第3节 电功与电热（导学案）物理鲁科版必修第三册

3. 电功与电热 导学案 物理观念 能理解电功、电热的定义及物理意义，明确两者的区别与联系（纯电阻电路与非纯电阻电路差异），建立“电流做功转化为能量，部分转化为电热”的能量观。 科学思维 能运用电功公式 、焦耳定律 进行定量计算，通过分析公式推导及电路能量转化过程，提升逻辑推理与能量守恒思维能力。 科学探究 能参与“探究电热与电流、电阻、时间关系”的实验（如焦耳定律实验），学会控制变量法和转换法的应用，能分析实验数据得出结论，提升科学探究能力。 科学态度 与责任 通过了解电功、电热在生活中的应用（如电热器、节能电器），认识合理利用电能、减少电热损耗的重要性，树立节约用电、绿色环保的责任意识。 1．掌握电功公式、焦耳定律及纯 / 非纯电阻电路的应用。（重点） 2．区分电功与电热，理解非纯电阻电路能量转化。（难点） 【知识回顾】 1、用电器在工作过程中将电能转化为__________能、__________能等__________能。 2、电功的计算式__________适用于__________。 3、电功的单位：国际单位：__________（__________），常用单位：__________（__________），换算：1kWh＝__________J。 4、电功率的定义式__________适用于__________。 5、电功率的单位：国际单位：__________（__________），常用单位：__________（__________），换算：1kW＝__________W。 6、可以用__________测量电功率。 7、用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）叫__________。用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）叫__________。用电器实际工作时的电压叫__________。用电器在实际电压下的功率叫__________。 8、焦耳定律：电流通过某导体产生的热量,跟__________成正比，跟__________及__________成正比。数学表达式为__________，适用于__________电路，也适用于__________电路。 9、纯电阻电路是指用电器只有__________和__________的电路。 【自主预习】 1、电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作__________功，电势能__________，其它形式的能__________。 2、__________指一切电流做功的功率，是总功率。__________专指电流发热的功率，称为热功率。 3、在非纯电阻电路中，电功用__________计算，电热用__________计算。两者的关系是__________。这说明欧姆定律__________适用于非纯电阻电路。 4、对于电动机，__________，__________，__________。 【思考交流1】 不同型号的白炽灯接在同一电路中,亮度一般不一样,你知道影响亮度的原因是什么吗? 【问题体验1】 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。 1.在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少? 2.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? 3.电场力做功的功率是多少? 4.这些公式分别用语言怎么描述? 【归纳总结1】 1.电功(W) (1)表达式: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和通电时间t三者的乘积,即　　　　　　。  (2)单位:国际单位制中:　　　。  (3)物理意义:　　　　　　　　　　　　。  2.电功率(P) (1)定义:　　　　　　　　　　　　　。  (2)表达式:电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积,即　　　　　　。  (3)单位:国际单位制中:　　　。  (4)物理意义:　　　　　　　　　　　　。  【思考交流2】 电动机是将消耗的电能全部转化成机械能了吗?玩具汽车运行久了会怎么样?为什么会这样? 【问题体验2】 1.如图所示为电热炉、电动机、蓄电池的图片。 (1)电热炉工作时,将电能转化为什么能?电动机工作时,将电能转化为什么能?蓄电池充电时,将电能转化为什么能? (2)如何计算它们在电路中产生的能量? 2.如图所示,标有“220 V　60 W”的白炽灯和“220 V　60 W”的电风扇,把它们并联后接到220 V的照明电路中,二者都能正常工作。 它们在相同的时间内产生的电热相同吗?为什么? 【归纳总结2】 1.焦耳定律:　 。 表达式:　　　　　　　。 2.热功率:　   表达式:　　　　　　　。 3.区别与联系: 4.纯电阻电路：__________，即__________＝__________＝__________＝__________，__________，即：__________＝__________＝__________＝__________。 非纯电阻电路：电功：＝__________，电功率：＝__________，电热：＝__________，热功率：＝__________ 电动机是一种＝__________用电器，它把电能转化为＝__________和＝__________。