8. 焦耳定律 电路中的能量转化（导学案）物理教科版必修第三册

该高中物理导学案围绕焦耳定律及电路中的能量转化展开，引导学生理解电功、电功率、热功率概念及焦耳定律，区分纯电阻与非纯电阻电路的能量转化特点。通过知识回顾衔接上节实验，结合“思考与讨论”中的生活现象提问导入，以自主预习为支架构建新旧知识联系。 以核心素养为导向，科学探究环节设计完整探究过程，运用控制变量法分析热量影响因素，培养科学思维与探究能力。习题结合电热水器、电动机等生活实例，强化物理观念应用，同时渗透安全用电教育，助力学生形成能量观念，提升解决实际问题的能力。

8.焦耳定律 电路中的能量转化 导学案 1.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。 2.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。 3.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。 4.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。 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。 【知识回顾】 第7节 实验：测量电池的电动势和内阻 一、实验目的：测量电源电动势和内阻。 二、实验原理： 。 三、实验器材：待测电池一节，电流表(0～0.6A)、电压表(0～3V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干，铅笔，坐标纸。 四、实验步骤：略 五、数据处理： 1. 法 2. 法 六、误差分析： 1.偶然误差 2.系统误差 七、注意事项：略 【自主预习】 第8节 焦耳定律 电路中的能量转化 一、电功 (1)定义： 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＝ 。 (3)单位： ，符号为 。常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝ J. (4)物理意义：电功是电能转化为其他形式能的 。 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 。 (2)公式：P＝ ＝ 。 (3)单位： ，符号为 。 (4)意义：表示电流做功的 。 (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 ，跟导体的电阻及通电时间成 。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＝ 。 (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 导体（电路）。 四、热功率 (1)热功率：电阻通电所产生的 与产生这些热量所用 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＝ 2、输出功率：电动机做 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 ； 4、功率关系：P总＝ 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 电路。 思考与讨论1 一、电功 1.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？ 2.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？ 思考与讨论2 二、电功率 1.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？ 2.类比功率的定义，请同学们思考，怎么定义电功率？ 思考与讨论3 三、焦耳定律 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？ 2、忽略能量损失，用电炉烧水时，电能是如何转化的？ 思考与讨论4 四、热功率 1.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？ 2.请同学们小组讨论，说说电功率与热功率有什么区别联系？ 3.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？ 思考与讨论5 五、电路中的能量转化 1.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？ 2.请同学们类比机械效率的定义，如何推导电源的效率呢？ 3.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？ 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。 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(　　) 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(　　) 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(　　) 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。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 8.焦耳定律 电路中的能量转化 导学案 1.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。 2.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。 3.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。 4.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。 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。 【知识回顾】 第7节 实验：测量电池的电动势和内阻 一、实验目的：测量电源电动势和内阻。 二、实验原理：闭合电路的欧姆定律。 三、实验器材：待测电池一节，电流表(0～0.6A)、电压表(0～3V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干，铅笔，坐标纸。 四、实验步骤：略 五、数据处理： 1.计算法 2.图像法 六、误差分析： 1.偶然误差 2.系统误差 七、注意事项：略 【自主预习】 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。 思考与讨论1 一、电功 1.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？ 答案 根据功能关系，电功的大小等于被消耗的电能。 2.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？ 答案 （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。 思考与讨论2 二、电功率 1.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？ 答案 区别：反映电流做功快慢不同。用电功率。 2.类比功率的定义，请同学们思考，怎么定义电功率？ 答案 电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率。 思考与讨论3 三、焦耳定律 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？ 答案 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？ 答案 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。 思考与讨论4 四、热功率 1.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？ 答案 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.请同学们小组讨论，说说电功率与热功率有什么区别联系？ 答案 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。 3.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？ 答案 电吹风机 P≠P热；电热水壶P＝P热。 思考与讨论5 五、电路中的能量转化 1.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？ 答案 （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。 2.请同学们类比机械效率的定义，如何推导电源的效率呢？ 答案 指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝×100%＝×100%＝×100%。 3.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？ 答案 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。 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。 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。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $