第七节 电功、电功率及焦耳定律（表格式教学设计）物理沪科版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦电功、电功率、焦耳定律及纯电阻与非纯电阻电路区别，通过电熨斗、洗衣机等日常电器能量转换实例导入，衔接欧姆定律与电路分析，为电磁感应等后续内容搭建学习支架。 以能量守恒为主线，通过对比电熨斗（纯电阻）与电动机（非纯电阻）建构电路模型，结合居民楼功率计算、电动机效率分析等例题培养科学推理，强化能量观念，助力教师落实核心素养，提升学生解决实际问题能力。

第七节 电功、电功率及焦耳定律（教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 第十章 简单的串联、并联组合电路 10.7 电功 电功率及焦耳定律（教学设计） 教学 目标 1. 理解电功、电功率、电热、热功率的概念，知道它们的区别与联系。 2. 知道纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别，理解两种电路的能量转化关系。 教材 分析 本节内容是学生在学习欧姆定律、电路分析方法之后，对“能量”视角理解电路的进一步拓展。教材通过日常电器的能量转换实例，引入电功、电功率、电热及焦耳定律的概念与定量关系，并区分纯电阻与非纯电阻电路中能量转化的差异。 本节既是后续学习“电磁感应”、“交流电与电能输送”的理论基础，又与“能源与可持续发展”社会情境紧密联系。教学中需突出“能量守恒”主线，帮助学生建立“功率—能量—效率”的一体化认知，同时在真实情境中体验物理模型与实际问题的差距与关联。 教学重点 1. 电功、电功率、焦耳定律的概念、公式及其适用范围。 2. 纯电阻与非纯电阻电路中电功、电热关系的比较。 教学难点 1. 非纯电阻电路中W>Q、U>IR的能量本质理解。 2. 电动机功率、热功率、效率的综合计算与物理意义。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 用电器是各种把电能转化成其他形式能的器具。常见的电熨斗、电热毯、电饭煲等，主要把电能转化成内能；而洗衣机、电风扇等主要把电能转化成机械能；电解池、电镀装置主要把电能转化成化学能。根据功与能的关系，从一种形式的能转化成另一种形式的能的过程需要做功。电能转化成其他形式的能的过程实际上就是电流做功的过程。 学习新课 一、电功 1. 定义 电流所做的功叫做电功(electric work)。电流做了多少功就表示有多少电能转化成其他形式的能。 2. 电功实质 电功实质是导体中的电场对自由电荷的作用力做的功。 设通过导体的恒定电流为I，导体两端的电压为U，则在时间t内电流通过这段导体的电荷量为q= It，电场力对电荷所做的功为W= qU= UIt 3. 定义式： W= qU= Uit （适用于任何电路） 变形式：（适用于纯电阻电路） 4. 单位 电功的国际制单位:焦耳，简称焦，符号是J。 常用单位：千瓦时，俗称“度”，符号是 kW·h。 1 kW·h = 1000 W×3600 s = 3.6×106 J 掌握电功的定义、定义式、变形式和单位 学习新课 二、电功率 1. 定义 单位时间内电流所做的功叫做电功率。（一段电路上的电功率P 等于这段电路两端的电压U 和电路中电流 I 的乘积） （适用于任何电路） 变形式：（适用于纯电阻电路） 2. 意义 电功率表示电流做功的快慢。 3. 单位 在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）。 1 kW＝103 W＝106 mW = 10─3 MW 4. 用电器的额定功率和实际功率 （1）额定功率：用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。（用电器铭牌上所标称的功率是额定功率） （2）实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率。为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。 掌握电功率的定义、意义和单位 能够区分额定功率和实际功率 学习新课 三、电热 1. 焦耳定律 【问题情境】英国物理学家焦耳(J. P. Joule，1818- 1889) 经过多次实验指出:电流通过导体产生的热量Q，与电流I的二次方、导体的电阻R和通电的时间t成正比。这就是焦耳定律(Joule's law)，即 （适用于任何电路） 这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律。 变形式：（适用于纯电阻电路） 电流热效应：电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。 电流热效应的实质：电能通过电流做功转化为内能（热能）。 2. 热功率P热 热功率P热 是一段电路因发热而消耗的功率称为热功率。 掌握焦耳定律的定义 掌握热功率的定义式和变形式 学习新课 四、电功和电热的区别 1. 在纯电阻电路中 （1）电功和电热相等，W＝Q； （2）电功率和热功率相等，； （3）欧姆定律成立，由UIt=I2Rt得：。 2. 在非纯电阻电路中 （1）电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，电功率只能用P＝UI计算； （2）电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算； （3）欧姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR。 【例1】对电功及焦耳定律公式的理解正确的是（ A ） A.焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解 B.电功公式W＝UIt、焦耳定律公式Q＝I2Rt都适用于任何电路，因此W一定等于Q C.