在电路计算中，欧姆定律＝__________适用。 电动机的输入功率：电动机的总功率，__________。 电动机的热功率：电流通过电动机的线圈时发热的功率，__________。 电动机的输出功率：电动机做有用功的功率。 输入功率、输出功率、热功率的关系：__________ 电动机的效率：__________ 1．如图，用充电器给处于开机状态的手机充电，若充电电压用表示，充电电流用表示，则手机（　　） A．总电阻等于 B．总电阻大于 C．产热功率等于 D．消耗的电功率等于 2.关于电功和电热，下面说法正确的是（　　） A.任何电路中的电功，电热都适用，且 B.任何电路中的电功，电热都适用，但有时不等于 C.电功在任何电路中都适用，只在纯电阻电路中适用 D.电功，电热，只适用于纯电阻电路 3.有三个用电器，分别为日光灯、电烙铁和电风扇，它们的额定电压和额定功率均为“”。现让它们在额定电压下工作相同时间，产生的热量（　　） A.日光灯最多 B.电烙铁最多 C.电风扇最多 D.一样多 4.如图所示，电阻R1、R2串联，R1=2R2，流过恒定的电流，则（　　） A.R1、R2的电压之比为1:1 B.R1、R2的电功率之比为1:2 C.通过R1、R2横截面的电荷量之比为1:1 D.相等时间内R1、R2产生的焦耳热之比为1:2 5.手机长时间充电容易引发安全事故，许多学校为了安全和规范管理，禁止学生将手机带入校园，更不允许学生夜间在教室对手机进行充电。如图所示为某款充电器对手机进行充电的示意图，充电器的输出电压为5.0V，手机锂电池的内阻。若充电过程手机处于关机状态，充电器的输出功率为5.0W，则关于充电过程下列说法正确的是（　　） A.充电器的输出电流为50A B.充电器的输出电流为1.0A C.手机锂电池的发热功率为1.0W D.电能转化为化学能的功率为5.0W 6.利用电动机起重装置可以提升重物，工作原理及电路图如图所示。已知电源电动势，电源内阻，电阻。当重物质量严重超载时（电动机未能将重物提升）闭合电源开关S，电压表的示数；减小重物质量，当质量，闭合电源开关S，电动机最后以稳定的速度匀速提升重物，此时电动机获得的电功率与不能提升重物时电动机获得的电功率相同。（不计摩擦）求： （1）电动机的内阻； （2）重物匀速上升时电压表示数和流经电动机的电流大小； （3）重物匀速上升的速度大小v。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3. 电功与电热 导学案 物理观念 能理解电功、电热的定义及物理意义，明确两者的区别与联系（纯电阻电路与非纯电阻电路差异），建立“电流做功转化为能量，部分转化为电热”的能量观。 科学思维 能运用电功公式 、焦耳定律 进行定量计算，通过分析公式推导及电路能量转化过程，提升逻辑推理与能量守恒思维能力。 科学探究 能参与“探究电热与电流、电阻、时间关系”的实验（如焦耳定律实验），学会控制变量法和转换法的应用，能分析实验数据得出结论，提升科学探究能力。 科学态度 与责任 通过了解电功、电热在生活中的应用（如电热器、节能电器），认识合理利用电能、减少电热损耗的重要性，树立节约用电、绿色环保的责任意识。 1．掌握电功公式、焦耳定律及纯 / 非纯电阻电路的应用。（重点） 2．区分电功与电热，理解非纯电阻电路能量转化。（难点） 【知识回顾】 1、用电器在工作过程中将电能转化为内能、机械能等其他形式的能。 2、电功的计算式W＝UIt适用于一切电路。 3、电功的单位：国际单位：焦耳（J），常用单位：千瓦时（kWh），换算：1kWh＝3.6×106J。 4、电功率的定义式：适用于一切电路。 5、电功率的单位：国际单位：瓦特（W），常用单位：千瓦（kW），换算：1kW＝103W。 6、可以用伏安法测量电功率。 7、用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）叫额定电压。用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）叫额定功率。用电器实际工作时的电压叫实际电压。用电器在实际电压下的功率叫实际功率。 8、焦耳定律：电流通过某导体产生的热量,跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。数学表达式为，适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。 9、纯电阻电路是指用电器只有电阻和灯泡的电路。 【自主预习】 1、电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其它形式的能增加。 2、指一切电流做功的功率，是总功率。专指电流发热的功率，称为热功率。 3、在非纯电阻电路中，电功用计算，电热用计算。两者的关系是。这说明欧姆定律不适用于非纯电阻电路。 4、对于电动机，，。。 【思考交流1】 不同型号的白炽灯接在同一电路中,亮度一般不一样,你知道影响亮度的原因是什么吗? 【问题体验1】 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。 1.在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少? 2.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? 3.电场力做功的功率是多少? 4.这些公式分别用语言怎么描述? 【归纳总结1】 1.