8.焦耳定律 电路中的能量转化（表格式教学设计）物理教科版2019必修第三册

该高二物理教学设计聚焦焦耳定律及电路中的能量转化，通过烧水壶、电动机等生活用电器电能转化实例导入，联系电场力做功，衔接功能关系与恒定电流知识，搭建前后认知支架。 以新课标核心素养为引领，科学探究环节设计完整实验过程（如用温度传感器测热量），科学思维上用能量守恒分析电路能量分配（如电源功率关系推导）培养模型建构能力，科学态度强调安全用电。助力学生提升实验与推理能力，为教师提供结构化、可操作的教学方案。

8. 焦耳定律 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8节 焦耳定律 电路中的能量转化 教学 目标 物理观念 理解电流的热效应及其产生原因，掌握焦耳定律的内容、表达式及适用条件；能区分电功与电热的概念，理解在纯电阻与非纯电阻电路中电能转化的不同特点。 科学思维 通过控制变量法设计实验探究热量与电流、电阻、时间的关系，发展归纳推理能力；运用能量守恒观点分析电路中的能量分配，提升模型建构与逻辑推理能力。 科学探究 经历“提出问题一设计方案一实验操作一数据分析一得出结论”的完整探究过程；学会使用温度传感器或液柱上升法间接测量热量，提高实验操作与数据处理能力。 科学态度 与责任 在实验中养成严谨求实、尊重数据的科学态度；认识焦耳定律在生活中的广泛应用（如电热器）及安全隐患（如导线过热），增强安全用电意识和社会责任感。 教学 重难点 重点：理解电功、电功率、焦耳定律、热功率的概念。 难点：理解纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 教师：在电路中使用不同的用电器，往往会有不同的能量转化。回顾生活中用过的用电器，说明烧水壶、电动机、蓄电池等用电器将电能转化成怎样的能量？ 学生：烧水壶通电时，电能转化为内能；电动机通电时，电能转化为机械能；蓄电池充电时，电能转化为化学能。 教师：思考：用电器工作时，电能转化为其他形式能。是什么力做功？ 学生：电场力。 学生思考并回答问题 新课讲授 一、电功 教师：电场力在一段电路中所做的功，即电流所做的功，简称电功。请同学们结合刚才的例子，从功能关系的角度，说说电功与被消耗的电能存在什么关系？ 学生：根据功能关系，电功的大小等于被消耗的电能。 教师：请同学们小组合作，结合下面情景，讨论交流。 如图所示，假设在一段导体两端加上电压U后，导体内的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成电流I。 【思考】 （1）在时间t内，通过此导体任意横截面的电量是多少？ （2）在时间t内，电场力做了多少功？ （3）电流通过导体做的电功与什么因素有关？ 学生：（1）在时间t内，通过此导体任意横截面的电量q=It; （2）在时间t内，电场力做的功为W=qU=UIt; （3）电流通过导体做的电功与导体两端电压U、通过导体的电流I、通电时间t有关。 师生：共同归纳电功的有关知识 (1)定义：电场力在一段电路中所做的功，即电流所做的功，简称电功。 (2)表达式：W＝UIt。 (3)单位：焦耳，符号为J。常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 J. (4)物理意义：电功是电能转化为其他形式能的量度。 学生讨论交流，并回答问题 新课讲授 二、电功率 教师：电炖锅上有两个档位，分别是快炖和慢炖，这两个档位的本质区别是什么呢？这位同学说两个档位的电功率不同，这种说法正确吗？用什么物理量来描述这种区别呢？ 学生：区别：反映电流做功快慢不同。用电功率。 教师：类比功率的定义，请同学们思考，怎么定义电功率？ 学生：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率。 师生：共同归纳电功率的有关知识 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。 (2)公式：P＝＝UI。 (3)单位：瓦特，符号为W。 (4)意义：表示电流做功的快慢。 (5)额定功率和实际功率 额定功率：用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器工作在额定电压下的电功率，（用电器铭牌上所标称的功率是额定功率）。 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。 学生讨论并回答问题 新课讲授 三、焦耳定律 教师：1840年,焦耳发表了名为《论伏打电产生的热》的论文,详细描述了其实验过程。通过实验,他发现了热量和导线中电流、电阻以及通电时间之间的关系。请同学们小组合作，讨论回答下列问题。 提问：1、用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？ 学生：电流产生的热与电阻有关。 2、忽略能量损失，用电炉烧水时，电能是如何转化的？ 学生：电能全部转化为导体的内能；电流在这段电路中做的功W等于这段电路产生的热量Q，即W＝Q。 师生：共同归纳焦耳定律的有关知识 (1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律。 (2)表达式Q＝I2Rt。 (3)焦耳定律适用条件：焦耳定律是一条实验定律，是通过实验总结出的一条普适定律，适用于一切导体（电路）。 学生讨论并回答问题 新课讲授 四、热功率 教师：电流通过电阻而产生的热量Q，又被称作焦耳热。请同学们类比于电功率，要如何定义热功率呢？ 学生：电阻通电所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比值。 师生：共同归纳热功率的有关知识 (1)热功率：电阻通电所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比值。 (2)表达式：。 变形式： 教师：请同学们小组讨论，说说电功率与热功率有什么区别联系？ 学生：区别：电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积。热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率。决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积。 联系：对纯电阻电路，电功率等于热功率。