2019-2020年高二物理 （人教大纲版）第二册 第十四章 恒定电流 五、电功和电功率(第一课时).doc

2019-2020年高二物理 （人教大纲版）第二册 第十四章 恒定电流 五、电功和电功率(第一课时)本节教材分析本节内容是在学生初中所学知识的基础上，用“能”的观点进一步深化并拓宽对电功、电功率的理解，这是本节内容的重点.教材还讲述了电功率和热功率的区别和联系，这是本节内容的难点.与初中相比，教材注重了概念的建立与公式的推导.在推导电功的计算公式时，用了等效的方法.应当注意说明，在时间t内，只是相当于把电荷q由电路的一端移动到另一端，这跟把电荷q直接由一端移动到另一端效果是一样的，即所做的功相同.教材在讲述电场力对自由电荷做功的实质时，用了类比的方法.把电荷在真空电场中的运动与物体在真空中的自由下落作类比；把电荷在电阻元件中的定向移动与物体在粘滞性较大的液体中匀速下落作类比.教学目标一、知识目标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.4.知道电场力对自由电荷做功的过程是电能转化为其他形式能量的过程.二、能力目标1.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.2.通过介绍用电器的额定电压、额定功率，使学生明白：选择用电器时一定要注意它的额定电压.从而培养学生学以致用的能力.三、德育目标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.教学重点电功、电功率的概念、公式.教学难点电功率和热功率的区别和联系.教学方法等效法、类比法、比较法、实验法.教学用具灯泡（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.课时安排1课时 教学过程一、引入新课师用电器通电后，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 .生甲电灯将电能转化为内能和光能.生乙电炉将电能转化为内能.生丙电动机把电能转化为机械能.生丁电解槽将电能转化为化学能.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 .（板书课题）二、新课教学1.电功和电功率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?生甲电场力的功的定义式W=qU.生乙电流的定义式I=.投影如图所示，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.师在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?生在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It.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？生在这一过程中，电场力做的功W=qU=UIt. 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.写成公式为：W=UIt.该公式用语言如何表述？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.师请同学们说出电功的单位有哪些？生甲在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J.生乙电功的常用单位是千瓦时，俗称“度”，符号是kWh.师1 kWh的物理意义是什么？1 kWh等于多少焦？生甲1 kWh表示功率为1 kW的用电器正常工作1 h所消耗的电能.生乙1 kWh=1000 W3600 s=3.6106 J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.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.接下来我们研究电功率.请同学们阅读教材P157电功率部分，并回答下列问题.问题1电功率的定义是什么?生电功率是表示电流做功快慢的物理量，单位时间内电流所做的功叫做电功率，用字母P表示.问题2电功率的定义式是什么?生电功率P=UI问题3电功率的单位有哪些?生在国际单位制中，电功率的单位是瓦（W），比瓦大的单位有千瓦（kW).1 kW=103 W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.师在力学中讲功率时,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？生甲利用P=计算出的功率是时间t内的平均功率.生乙利用P=UI计算时，若U是某一时刻的电压，I是这一时刻的电流，则P=UI是该时刻的瞬时功率.师为什么课本没提到这一点呢？生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=UI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.演示研究小灯泡在不同电压下工作的实际功率.取一个“36 V，18 W”的灯泡，把它接在如图所示的电路中，改变滑动变阻器滑片的位置，分别观察灯泡在下述条件下的发光情况，并记下电流表的示数，计算出灯泡的实际功率.（1）当电压表的读数U=36 V时；（2）当电压表的读数U=24 V时；（3）当电压表的读数U=40 V时.实验结果（1）当U=36 V时，I=0.5 A,P实=18 W，灯泡正常发光.（2）当U=24 V时，I=0.33 A,P实=8.0 W，灯泡发光暗淡.（3）当U=40 V时，I=0.56 A,P实=22.4 W，灯泡发光强烈.师请同学们观察灯泡的铭牌，说明“36 V，18 W”的物理意义.生“36 V”表示灯泡的额定电压；“18 W”表示灯泡的额定功率.师灯泡在电路中实际消耗的功率一定等于额定功率吗？生不一定.只有加在小灯泡两端的电压为额定电压时，小灯泡消耗的功率才等于额定功率.师选择用电器时，要注意它的额定电压，只有在额定电压下用电器才能正常工作.实际电压偏低，用电器消耗的功率低，不能正常工作.实际电压偏高，长期使用会影响用电器的寿命，还可能烧坏用电器.2.电功率和热功率师请同学们阅读教材P157电功率和热功率，了解电场力对电荷做功的实质.生甲电场力对电荷做功的过程，实际上是电能转变成其他形式能量的过程.生乙在真空中，电场力对电荷做正功时，电荷的电势能减少，电荷的动能增加，减少的电势能转化成动能.这个过程可以用“物体在真空中的自由下落”作类比.物体在真空中下落时，物体的重力势能减少，物体的动能增加，减少的重力势能转化成动能.生丙在电阻元件中电能的转化情况与真空中有所不同.在金属导体中，除了自由电子外，还有金属正离子.在电场力的作用下，做加速定向移动的自由电子要频繁地与金属正离子发生碰撞，并把定向移动的动能传给离子，使离子的热运动加剧，将电能完全转化成内能，于是导体发热.这可以用“物体在粘滞性较大的液体中匀速下落时”作类比.物体在粘滞性较大的液体中匀速下落时，重力势能通过克服液体阻力做功而转化为内能.师同学们的回答很好.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.生求解热量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=UIt=I2Rt由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W将全部转化为内能Q.产生的热量为Q=I2Rt师Q=I2Rt这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，因此叫焦耳定律.同学们在初中已经学过了.请同学们继续阅读教材P158内容，并回答下列问题.问题1什么叫热功率？生单位时间内发热的功率叫做热功率. 问题2热功率的定义式和单位分别是什么？生定义式P热=I2R，其单位是W.演示研究电功率和热功率的区别和联系.取一个玩具小电机，其内阻R=1.0 ，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0.50 V，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2.0 V(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=0.50 V， I=0.50 A，P电=UI=0.500.50 W=0.25 WP热=I2R=0.5021.0 W=0.25 WP电=P热（2）电机转动时，U=2.0 V,I=0.40 A,P电=UI=2.00.40 W=0.80 WP热=I2R=0.4021.0 W=0.16 WP电P热师请同学们分组讨论上述实验结果，比较电功率与热功率的区别和联系.（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.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.投影如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r=0.6 ,R=10 ,U=160 V，电压表的读数为110 V，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1 h所产生的热量是多少？解析：（1）设电动机两端的电压为U1，电阻R两端的电压为U2，则U1=110 V，U2=UU1=（160110）V=50 V通过电动机的电流为I，则I=A=5 A（2）输入到电功机的电功率P电=U1I=1105 W=550 W（3）在电动机中发热的功率P热=I2r=520.6 W=15 W（4）电动机工作1 h所产生的热量Q=I2rt=520.63600 J=54000 J说明：电动机是非线性元件，欧姆定律对电动机不适用了，所以计算通过电动机的电流时，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.三、小结本节课主要学习了以下几个问题：1.在一段电路中电流所做的功叫做电功.其数值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.即W=UIt.2.单位时间内电流所做的功叫做电功率.一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中的电流I的乘积.即P=UI.3.单位时间内发热的功率叫做热功率.即P热=I2R.4.只有在纯电阻电路中，P热=P电；在非纯电阻电路中，P电P热.四、作业1.练习三、（1）、（3）、（4）、（5）2.复习本节内容.五、板书设计六、本节优化训练设计1.如图所示，用一直流电动机提升重物，重物的质量为m=50 kg，电源供电电压为110 V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.9 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流是5 A，则电动机线圈的电阻是多少？（g取10 m/s2）2.把家用电炉的电热丝剪去一小段后继续使用，则在同样的时间内A.由Q=I2Rt可知，电炉的发热量减少B.由Q=UIt可知，电炉的发热量不变C.由Q=可知，电炉的发热量增加D.无法确定3.如图所示，滑动变阻器R1的最大阻值为200 ，电阻R2=200 ，电路电压UAB=8 V，试分别计算开关S断开和闭合两种情况下，移动滑动片，R2两端获得功率的范围.4.一个标有“220 V，40 W”的电灯正常工作时，通过灯丝的电流是多大？如果不考虑温度对电阻的影响，把它接在110 V的电路上，它的实际功率是多大？参考答案：1.4 解析：据能的转化和守恒定律可知，电动机的电功率等于电动机的热功率与机械功率之和.设电动机线圈的电阻为R，则UI=I2R+mgv解得R=42.C解析：因家用电器的工作电压就是照明电路的电压，这个电压为恒值，据Q=可知，由于电阻R减小，导致电炉的发热量增大.3.（1）当S断开时，0.08 WP0.32 W（2）当S闭合时，0P0.32 W解析：（1）当S断开时，R1起限流作用，当滑片位于R1的最上端时，R2上的电压最大，Umax=UAB=8 V,此时电阻R2上消耗的功率最大，Pmax=当滑片位于R1的最下端时，R2的电压最小，Umin=UAB=4 V，此时电阻R2上消耗的功率最小，Pmin= (2)当S闭合时，R1起分压作用，当滑片位于R1的最上端时，R2上的电压最大，Umax=UAB= 8 V,此时R2的功率最大，Pmax=当滑片移到R1的最下端时，R2上的电压最小，Umin=0,此时R2的功率最小，Pmin=0.4.0.182 A，10 W解析：据P=UI可知I=A=0.182 A灯泡的电阻R=1210 实际功率P=W=10 W