12.1电路中的能量转化 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦“电路中的能量转化”核心内容，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。通过生活用电器能量转化实例导入，承接初中电能认知，从能量视角深入剖析本质，为后续闭合电路欧姆定律学习搭建支架。 以能量观念为统领，通过科学推理推导电功与焦耳定律公式，结合实验验证（焦耳定律电路图、视频）和生活实例（电动机）对比两类电路能量转化，培养科学探究能力。帮助学生明确公式适用条件，为教师提供结构化教学活动与评价设计，提升课堂效率。

教学设计 课题 电路中的能量转化 课型 新授课☑ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□ 1.教学内容分析 本课时是人教版高中物理必修第三册第十二章《电能 能量守恒定律》的开篇内容，承接初中电能、电功率、焦耳定律的基础认知，从能量转化视角深入剖析电功、电功率的物理本质，完成焦耳定律的理论推导，并重点区分纯电阻与非纯电阻电路的能量关系。 内容既是电场力做功、欧姆定律的延伸应用，也为后续闭合电路欧姆定律、电源电动势、能量守恒定律的系统性学习奠定基础，是培养学生能量观念与科学推理能力的核心课时。 2.学习者分析 已有基础：初中已掌握电功、电功率、焦耳定律的简单计算，会识别串并联电路，具备基础实验操作能力。 能力现状：有一定公式推导与逻辑推理能力，但只知公式、不懂本质，对能量转化过程模糊。 学习困难：极易混淆电功 W 与电热 Q，不理解非纯电阻电路中W>Q的物理意义，乱用欧姆定律。 学习需求：需要生活实例、对比推导、图像动画辅助，建立 “电能→其他能” 的直观认知，明确公式适用条件。 3.学习目标确定 1物理观念、通过实例分析，理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的，加深对功与能量转化关系的认识。 2科学探究、通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律，能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。 3科学态度、从能量的转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，理解电功和电热的区别和联系。 4科学责任、联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。 4.学习重点难点 重点：电功、电功率、焦耳定律的理解与基本应用。 难点：非纯电阻电路中电功与电热的区别、能量分配分析。 5.学习评价设计 评价内容 评价方式 评价标准 电功、电功率概念理解 课堂提问、练习 能准确说出定义并写出公式 焦耳定律的推导与应用 小组讨论、习题 能独立推导公式并应用于简单电路 纯电阻与非纯电阻电路区分 案例分析、作业 能正确判断并解释能量转化过程 6.学习活动设计 教师活动 学生活动 环节一：创设情境，引入课题 教师活动1 1.这章我们要研究的是电路中的能量是怎样转化的？用能量守恒定律推导出的闭合电路的规律是怎样的？自然界存在哪些能源？能源的利用与可持续发展有着怎样的关系？ 2.怎么理解《吕氏春秋•义赏》中的这一段话？ 竭泽而渔 岂不获得 而明年无鱼 3.现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如电灯、电视、电热水壶、电动汽车等。那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？ 学生活动1 思考和讨论 1.人类的活动离不开能量。大量的事例说明，自发的能量转移或转化过程具有方向性。在能源的利用过程中，能量虽然是守恒的，但是可利用的品质降低了。为了人类的可持续发展，需要我们节约能源和保护环境。 2.反应了人类想持续发展，节约能源和保护环境的重要性。 活动意图说明：1.前两个问题为整章电路中的能量观做铺垫，让学生认识电路中仍然能量守恒，但自发的能量转移或转化过程但有具有方向性。要树立节约意识和思想观念。 2.第三个问题是从能量角度对生活中常见的用电器提出问题，引发学生思考。 环节二：电功和电功率 教师活动2 【提问1】电热水壶、电动机通电时，手机电池充电时，能量是怎样转化的？是通过谁做功实现的？ 【提问2】电流做功的实质是什么？ 提示：结合静电场知识思考。 【讲述】电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。 【提问3】电流做功的计算式是什么？ 怎样利用高中阶段所学的知识推导这一计算式？ →W＝UIt适用于一切电路。 【提问4】电功的物理意义是什么？由计算式，电功的决定因素有哪些？电功是矢量还是标量？电功的单位有哪些？怎样换算？ 【提问5】电功的大小怎样测量？ 【提问6】不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？电功率的定义、定义式是什么？电功率是矢量还是标量？电功的单位有哪些？怎样换算？ →适用于一切电路。 学生活动2 1.思考并回答： （1）电热水壶通电时，电能转化为内能。 手机电池充电把电能转化成化学能。 电动机通电时把电能转化为机械能。 （2）电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。 2.思考并回答： 电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其它形式的能增加。 思考并理解。 3.回忆并作答： W＝UIt 思考并回答： 由q＝It、W＝Uq可推得W＝UIt 4.思考并回答： （1）电功是表示量度电能转化为其它形式的能的多少的物理量。 （2）电功与通过用电器的电量（通过用电器的电流和通电时间）和用电器两端的电压成正比。 （3）标量。 （4）国际单位：焦耳（J） 常用单位：千瓦时（kWh） 换算： 1kWh＝3.6×106J 5.思考回答：用电能表测量；用伏安法测量。 6.思考并回答： （1）用电功与时间的比值，即电功率来描述。 （2）定义：单位时间内电流所做的功。（比值定义法） （2）定义式： （3）标量。 活动意图说明 1. 通过提问1，让学生知道电能转化其他能量的过程中是经过电流做功。 2. 通过提问2和3，让学生明白电功就是电流的做功，并让学生理论推到出电功的表达式。 3. 通过提问4和5，让学生再次加深理解电功。 4. 通过提问6，让学生再次深刻理解做功的快慢的物理量——电功率。 环节三：焦耳定律 教师活动3 【提问1】电流通过电热水器，电炉等电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能。这一过程有何规律？ 【提问2】焦耳定律的数学表达式是怎样的？怎样利用高中阶段所学的知识推导这一计算式？ 【展示3】验证焦耳定律的实验电路图。 说明：焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。 【播放视频4】焦耳定律。 【提问5】如果电功将全部的电能都转化为内能，则电功率的计算式应怎样改写？结合焦耳定律的表达式，电功率的计算式会变成怎样？ 【提问6】与有何区别？ 【总结】指一切电流做功的功率，是总功率。专指电流发热的功率，称为热功率。 【总结】单位时间内导体的发热量叫做热功率。 热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积。 学生活动3 1.思考并回答： （1）焦耳定律：电流通过某导体产生的热量,跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。 2.思考并回答： （2）由、、，可推得。 3.观察电路图并思考。 4.观看视频。 5.思考并回答： 代入，得 思考、讨论、总结并理解。 活动意图说明 1. 通过提问1，回顾初中所学的内容——焦耳定律。 2. 通过提问2、展示3和播放视频，理论推到焦耳定律表达式的同时实验验证焦耳定律，从而加深理解焦耳定律和研究物理学科两种途径。 3.通过提问5和6，电功率和热功率的区别。 环节四：电路中的能量转化 教师活动4 【提问1】如果电路中有电动机或者正在充电的电池，那么电能除了转化为内能之外，还转化为机械能和化学能。当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？这种电路又有何特点？ 【讲述2】纯电阻电路：只含有电阻的电路，把电能全部转化为内能，如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。 非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路，把电能转化为内能和其它形式的能。 【提问3】纯电阻电路和非纯电阻电路中的能量转化是怎样的？ 【提问4】两种电路中的电能怎样计算？产生的热量怎样计算？ →在纯电阻电路中，Q指某段电路在某段时间内消耗的全部电能。在非纯电阻电路中，Q指转化为内能的那部分电能。 【提问5】由此，非纯电阻电路中，消耗的电能与产生的热量之间有何关系？ →在纯电阻电路中， 在非纯电阻电路中， 【提问6】这说明了什么？ 【讲述7】综上所述，纯电阻电路、非纯电阻电路在电功、电功率、电热上有何特点？ 【提问8】关于电动机的问题具体该如何处理呢？ 【讲述9】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。 【提问10】电动机的输入功率是指电动机的总功率。