电荷在电场中某点受到的电场力F 与电荷的带电量q 的比值，就叫做该点的电场强度。

(2)定义式：FE q=． E 与F 、q 无关，只由电场本身决定。

E 是电场强度(N/C 或V/m ²均可，1N/C=1V/m ²)F 是电场力(N) q 是电荷量(C)(3)电场强度是矢量：大小：在数值上为单位电荷受到的电场力。

方向：规定正电荷受力方向，负电荷受力与E 的方向相反。

(4)单位：N/C,V/m 1N/C=1V/m (5)其他的电场强度公式 ①点电荷的场强公式：2kQE r =——Q 场源电荷；E 是点电荷电场强度(N/C 或V/m ²均可，1N/C=1V/m ²)；k 是静电力常量(=9.0×109N •m²/C ²) ；Q 是点电荷带电量(C) r 是半径(m)； ②匀强电场场强公式：UE d=——d 沿电场方向等势面间距离；U AB 是A ．B 两点的电势差(V) d 是距离(m)；E 是电场强度(N/C 或V/m ²均可，1N/C=1V/m ²) (6)场强的叠加：遵循平行四边形法则3．电场线：(1)意义：形象直观描述电场强弱和方向的理想模型，实际上是不存在的 (2)电场线的特点：①电场线起于正电荷(无穷远)，止于(无穷远)负电荷 ②不封闭，不相交，不相切。

焦耳定律知识集结知识元焦耳定律知识讲解电功、电功率、效率1．电功的计算及单位（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、通电时间t三者的乘积。

（2）公式：W=qU=UIt.（3）单位：在国际单位制中功的单位是焦耳，符号为J，常用的单位还有：千瓦时（KW·h），也称“度”，1KW·h=3.6×106J.2．电功计算公式所适用的电路（1）电功W=UIt适用于任何电路。

（2）在纯电阻电路中，由于，所以.3．电功率定义、公式及单位（1）定义：单位时间内电流所做的功，等于这段电路两端的电压U与通过这段导体的电流I的乘积。

（2）公式：.（3）单位是瓦特，符号为W（国际单位制），常用的还有千瓦（kW），1kW=1000W.4．电功率计算公式所适用的电路（1）电功率P=UI适用于任何电路。

（2）在纯电阻电路中，焦耳定律1．焦耳定律：（1）1841年，英国物理学家焦耳发现载流导体中产生的热量Q（称为焦耳热）与电流I 的平方、导体的电阻R、通电时间t成正比，这个规律叫焦耳定律。

Q=I2Rt.焦耳定律是一个实验定律。

它的适用范围很广，纯电阻电路、非纯电阻电路在计算电热时都用到它。

（2）热功率：单位时间内导体的发热功率叫做热功率．热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积．.（3）电功率与热功率对纯电阻电路，电功率等于热功率即：UI=I2R.此时，可得U=IR,所以纯电阻电路也可以说是欧姆定律成立的电路对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和．即：UI>I2R.此时，可得U>IR,所以，对非纯电阻电路欧姆定律不成立.2．电热（1）电热：由于导体的电阻，使电流通过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部分能量叫电热。

（2）内容：电流通过导体时产生的热量等于电流的平方、导体的电阻和通电时间的乘积。

（3）公式：Q=I2Rt.（4）适用对象凡是要计算电热，都应首选Q=I2Rt，可求任何电路中电流I通过电阻R时所产生的热量。

焦耳定律电路中的能量转化一、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。

2．了解电功和电热的关系。

了解公式Q=Rt（P=R）、Q=t/R（P=/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．理解闭合电路的功率表达式，知道闭合电路中能量的转化。

（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。

二、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。

三、设计思想焦耳定律也是初中学习过的内容，本节从电场力做功和能量转化这个更高的视角来理解焦耳定律，可用类比的方法说明：电场力对自由电荷做功时，电荷的电势能转化为动能，相当于物体在真空中自由下落，物体的重力势能转化为动能；而在电阻元件中电场力对电荷做功，电势能转化为内能，相当于物体在黏滞性较大的液体中匀速下落，重力势能转化为内能。

从能量转化和守恒的角度来理解闭合电路欧姆定律，可使学生对欧姆定律的认识更加深入。

为降低教学难度，教材只是通过对闭合电路欧姆定律表达式的变形，来说明闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的具体表现，而没有从能量守恒定律推导出闭合电路欧姆定律。

另外，对电功和电热的区别与联系，教材中介绍不够充分，应适当补充纯电阻电路和非纯电阻电路的概念。

四、教学资源《焦耳定律电路中的能量转化》多媒体课件五、教学设计【课堂引入】生活中我们应用中各式各样的用电器，例如我们用电熨斗烫衣服、热水壶烧水、用电风扇乘凉等，那么电热水器烧水是电能转化为那种形式的能? 电风扇乘凉又是电能转化为那种形式的能?能量转化过程中又有什么规律呢？带着这些问题，进入今天的学习。

【课堂学习】问题：在电场中自由释放一电荷，电场力对其做功，电势能转化为动能，在导线中也有大量自由电荷，在导线两端加上电压，同时会沿导线建立起电场，电场力也会对自由电荷做功，驱使它们定向移动，在这过程中能量是如何转化的呢？学习活动一：复习电功和电功率概念。