对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和。 教师：电吹风机消耗电能和产生热量相等吗？电热水壶消耗电能和产生热量相等吗？ 学生：电吹风机 P≠P热；电热水壶P＝P热。 教师：在纯电阻电路中,电能全部转为内能。例如,电热毯、热水器等。在非纯电阻电路中,电能转化为焦耳热和其他形式的能。例如,机械能(电动机)和化学能(电解池)。 学生讨论并回答问题 新课讲授 五、电路中的能量转化 教师：我们知道，在电源内部，通过各种作用，其他形式的能转化为电能。例如，在化学电池中，化学作用使化学能转化为电能﹔在发电机中，电磁作用使机械能转化为电能，等等。 如图，设电源电动势为E，内阻为r，外电路的路端电压为U ，闭合电路的电流为I。从能量转化方面考虑。（1）电动势E与U的关系？（2）等式两边都乘以I？ 学生：（1）电动势E与U的关系是E=U+Ir；（2）等式两边都乘以I为IE=IU+I2r。 教师：电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和。闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的体现。 教师：请同学们类比机械效率的定义，如何推导电源的效率呢？ 学生：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝×100%＝×100%＝×100%。 教师：请同学们结合上述推导，想一想，若我们用导线直接接在电源两极，即电源发生短路，会怎么样？ 学生：发生短路时：IE=I2r。电源释放的能量全部在内电路中转化为内能，容易损坏电源，甚至可能引起火灾。 教师：回答得非常好，这就是不允许电源短路的原因。电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。 师生：共同归纳电动机的有关知识 1、输入功率：电动机的总功率；P总＝UI 2、输出功率：电动机做有用功的功率； 3、热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热； 4、功率关系：P总＝P出＋P热 5、电动机的效率： 6、当电动机的转子被卡住时，所在电路就变成了纯电阻电路。 学生思考并回答问题 课 堂 练 习 1．电功率的计算公式P＝中，U是加在用电器上的电压，R是用电器的电阻，此式可用于(　C　) A．计算电冰箱的功率　　　 B．计算电风扇的功率 C．计算电烙铁的功率 D．计算洗衣机的功率 2．为了使电炉消耗的功率减小到原来的一半，可行的办法是(　D　) A．使通过它的电流减半 B．使两端的电压减半 C．使电炉的电阻减半 D．使它两端的电压和电阻均减半 3．(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，现将它们串联到电路中，结果电动机不转而电炉能正常工作，那么在相同时间内(　AC　) A．电炉放热与电动机放热相等 B．电炉两端电压小于电动机两端电压 C．电炉两端电压等于电动机两端电压 D．电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 4.小黄家里新安装了一台电热水器，其说明书上的技术参数如表所示，请根据该表的数据，求： (1)该热水器正常工作时的电流； (2)该热水器正常工作0.5 h所消耗的电能。 答案：(1)6.82 A　(2)0.75 kW·h 解析：(1)由技术参数可知热水器的额定功率为P＝1 500 W＝1.5 kW，额定电压U＝220 V，根据P＝UI可得 I＝＝ A≈6.82 A。 (2)热水器消耗的电能为W＝Pt＝1.5×0.5 kW·h＝0.75 kW·h。 课 堂 小 结 1.在纯电阻电路中,电能全部转化为内能。例如,电热毯、热水器等。则有 P电=P热 ，UI=I2R。 2.在非纯电阻电路中,电能转化为焦耳热和其他形式的能。例如,机械能(电动机)和化学能(电解池)。则有UIt=I2Rt+E其他。对于电动机,电能转化为机械能与内能。则有UI=I2R+P机。 3.电流做功的过程中满足能量守恒定律。 板 书 设 计 第8节 焦耳定律 电路中的能量转化 一、电功 (1)定义：电场力在一段电路中所做的功，即电流所做的功，简称电功。 (2)表达式：W＝UIt。 (3)单位：焦耳，符号为J。常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 J. (4)物理意义：电功是电能转化为其他形式能的量度。 二、电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。 (2)公式：P＝＝UI。 (3)单位：瓦特，符号为W。 (4)意义：表示电流做功的快慢。 (5)额定功率和实际功率 三、焦耳定律 (1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律。 (2)表达式Q＝I2Rt。 (3)焦耳定律适用条件：焦耳定律是一条实验定律，是通过实验总结出的一条普适定律，适用于一切导体（电路）。 四、热功率 (1)热功率：电阻通电所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比值。 (2)表达式：。 变形式： 五、电路中的能量转化 1、输入功率：电动机的总功率；P总＝UI 2、输出功率：电动机做有用功的功率； 3、热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热； 4、功率关系：P总＝P出＋P热 5、电动机的效率： 6、当电动机的转子被卡住时，所在电路就变成了纯电阻电路。 作业 布置 1. 完成教材课教学后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教学反思 学生对“电能”“电流做功”等名词存在一些模糊的认识,教学中应从恒定电场的角度处理本节课的内容,引导学生分析在外电路中电场力对正电荷做正功,电势能减少,通过电场力做功将电势能转化为其他形式的能。同时,让学生明确“电能”即“电势能”,“电流做功”即“电场力对电荷做正功”。在教学中,要抓住“场”这一概念,引导学生解释电能和电路中能量的转化,重视从场的角度看待问题,而不是仅仅利用公式来进行计算。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $