5.1 电路中的能量 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理粤教版必修第三册

课程名称

电路中的能量

选用教材

高中物理粤教版必修三

教学章节

第五章第一节

授课对象

高二学生

授课类型

新授课

授课学时

1课时（45分钟）

一、教学内容分析

本节是电能与能源章节核心理论课，分为电功与电功率、焦耳定律、闭合电路整体能量转化三大模块，配套导体导电微观示意图、焦耳定律实验装置与实验电路图两张配图搭建教学体系。第一板块类比重力做功引入电场力做功，推导电功、电功率通用公式，明确电功是电路消耗的总电能；第二板块借助煤油升温对照实验，定量探究电流发热影响因素，给出焦耳定律发热公式，区分纯电阻、非纯电阻电路能量转化差异，对比总功率与热功率适用条件；第三板块结合闭合电路欧姆定律推导电源总功率、外电路功率、内阻热功率平衡关系式，结合电动机、电饭煲例题直观对比两类电路能量分配。整节课打通恒定电流全部公式体系，建立电能多元转化的能量守恒观念，区分电热类纯电阻、电机类非纯电阻电路计算逻辑，是后续电源效率、新能源电路分析的理论基础。

二、学情分析

1. 知识储备

学生熟练掌握欧姆定律、串并联电路规律、闭合电路欧姆定律；知道重力做功对应重力势能变化，具备功能转化基础认知；能计算简单电阻电路电压、电流；但不理解电功本质是电场力搬运电荷做功；无法区分电功总电能与电阻发热内能；不清楚电动机等非纯电阻电器不能套用欧姆定律推导电热变形公式；容易混淆通用功率公式与热功率公式适用范围。

2. 能力现状

学生具备导体微观导电示意图、焦耳定律实验装置与电路图两类配图读图能力，但能量转化逻辑推导能力薄弱；纯电阻、非纯电阻电路公式选择辨析不足；实验现象定量分析、多公式区分选用的计算探究能力偏弱。

3. 思维认知痛点

学生存在典型直观误区：所有电路都可以用欧姆定律替换电功公式；电动机消耗电能全部转化为热量；电功率与热功率两个公式含义完全相同；电源内阻不消耗电能；电流做功只和电压、电流有关，与通电时长无关。

三、教学目标

1. 物理观念

建立电路能量守恒完整观念：电功本质是电场力对自由电荷做功，数值等于电路消耗总电能；电功率描述电能消耗快慢；纯电阻元件电能全部转化为内能，满足电热等于电功；电动机、电解槽等非纯电阻电器电能分为内能与机械能 / 化学能两部分，电热仅为其中一部分；闭合电路中电源提供的总电功率等于外电路消耗功率与内阻发热功率之和，电动势代表电源转化其他能量为电能的本领。

2. 科学思维

依托导体微观导电示意图建立电功微观做功建模思维；借助力焦耳定律实验装置与电路图建立电热定量探究对比思维，两类思维同步开展训练。

3. 科学探究

观察导体内部电荷定向移动示意图，推导电功、电功率原始公式；分组完成焦耳定律煤油升温对照实验，改变电流、电阻、通电时长观察温度变化，归纳焦耳定律定量关系；结合电动机、电饭煲例题对比纯电阻、非纯电阻计算差异；利用闭合电路电势关系推导全电路能量平衡方程；完整经历 “微观理论推导电功→对照实验得出焦耳定律→区分两类电路能量转化→闭合电路总能量守恒推导” 完整探究流程。

4. 科学态度与责任

电热设备广泛用于生活生产，电机设备支撑工业制造，电能多元转化推动社会生产生活发展；焦耳通过大量定量实验总结电热规律，体现持之以恒、严谨定量实验的科学探究精神；生活中大功率电器线路发热存在火灾隐患，掌握电热规律可以安全规范用电；优化电器能量转化效率能够节约电能，助力低碳可持续能源发展。

四、教学重难点

重点

1. 电功、电功率通用公式，焦耳定律发热公式
2. 纯电阻与非纯电阻电路能量转化、公式选用区分
3. 闭合电路总功率、外功率、内阻热功率平衡关系

难点

1. 非纯电阻电路不能使用欧姆定律变形电热公式的原理理解
2. 电功率P=UI与热功率P=I2R物理意义、适用条件辨析

五、教学方法

类比讲授法：重力做功类比电场力做功，引入电功概念；

实验探究法：焦耳定律煤油升温对照实验，控制变量探究电热影响因素；

公式推导法：由电荷定义、电场力做功依次推导电功、电功率、全电路能量方程；

对比辨析法：横向对比纯电阻、非纯电阻电路能量分配与公式；

例题分析法：电动机、电饭煲典型例题拆解计算逻辑。

六、教学资源

粤教版必修三第五章第一节配套配图：导体两端电压微观导电示意图、焦耳定律实验装置实物图与分压分流实验原理图；焦耳定律成套实验器材、煤油、温度传感器、数据采集器、学生电源、不同阻值电阻；电动机、电饭煲参数例题素材；电功、焦耳定律分层计算练习卷。

七、教学设计

教学环节

教师活动

学生活动

环节一 类比导入，推导电功与电功率公式（12 分钟）

  生活类比情境导入课堂：同学们生活中大量电器依靠电能工作，电饭煲把电能变成热能、洗衣机把电能转化为机械能，能量转化的本质是电场力对电荷做功，我们类比之前学过的重力做功，重力做功对应重力势能转化，电场力做功

  跟随教师类比重力做功的能量转化逻辑，理解电场力做功是电能转化的根本原因，观看导体电荷定向移动示意图，看清电压驱动电荷定向移动形成电流的完整过

对应电能转化，电场力做的功我们定义为电功，今天定量研究电功、功率与电路能量转化规律。

展示导体电荷定向移动示意图

细致讲解图中物理过程：导体两端施加电压 U 后，内部自由电荷在电场力牵引下定向移动形成电流 I，一段时间内大量电荷从导体一端移动至另一端，电场力持续对电荷做功，消耗电能。向全班出示教材讨论思考题：电流通过导体做的电功和哪些物理因素存在关联？引导学生结合图中电压、电流、电荷移动过程猜想影响因素。

  分步完整推导电功核心公式：首先回顾电流定义，一段时间 t 内导体横截面通过的总电量满足q=It；电场力做功基础表达式为W=qU，将电量代入电场力做功公式，替换 q 得到电功完整表达式：

(W=UIt)

细致解读公式物理含义：一段电路电功大小由电路两端电压、电路电流、通电时间三个物理量共同决定，国际单位制中电功单位为焦耳。

  过渡引入电功率概念：不同用电器消耗电能快慢存在明显区别，我们用电功率描述电流做功的快慢，定义为电流做功与做功时间的比值，书写基础定义式P=W/t，将电功公式代入推导，得到电功率核心表达式：

(P=UI)

说明电功率国际单位为瓦特，常用单位

程，结合图中物理量猜想电功和电压、电流、通电时间有关。

  在草稿纸上同步跟随教师分步推导电功公式，先写下电流定义式，再代入电场力做功表达式完成替换，完整记录推导步骤，记住电功公式以及三个影响物理量，理解焦耳作为电功单位的物理定义。

  记录电功率定义，同步完成电功率公式推导，区分定义式P=W/t、计算式P=UI；同桌二人相互交流两道功率公式的区别，梳理思路，准备后续课堂发言，区分描述做功快慢的定义式与电路定量计算式。