5.1 电路中的能量 课时教案-2025-2026学年高二上学期物理粤教版必修第三册

该教案聚焦电路中的能量转化核心概念，以电费单和电器发热对比为切入点，构建从电功、电功率到焦耳定律的认知链条，通过生活情境引出问题，借助实验探究深化理解，最终回归非纯电阻电路的能量分配，形成完整的学习支架。 本资料亮点突出，体现物理观念、科学思维与科学探究的深度融合。例如，通过“电费单”和“电吹风”真实案例强化能量守恒观念，用分组实验引导学生自主设计变量控制方案，培养模型建构与科学推理能力，尤其在电动机情境中突破“电功等于电热”的误区，凸显质疑创新意识。教学中融合视频素材、思维导图与数据记录，既提升学生分析能力，又助力教师高效落实核心素养目标。

5.1《电路中的能量》课时教案 学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时 教材 粤教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 本节内容位于粤教版高中物理必修第三册第五章第一节，是电学知识由“静态”向“动态”过渡的重要节点。教材从电流做功引入，系统阐述了电功、电功率、焦耳定律等核心概念，并通过实验探究与理论推导相结合的方式建立能量转化的物理图景。本节不仅是对欧姆定律的深化应用，更是连接电路结构与能量守恒思想的关键桥梁，在整个电磁学体系中具有承上启下的作用。 学情分析 高二学生已掌握欧姆定律、串并联电路规律及基本电学测量技能，具备一定的实验操作能力和逻辑推理基础。但对“电能转化为内能”的微观机制理解模糊，容易混淆电功与焦耳热的区别。此外，学生在处理非纯电阻电路问题时常出现思维定势。基于此，教学中应强化情境创设与对比辨析，借助生活实例激发兴趣，利用小组合作突破认知障碍，引导学生从能量视角重构电路认知框架。 课时教学目标 物理观念 1. 理解电功和电功率的定义式及其物理意义，能准确计算直流电路中用电器消耗的电能与功率。 2. 掌握焦耳定律的内容与适用条件，区分纯电阻与非纯电阻电路中的能量转化关系。 科学思维 1. 能通过公式推导（如P=UI→W=UIt）建立电功与电压、电流、时间之间的定量联系，提升演绎推理能力。 2. 运用控制变量法设计实验验证电流热效应的影响因素，培养模型建构与逻辑分析能力。 科学探究 1. 经历“提出问题—设计方案—动手实验—数据分析—得出结论”的完整探究过程，提升实验操作与数据处理能力。 2. 能根据实验现象提出合理猜想，并用已有知识进行解释，发展批判性思维与创新意识。 科学态度与责任 1. 认识电能在现代生活中的重要价值，增强节约用电的社会责任感。 2. 在实验过程中遵守安全规范，养成严谨求实的科学态度，体会物理规律的普适性与简洁美。 教学重点、难点 重点 1. 电功、电功率的概念及计算公式W=UIt、P=UI的理解与应用。 2. 焦耳定律Q=I²Rt的实验探究过程与结论归纳。 难点 1. 区分电功W=UIt与焦耳热Q=I²Rt的物理含义及适用范围。 2. 理解非纯电阻电路中电能转化为其他形式能（如机械能）的过程。 教学方法与准备 教学方法 情境探究法、实验探究法、讲授法、合作学习法 教具准备 学生电源、滑动变阻器、小灯泡、电动机模型、电流表、电压表、秒表、焦耳定律演示仪、多媒体课件 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入 【5分钟】 一、生活情境引题：电费单里的秘密 （一）、展示家庭电费账单截图，引发思考。 教师投影一张真实的居民用电缴费通知单，重点圈出“本月用电量：286千瓦时”、“电费合计：178.3元”两项数据。提问：“同学们每天都在用电，但你们知道我们究竟用了多少‘电’？这个‘千瓦时’到底是什么单位？它又是如何计算出来的呢？”让学生自由发言，有的说“就是用了多少度电”，有的说“跟电压电流有关”。教师不急于纠正，而是继续追问：“那如果我家只开一盏LED台灯，一个月会用掉286度吗？显然不会。这说明用电多少不仅与电器本身有关，还和使用时间密切相关。” （二）、播放视频片段：不同电器工作状态对比。 紧接着播放一段精心剪辑的视频：画面左侧是一台正在运转的空调外机，发出嗡鸣声且散热口热气蒸腾；右侧是一个充电中的手机，机身微温；下方字幕同步显示各自的工作电流与电压值。视频结束后，教师设问：“同样是用电，为什么空调又响又热，而手机只是微微发热？它们消耗的电能都去哪儿了？”引导学生意识到电能可以转化为光能、热能、机械能等多种形式，从而自然引出课题——《电路中的能量》。 （三）、明确学习任务，构建探究主线。 教师总结道：“今天我们将化身‘能量侦探’，一起揭开电路中能量流动的神秘面纱。我们要解决三个核心问题：第一，什么是电功？怎么算？第二，电流为什么会发热？热量多少怎么求？第三，所有电能都会变成热量吗？带着这些问题，开启我们的探索之旅。” 1. 观察电费单，讨论“度”的含义。 2. 观看视频，比较不同电器的能量转化差异。 3. 明确本节课的学习目标与探究方向。 4. 激发好奇心，进入学习状态。 评价任务 观察记录：☆☆☆ 表达清晰：☆☆☆ 参与积极：☆☆☆ 设计意图 以真实生活情境切入，将抽象的物理概念与学生的日常经验紧密关联，增强学习的代入感与现实意义。通过对比鲜明的视频素材激发认知冲突，促使学生主动思考能量转化的多样性，为后续区分电功与焦耳热埋下伏笔。设置递进式问题链，构建清晰的探究路径，使整节课围绕“能量去向”这一主线层层展开。 新知建构 【15分钟】 一、电功与电功率：谁在做功？做了多少？ （一）、回顾力学做功，类比迁移建立电功概念。 教师首先在黑板上写出力学中做功的定义式W = Fscosθ，并举例：“当我们用力推动箱子前进一段距离，我们就对箱子做了功，能量发生了转移。”接着提出问题：“在电路中，是谁提供了动力？电荷移动的距离又该如何衡量？”引导学生回忆电场力的作用——电场力推动自由电荷定向移动形成电流。此时教师顺势指出：“既然有力又有位移（虽然微观），那也应该存在做功。物理学中把电流所做的功称为电功。”随后给出电功的定义式W = UIt，并逐项解释：U代表导体两端电压，即推动电荷移动的‘驱动力’；I是电流强度，反映单位时间内通过横截面的电荷量；t是通电时间。强调该公式适用于任何直流电路，无论负载类型。 （二）、引入电功率，揭示能量转换速率。 教师进一步提问：“如果我们想知道一个电器‘耗电快慢’，该怎么办？”引导学生类比速度与路程的关系，引出电功率的概念——单位时间内电流所做的功，即P = W/t。代入W=UIt得P=UI。结合前面电费单的例子说明：“1千瓦时其实就是功率为1千瓦的电器工作1小时所消耗的电能，也就是3.6×10⁶焦耳。”并通过一道例题巩固：计算一只标有“220V 40W”的白炽灯正常发光5小时消耗的电能（W=Pt=40W×5×3600s=7.2×10⁵J）。 二、焦耳定律初探：电流为何发热？ （一）、提出问题：影响电流热效应的因素有哪些？ 教师拿出一个通电后明显发热的电阻丝，用手背轻触感受温度变化，然后提问：“刚才我们看到电能可以转化为光、动能，但现在这根导线却明显发热。那么，电流产生的热量可能与哪些因素有关呢？”鼓励学生大胆猜想。学生可能会回答“跟电流大小有关”、“跟通电时间有关”、“跟材料粗细长短有关”。教师及时肯定这些合理的猜想，并指出：“科学不能仅靠感觉，我们需要实验来验证。” （二）、介绍实验原理：如何‘看见’热量？ 教师展示焦耳定律演示仪（U形管中装有色液体，连接密闭容器内的电阻丝），讲解其工作原理：电流通过电阻丝产生热量，加热密闭空气使其膨胀，推动U形管两侧液面形成高度差，液面差越大说明产热越多。这种方法将不可见的热量转化为可见的液柱高度变化，体现了物理实验中的“放大法”思想。 1. 回忆力学做功，理解电功的类比逻辑。 2. 理解W=UIt与P=UI的物理意义并完成计算。 3. 提出关于电流热效应的合理猜想。 4. 理解实验装置的工作原理与科学方法。 评价任务 概念理解：☆☆☆ 公式运用：☆☆☆ 猜想合理性：☆☆☆ 设计意图 通过类比法将学生熟悉的力学知识迁移到电学领域，降低认知难度，帮助学生理解电功的本质是电场力做功的结果。采用“问题驱动+例题强化”的方式，使抽象公式具体化、可操作化。在引入焦耳定律前预留充分的猜想空间，保护学生的探究热情。通过解释实验仪器的设计原理，渗透“转换法”“放大法”等科学研究方法，提升学生的科学素养。 实验探究 【15分钟】 一、分组实验：探究电流热效应的影响因素 （一）、明确实验目的与变量控制策略。 教师宣布：“接下来我们将以小组为单位，利用桌上提供的器材，亲自验证你们的猜想。本次实验分为三个子任务：第一组研究热量与电流的关系（控制电阻R和时间t不变）；第二组研究热量与电阻的关系（控制I和t不变）；第三组研究热量与时间的关系（控制I和R不变）。每组需设计电路图、列出实验步骤、记录数据表格。”教师巡视各组讨论情况，适时提示：“要保持电流恒定，可以用滑动变阻器调节；改变电阻可用不同阻值的定值电阻；时间可用秒表精确计时。” （二）、学生动手实验，教师巡回指导。 各小组按照分工开始实验。例如第一组将两个相同电阻并联接入电路，通过调节滑动变阻器使其中一支路电流为I，另一支为2I，通电相同时间后观察U形管液面差。教师深入小组，检查电路连接是否正确，提醒注意电流表量程选择与正负极接法，强调通电时间不宜过长以防过热损坏设备。对于非纯电阻组（含电动机），特别提示观察是否有机械运动发生。 （三）、收集数据，组织汇报交流。 实验结束后，教师邀请三组代表依次上台展示实验数据与结论。第一组展示：当I增大为2倍时，液面差约为原来的4倍；第二组发现R越大，液面差越大，近似成正比；第三组确认t越长，液面差越大，呈线性关系。教师引导全班共同分析：“热量似乎与电流的平方成正比，与电阻成正比，与时间成正比。”进而引出焦耳定律Q = I²Rt，并强调其普遍适用性。 二、理论推导：从电功到焦耳热 （一）、在纯电阻电路中推导Q=W。 教师画出一个简单闭合电路，包含电源、开关、导线和纯电阻R。提问：“在这个电路中，电能全部转化为什么能？”学生答：“内能。”教师继续：“所以电功W就等于产生的热量Q。而根据欧姆定律U=IR，代入W=UIt得W=I²Rt，因此Q=I²Rt。”完成理论闭环。 （二）、提出挑战：电动机能用Q=I²Rt吗？ 教师突然切换场景：“但如果我把这里的电阻换成一个小电动机，还能这样算吗？”有学生立刻反对：“不能！因为电动机还会转动，产生了机械能。”教师赞许地点头：“非常棒！这就涉及非纯电阻电路的问题。此时W=UIt仍然成立，表示输入的总电能，但它不再全部转化为热量，一部分变成了机械能。真正的发热量仍可用Q=I²Rt计算，但Q＜W。” 1. 分组讨论实验方案，明确变量控制。 2. 动手连接电路，采集实验数据。 3. 整理数据，归纳实验结论。 4. 参与班级汇报，倾听他人成果。 评价任务 操作规范：☆☆☆ 数据准确：☆☆☆ 结论科学：☆☆☆ 设计意图 通过分组实验实现全员参与，落实“做中学”的理念。任务分工明确，确保每个小组聚焦单一变量，体现控制变量法的核心思想。教师全程介入指导，既保障实验安全又提升探究质量。通过真实数据的收集与共享，培养学生尊重事实的科学精神。最后通过思维转折——引入电动机案例，打破学生“所有电能都变热”的错误前概念，凸显Q=I²Rt的独立地位与广泛适用性，深化对能量守恒定律的理解。 巩固应用 【6分钟】 一、典型例题解析：电吹风的能量之谜 （一）、出示问题情境，引导审题分析。 教师投影题目：“某电吹风铭牌标注：额定电压220V，冷风档功率60W，热风档功率960W。求：（1）使用冷风档时，通过电机的电流是多少？（2）使用热风档时，电热丝的发热功率是多少？（3）若连续使用热风档5分钟，共消耗多少电能？”先让学生独立思考2分钟，再请三位同学分别解答。第一位学生利用P=UI求出冷风电流I=P/U=60/220≈0.27A；第二位学生指出热风档总功率包括电机功率和电热丝功率，故发热功率P_热=960W−60W=900W；第三位学生计算总电能W=Pt=960W×300s=2.88×10⁵J。 （二）、深化理解：非纯电阻电路的能量分配。 教师趁势总结：“这个例子再次证明，在含有电动机的电路中，总电功率等于机械输出功率加上内部发热功率。我们必须区分‘消耗的电能’和‘产生的热量’这两个概念。记住：W=UIt永远是对的，它是总能量入口；Q=I²Rt也永远是对的，它是电阻发热出口；但在非纯电阻电路中，两者不相等。” 1. 阅读题目，提取关键信息。 2. 应用公式独立解题。 3. 听取同伴解答，反思自身思路。 4. 理解非纯电阻电路的能量分配。 评价任务 解题规范：☆☆☆ 思路清晰：☆☆☆ 答案正确：☆☆☆ 设计意图 选取贴近生活的复合型电器作为例题，增强知识的应用价值。通过阶梯式设问引导学生逐步拆解复杂问题，锻炼综合分析能力。强调“总电能≠发热量”的核心辨析点，巩固本节课最易混淆的知识盲区。借助师生互动与生生互评，实现思维碰撞与认知升级。 课堂总结 【4分钟】 一、结构化梳理：绘制能量转化思维导图 （一）、引导学生共同回顾知识脉络。 教师站在黑板前，边说边画：“今天我们追踪了电能在电路中的旅行轨迹。起点是电源提供的电压U，当电荷在电压驱动下流动形成电流I，持续时间为t，就完成了电功W=UIt。这部分能量去了哪里？在纯电阻元件中，它百分之百变成了热量Q=I²Rt；而在电动机、充电电池等非纯电阻器件中，它被‘分流’了——一部分用于对外做功（如转动、储能），剩下的才是发热。无论哪种情况，能量都不会凭空消失，这就是守恒的魅力。” （二）、升华主题：从物理规律到生活哲理。 教师深情结语：“同学们，电流在导线中默默流淌，看似无声无息，却承载着巨大的能量。就像我们每个人，每一天都在‘消耗’时间与精力，这些‘能量’又转化成了什么？是知识的增长？能力的提升？还是虚度的光阴？愿你们都能像高效的用电器一样，让每一寸青春都释放出最有价值的光芒。正如爱因斯坦所说：‘不要努力去做一个成功的人，而要努力去做一个有价值的人。’” 1. 跟随教师回顾主要知识点。 2. 理解能量守恒的思想内涵。 3. 建立知识间的逻辑联系。 4. 感悟物理与人生的深层共鸣。 评价任务 知识整合：☆☆☆ 思想认同：☆☆☆ 情感共鸣：☆☆☆ 设计意图 采用结构化总结方式，帮助学生构建完整的知识网络，突出“能量守恒”这一核心观念。结尾融入激励性与哲思性的语言，将物理规律升华为人生启示，体现学科育人价值。引用名人名言增强感染力，使课堂在理性与感性的交融中圆满落幕。 作业设计 一、基础巩固：概念辨析与简单计算 1. 判断下列说法是否正确，错误的请改正： （1）电功就是电流产生的热量。（ ） （2）电功率越大，电流做功越快。（ ） （3）在非纯电阻电路中，电功大于电热。（ ） 2. 一只标有“6V 3W”的小灯泡正常工作10分钟，求： （1）通过它的电流； （2）消耗的电能； （3）若灯丝电阻不变，求其阻值。 二、能力提升：实际问题分析 3. 某电动车电机工作电压为48V，工作电流为10A，线圈电阻为0.5Ω。求： （1）电机输入的总电功率； （2）电机线圈发热损耗的功率； （3）电机输出的机械功率。 4. 解释为什么远距离输电要采用高压？结合电功与焦耳定律说明高压输电如何减少能量损失。 三、拓展实践：家庭调查 5. 回家查看家中至少三种电器的铭牌（如电视、冰箱、电热水壶），记录其额定电压和额定功率。任选一种电器，估算其每月大致耗电量（单位：千瓦时），并与实际电费单进行对照，撰写一份简短报告。 【答案解析】 一、基础巩固 1. （1）× 改正：电功是电流做的总功，不一定全部转化为热量。 　 （2）√ 　 （3）√ 2. （1）I = P/U = 3W / 6V = 0.5A 　 （2）W = Pt = 3W × 600s = 1800J 　 （3）R = U/I = 6V / 0.5A = 12Ω 或 R = U²/P = 36/3 = 12Ω 二、能力提升 3. （1）P总 = UI = 48V × 10A = 480W 　 （2）P热 = I²R = (10A)² × 0.5Ω =50W 　 （3）P机 = P总 − P热 = 480W − 50W = 430W 4. 根据P损 = I²R，输送功率P一定时，提高电压U可减小电流I，从而显著降低线路发热损耗。故高压输电更高效。 板书设计 电路中的能量 ——电功、电功率与焦耳定律 一、电功 W = UIt （任何直流电路） 　　单位：焦耳(J)，千瓦时(kW·h) 　　1kW·h = 3.6×10⁶ J 二、电功率 P = W/t = UI 　　反映耗电快慢 三、焦耳定律 Q = I²Rt 　　适用于任何发热电阻 四、能量去向： 　　　　　　┌─→ 内能（Q=I²Rt） 　　W=UIt ─┤ 　　　　　　└─→ 其他能（机械能、化学能……） ★ 关键区别： 纯电阻电路：W = Q 非纯电阻电路：W ＞ Q 教学反思 成功之处 1. 以电费单和电器发热对比为切入点，有效激活学生的生活经验，使抽象的能量概念变得可感可知。 2. 实验探究环节组织有序，学生参与度高，通过亲手操作真正理解了Q∝I²、Q∝R、Q∝t的定量关系，达成了深度学习目标。 3. 引入电吹风、电动车等真实案例，精准击破“电功等于电热”的迷思概念，强化了对非纯电阻电路的认知。 不足之处 1. 实验时间略显紧张，部分小组未能完成三次重复测量，数据代表性有待加强。 2. 对于数学推导能力较弱的学生而言，从W=UIt到Q=I²Rt的代换过程仍存在一定理解障碍，需在后续习题课中加强个别辅导。 3. 课堂生成资源利用不够充分，有学生提出“超导体会不会发热”的问题，未能当场展开延伸讨论，错失一次拓展视野的机会。 学科网（北京）股份有限公司 $