第2章 第8节 焦耳定律 电路中的能量转化 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（教科版2019）

第8节　焦耳定律　电路中的能量转化 核心素养导学 物理观念 (1)知道电功、电功率的概念。 (2)掌握焦耳定律，知道热功率。 (3)理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的。 科学思维 (1)理解电功和电热的区别，知道纯电阻电路和非纯电阻电路中 能量的转化。 (2)能应用电功、电功率、焦耳定律进行计算。 科学态度与责任 (1)能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。 (2)联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备，体会能量 转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。 一、电功　电功率 1．电功 (1)定义：电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。 (2)公式：W＝UIt。 (3)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力所做的功。 (4)单位：在国际单位制中，电功W的单位是焦耳，符号是J。 2．电功率 (1)定义：电流所做的功W与做这些功所用时间t的。 (2)公式：P＝＝UI。 (3)单位：在国际单位制中，电功率的单位是瓦特，简称瓦，符号为W,1 W＝1 J/s。 W＝UIt，在科学研究中称为静电力做功，在生产生活中称为电流做功，简称为电功。　　 二、焦耳定律　热功率 1．电能转化为热能的微观解释：导体内的电子在电场力作用下做定向运动时，会与金属正离子不断碰撞，在碰撞过程中把一部分动能传递给正离子，使正离子的热运动加剧，导致导体发热。 2．焦耳定律：电流通过电阻产生的热量Q跟电流I的二次方成正比、跟导体的电阻R成正比、跟通电时间t成正比，即Q＝I2Rt。 3．焦耳热：电流通过电阻而产生的热。 4．热功率 (1)定义：电流通过电阻所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比。 (2)表达式：P热＝＝I2R。 [微点拨]　Q＝I2Rt可以计算任何电路中的热量。 三、电路中的能量转化 1．电源的功率：P电＝IE。 2．电源的输出功率：P输出＝IU。 3．电源内电路的热功率：P内＝I2r。 4．功率关系：P电＝P输出＋P内。,1. 如图所示，一段电路两端的电压为U，电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，形成电流I。则在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q为多少？在这个过程中，静电力做了多少功？ 提示：时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量为q＝It，在这个过程中，静电力做功为W＝UIt。 2．如图所示，是一种过去常用的电炉子。 (1)该用电器电路是纯电阻电路，还是非纯电阻电路？ (2)电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线几乎不发热？ 提示：(1)纯电阻电路。 (2)电炉丝电阻较大，通电相同时间，电炉丝产生的热量较多。 3．电吹风工作时，将电能转化为什么能？电风扇工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？ 提示：电吹风和电风扇都有电动机，电能转化为内能和机械能，电熨斗工作时将电能转化为内能。 新知学习(一)|对电功和电功率的理解 [任务驱动] 当家中只开一盏节能灯时，电能表的表盘转得很慢，而用电烧水壶烧水时，电能表的表盘转得很快。 那么节能灯和电烧水壶在相同时间内，哪个用电器消耗电能多？哪个用电器的电功率大？ 提示：电烧水壶在相同时间内消耗电能多，对应电功率大。　　　　　 [重点释解] 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W＝UIt＝qU对任何电路都适用。 2．对电功率的分析 (1)电功率P＝＝UI对任何电路都适用。 (2)额定功率和实际功率。 ①额定功率：用电器正常工作所消耗的功率。 ②实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。 3．对电功、电功率的三点说明 (1)电功W＝UIt适用于任何电路。 (2)在纯电阻电路中，由于I＝，所以在纯电阻电路中的电功可表示为W＝UIt＝I2Rt＝t。 (3)P＝UI适用于任何电路，在纯电阻电路中P＝UI＝I2R＝。 [针对训练] 1．(多选)室内有几种用电器，1.0 kW的电磁炉、150 W的洗衣机、800 W的电水壶、200 W的电视机和2.5 kW的空调器。如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不可能同时使用的是(　 ) A．电磁炉和洗衣机 B．电水壶和空调器 C．电磁炉和空调器 D．洗衣机、电视机和空调器 解析：选BC　电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2 860 W。用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可能同时使用，故选项B、C正确。 2．(2022·广东1月学考)某插座的额定电流为10 A，以下电器单独使用该插座时，安全的是(　 ) ①额定功率为60