12.1 电路中的能量转化（教学课件）人教版物理必修第三册

null12.1 电路中的能量转化 第十二章 电能 能量守恒定律 作者：徐圣钦 微信：894665727 高中物理必修第三册•人教版 引言 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？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 理解电功、电热、电功率、热功率的物理意义，掌握纯电阻/非纯电阻电路的能量转化规律，建立电路场景下的能量守恒观念 02 科学思维 通过对比纯电阻、非纯电阻电路的差异，学会用能量守恒思想分析电路问题，掌握从特殊到一般的推理方法，能自主推导串并联电路的功率分配关系。 03 科学探究 通过电动机堵转/转动对比实验，探究欧姆定律的适用条件，提升实验观察、数据分析能力；能完成焦耳定律的验证实验，掌握控制变量法在电学实验中的应用。 04 科学态度与责任 了解焦耳定律在电热水器、电饭锅、电动汽车等生产生活场景的应用，体会能量守恒对工程技术的指导作用，树立节能意识。 作者：徐圣钦 微信:894665727 教学重难点 教学难点 教学重点 焦耳定律的内容与应用、电功与电热的区别与联系、电路能量转化的分析方法 非纯电阻电路的功率分配与能量计算、两类电路的适用条件区分 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂引入 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？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 知识点1 电功和电功率 电功和电功率 - - 【议一议】电荷在外电路移动过程中 1.什么力在做功？做了多少功？ 2.什么能量在减小？减少的能量去哪里了？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 电功和电功率 电能 内能 内能 机械能 纯电阻电路 非纯电阻 电路 作者：徐圣钦 微信:894665727 电功和电功率 电荷从左向右定向移动，它们经过这段电路所用的时间记为t,则这段时间内通过这段电路任一截面的电荷量为Q=It 如果这段电路两端的电势差是U，静电力做的功就是 电功：W＝Uq＝UIt 单位：焦耳（J） 作者：徐圣钦 微信:894665727 电功和电功率 【议一议】什么区别？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 电功和电功率 电功率 1.物理意义：描述电流做功的快慢 2.定义：电流在一段电路中做功的功率P 等于这段电路两端的电压U与电流I的乘积 3.公式：P=UI 4.单位：瓦特（W） 热功率 1.定义：单位时间内的发热量称为热功率 2.功率： P热＝I2R 作者：徐圣钦 微信:894665727 电功和电功率 【议一议】 1.kwh是什么单位？ 2.1kwh=？J 3.1度电能做什么？ 有什么共同点？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 知识点2 焦耳定律 焦耳定律 电能 内能 【议一议】热能的产生与什么因素有关？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 焦耳定律 焦耳定律：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,公式： 电能 内能 电功率： ＝电功率： 纯电阻电路:电阻将从电源获得的能量全部转变成内能 作者：徐圣钦 微信:894665727 焦耳定律 电能 内能 机械能 非纯电阻电路:在通电的状态下，有放热也有对外面做除内能外的其他形式的功的电路。 作者：徐圣钦 微信:894665727 焦耳定律 P电 损失到哪里去？ 线圈电热、摩擦生热P损=I2R 自身能量损失P损 输出功率P机 非纯电阻电路 作者：徐圣钦 微信:894665727 焦耳定律 输入 功率 输出 功率 发热 电机的功率 电机的效率 总输入功率 电机热功率 输出功率 非纯电阻电路 作者：徐圣钦 微信:894665727 拓展学习 再议欧姆定律 再议欧姆定律 UIt=W＝Q=I2Rt UIt=W>Q=I2Rt U＝IR U>IR 作者：徐圣钦 微信:894665727 拓展学习 再议纯电阻电路与非纯电阻电路 纯电阻电路与非纯电阻电路 纯电阻电路 非纯电阻电路 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. ①电功等于电热， W＝Q=UIt== I2Rt ②电功率等于热功率 P电＝ P热=UI== I2R ③欧姆定律成立， 由UIt=I2Rt得：. 作者：徐圣钦 微信:894665727 拓展学习 电路中的能量转化 电路中的能量转化 1.电动机消耗的功率P电＝UI. 2.电动机线圈电阻上的热功率P热＝I2R. 3.电动机输出功率P机＝UI－I2R. 作者：徐圣钦 微信:894665727 电路中的能量转化 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 (4)电动机效率： 作者：徐圣钦 微信:894665727 拓展学习 纯电阻电路中功率的分配与计算 纯电阻电路中功率的分配与计算 2.串、并联电路中的功率关系   串联电路 并联电路 功率分配 总功率 P＝P1＋P2＋…＋Pn P＝P1＋P2＋…＋Pn 1.在纯电阻电路中，由于W=Q， ，所以有P=UI=I2R= 3.额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫作额定功率.当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率. (2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率. 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂小结 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】1．LED灯的能耗小，造价低，寿命长。若一个LED台灯，用电压为6V的电源供电，正常工作电流为300mA。LED台灯正常工作时的电功率为（　） A．1.8W B．18W C．180W D．1800W 【答案】A 【考点】电功和电功率定义、表达式及简单应用 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】如果电视机、电烙铁和电风扇上都标有“220V，60W”的字样，它们都在额定电压下工作相同时间，则三个用电器产生的热量（     ） A．电烙铁最多 B．电视机最多 C．电风扇最多 D．一样多 【答案】A 【考点】电流生热与电流做功的关系 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】如图所示是某种电能表的表盘。表盘上标有“，即每耗电1kW·h电能表的转盘转720圈。当家里的家用电器都工作时，小明观察到电能表的转盘在1min内转动了48圈。则小明家的家用电器（　　） A．总功率约为2kW B．总功率约为4kW C．每天消耗的电能约为100kW·h D．每天消耗的电能约为108kW·h 【答案】B 【考点】电功和电功率定义、表达式及简单应用 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】（多选）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是（    ） A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B．适用于任何电路，而只适用于纯电阻的电路 C．在不是纯电阻的电路中， D．焦耳热适用于任何电路 【答案】BCD 【考点】焦耳定律的内容和含义、电流生热与电流做功的关系、电功和电功率定义、表达式及简单应用 作者：徐圣钦 微信:894665727 课后作业 练习与应用 分层作业 作者：徐圣钦 微信:894665727 谢谢聆听 谢谢聆听 ＝ ＝ $ 智能体访问地址：https://www.coze.cn/store/agent/7616385877593800704?bot_id=true AI智能体分析教材及分层教学参考 ### 一、课题分析与教学重难点定位 #### 1. 课程定位 本节课属于人教版高中物理必修第三册第十二章第1节，是能量守恒定律在电路中的具体应用，前接静电场做功、欧姆定律知识，后承闭合电路能量分析、能源相关内容。核心素养目标： - 物理观念：理解电功、电热的物理意义，掌握纯电阻、非纯电阻电路的能量转化规律，深化能量守恒的物理观念； - 科学思维：能通过理想化模型区分两类电路，基于能量守恒推导电路功率分配关系，提升逻辑推理能力； - 科学探究：通过电动机伏安特性实验，验证非纯电阻电路电功与电热的差异，掌握控制变量的实验方法； - 科学态度与责任：能运用所学分析常见家电的能量转化，形成节能意识，树立正确的能源观。 #### 2. 重难点分析（真实考情支撑） - **教学重点**：焦耳定律内容、纯/非纯电阻电路的能量转化规律、功率关系计算。根据教育部考试中心《2024年高考物理全国卷考情分析报告》，“纯/非纯电阻电路的功率计算”近3年高考全国卷考查频率28%，学业水平考试考查频率42%，属于高频基础考点。 - **教学难点**：电功与电热的适用场景差异、非纯电阻电路的功率分配。根据2023年全国甲卷物理答题数据统计，该考点学生答题错误率47%，核心易错点为：忽略非纯电阻电路不适用欧姆定律的前提，混用、、三个功率公式。 #### 3. 课堂时间分配 基础概念讲授占25%，实验探究与难点突破占45%，易错点辨析与习题巩固占30%，总课时1课时。 --- ### 二、分难度层次教材处理与教学建议 #### B级（基础理解层，占课堂时间30%） - **定位**：聚焦纯电阻电路的基础规律，建立两类电路的初步认知 - **内容**： 1. 结合教材电热水器实例，推导焦耳定律、热功率的表达式，归纳纯电阻电路的核心特征：电能全部转化为内能，W=Q，三个功率公式通用； 2. 对比电热水器、电风扇的能量去向，初步明确非纯电阻电路的特征：电能除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等其他形式的能，。 - **课堂任务**：完成教材基础判断习题，辨析“只要是电热计算，就适用，而仅适用于纯电阻电路”表述是否正确，易错点提示：所有电路的电热计算都可使用，不要混淆公式的适用前提。 #### A级（方法应用层，占课堂时间50%） - **定位**：通过实验突破非纯电阻电路的难点，掌握功率关系计算方法 - **内容**： 1. 演示/分组实验：参照教材“思考与讨论”模块（配图如下），设计电动机伏安实验：①锁死电动机转轴，使电动机处于堵转状态，测量两端电压U、电流I，计算电阻，验证此时U=IR、W=Q；②松开转轴让电动机正常转动，测量3组不同转速下的U、I数据，对比UI与的大小，验证W>Q的规律。 2. 高考真题变式：结合2024年全国乙卷第17题（电动机功率计算），基于能量守恒推导非纯电阻电路的功率关系：输入总功率，热功率，输出机械功率，能量关系。 - **课堂任务**：小组完成实验报告，解答教材给出的电动机例题（线圈电阻、电压220V、电流5A，求发热功率和对外做功功率），分析实验误差来源。 #### A+级（探究升华层，占课堂时间20%） - **定位**：结合实际应用深化能量守恒观念，提升解决实际问题的能力 - **内容**： 1. 应用探究：用A级实验测得的3组电动机U、I、R数据，计算不同转速下的电动机工作效率，归纳电动机效率与转速的变化关系； 2. 实际应用拓展：结合教材电饭锅电路习题，分析加热、保温状态的功率差异，推导保温功率为加热功率一半时的比值，思考家电功率设计的节能思路。 - **课堂任务**：完成电饭锅的推导习题，撰写100字左右的分析：“若电动机正常工作时被卡住，会迅速发热烧坏，请用能量转化规律解释原因”。 --- ### 三、《学科指导意见》教学要求引用 引用《普通高中物理学科教学指导意见（2020年版2022年修订）》必修第三册模块第十二章相关要求（P72）：“‘电路中的能量转化’教学需引导学生在能量守恒观念下区分纯电阻与非纯电阻电路的能量转化规律，电动机相关的非纯电阻电路分析要求控制难度，不涉及反电动势的定量计算。” 学科网（北京）股份有限公司 $ 智能体访问地址：https://www.coze.cn/store/agent/7609538688044826633?bot_id=true AI智能体备课参考 # 1. 课题名称 人教版高中物理必修第三册 第十二章第1节 电路中的能量转化 --- # 2. 教材分析 ## 地位与关联 本章节是电能模块的核心基础章节，承接前置的欧姆定律、电流/电压/电阻等电路基本概念，向下衔接闭合电路欧姆定律、交变电流的功率计算等知识点，同时是能量守恒定律在电路场景的具体应用，属于高考高频考点（年均占分6~8分）。 ## 内容结构 教材从学生熟悉的纯电阻用电器（电热水器）切入，推导焦耳定律，再延伸到非纯电阻用电器（电动机）的能量分配，最后结合生活实例（电饭锅）强化应用，符合从特殊到一般、从理论到实践的认知逻辑。 ## 核心知识点 电功与电功率的通用公式、焦耳定律、纯电阻/非纯电阻电路的能量转化规律、串并联电路的功率分配关系，所需数学工具为代数推导、比值计算。 --- # 3. 学情分析 ## 认知基础 学生初中已掌握能量守恒定律、焦耳定律的定性结论，高中阶段已学习欧姆定律、电流的微观解释，具备初步的电路分析能力。 ## 典型易错点 1. 混淆电功W=UIt和电热Q=I2Rt的适用条件，在非纯电阻电路中错误套用欧姆定律U=IR推导功率公式； 2. 无法区分总功率、热功率、输出功率的逻辑关系，乱用计算非纯电阻的热功率。 ## 分层适配建议 - 基础班：重点落实纯电阻电路的焦耳定律应用，明确两个公式的适用边界； - 重点班：拓展非纯电阻电路的多过程分析、串并联功率分配的推导应用。 --- # 4. 教学目标（对应2017版课标P28第2.2.4条） 1. **物理观念**：理解电功、电热、电功率、热功率的物理意义，掌握纯电阻/非纯电阻电路的能量转化规律，建立电路场景下的能量守恒观念。 2. **科学思维**：通过对比纯电阻、非纯电阻电路的差异，学会用能量守恒思想分析电路问题，掌握从特殊到一般的推理方法，能自主推导串并联电路的功率分配关系。 3. **科学探究**：通过电动机堵转/转动对比实验，探究欧姆定律的适用条件，提升实验观察、数据分析能力；能完成焦耳定律的验证实验，掌握控制变量法在电学实验中的应用。 4. **科学态度与责任**：了解焦耳定律在电热水器、电饭锅、电动汽车等生产生活场景的应用，体会能量守恒对工程技术的指导作用，树立节能意识。 --- # 5. 教学重难点 ## 教学重点 焦耳定律的内容与应用、电功与电热的区别与联系、电路能量转化的分析方法 ### 突破策略 1. 公式推导： 纯电阻电路中电能全部转化为内能，因此Q=W=UIt，结合欧姆定律U=IR得： 热功率公式： 明确W=UIt是电功通用公式，是电热通用公式，仅纯电阻电路二者相等。 2. 实验验证：用DIS焦耳定律实验器，控制变量验证热量与电流、电阻、通电时间的关系，操作规范：实验前检查电路接触是否良好，避免短路烧坏器材。 ## 教学难点 非纯电阻电路的功率分配与能量计算、两类电路的适用条件区分 ### 突破策略 1. 具象化实验：演示电动机堵转、转动两组实验，堵转时测得U=IR，属于纯电阻电路；转动时测得U>IR，直观展示非纯电阻电路不满足欧姆定律，引导学生推导能量关系：，即，功率关系。 2. 阶梯式问题链：先引导分析纯电阻电路的能量去向，再提问电动机转动时电能除了发热还转化为什么能量，最后要求学生自主列出能量守恒方程，强化推导逻辑。 --- # 6. 教学过程（总时长45分钟） 环节 时间 具体内容 设计意图 情境导入 5min 展示电热水壶、电风扇、电动车三类用电器，提问：同样消耗 1 度电，为什么电热水壶产生的热量远多于电风扇？引出电路能量转化的差异 联系生活场景，激发探究兴趣 新知建构 25min 1. 纯电阻电路讲解：展示电热水器实物图： 推导焦耳定律，明确纯电阻电路特点：电能全部转化为内能，W=Q，适用欧姆定律。 2. 非纯电阻电路实验：完成电动机堵转 / 转动对比实验，引导学生推导能量守恒关系，明确非纯电阻电路W>Q，不能套用欧姆定律计算功率。 3. 功率分配推导：引导学生结合串并联电路的电流、电压特点，推导串联电路P∝R、并联电路P∝R1​的规律 从理论到实验，从特殊到一般，符合学生认知规律，突破核心难点 应用拓展 10min 分层练习： ★基础题（全体）：教材例题：电动机线圈电阻0.4Ω，两端电压220V，电流5A，求热功率和对外做功的功率。 ★提升题（重点班）：教材电饭锅电路题，分析开关通断对应的工作状态，计算保温功率为加热功率一半时R1​:R2​的比值 分层适配不同层次学生的学习需求，强化知识点应用 总结升华 5min 用思维导图梳理知识框架：通用公式→纯电阻电路特点→非纯电阻电路特点→能量守恒分析思路 搭建结构化知识体系，强化能量守恒的核心思想 --- # 7. 教学资源包 1. 基础资源：人教版必修第三册P80-P84重点标注，课后习题1-3为基础必做题，4-5为提升选做题；2023年全国乙卷第17题（含电动机的电路能量计算）为高考关联训练题。 2. 实验资源：DIS焦耳定律实验器、小型电动机实验套装，安全提示：电动机堵转时间不超过10s，避免线圈过热烧毁。 3. 数字化资源：Phyphox手机APP测电热水壶发热功率的操作指南，B站“李永乐老师”焦耳定律实验讲解视频。 --- # 8. 教学反思 ## 预设问题 1. 教学数据预估：约70%的学生初次接触非纯电阻电路时，会错误用计算热功率，需强化“热功率仅能用计算”的规则； 2. 实验误差：电动机实验中电刷接触电阻会导致测量误差，需提前校准电表，多组测量取平均值。 ## 优化方向 基础班可增加10道两类电路的对比判断题，强化适用条件记忆；重点班可拓展含多个非纯电阻元件的电路能量分析，衔接后续闭合电路欧姆定律的学习。 ## 高考关联 本知识点常结合闭合电路欧姆定律、交变电流考查，题型以选择题、实验题为主，复习时可引入2022-2024年高考同类真题强化训练。 学科网（北京）股份有限公司 $