3.3 电功与电热 课时教案-2025-2026学年高二上学期物理鲁科版必修第三册

3.3《电功与电热》课时教案 学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时 教材 鲁科版高中物理必修第三册 授课类型 新授课 第1课时 教材分析 教材分析 本节内容位于鲁科版高中物理必修第三册第三章第三节，是电学能量转化的核心环节。教材从生活实例出发，引导学生认识电流做功的过程即电能转化为其他形式能的过程，并通过实验探究得出焦耳定律，揭示电流热效应的定量规律。内容承前启后，既是对欧姆定律的应用深化，也为后续学习电动机、电源效率等打下基础。 学情分析 高二学生已掌握电路基本概念、欧姆定律及串并联规律，具备一定的实验操作能力。但对“电功”“电热”概念的本质区别理解模糊，容易混淆W=UIt与Q=I²Rt的适用条件。学生抽象思维正在发展，需借助实验现象和生活情境帮助理解能量转化过程。部分学生在公式推导中逻辑不严密，需加强思维训练与表达规范。 课时教学目标 物理观念 1. 理解电功、电功率的概念，掌握其定义式W=UIt和P=UI，并能解释其物理意义。 2. 掌握焦耳定律Q=I²Rt的内容，理解电流热效应的本质，区分纯电阻与非纯电阻电路中电功与电热的关系。 科学思维 1. 能通过理论推导建立电功与电能转化之间的联系，提升逻辑推理能力。 2. 能对比分析不同电路模型中电功与电热的计算差异，发展模型建构与批判性思维。 科学探究 1. 经历“探究电流产生热量与哪些因素有关”的实验设计与操作过程，掌握控制变量法的实际应用。 2. 能根据实验数据归纳得出焦耳定律，提升数据分析与结论提炼能力。 科学态度与责任 1. 关注生活中电热现象的应用（如电暖器）与危害（如线路过热），增强安全用电意识。 2. 在合作实验中培养实事求是、尊重证据的科学态度，体会物理知识服务于社会生活的价值。 教学重点、难点 重点 1. 电功、电功率的计算及其物理意义的理解。 2. 焦耳定律的内容及其实验探究过程。 难点 1. 区分纯电阻电路与非纯电阻电路中电功与电热的关系。 2. 理解W=UIt适用于所有电路，而Q=I²Rt仅反映电阻发热部分的能量。 教学方法与准备 教学方法 讲授法、实验探究法、情境教学法、合作学习法 教具准备 演示实验装置（焦耳定律实验仪）、多媒体课件、学生分组实验器材、投影设备 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入 【5分钟】 一、生活现象引思，激发认知冲突 （一）、播放视频：家庭电器工作场景 教师播放一段精心剪辑的生活视频：清晨，电热水壶“咕噜咕噜”烧水冒出白气；电吹风吹出热风为学生整理仪容；教室里的日光灯亮起照亮书本；电动车充电指示灯闪烁……画面最后定格在一个老化的插座因过热冒烟起火的新闻片段。 提问：“这些电器工作时都消耗了什么能？转化成了哪些形式的能？为什么有的电器主要发热，有的却几乎不热？” 引导语：“电能就像一位勤劳的‘搬运工’，它在电路中流动时做了功，把电能变成了我们需要的光、热、声甚至机械运动。但这位‘搬运工’有时也会‘出汗’——产生多余的热量，严重时还会引发火灾。今天我们就来深入研究这个话题：电功与电热。” （二）、提出驱动性问题，构建学习任务线 教师展示课题《电功与电热》，并在黑板上写下核心疑问：“同样是通电，为什么电炉丝烫得不能碰，而输电线却不怎么热？电流到底做了多少功？产生了多少热？它们之间有什么关系？” 宣布本节课的学习任务：“我们将化身‘电路能量侦探’，通过理论分析和实验探究，揭开电功与电热的秘密，最终完成一份《家庭安全用电建议书》，提醒家人如何避免电气火灾。” 1. 观看视频，回忆生活经验。 2. 思考并回答能量转化形式。 3. 对比不同电器的发热情况提出疑问。 4. 明确学习任务，进入探究角色。 评价任务 观察描述：☆☆☆ 问题提出：☆☆☆ 任务理解：☆☆☆ 设计意图 以真实生活情境切入，唤起学生已有经验，制造认知冲突，激发探究兴趣。通过“电路能量侦探”的角色设定和撰写《安全用电建议书》的任务驱动，赋予学习明确目的性和社会责任感，使知识学习与实际应用紧密结合。 新知建构 【12分钟】 一、理论推导电功，建立能量观 （一）、回顾功能关系，类比迁移 教师引导：“我们学过力学中力对物体做功W=F·s，那么在电路中，是谁在做功呢？” 结合电路图（电源、开关、电阻R、导线），讲解：“电源提供电压U，推动电荷q定向移动形成电流。当电荷q从电路一端移到另一端时，电场力做的功就是电功。” 板书推导过程： 由电压定义 U = W/q ⇒ W = qU 又因电流 I = q/t ⇒ q = It 代入得：W = UIt 强调：“这个公式是普适的！无论电路是否含有电动机、电解槽，只要有电压和电流，电功就等于UIt。” （二）、引入电功率，联系生活实际 提问：“两个灯泡，一个‘220V 60W’，一个‘220V 100W’，哪个更亮？为什么？” 引导学生理解功率表示做功快慢，给出P=W/t=UI。 举例说明：空调功率大，单位时间耗电多，电费自然高。引出千瓦时（度）的概念：1kW·h = 3.6×10⁶ J。 二、聚焦电热现象，提出探究假设 （一）、设疑过渡 教师指着电炉丝问：“刚才我们说电流做了功W=UIt，那这部分功是不是全部变成了热？比如电风扇，它主要变成的是动能。” 指出：“只有在电阻元件上，电能才会完全转化为内能，这种现象叫电流的热效应。” 引出焦耳定律的研究对象。 （二）、组织小组讨论，提出猜想 布置任务：“请大家以四人小组为单位，讨论：电流通过导体产生的热量可能与哪些因素有关？” 巡视指导，鼓励发散思维。预设答案： - 与电流大小有关（电流越大越烫） - 与导体电阻有关（电阻丝比铜线热） - 与通电时间有关（时间越长越热） 肯定学生的合理猜想，并强调科学研究需验证。 1. 回忆力学功的知识，参与推导。 2. 理解W=UIt的普遍适用性。 3. 结合生活经验理解电功率含义。 4. 小组合作提出影响电热的因素。 评价任务 公式推导：☆☆☆ 生活关联：☆☆☆ 猜想合理性：☆☆☆ 设计意图 通过类比力学功，帮助学生建立电功的物理图景，强化能量转化观念。利用常见电器参数引发思考，增强知识的生活化感知。采用小组合作方式提出科学猜想，体现探究式学习理念，培养学生的问题意识和初步的科学思维能力。 实验探究 【15分钟】 一、设计实验方案，落实控制变量法 （一）、介绍实验原理与装置 教师展示焦耳定律实验仪（双U形管密闭容器内装有等量煤油，插入不同阻值电阻丝，连接电路）。 讲解：“我们无法直接测量热量，但可以利用煤油受热膨胀导致液柱上升的高度差来间接反映产热多少——这是转换法的思想。” 说明两支玻璃管初始液面在同一水平线上，加热后高度差越大，说明该侧电阻丝放热越多。 （二）、分步实施三组对照实验 1. **探究热量与电流的关系** 教师连接两个相同阻值的电阻（R₁=R₂），串联接入滑动变阻器，确保通过它们的电流不同（调节滑片改变总电流，但两电阻电流始终相等？此处纠正：应使用并联或特殊接法实现不同电流）。 实际改进：采用三电阻并联结构，主路测总电流，支路分别接R₁和R₂（同阻值），通过调节支路开关控制电流比例。 演示：闭合开关，记录相同时间内两支管液面上升高度。发现电流大的一侧液柱更高。 得出结论：在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。 2. **探究热量与电阻的关系** 将两个不同阻值的电阻（如5Ω和10Ω）串联接入电路，保证电流相同、通电时间相同。 演示实验：通电一段时间后，观察到阻值大的电阻所在管液柱上升更高。 引导学生总结：在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。 3. **探究热量与时间的关系** 使用同一电阻，固定电流，分别通电30秒和60秒，观察液柱变化。 明显看出时间越长，液柱上升越高。 归纳：在电流和电阻相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多。 二、归纳焦耳定律，形成科学结论 （一）、引导数学建模 教师汇总三次实验结果，启发学生：“热量Q与I、R、t之间可能存在怎样的数量关系？” 提示：从Q∝I²（因两次电流实验显示非线性增长）、Q∝R、Q∝t出发。 最终引导得出：Q = kI²Rt，再结合国际单位制确定k=1，故Q = I²Rt。 板书焦耳定律文字表述：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 （二）、辨析适用范围 提问：“这个公式Q=I²Rt和前面的W=UIt有何关系？” 以纯电阻电路为例（如电热毯），由欧姆定律U=IR，代入W=UIt=I²Rt，此时W=Q。 再举非纯电阻电路（如电动机）：输入电能W=UIt，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内能Q=I²Rt，因此W＞Q。 强调：“Q=I²Rt是计算任何电路中电阻发热的通用公式，而只有在纯电阻电路中才等于总电功。” 1. 观察实验装置，理解转换法。 2. 记录实验现象，分析数据。 3. 参与讨论，归纳实验结论。 4. 理解焦耳定律及其适用条件。 评价任务 现象记录：☆☆☆ 数据分析：☆☆☆ 结论提炼：☆☆☆ 设计意图 通过典型实验直观展现电流热效应的影响因素，强化控制变量法和转换法的科学方法教育。让学生亲身经历“猜想—设计—操作—分析—结论”的完整探究过程，提升科学探究素养。通过对比纯电阻与非纯电阻电路，突破教学难点，深化对能量守恒思想的理解。 巩固应用 【8分钟】 一、典例解析，规范解题步骤 （一）、例题1：纯电阻电路计算 题目呈现：“一只‘220V 800W’的电饭煲正常工作时，求：（1）通过它的电流；（2）工作10分钟产生的热量。” 教师示范解题： （1）由P=UI ⇒ I=P/U=800W/220V≈3.64A （2）电饭煲为纯电阻用电器，W=Q=P·t=800W×600s=4.8×10⁵J 强调单位统一与物理意义。 （二）、例题2：非纯电阻电路辨析 题目呈现：“一台直流电动机线圈电阻为2Ω，接在12V电源上，工作电流为2A。求：（1）电动机消耗的总功率；（2）线圈发热功率；（3）输出机械功率。” 引导学生分析： （1）总功率P_total=UI=12V×2A=24W （2）发热功率P_heat=I²R=(2A)²×2Ω=8W （3）机械功率P_mech=P_total - P_heat=24W - 8W=16W 再次强调：UIt ≠ I²Rt 在非纯电阻电路中的差异。 二、回归生活，完成任务闭环 （一）、组织撰写《家庭安全用电建议书》 发布任务：“现在你们已经是合格的‘电路能量侦探’了，请以小组为单位，结合今天所学，写一份简短的《家庭安全用电建议书》，至少包含三条建议。” 提示方向：避免多个大功率电器同时使用、定期检查老化线路、不用湿手触摸开关、插座不要超负荷等。 选取优秀作品投影展示，并给予积极评价。 1. 听讲并记录解题过程。 2. 独立完成练习题。 3. 小组合作撰写建议书。 4. 分享交流成果。 评价任务 解题规范：☆☆☆ 概念辨析：☆☆☆ 建议可行性：☆☆☆ 设计意图 通过典型例题训练学生公式的正确选用与计算能力，特别强化两类电路的区别处理。将知识应用于解决真实问题，完成“发现问题—探究原理—解决问题”的完整闭环，体现物理学科的社会价值，增强学生的责任感与成就感。 课堂总结 【5分钟】 一、结构化梳理知识脉络 （一）、师生共同回顾本课主线 教师引导：“今天我们从生活现象出发，提出了‘电功与电热有何关系’的问题。通过理论推导得到了W=UIt这一普遍成立的电功公式；又通过实验探究发现了Q=I²Rt的焦耳定律。” 板书关键词连线： 电功 W = UIt （所有电路） ↓ 能量转化 电热 Q = I²Rt （电阻发热部分） → 纯电阻电路：W = Q → 非纯电阻电路：W > Q （二）、升华情感态度价值观 引用爱迪生名言：“我平生从来没有做出过一次偶然的发明，我的一切发明都是经过深思熟虑和严格试验的结果。” 结语：“每一度电的背后，都是能量的精确转化与损耗。