非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热 【例2】如图所示，一幢居民楼里住着生活需求各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是（ C ） 区分电功和电热在纯电阻电路和非纯电阻电路的大小和计算方式 学习新课 五、纯电阻和非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的电热。 (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能。 (3) 1. 电动机的功率和效率 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P电＝UI (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2R (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率P出＝P机 三者关系为：P电＝P热＋P机 2. 串、并联电路的总功率 (1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…＋Un)I＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn (2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…＋In)＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn 从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和. 3. 纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 4. 电功与电热的计算公式比较 【特别提醒】不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用W＝UIt，功率都可以用P＝UI，热量都可以用Q＝I2Rt，热功率都可以用P＝I2R，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。 【例3】有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A。 (1)求这台电动机的内阻； (2)求电动机正常工作时的输出功率； (3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？ 【例4】小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1 Ω)与规格为“4 V　4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5 Ω的电阻串联，然后接至U＝12 V的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求： (1)通过电动机的电流； (2)电动机的输出功率P出； (3)电动机的效率。 【解析】（1）灯泡正常发光，则通过灯泡的电流IL＝＝ A＝1 A 通过电动机的电流I＝IR－IL＝0.6 A. （2）电动机消耗的总功率P＝ULI＝4×0.6 W＝2.4 W 电动机线圈内阻的热功率P热＝I2r＝(0.6)2×1 W＝0.36 W 电动机的输出功率P出＝P－P热＝2.4 W－0.36 W＝2.04 W （3） 板 书 设 计 第十章 简单的串联、并联组合电路 10.7 电功 电功率及焦耳定律 一、电功 1. 定义：电流所做的功叫做电功。 2. 电功实质 电功实质是导体中的电场对自由电荷的作用力做的功。设通过导体的恒定电流为I，导体两端的电压为U，则在时间t内电流通过这段导体的电荷量为q= It，电场力对电荷所做的功为W= qU= UIt 3. 定义式： W= qU= Uit （适用于任何电路） 变形式：（适用于纯电阻电路） 4. 单位：电功的国际制单位:焦耳，简称焦，符号是J。 常用单位：千瓦时，俗称“度”，符号是 kW·h。1 kW·h = 1000 W×3600 s = 3.6×106 J 二、电功率 1. 定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。（适用于任何电路） 变形式：（适用于纯电阻电路） 2. 意义：电功率表示电流做功的快慢。 3. 单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）。 4. 用电器的额定功率和实际功率 （1）额定功率：用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。 （2）实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率。 三、电热 1. 焦耳定律：电流通过导体产生的热量Q，与电流I的二次方、导体的电阻R和通电的时间t成正比。这就是焦耳定律，即（适用于任何电路） 2. 热功率P热：是一段电路因发热而消耗的功率称为热功率。 四、电功和电热的区别 1. 在纯电阻电路中 （1）电功和电热相等，W＝Q； （2）电功率和热功率相等，； （3）欧姆定律成立，由UIt=I2Rt得：。 2. 在非纯电阻电路中 （1）电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，电功率只能用P＝UI计算； （2）电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算； （3）欧姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR。 作业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $