1. 电路中的能量转化（表格式教学设计） 物理人教版2019必修第三册

该高中物理教学设计聚焦电路中的能量转化，核心知识点涵盖电功、电功率、焦耳定律及纯电阻与非纯电阻电路的区分。课堂导入通过提问电器通电时的能量转化及做功主体，连接功与能量转化的已有认知，搭建学习支架。 此资料以核心素养为导向，物理观念上强化能量转化与守恒，科学思维通过实验归纳与电路对比培养分析能力，科学态度融入节能教育。课堂练习结合电风扇、电饭煲等生活实例，题型多样且详解清晰，助力学生应用知识，教师使用便捷高效，有效提升教学质量与学生核心素养。

第1节 电路中的能量转化（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第1节 电路中的能量转化 教学 目标 物理观念 .建立“功是能量转化量度”的观念，理解电流做功的实质是电能向其他能的转化。 .形成“电功率描述能量转化快慢”的观念，能用多种方式计算功率。 .体会“能量守恒”在电路中的适用性，能区分纯电阻电路与非纯电阻电路的能流。 科学思维 1.能通过控制变量实验归纳，体会函数关系的建立过程。 2.能用能量守恒定性、定量解释非纯电阻电路中现象。 科学探究 通过对课堂演示与计算练习的证据分析，验证结论的普适性与局限性。 科学态度 与责任 .体验物理学由现象到规律的探索精神，树立基于证据的批判思维。 .关注家用电器安全与节能，形成节约能源、绿色生活的责任意识。 教学重难点 教学重点： 1.理解并能计算电功、电功率的问题。 2.掌握焦耳定律的内容。 教学难点： 知道纯电阻电路和非纯电阻电路的区别，并能在串并联电路中计算非纯电阻的电功和电热。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 【提出问题】 (1)对下列电器通电时，都存在能量的转化，是什么能量之间的转化？ (2)功是能量转化的量度，是谁做功导致了电能转化为其它形式的能？ 学生思考在用电器通电时的能量转化。 新课讲授 一、电功和电功率 【提出问题，引导求解】 如图很小一段电路，电荷从左向右定向移动，所用时间为t，两端的电压为U，电路的电流为I，求这个过程中电场力做的功为多少？ 【板书展示】 1．电功 （1）电功定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功． （2）公式： W＝UIt ，普遍适用 （3）单位：焦（J） 常用单位有千瓦时（kW·h），也称“度”， 1 kW·h＝3.6×106 J。 2．电功率——表示电流做功的快慢 （1）定义：单位时间内电流所做的功 （2）公式： （3）单位：瓦（W）, 常用单位：千瓦（kW），1kW＝103W 学生根据已学知识尝试推导电场力做功大小 学生识记电功概念 学生识记电功率概念 新课讲授 二、焦耳定律 【提出问题】 电流通过各种仪器做功的同时，都会产生热量，产生的热量跟哪些因素有关？是什么关系？ 【板书展示】 1．焦耳定律：电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R和通电时间t三者的乘积. 2．表达式：Q＝I2Rt，普遍适用。 3．热功率：单位时间内导体的发热量叫做热功率，即： 学生分组讨论影响产生热量的因素 学生识记焦耳定律 新课讲授 三、电路中的能量转化 【提出问题】 (1)电流通过以下仪器时，此用电器的主要作用是什么？此时电流做的功和用电器产生的热量有什么关系？ (2)电流通过以下仪器时，此用电器的主要作用是什么？此时电流做的功和用电器产生的热量有什么关系？ 【板书展示】 (1)第一组： ①纯电阻电路。 ②特点：电能全部转化为内能。即：W=Q，UIt =I2Rt，所以U=IR，纯电阻电路，欧姆定律成立。 (2)第二组： ①非纯电阻电路。 ②特点：电能只有一部分转化为内能。即：W=Q+E其它，UIt >I2Rt，所以U>IR，非纯电阻电路，欧姆定律不成立。 (3)纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 纯电阻电路 非纯电阻电路 举例 白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽 能量转化情况 电功和电热的关系 W＝Q即IUt＝I2Rt W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他 电功率和热功率的关系 P＝P热即IU＝I2R P＝P热＋P其他 即IU＝I2R＋P其他 欧姆定律是否成立 U＝IR，I＝，欧姆定律成立 U＞IR，I＜，欧姆定律不成立 说明 W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率 Q＝I2Rt、P热＝I2R适用于任意电路计算电热和热功率 只有纯电阻电路满足W＝Q，P电＝P热；非纯电阻电路W>Q，P电>P热 学生认识（1）问中用电器的功能，并思考做功和产热的关系 学生认识（2）问中用电器的功能，并思考做功和产热的关系 学生识记理解纯电阻电路的特点 学生识记理解非纯电阻电路的特点 学生理解纯电阻和非纯电阻电路的区别 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．关于电功W和电热Q的说法正确的是（　　） A．在任何电路中都有、且 B．在任何电路中都有、，但W不一定等于Q C．、均只有在纯电阻电路中才成立 D．不能计算电路生成的热量，可以计算电路生成的热量 【答案】B 【详解】A．在任何电路中，电功公式和电热公式均成立，但仅在纯电阻电路中成立。非纯电阻电路中，故A错误； B．在任何电路中，和均成立，但是否等于取决于电路是否为纯电阻电路。此说法正确，故B正确； C．和的适用性不依赖于电路是否为纯电阻，只有在纯电阻电路两者才相等，故C错误； D．在纯电阻电路中，可计算热量；而能计算任何电路生成的热量，故D错误。故选B。 2．一台标有“220V  66W”的电风扇，若其线圈阻值为。把电风扇接入220V的交流电中，正常工作时线圈的发热功率为（　　） A．66W B．0.9W C．9W D．6.6W 【答案】B 【详解】正常工作时，电流为则正常工作时线圈的发热功率为 故选B。 3．如图是一种电热取暖器的铭牌。它的金属电热丝的电阻率随温度的升高而增大。下列说法正确的是（　　） A．其正常工作时的电阻为22Ω B．其正常工作时的电流为2.2A C．当电压为110V时，电热丝的电阻小于48.4Ω D．当电压为110V时，电热丝的电阻大于48.4Ω 【答案】C 【详解】A．由，可得其正常工作时的电阻为，A错误； B．由，可得其正常工作时的电流为，B错误； CD．当电压为110V时，电热丝工作电压小于额定电压，阻值比正常工作时要小，故电阻小于48.4Ω，C正确，D错误。故选C。 4．如图为“iRobot”智能扫地机器人，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫。已知其电池容量，额定工作电压15V，额定功率30W。则下列说法正确的是（　　） A．“”是能量的单位 B．扫地机器人充满电后一次工作时间1h C．扫地机器人的电阻是75 D．扫地机器人正常工作时的电流是0.2A 【答案】B 【详解】A．题中“”是电荷量的单位，故A错误； D．扫地机器人正常工作时的电流为故D错误； C．扫地机器人是非纯电阻电路，因不知道扫地机器人的热功率，因此扫地机器人的电阻无法求得，故C错误； B．扫地机器人充满电后一次工作时间为故B正确。故选B。 5．某电动机线圈电阻为r，当它正常工作时，电动机两端电压为U，通过的电流为I。则（　　） A．电压U等于Ir B．电动机的发热功率为UI C．电动机消耗的电功率为 D．电动机输出的机械功率为 【答案】D 【详解】A．电动机不是纯电阻电路，则电压U>Ir，选项A错误； B．电动机的发热功率为，选项B错误； C．电动机消耗的电功率为选项C错误； D．电动机输出的机械功率为选项D正确。故选D。 6．用一内阻不计，电动势为12V的电源给电动机M供电。闭合开关S，电动机开始工作，电动机中电流I随时间t变化的图像如图乙所示，当电流稳定时电动机正常工作，下列说法正确的是（　　） A．电动机线圈的电阻为8Ω B．电动机消耗的电功率为14.4W C．电动机的输出功率为3.6W D．电动机线圈的发热功率为1.6W 【答案】D 【详解】A．由图乙可知电动机刚开始转动时的电流由欧姆定律得电动机的电阻故A错误； B．由图乙可知电动机正常工作时的电流则电动机消耗的电功率故B错误； CD．电动机正常工作时的发热功率 电动机正常工作时的输出功率 故C错误，D正确。故选D。 7．如图所示是电饭煲及其内部的简化电路图，电源内阻可忽略，下列说法正确的是（    ） A．开关S接通时，电饭煲处于保温状态 B．若，则保温时，的热功率等于968W C．若，则、均工作时的热功率之比为5∶4 D．若在保温状态下的功率是加热状态下的一半，则 【答案】D 【详解】A．开关S接通时，回路中电阻较小，电饭煲功率较大，故电饭煲处于加热状态，A错误； B．若，保温时，回路电流，的热功率故B错误； C．根据得，C错误； D．加热时保温时则故D正确。故选D。 8．A、B为“220  V　100 W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220  V　40 W”的两盏相同的灯泡.现将四盏灯泡接成3.如图所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为(　　) A．PA＝PB，PC＝PD B．PA＝PD＞PB＝PC C．PD＞PA＞PB＞PC D．PB＞PC＞PD＞PA 【答案】C 【详解】根据得：RA＝RB＝=484Ω，RC＝RD＝=1210Ω；由电路图可知，BC并联，所以电压相等，根据P＝可知：PB＞PC；AD串联，电流相等，根据P=I2R可知，PD＞PA；AD的电流大于BC的电流，根据P=I2R可知：PA＞PB，PD＞PC；所以PD＞PA＞PB＞PC；故选C. 9．一台电动机，线圈的电阻为r，当它正常运转时，测得两端所加的电压为U，通过的电流为I。下列说法正确的是（　　） A．电动机消耗的电功率为I²r B．电动机发热的功率为IU C．电动机对外做功的功率为IU-I²r D．电动机的效率为 【答案】C 【详解】A．电动机消耗的电功率为故A错误； B．电动机的发热功率为故B错误； C．电动机对外做功的功率等于总功率与内阻的热功率只差，即故C正确； D．电动机的效率为故D错误。故选C。 10．一粗细均匀的金属丝长为L、电阻为R，其材料的电阻率为ρ。当在其两端加上电压U后，通过的电流为I，消耗的热功率为P。现将该金属丝均匀拉长为2L后仍在其两端加上电压U。下列说法正确的是（    ） A．电阻率将变为2ρ B．电阻将变为2R C．通过的电流将变为 D．消耗的热功率将变为 【答案】C 【详解】A．电阻率与材料和温度有关，与长短粗细无关，所以其电阻率仍为ρ，A错误； B．将该金属丝均匀拉长为2L后，其横截面积将变为原来的一半，由电阻定律可知，其电阻将变为4R，B错误； C．由欧姆定律可知，电流将变为，C正确； D．由可知，消耗的热功率将变为，D错误。故选C。 11．（多选）微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，当加在它两端的电压为0.3V时，电流为0.3A，此时电动机不转动；当加在它两端的电压为2.5V时，电流为0.8A，此时电动机能够正常工作，则下列说法正确的是（　　） A．电动机线圈的电阻为1Ω B．电动机正常工作时的输入功率为0.09W C．电动机正常工作时的发热功率为6.4W D．电动机正常工作时的输出功率为1.36W 【答案】AD 【详解】A．电动机线圈的电阻为故A正确； B．电动机正常工作时的输入功率为故B错误； C．电动机正常工作时的发热功率为故C错误； D．电动机正常工作时的输出功率为故D正确。 故选AD。 12．（多选）图为一直流电动机工作时的电路原理图。已知，电动机内电阻，电阻。用它以4m/s的速度竖直向上提升质量为2.5kg的重物时，理想电压表示数60V，重力加速度取10m/s2。