电功(W) (1)表达式: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和通电时间t三者的乘积,即　　　　　　。  (2)单位:国际单位制中:　　　。  (3)物理意义:　　　　　　　　　　　　。  2.电功率(P) (1)定义:　　　　　　　　　　　　　。  (2)表达式:电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积,即　　　　　　。  (3)单位:国际单位制中:　　　。  (4)物理意义:　　　　　　　　　　　　。  【思考交流2】 电动机是将消耗的电能全部转化成机械能了吗?玩具汽车运行久了会怎么样?为什么会这样? 【问题体验2】 1.如图所示为电热炉、电动机、蓄电池的图片。 (1)电热炉工作时,将电能转化为什么能?电动机工作时,将电能转化为什么能?蓄电池充电时,将电能转化为什么能? (2)如何计算它们在电路中产生的能量? 2.如图所示,标有“220 V　60 W”的白炽灯和“220 V　60 W”的电风扇,把它们并联后接到220 V的照明电路中,二者都能正常工作。 它们在相同的时间内产生的电热相同吗?为什么? 【归纳总结2】 1.焦耳定律:　 。 表达式:　　　　　　　。 2.热功率:　   表达式:　　　　　　　。 3.区别与联系: 4.纯电阻电路：，即，电功率＝热功率，即： 非纯电阻电路：电功：，电功率：，电热：，热功率： 电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。 电动机的输入功率：电动机的总功率，。 电动机的热功率：电流通过电动机的线圈时发热的功率，。 电动机的输出功率：电动机做有用功的功率。 输入功率、输出功率、热功率的关系： 电动机的效率： 1．如图，用充电器给处于开机状态的手机充电，若充电电压用表示，充电电流用表示，则手机（　　） A．总电阻等于 B．总电阻大于 C．产热功率等于 D．消耗的电功率等于 【答案】D 【详解】AB．因为手机电池为非纯阻电路，所以总电阻不等于，也不会大于，故AB错误； CD．消耗的功率为 P=UI 消耗的功率一部分储存在电池里，一部分转化为内能，所以产热功率小于UI，故D正确，C错误。 故选D。 2.关于电功和电热，下面说法正确的是（　　） A.任何电路中的电功，电热都适用，且 B.任何电路中的电功，电热都适用，但有时不等于 C.电功在任何电路中都适用，只在纯电阻电路中适用 D.电功，电热，只适用于纯电阻电路 【答案】B  【解析】任何电路中电功公式，电热公式都适用，但两者不一定相等，只有在纯电阻电路中，、、D错误； 任何电路中的电功，电热都适用，在非纯电阻电路中电能一部分转化为内能，还有一部分转化为其他形式的能，所以此时大于，B正确。 3.有三个用电器，分别为日光灯、电烙铁和电风扇，它们的额定电压和额定功率均为“”。现让它们在额定电压下工作相同时间，产生的热量（　　） A.日光灯最多 B.电烙铁最多 C.电风扇最多 D.一样多 【答案】B  【解析】电风扇，电烙铁和日光灯额定电压、额定功率相同，相同时间内消耗的电能相等，而电风扇消耗的电能大部分转化为机械能，日光灯消耗的电能大部分转化为光能，电烙铁消耗的电能全部转化为内能，所以产生的热量电烙铁最多，故B正确，ACD错误。 故选B。 4.如图所示，电阻R1、R2串联，R1=2R2，流过恒定的电流，则（　　） A.R1、R2的电压之比为1:1 B.R1、R2的电功率之比为1:2 C.通过R1、R2横截面的电荷量之比为1:1 D.相等时间内R1、R2产生的焦耳热之比为1:2 【答案】C 【详解】A．串联电路，电流处处相等，根据 则R1、R2的电压之比为 B．根据电功率 由于电流相等，故电功率之比与电阻成正比，即R1、R2的电功率之比为2:1. C．根据 由于电流相等、时间相等，则通过R1、R2横截面的电荷量之比为1:1，故C正确； D．根据焦耳热 由于电流相等，故相等时间内R1、R2产生的焦耳热之比等于电阻之比，即相等时间内R1、R2产生的焦耳热之比为2:1，故D错误。 5.手机长时间充电容易引发安全事故，许多学校为了安全和规范管理，禁止学生将手机带入校园，更不允许学生夜间在教室对手机进行充电。如图所示为某款充电器对手机进行充电的示意图，充电器的输出电压为5.0V，手机锂电池的内阻。若充电过程手机处于关机状态，充电器的输出功率为5.0W，则关于充电过程下列说法正确的是（　　） A.充电器的输出电流为50A B.充电器的输出电流为1.0A C.手机锂电池的发热功率为1.0W D.电能转化为化学能的功率为5.0W 【答案】B 【详解】AB.输出电流为，故A错误，B正确； C.手机锂电池的发热功率为，故C错误； D.充电过程电能转化为化学能的功率，故D错误。 故选B。 6.利用电动机起重装置可以提升重物，工作原理及电路图如图所示。已知电源电动势，电源内阻，电阻。当重物质量严重超载时（电动机未能将重物提升）闭合电源开关S，电压表的示数；减小重物质量，当质量，闭合电源开关S，电动机最后以稳定的速度匀速提升重物，此时电动机获得的电功率与不能提升重物时电动机获得的电功率相同。（不计摩擦）求： （1）电动机的内阻； （2）重物匀速上升时电压表示数和流经电动机的电流大小； （3）重物匀速上升的速度大小v。 【答案】（1）1.5Ω；（2），；（3） 【详解】（1）未能提升时，电路为纯电阻，根据闭合电路欧姆定律有 解得 （2）电动机获得的电功率与不能提升重物时电动机获得的电功率相同，则 解得（不合实际舍去） 根据闭合电路欧姆定律有 （3）重物匀速上升时有： 解得 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$