2019版高中物理上学期第八周 焦耳定律 电路中的能量转化教学设计.doc

2019版高中物理上学期第八周 焦耳定律 电路中的能量转化教学设计课题焦耳定律电路中的能量转化课时1考点、知识点理解焦耳定律，并能进行有关计算学习目标1.掌握电功、电功率、电热、电热功率等基本概念(重点)2.理解焦耳定律，并能进行有关计算(重点)3.理解电功和电热的关系，能从能量转化和守恒的角度区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热(难点)重、难点知道电源的总功率、电路的输出功率、电源内阻消耗功率的概念并明确它们之间的关系(重点、难点)学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录探 究 决 定 导 体 电 阻 的 因 素、 电 阻 定 律环节一：1电功(1)概念：电场力移动电荷所做的功(2)公式：WqUUIt.(3)单位：焦耳，符号J.2电功率(1)物理意义：表示电流做功快慢的物理量(2)定义：电流所做的功与做这些功所用时间的比值(3)公式：PIU.(4)单位：瓦特，符号W.1电流做功的过程中，电能转化为其他形式的能()2电流通过用电器时，电流做的功越多，说明用电器的电功率越大()3电功率越大，电流做功一定越快()家庭用电用“度”做单位，度是电功的单位，还是电功率的单位？【提示】度是电功的单位.1度1 kWh3.6106 J.环节二：把一根大头针插在一小块硬纸片上，用浆糊把纸贴在台灯的灯泡上，使大头针的针尖朝上然后用3张纸条做一小风车，把风车放在针尖上打开台灯，过一会发现，风车转动起来图261探讨1：这一过程，电流做功吗？【提示】做功探讨2：风车为什么转动？【提示】电流通过灯丝做功，把电能转化为内能周边空气温度升高，形成对流，风车转动起来1对电功的理解(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少(3)电功WUItqU对任何电路都适用2对电功率的理解(1)电功率PUI对任何电路都适用(2)额定功率和实际功率额定功率：用电器正常工作所消耗的功率实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率环节三：1一个电阻接入某电路后，消耗的功率为110 W，通过3 C的电荷量时，有330 J的电能转化为内能，则下列说法错误的是() 【导学号：33410091】A电阻两端所加电压为330 VB通过电阻的电流为1 AC电阻通电时间为3 sD这个电阻的阻值为110 【解析】由WqU知，电阻两端所加电压U110 V，A错；由PIU得I1 A，B对；由WPt得通电时间t3 s或t s3 s，C对；由R，得R110 ，D对【答案】A2一台国产XQB3013型自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如下表，试根据表中提供的数据计算：额定电压220 V额定频率50 Hz额定洗衣、脱水功率360 W额定洗衣、脱水容量3 kg整机质量33 kg外形尺寸(长宽高)(542550920) mm3(1)这台洗衣机在额定电压下洗衣或脱水时，通过洗衣机的电流是多大？(2)如洗衣、脱水的累计时间为40 min，则洗衣机耗电多少？【解析】(1)由说明书可知P360 W，又由PUI可知I A1.64 A.(2)WPt3604060 J8.64105 J故消耗的电能为8.64105 J.【答案】(1)1.64 A(2)8.64105 J环节四：小结几个电学公式的适用范围解答电流做功类的题目需掌握以下几个重要公式，并理清它们的意义及适用条件(1)电功WUItqU普遍适用(2)I为电流的定义式，普遍适用(3)I，PI2R等，只适用于纯电阻电路焦 耳 定 律 、 热 功 率环节一：1焦耳定律(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比(2)公式：QI2Rt.(3)单位：J.(4)应用：工业上的电烙铁、电烤箱等；生活中的电暖气、电炉、电熨斗、电饭锅等2热功率(1)概念：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值(2)公式：P热I2R.1根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的()2WUIt适用于任何电路求电功()3QI2Rt适用于任何电路求热量()用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？【提示】导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的部分导线电阻要大得多，由焦耳定律QI2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多环节二：如图262所示为一正常工作的电动机，其工作电压为220 V.图262探讨1：电动机消耗的电能全部转化为线圈产生的内能吗？【提示】一部分转化为内能探讨2：其工作电压是线圈两端电压吗？【提示】不是其工作电压大于线圈两端电压1两种电路的比较电路纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括其他的电器元件电流、电压、电阻三者的关系遵循欧姆定律I不遵循欧姆定律，由WUItI2RtW其他知UIR或I能量转化形式电流做功全部转化为内能：WQUItI2Rtt电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功WUItQW其他，其中电热QI2Rt能量转化示意图电器元件举例电炉丝、白炽灯电动机、电解槽、电风扇2.电功与电热(1)纯电阻电路：WQUItI2Rtt；P电P热UII2R.(2)非纯电阻电路：电功WUIt，电热QI2Rt，WQ；电功率PUI，热功率P热I2R，PP热环节三：3(多选)关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是() 【导学号：33410092】A电功率越大电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多BWUIt适用于任何电路，而电功计算式WI2Rtt适用于纯电阻电路C非纯电阻电路中，UII2RDQI2Rt适用于任何电路【解析】电功率越大，电流做功越快，但电路中产生的焦耳热不一定越多，故A不正确；WUIt是电功的定义式，适用于任何电路；而I只适用于纯电阻电路，由此推导出的公式WI2Rtt只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以C正确；QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中焦耳热的计算，D正确【答案】BCD4规格为“220 V36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：(1)接上220 V电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)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的功率【解析】(1)排气扇在220 V电压下正常工作电流I A0.16 A，发热功率P热I2R0.16240 W1 W，转化为机械能的功率P机PP热(361) W35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，此时通过排气扇的电流I A5.5 A.电动机消耗的功率等于发热功率PP热IU5.5220 W1 210 W由于发热量很大，将很快烧坏电动机线圈【答案】(1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W环节四：小结电动机电路的分析方法(1)分清是纯电阻电路还是非纯电阻电路电动机转动时是非纯电阻电路，电动机不转动时是纯电阻电路(2)分清要求的是电功还是电热(或热功率)，对照公式的适用条件，合理选择公式(3)电动机的输入功率即总功率P入IU，电动机的发热功率P热I2r，电动机的输出功率P出P入P热电 路 中 的 能 量 转 化环节一：1内电路中的能量转化(1)电源：通过各种作用，将其他形式的能转化为电能，转化功率PIE.(2)内阻：通过电流做功将一部分电能转化为内阻的内能，即P内I2r.2外电路上的能量转化：通过电流做功将电源输出的电能转化为其他形式的能，即P外UI.3两者之间的关系：由能量守恒定律可知PP内P外，即EII2rUI，进一步化简可得EUIr，可见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1电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能()2电动机是非纯电阻用电器，所以在任何情况下，都不能将电能全部转化为内能()3在使用电源时，绝对不可以让电源短路，以免造成电源的损坏，甚至引起火灾()外电路的电阻越大，电源做功输出的效率就越高吗？【提示】由于电源做功输出的效率：，故外电路的电阻越大，电源做功输出的效率就越高环节二：闭合电路中内、外电路都有电阻，当电键闭合，电路中有电流时，内、外电路都做功探讨1：电源非静电力做的功与电路中内、外电路电流做的功存在什么关系？【提示】非静电力做功把电源内部储存的其他形式的能转化为电能，电流做功把电能转化为内电路上的电能和外电路上其他形式的能探讨2：外电路的电阻越大，外电路消耗的功率就越大吗？【提示】当外电阻大于内电阻时，外电阻越大，外电路消耗的功率越小探讨3：外电路的电阻越大，电源做功的效率就越高吗？【提示】外电阻越大，路端电压越大，电源做功的效率越大1闭合电路中的几个功率功率名称表达式电源功率(总功率)P总EI电源内部消耗功率P内U内II2r外电路消耗功率(电源输出功率)P外U外I(EU内)IEII2r三者关系P总P外P内2.纯电阻电路中电源的输出功率P出UII2R.电源的输出功率随外电阻的变化关系如图263所示图263(1)当Rr时，Pmax.(2)一个输出功率(除最大功率外)P对应于两个不同的外电阻R1和R2，且r.(3)当Rr时，RP出；当Rr时，RP出.3电源的效率.可见，外电阻R越大，电源的效率越高环节三：5如图264所示，电源电动势E10 V，内阻r0.5 ，“8 V16 W”的灯泡L恰好能正常发光，电动机M绕线的电阻R01 ，求： 【导学号：33410095】图264(1)路端电压；(2)电源的总功率；(3)电动机的输出功率【解析】(1)灯泡正常发光，所以路端电压为8 V.(2)设干路总电流为I，则8 V10 VI0.5 ，得I4 A，故P总EI40 W.(3)又IL A2 A，故IMIIL2 A，PM总82 W16 W，PM出16 W221 W12 W. 【答案】(1)8 V(2)40 W(3)12 W6电路图如图265甲所示，乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为15 ，定值电阻R03 .甲乙图265(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大，最大值为多少？(2)当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？【解析】(1)由题图乙知电源的电动势和内阻为：E20 V，r| 7.5 .由题图甲分析知道，当R0时，R0消耗的功率最大，最大为P()2R0()23 W10.9 W.(2)当rRR0时，即R4.5 时，电源的输出功率最大，最大值为：P()2(R0R)()2(34.5) W13.3 W.【答案】(1)010.9 W(2)4.5 13.3 W环节四：小结闭合电路功率问题的注意事项(1)闭合电路是一个能量转化系统，电源将其他形式的能转化为电能内、外电路将电能转化为其他形式的能，EIP内P外就是能量守恒定律在闭合电路中的体现(2)外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时，电源的输出功率变大学生课前独立完成学生合作探究完成课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。学生课前独立完成学生合作探究完成课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。改学生导学案，统计学生完成情况教师旁观引导学生完成探究过程教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结改学生导学案，统计学生完成情况教师旁观引导学生完成探究过程教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结