不计一切阻力，则提升过程中（　　） A．流经电动机的电流为60A B．此时电动机输出的机械功率为120W C．重物的加速度为1.6m/s2 D．在该电路中，理论上电动机消耗的最大电功率可达160W 【答案】CD 【详解】A．由图可知，电阻R和电动机是串联的关系，所以流过的电流相等。根据欧姆定律可得流经电动机的电流为，故A错误； B．电动机的输入功率为电动机内阻消耗的功率为所以电动机输出的机械功率为，故B错误； C．由可得电动机对绳的拉力为对重物列牛顿第二定律方程有代入数据解得重物的加速度为，故C正确； D．已知电动机消耗的功率为而代入上式解得即电动机消耗的功率是电路中电流的二次函数。根据数学中二次函数的关系可知，当有最大值时，电路中的电流为代入上式解得此时电动机消耗的最大电功率为，故D正确。故选CD。 13．（多选）如图所示电路中，电源的电动势为、内阻为，电动机的内阻为，电流表为理想电流表。闭合开关S后，电动机两端的电压为，且电动机恰好正常工作，并将一个质量为的物体竖直匀速提升。重力加速度，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．理想电流表的示数为 B．电动机的输出功率为 C．电源的效率约为83.3% D．物体匀速上升的速度大小为 【答案】ACD 【详解】A．理想电流表的示数为选项A正确； B．电动机的输出功率为选项B错误； C．电源的效率约为选项C正确； D．根据可得物体匀速上升的速度大小为选项D正确。故选ACD。 14．（多选）擦窗机器人有效解决了外层窗户清洁困难的问题。某款擦窗机器人如下图所示，主要由电动机、传感器等部件构成，其电池容量为（电池能够提供的电量，表示当电池以3000mA的输出电流工作时，最长可以持续工作）、额定电压为、待机时功率为、工作时功率为。下列说法正确的是（　　） A．充满电后，机器人的最长待机时间为 B．进行擦拭工作时机器人内部电路的电阻为 C．若电动机卡住停转时，通过电动机的电流会增大 D．进行擦拭工作时机器人把电能全部转化为机械能 【答案】AC 【详解】A．额定电压为，工作时功率为，则工作时的电流为由题意可知工作时最长可以持续工作时间为，则充满电后，机器人的最长待机时间为故A正确； B．进行擦拭工作时，机器人不是纯电阻电路，则有可得内部电路的电阻故B错误； C．若电动机卡住停转时，通过电动机的电流可知通过电动机的电流会增大，故C正确； D．进行擦拭工作时机器人把电能转化为机械能和焦耳热，故D错误。故选AC。 15．（多选）内阻r=1Ω的小型直流电动机线圈与规格为“4V 4W”的小灯泡并联，再与阻值R=5Ω的电阻串联，然后接至U=12V的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，则电动机的输出功率及效率为（　　） A．2.04W B．5.06W C．85% D．95% 【答案】AC 【详解】小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，则定值电阻的两端电压为通过定值电阻的电流为通过小灯泡的电流为故通过电动机的电流为电动机的输入功率为电动机的热功率为则电动机的输出功率为电动机的效率为 故选AC。 板 书 设 计 第1节 电路中的能量转化 一、电功和电功率 1.电功：W＝IUt 2.电功率：P＝＝UI 二、焦耳定律 1.焦耳定律：Q＝I2Rt 2.热功率：P＝I2R 三、电路中的能量转化 1.纯电阻：W=Q 2.非纯电阻：W=Q+E其它 课 堂 小 结 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学 反 思 本节课内容递进清晰，师生互动频繁，演示实验激发兴趣，同学们思考踊跃，科学探究能力得到渗透，电功、电热三大公式掌握较到位。 导入提问偏泛，连接生活不够；下次精选两件实物，分组快速讨论，限时汇报。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $