高中物理人教版 (2019)必修 第三冊第十二章 電能 能量守恒定律1 電路中的能量轉化精品教學設計

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備課人
學科
物理
課題
電路中的能量轉化
教學內容分析
本章是恒定電流的第二部分，是從能量的角度研究電路的特點和規(guī)律。
本節(jié)與初中物理電學部分有較多的關聯，學生在電功、電功率、焦耳定律等知識點上都在初中有所涉及。但與初中的內容相比，本節(jié)在介紹這些知識點時，是在靜電場的基礎上進行更為理論的推導，并對純電阻電路和非純電阻電路進行了更加細致、定量地分析，以電動機為例，引導學生對其能量的轉化進行了討論。本節(jié)課涉及的公式較多，需要在教學過程中娓娓道來，逐一明確其來源、適用范圍。
學情分析
學生通過初中物理課的學習，已經對電功、電功率、焦耳定律等有了一定的了解，但從靜電場的能量角度闡釋這些內容，學生仍存在知識點靈活運用的問題。同時，在對以電動機為例的非純電阻電路進行研究時，學生也容易混淆輸入功率、輸出功率、熱功率等概念。
教學目標
1、通過實例分析，理解電能轉化為其他形式的能是通過電流做功來實現的，加深對功與能量轉化關系的認識。
2、通過推導電功公式和焦耳定律，理解電功、電功率和焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產、生活中的相關現象。
3、從能量的轉化和守恒角度分析非純電阻電路中的能量轉化，理解電功和電熱的區(qū)別和聯系。
4、聯系生活中的電風扇、空調、電動機等電器設備，體會能量轉化與守恒思想，增強理論聯系實際的意識。
教學
重難點
教學重點：
電功概念的建立和理解。
教學難點：
對包含電動機的電路中的能量轉化的實例分析。
教學過程
教學環(huán)節(jié)
教師活動
學生活動
設計意圖
新課導入
【提問】現代生活中隨處都可以見到用電設備和用電器，例如電燈、電視、電熱水壺、電動汽車等。那么，你知道這些用電器中的能量是怎樣轉化的嗎？
思考。
從能量角度對生活中常見的用電器提出問題，引發(fā)學生思考。
環(huán)節(jié)一
電功和
電功率
【提問】電熱水壺、電動機通電時，手機電池充電時，能量是怎樣轉化的？
【提問】電能轉化為其它形式的能，是怎樣實現的？
【提問】電流做功的實質是什么？
提示：結合靜電場知識思考。
【講述】電路中電場力對定向移動的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。
【提問】電流做功的計算式是什么？
【提問】怎樣利用高中階段所學的知識推導這一計算式？
→W＝UIt適用于一切電路。
【提問】電功的物理意義是什么？
【提問】由計算式，電功的決定因素有哪些？
【提問】電功是矢量還是標量？
【提問】電功的單位有哪些？怎樣換算？
【提問】電功的大小怎樣測量？
【提問】不同用電器做功的快慢不同，如何描述電流做功的快慢？
【提問】電功率的定義、定義式是什么？
→P＝Wt適用于一切電路。
【提問】電功率是矢量還是標量？
【提問】電功的單位有哪些？怎樣換算？
【提問】電功率的大小怎樣測量？
【提問】什么是額定電壓、額定功率、實際電壓、實際功率？
思考并回答：
電熱水壺通電時，電能轉化為內能。
手機電池充電把電能轉化成化學能。
電動機通電時把電能轉化為機械能。
思考并回答：
電能轉化為其它形式的能，是通過電流做功來實現的。
思考并回答：
電流做功的實質：恒定電場對自由電荷的靜電力作正功，電勢能減小，其它形式的能增加。
思考并理解。
回憶并作答：
W＝UIt
思考并回答：
由q＝It、W＝Uq可推得W＝UIt
思考并回答：
電功是表示量度電能轉化為其它形式的能的多少的物理量。
思考并回答：
電功與通過用電器的電量（通過用電器的電流和通電時間）和用電器兩端的電壓成正比。
思考并回答：
標量。
思考并回答：
國際單位：焦耳（J）
常用單位：千瓦時（kWh）
換算：
1kWh＝3.6×106J
思考并回答：
用電能表測量；
用伏安法測量。
思考并回答：
用電功與時間的比值，即電功率來描述。
思考并回答：
定義：單位時間內電流所做的功。（比值定義法）
定義式：P＝Wt
思考并回答：
標量。
思考并回答：
國際單位：瓦特（W）
常用單位：千瓦（kW）
換算：1kW＝103W
思考并回答：
伏安法測量電功率。（電壓表和電流表）
思考并回答：
額定電壓：用電器正常工作時電壓（銘牌上標出的電壓）
額定功率：用電器在額定電壓下的功率（銘牌上標出的功率）
實際電壓：用電器實際工作時的電壓
實際功率：用電器在實際電壓下的功率
從能量的角度提出實際問題，直接將對電功等概念的介紹提升到能量的高度，明確主題。
定性分析能量的轉化過程，為定量研究做鋪墊。
結合前面靜電場的知識，討論電流做功的本質，幫助學生在初中學習的基礎上，對電功有更準確的認識。
從前面學習的公式出發(fā)推導電功的計算式，進一步幫助學生建立起新舊知識的關聯。
完善學生對電功概念的認知。
在電功的基礎上引出對電功率的研究。
完善學生對電功率的認知。
復習初中學習過的知識，為學生解決后續(xù)的相關問題做準備。
環(huán)節(jié)二
焦耳定律
【提問】電流通過電熱水器，電爐等電熱元件做功時，電能全部轉化為導體的內能。這一過程有何規(guī)律？
【提問】焦耳定律的數學表達式是怎樣的？
【提問】怎樣利用高中階段所學的知識推導這一計算式？
【展示】驗證焦耳定律的實驗電路圖。
說明：焦耳定律適用于純電阻電路，也適用于非純電阻電路。
【播放視頻】焦耳定律。
【提問】如果電功將全部的電能都轉化為內能，則電功率的計算式應怎樣改寫？結合焦耳定律的表達式，電功率的計算式會變成怎樣？
【提問】P＝UI與P＝I2R有何區(qū)別？
【講述】P＝UI指一切電流做功的功率，是總功率。P＝I2R專指電流發(fā)熱的功率，稱為熱功率。
【講述】單位時間內導體的發(fā)熱量叫做熱功率。
熱功率等于通電導體中電流I的二次方與導體電阻R的乘積。
思考并回答：
焦耳定律：電流通過某導體產生的熱量,跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比。
思考并回答：
Q＝I2Rt
思考并回答：
由W＝Q、W＝UIt、I＝Qt，可推得Q＝I2Rt。
觀察電路圖并思考。
觀看視頻。
思考并回答：
P＝Wt＝Qt
代入Q＝I2Rt，得P＝I2R
思考并理解。
復習初中學過的焦耳定律內容，為進一步地研究做鋪墊。
從新學的知識點出發(fā)推得焦耳定律的數學表達式，幫助學生更深入地了解這一規(guī)律。
提出問題，引出熱功率的概念，為研究非純電阻電路中的能量轉化做準備。
區(qū)分概念，幫助學生更準確地掌握知識點。
環(huán)節(jié)三
電路中的
能量轉化
【提問】如果電路中有電動機或者正在充電的電池，那么電能除了轉化為內能之外，還轉化為機械能和化學能。當電動機接上電源后，會帶動風扇轉動，這里涉及哪些功率？功率間的關系又如何？這種電路又有何特點？
【講述】純電阻電路：只含有電阻的電路，把電能全部轉化為內能，如電爐、電烙鐵等電熱器件組成的電路，白熾燈及轉子被卡住的電動機也是純電阻器件。
非純電阻電路：電路中含有電動機在轉動或有電解槽在發(fā)生化學反應的電路，把電能轉化為內能和其它形式的能。
【提問】純電阻電路和非純電阻電路中的能量轉化是怎樣的？
【提問】兩種電路中的電能怎樣計算？產生的熱量怎樣計算？
→在純電阻電路中，Q指某段電路在某段時間內消耗的全部電能。在非純電阻電路中，Q指轉化為內能的那部分電能。
【提問】由此，非純電阻電路中，消耗的電能與產生的熱量之間有何關系？
→在純電阻電路中，I＝UR
在非純電阻電路中，II2Rt
思考并回答：
說明歐姆定律不適用于非純電阻電路。
總結并回答：
純電阻電路：
電功＝電熱，即
W＝UIt＝U2Rt＝I2Rt＝Q
電功率＝熱功率，即：
P＝UI＝U2R＝I2R＝P熱
非純電阻電路：
電功：W＝UIt
電功率：P＝UI
電熱：Q＝I2Rt
熱功率：P熱＝I2R
思考。
在前面討論的基礎上理解。
思考并回答：
P輸入＝UI
思考并回答：
P熱＝I2r
思考并回答：
P輸入＝P輸出+P熱
思考并回答：
η＝P輸出P輸入×100%
總結并完成表格：
規(guī)律總結：無論是純電阻電路還是非純電阻電路，計算電功時都可以用W＝UIt，功率都可以用P＝UI，熱量都可以用Q＝I2Rt，熱功率都可以用P熱＝I2R，若用變形式時，就要考慮是否是純電阻電路。
練習鞏固本節(jié)知識點。
提出非純電阻電路的問題，引發(fā)學生思考，進而在純電阻電路的基礎上對非純電阻電路進行分析。
對比純電阻電路和非純電阻電路，幫助學生了解兩者的區(qū)別所在。
明確兩種電路中的能量轉化方式。
從能量的角度討論兩種電路中電流做的功與產生的熱量的關系，解釋歐姆定律不能適用于純電阻電路的原因。
從定量計算的角度區(qū)分兩種電路，幫助學生明晰兩種電路在能量轉化上的不同。
以電動機為例，具體介紹非純電阻電路問題的處理方法。
區(qū)分輸入功率、輸出功率、熱功率等概念，并討論其定量關系。
課堂總結
一、電功：W＝UIt，適用于一切電路
W＝UIt＝U2Rt＝I2Rt＝Q，適用于純電阻電路
二、電功率：做功的快慢，P＝UI，適用于一切電路
P＝UI＝U2R＝I2R＝P熱，適用于純電阻電路
三、焦耳定律：電熱：Q＝I2Rt；熱功率：P熱＝I2R；適用于一切電路
四、非純電阻電路：P電＝P機+P熱
板書設計
§12.1電路中的能量轉化
1、電功（W）：
①計算式：W＝UIt（普適）
W＝UIt＝U2Rt＝I2Rt＝Q（純電阻電路）
②標量
③單位：焦耳（J），1kWh＝3.6×106J
2、電功率：
①計算式：P＝Wt（普適）
P＝UI＝U2R＝I2R＝P熱（純電阻電路）
②標量
③單位：瓦特（W），1kW＝103W
3、額定電壓、額定功率
4、焦耳定律：Q＝I2Rt（普適）
5、熱功率：P＝I2R（普適）
6、非純電阻電路：
①不能用歐姆定律
②P電＝P機+P熱
③η＝P輸出P輸入×100%
作業(yè)設計
1、梳理本節(jié)知識點。
2、教材P82“練習與應用”。
教學反思與評價