应该怎样计算？电动机的热功率是指电流通过电动机的线圈时发热的功率。应该怎样计算？电动机的输出功率是指电动机做有用功的功率。输入功率、输出功率、热功率的关系是怎样的？电动机的效率怎样计算？ 【提问11】对比纯电阻电路和非纯电阻电路的特点、公式，完成下表。 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 学生活动4 1.结合初中知识，在前面讨论的基础上进一步思考。 2.思考两种电路在构成上的区别。 3.思考并回答： 在纯电阻电路中，电能转化为内能。 在非纯电阻电路中，电能转化为内能和其他形式的能。 4.思考并回答： 电功都是 热量都是 5.思考并回答： 6.思考并回答： 说明欧姆定律不适用于非纯电阻电路。 7.总结并回答： 纯电阻电路： 电功＝电热，即 电功率＝热功率，即： 非纯电阻电路： 电功： 电功率： 电热： 热功率： 8.思考。 在前面讨论的基础上理解。 10.思考并回答： （1） （2） （3） （4） 11.总结并完成表格： 规律总结：无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用，功率都可以用，热量都可以用，热功率都可以用，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。 活动意图说明 1. 通过提问1，提出非纯电阻电路的问题，引发学生思考，进而在纯电阻电路的基础上对非纯电阻电路进行分析。 2. 通过讲述2，对比纯电阻电路和非纯电阻电路，帮助学生了解两者的区别所在。 3. 通过提问3，明确两种电路中的能量转化方式。 4. 通过提问4——提问6，从能量的角度讨论两种电路中电流做的功与产生的热量的关系，解释欧姆定律不能适用于纯电阻电路的原因。 5. 通过提问7，从定量计算的角度区分两种电路，帮助学生明晰两种电路在能量转化上的不同。 6. 通过提问8、讲述9和提问10，以电动机为例，具体介绍非纯电阻电路问题的处理方法。区分输入功率、输出功率、热功率等概念，并讨论其定量关系。 7.通过提问11，总结纯电阻电路和非纯电阻电路的区别。 环节五：总结与巩固提升 教师活动5 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 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 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 4．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 学生活动5 1.【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.【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.【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.【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。 活动意图说明 巩固提升本节课内容。 7.板书设计 电路中的能量转化 一、电功（电能转化量） 定义：电场力做功 公式：W = UIt（一切电路） 单位：J 二、电功率（做功快慢） 定义：单位时间电功 公式：P = UI（一切电路） 单位：W 三、焦耳定律（电热） 内容：Q∝I²Rt 公式：Q = I²Rt（一切电路） 四、两类电路 纯电阻：W = Q，电能→内能 非纯电阻：W > Q，电能→内能 + 其他能 8.作业与拓展学习设计 基础层（必做，10 分钟） 计算白炽灯、电烙铁的电功、电功率、电热。 判断纯电阻 / 非纯电阻电路。 提高层（选做，10 分钟） 电动机功率计算：已知 U、I、r，求 P 总、P 热、P 输出。 解释：为什么电动机卡住容易烧坏？ 拓展实践 观察家中 3 种电器，判断能量转化形式，下节课分享。 9.特色学习资源分析、技术手段应用说明 1.多媒体：用 PPT 展示电器实物、能量流向动画，直观区分两类电路。 2.板书推导：关键公式分步板演，强化逻辑链条。 3.生活实例：电吹风、电动机、充电器贯穿课堂，贴近学生经验。 4.对比表格：用表格梳理公式适用条件，降低记忆难度。 10.教学反思与改进 1.成功之处：以生活电器切入，学生参与度高；对比推导突破 “W 与 Q” 难点。 2.存在问题：部分学生仍在非纯电阻中乱用U²/R、I²R计算总功率。 3.改进措施：下次课增加错题辨析环节，用 “先判电路、再选公式” 口诀强化规范；后续课时结合闭合电路继续巩固能量观念。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $