10.7 电功、电功率及焦耳定律 课时教案-2025-2026学年高二上学期物理沪科版必修第三册

10.7《电功、电功率及焦耳定律》课时教案

学科

物理

年级册别

高二上册

共1课时

教材

沪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
本节内容选自沪科版高中物理必修第三册第十章第七节，是电学能量转化部分的核心知识点。教材在学生已掌握电路基本规律的基础上，系统阐述了电功与电功率的定义、公式及其物理意义，并通过实验探究方式引出焦耳定律，揭示电流通过导体时产生热量的定量关系。该节内容不仅是对欧姆定律的深化应用，更是连接理论知识与生活实际的重要桥梁，如家用电器能耗计算、电路发热安全等问题均源于此。同时，它为后续学习电动机效率、电源输出功率等复杂问题奠定基础，在整个电学体系中具有承上启下的关键地位。

学情分析
高二学生已具备力学中“功”和“功率”的基本概念，了解能量转化与守恒的思想，并在初中阶段初步接触过电功与电热的相关知识，但普遍存在概念混淆现象，尤其是难以区分电功与电热的本质差异，常误认为所有电能都转化为热能。学生的逻辑推理能力和数学运算能力较强，能够接受公式的推导与变形，但在面对非纯电阻电路（如含电动机的电路）时，容易忽视机械能等其他形式能量的存在。此外，学生对日常用电设备的工作原理有一定感性认识，如灯泡发光发热、电热水壶烧水等，这为创设真实情境提供了良好切入点。教学中应注重通过对比实验和生活案例强化概念辨析，提升科学思维与实践能力。

课时教学目标

物理观念
1. 理解电功和电功率的物理意义，掌握其定义式W=UIt和P=UI，并能在简单电路中进行计算与应用。
2. 掌握焦耳定律Q=I²Rt的内容及其适用条件，理解电流热效应的能量转化机制，明确其在纯电阻电路中的特殊地位。

科学思维
1. 能通过能量转化视角分析电路中的做功过程，运用控制变量法设计实验验证焦耳定律中的影响因素。
2. 能区分纯电阻电路与非纯电阻电路中电功与电热的关系，学会用能量守恒思想处理实际电路的能量分配问题。

科学探究
1. 经历完整的科学探究过程：提出问题→猜想假设→设计实验→收集数据→归纳结论，完成焦耳定律的实验验证。
2. 在小组合作中合理分工，规范操作实验器材，准确记录温度变化与通电时间等数据，提升实验探究能力与团队协作意识。

科学态度与责任
1. 关注生活中因电流过大导致线路发热引发火灾的安全隐患，增强安全用电意识和社会责任感。
2. 养成实事求是的科学态度，在实验中尊重数据、敢于质疑，体会物理规律发现的过程之美。

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的应用。
2. 焦耳定律Q=I²Rt的内容及其在纯电阻电路中的能量转化关系。

难点
1. 区分电功与电热，理解在非纯电阻电路中W > Q的原因。
 

2. 运用能量守恒观点分析电动机、充电器等实际电器中的能量去向。

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
电源、电阻丝、电流表、电压表、滑动变阻器、温度计、烧瓶、导线、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、生活现象引发思考

（一）、播放视频：家中电器工作场景
教师播放一段家庭用电的短视频：电热水壶烧水冒白气、电熨斗加热衣物、电风扇转动吹风、手机正在充电。随后定格画面，提出问题：“这些电器都在消耗电能，但它们工作的效果各不相同——有的发热明显，有的主要产生运动。那么，电能到底做了哪些‘功’？我们如何衡量它做了多少功？”
引导语：正如牛顿告诉我们力可以改变物体运动状态一样，我们也知道电压能使电荷定向移动形成电流。而当电流流过用电器时，就会发生能量转化。比如电热水壶将电能转化为内能，电风扇则把电能转化为机械能和少量内能。这种由电场力推动电荷移动所做的功，我们就称之为“电功”。它是电能转化为其他形式能的量度。
（二）、引入课题并板书
教师在黑板上书写本节课标题：“10.7 电功、电功率及焦耳定律”，并强调：“今天我们将一起揭开电能转化背后的数学密码，弄清楚电费是怎么算出来的，为什么电线不能超负荷使用，以及‘一度电’究竟意味着什么。”

1. 观看视频，回忆家中电器的工作特点。
2. 思考电能转化的不同形式。
3. 回答教师提问，表达初步理解。
4. 明确学习目标，进入学习状态。

评价任务

观察现象：☆☆☆
提出问题：☆☆☆
建立联系：☆☆☆

设计意图

通过贴近生活的视频素材激发兴趣，唤醒已有经验，构建真实问题情境。以“电能去哪儿了”为核心驱动问题，自然引出电功概念，体现从生活走向物理的教学理念，培养学生的问题意识和观察能力。

新知建构
【12分钟】

一、电功的概念与计算

（一）、回顾力学中的“功”
教师引导学生回顾力学中功的定义：“力对物体做的功等于力与物体在力的方向上位移的乘积，即W = F·s。”接着提问：“类比一下，如果把电荷q看作‘物体’，电压U相当于推动它的‘力’，那么电场力使电荷移动一段距离所做的功该如何表示？”
提示：根据电势差的定义U = W/q，可得W = qU。再结合电流I = q/t，则q = It，代入上式得到W = UIt。这就是电功的基本计算公式。
教师强调：电功是电能转化为其他形式能的量度，单位是焦耳（J）。生活中常用“千瓦时”（kW·h）作为单位，俗称“度”，1度 = 1kW·h = 3.6×10⁶ J。
（二）、电功率的引入
教师继续设问：“两个不同的电热水壶，一个烧开一壶水用了5分钟，

1. 回忆力学功的定义并尝试类比迁移。
2. 参与公式推导，理解W=UIt的来源。
3. 记录电功率定义及单位换算关系。
4. 思考不同电器的能量转化差异。

另一个用了8分钟，哪一个更‘厉害’？我们怎么描述这种‘快慢’？”
引导学生得出：不仅要关心做了多少功，还要关心做功的快慢，这就引出了“电功率”的概念。定义为单位时间内电流所做的功，即P = W/t。代入W = UIt，得P = UI。单位是瓦特（W）。
举例说明：一只“220V 100W”的灯泡，表示在额定电压220V下工作时，每秒消耗100焦耳的电能。
 

二、焦耳定律的提出背景

（一）、设疑过渡
教师提问：“当我们使用电炉、电烙铁这类设备时，几乎所有的电能都被用来发热；但如果是电动车或电风扇呢？是不是也全部变成了热？”
引导学生讨论后指出：显然不是。因此我们必须研究一个专门描述“电流产生热量”的规律——这就是焦耳定律。

评价任务

公式推导：☆☆☆
概念理解：☆☆☆
单位换算：☆☆☆

设计意图

通过类比法帮助学生实现知识迁移，降低认知难度。利用逻辑推导建立电功公式，体现物理学科的严谨性。通过对比不同电器的工作特点，埋下伏笔，为后续区分电功与电热做铺垫，发展学生的科学思维能力。

实验探究
【15分钟】

一、探究电流热效应的影响因素

（一）、提出问题与猜想
教师展示实验装置图（两个密封烧瓶内分别装有阻值不同的电阻丝，插入温度计），提问：“电流通过导体产生的热量可能与哪些因素有关？”
鼓励学生大胆猜想：可能与电流大小、电阻大小、通电时间有关。并说明理由，如“电流越大，电荷流动越剧烈，碰撞越多，发热越强”。
（二）、设计实验方案
教师组织学生分组讨论实验方法。针对“探究热量与电流的关系”，提示采用控制变量法：保持电阻R和通电时间t相同，改变电流I的大小（可通过串联滑动变阻器调节）。观察两组电阻丝所在液体（如煤油）的温度上升情况。
强调：由于热量无法直接测量，我们通过比较相同质量液体的温升ΔT来间接反映产热多少，这是转换法的应用。
（三）、进行实验与收集数据
教师演示或指导学生分组实验：
1. 连接电路，确保两电阻丝串联（保证电流相等），选择不同阻值R₁和R₂。
2. 通电前记录初始温度T₀。
3. 闭合开关，同时开始计时，通电5分钟后断开，记录末温T₁和T₂。
4. 计算温差ΔT₁ = T₁ - T₀，ΔT₂ = T₂ - T₀。
重复实验，改变电流大小，再次记录数据。
（四）、分析数据得出结论
教师引导学生整理实验数据表格，分析发现：
- 当I、t相同时，R越大，ΔT越大 → Q ∝ R
- 当R、t相同时，I越大，ΔT越大 → Q ∝ I²（需多组数据验证平

1. 提出合理猜想并说明依据。
2. 参与实验设计，理解控制变量法。
3. 动手操作或观察实验，记录数据。
4. 分析数据，归纳物理规律。