我们既要学会计算这些数字，更要懂得敬畏电力、科学用电。希望每一位同学都能成为家庭中的‘安全用电小卫士’，用今天的知识守护万家灯火的温暖与安宁。” 1. 回顾知识点间的逻辑关系。 2. 理解能量转化的普遍性。 3. 感悟科学精神与社会责任。 4. 建立安全用电意识。 评价任务 知识整合：☆☆☆ 价值认同：☆☆☆ 情感共鸣：☆☆☆ 设计意图 采用结构化总结方式，帮助学生构建清晰的知识网络，突出重点难点。引用科学家名言增强文化感染力，结尾将物理知识上升至生命安全与社会责任的高度，实现情感态度价值观的有效升华，使课堂余韵悠长。 作业设计 一、基础巩固题 1. 下列说法正确的是（  ）  A. 电功是衡量电流做功快慢的物理量  B. 电功率越大，电流做的功一定越多  C. 在非纯电阻电路中，电功大于电热  D. 焦耳定律适用于所有电路中电热的计算 2. 一个标有“220V 40W”的白炽灯正常工作时，通过它的电流约为______A（保留两位小数），工作1小时消耗的电能为______kW·h，产生的热量为______J。 二、能力提升题 3. 某电热水壶铭牌如右图所示：  额定电压：220V  额定功率：1500W  容量：1.5L （1）求电热水壶正常工作时的电阻； （2）若将满壶水从20℃加热到100℃，需要吸收热量约3.0×10⁵J，若不计热量损失，求加热时间； （3）实际使用中加热时间往往更长，试分析可能的原因。 三、实践拓展题 4. 回家调查家中三个常用电器的额定功率，估算它们每天工作的时间，计算每日耗电量（kW·h），并据此提出一条节能建议。 【答案解析】 一、基础巩固题 1. C、D 解析：A错误，电功是做功多少，电功率才是快慢；B错误，功还与时间有关；C正确，非纯电阻电路中有其他能量输出；D正确，Q=I²Rt普适。 2. 0.18A；0.04kW·h；1.44×10⁵J 计算过程：I=P/U=40/220≈0.18A；W=Pt=0.04kW×1h=0.04kW·h；Q=W=Pt=40W×3600s=1.44×10⁵J（白炽灯视为纯电阻）。 二、能力提升题 3.（1）由P=U²/R ⇒ R=U²/P=(220V)²/1500W≈32.27Ω  （2）由W=Q ⇒ Pt=Q ⇒ t=Q/P=3.0×10⁵J/1500W=200s  （3）原因包括：存在热损失（向空气散热）、水未完全吸收热量、电压低于额定值等。 板书设计 电功与电热 ┌──────────────┐ │ 生活现象：电炉热、电线不热？ │ └──────────────┘        ↓ 提出问题 ┌─────────────────┐ │ 电功 W = UIt │← 所有电路 │ 电功率 P = UI │ └─────────────────┘        ↓ 能量转化 ┌─────────────────┐ │ 电热 Q = I²Rt │← 任何电阻发热 └─────────────────┘        ↙     ↘ ┌─────────┐    ┌──────────┐ │ 纯电阻电路：W = Q │    │ 非纯电阻电路：W ＞ Q │ │ 如电炉、电饭锅 │    │ 如电动机、充电器 │ └─────────┘    └──────────┘        ↓ 应用升华 ┌─────────────────┐ │ 安全用电 · 科学节能 · 守护家园 │ └─────────────────┘ 教学反思 成功之处 1. 以“电路能量侦探”为主线任务贯穿始终，极大提升了学生参与度与探究热情，课堂氛围活跃。 2. 实验设计注重科学方法渗透，学生通过观察液柱变化直观理解抽象的热量概念，有效突破难点。 3. 作业设置分层递进，既有基础知识检测，又有生活实践延伸，体现了“从物理走向社会”的课程理念。 不足之处 1. 实验环节时间略紧，部分小组未能充分讨论数据误差来源。 2. 对非纯电阻电路的能量分配讲解可进一步结合动画演示，增强形象性。 3. 个别学生在区分W与Q时仍存在思维定势，需在后续习题课中持续强化辨析训练。 学科网（北京）股份有限公司 $