新教材人教版高中物理必修第三册第十二章电能能量守恒定律 教案教学设计

第十二章电能能量守恒定律1.电路中的能量转化....................................................................................................... - 1 -2.闭合电路欧姆定律....................................................................................................... - 6 -3.实验：电池电动势和内阻的测量............................................................................. - 11 -4.能源与可持续发展..................................................................................................... - 20 -1.电路中的能量转化【教学目标】1．理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质．2．理解焦耳定律的概念，会区分纯电阻电路和非纯电阻电路．3．理解电功率和热功率．4．会从能量转化与守恒角度看电路中的能量转化．【重点难点】1．理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质．(重点)2．理解电功和电热的区别，会区分纯电阻电路和非纯电阻电路．(难点)3．理解电功率和热功率．(重点)4．会从能量转化与守恒角度看电路中的能量转化．(难点)【教学准备】教学课件，用电器（带有铭牌）【教学过程】一、导入新课初中我们学习了家庭电路有关的知识，了解了各种用电器在使用的过程中，是把电能转化为其他形式的能量。

这个过程是通过电流做功来实现的。

那么电流做功的实质又是什么呢？二、新课教学1.电功和电功率我们知道电流是电荷定向移动产生的，那电流在做功的时候，就是静电力在做功；导体中的恒定电场对自由电荷的静电力使自由电荷做定向移动，电势能减少，其他形式的能量增加。

电路中电荷沿着一个方向定向移动，他们经过这段电路的时间记为t 。

根据已学的知识，在这段时间内通过这段电路任意界面的电荷量为It q =如果这段电路两端电势差为U ，静电力做的功就是UIt Uq W ==单位：国际单位制单位焦耳，符号J 。

电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率，用P 表示，由t W P =，进而得到UI P =单位：瓦特，符号W 。

公式表示，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。

2.焦耳定律根据能量转化过程中的守恒，电能转化为其它能量的时候，分为两种电路：纯电阻电路和非纯电阻电路。

纯电阻电路：电路中只有电阻元件（电阻、电烙铁、白炽灯）非纯电阻电路：电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式能的用电器（电动机、吹风机）当计算非纯电阻电路时：Q UIt W >=当计算纯电阻电路时：Rt I W Q 2==即，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。

由于W Q =,所以此时电功率t Q t W P ==就是电流通过导体发热的功率R I P 2=热所以，电路中产生的电热与电阻有关Rt I Q 2=3.电路中的能量转化同学们来观察用电器的铭牌，可以看出来，每个用电器的铭牌上都标着用电器的额定功率。

若电动机的消耗的功率为电P ，电动机对外输出功率为机P ，另外电动机在工作时也会有能量损失，对应的功率为损P ，他们之间满足损机电PP P += 若电机两端的电压为U ，通过电动机线圈的电流为I ，UI P =电电动机工作一段时间后，外壳是热的，说明工作时有电能转化为内能。

若电动机线圈的电阻为R ，则R I P 2=热综上，损热P P =三、课堂小结这堂课学习了有关电功和电功率的公式，从纯电阻电路和非纯电阻电路两个角度分析。

【课堂练习】例1.一电饭煲和一洗衣机并联接在输出电压为220 V 的交流电源上，均正常工作。

用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A ，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A ，则下列说法正确的是( )A.电饭煲的电阻为44Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440ΩB.电饭煲的电功率为1555 W ，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC.1 min 内，电饭煲消耗的电能为46.610J ⨯，洗衣机消耗的电能为36.610J ⨯D.电饭煲发热功率是洗衣机发热功率的10倍答案：C解析：电饭煲电阻44U R I ==Ω，电功率1100W P UI ==，每分钟消耗的电能46.610J E UIt ∆==⨯；洗衣机电动机线圈电阻无法确定，也无法确定其发热功率，洗衣机电功率110W P UI ''==，每分钟消耗的电能36.610J E UI t ''∆==⨯，故选项C 正确，ABD 错误。

例2.对电功及焦耳定律公式的理解正确的是( )A.焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解B.电功公式W UIt =、焦耳定律公式2Q I Rt =都适合于任何电路，因此W 一定等于QC.非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热D.电功的另一表达式2U W t R=只适用于纯电阻电路 答案：AD解析：任何电路的焦耳热的求解都可用焦耳定律求解，A 正确；B 选项中的两个公式均适合于任何电路，但W 不一定等于Q ，B 错误；非纯电阻电路中的电功一定大于焦耳热，C 错误；2U W t R=只适用于纯电阻电路，D 正确。

例3.扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，如图为某扫地机器人，已知其电池容量2000mA h ⋅，额定工作电压15V ，额定功率30W ，则下列说法正确的是( )A ．扫地机器人的电阻是10ΩB ．扫地机器人正常工作时的电流是2AC ．题中“m A h ⋅”是能量的单位D ．扫地机器人充满电后一次工作时间约为4h答案：B解析：A. 扫地机器人是非纯电阻用电器，欧姆定律不适用，无法计算扫地机器人的电阻，故A 错误；B. 由可得,扫地机器人正常工作时的电流：，故B 正确；C.mA 是电流的单位，h 是时间的单位，由可知，“m A h ⋅”是电荷量的单位，故C 错误；D. 由可得,扫地机器人充满电后一次工作时间：，故D 错误。

例4.一个直流电动机所加电压为U ，电流为I ，线圈内阻为R ，当它工作时，下述说法中错误的是（ ）A ．电动机的输入功率为IUB ．电动机的发热功率为2I RC ．电动机的输出功率为2IU I R ﹣D ．电动机的功率可写作22U IU I R R == 答案：D解析：A 、电动机的总功率为P=UI ，故A 正确；B 、电动机的发热功率，根据焦耳定律：2P I R =热．故B 正确．C 、电动机的输出功率为：2P P P UII R ==出热﹣﹣．故C 正确． D 、因为P P 热＞，即2UI I R U IR ＞，＞，欧姆定律不适用．故22U UI I R R ≠≠,故D 错误 【板书设计】第1节 电路中的能量转化电功：UIt Uq W ==电功率：UI t Q t WP ===电热： 非纯电阻电路时：Q UIt W >=纯电阻电路时：Rt I W Q 2==热功率：R I P 2=热在非纯电阻电路中：UIt W =、UI P =、损机电PP P +=2.闭合电路欧姆定律【教学目标】1．会从能的守恒和转化定律推导出闭合电路的欧姆定律．2．理解内、外电压，理解闭合电路的欧姆定律．3．会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，会进行相关的电路分析和计算.【重点难点】1．会从能的守恒和转化定律推导出闭合电路的欧姆定律．（难点）2．理解内、外电压，理解闭合电路的欧姆定律．（难点）3．会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，会进行相关的电路分析和计算.（重点）【教学准备】教学课件，电池、小灯泡、开关、导线。

【教学过程】一、导入新课演示实验1：多个小灯泡并联在两节旧干电池上，闭合开关后，一段时间后，灯泡和干电池都会发热。

演示实验2：一个小灯泡串联在两节干电池上，另外四个小灯泡并联在两节干电池上，观察两组小灯泡的亮度。

想一想，实验1中为什么干电池也会发热？实验2中为什么一个小灯泡要比四个小灯泡明显亮？二、新课教学如下图，导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路，分为内电路和外电路。

1. 外电路定义：用电器、导线组成外电路，也就是电源之外的电路部分。

电流方向：在外电路中，电流的方向为从电源的正极流向负极，沿电流方向电势降低2. 内电路定义：电源内部的电路。

电流方向：在内电路中，电流的方向为从电源的负极流向正极，沿电流方向电势升高。

3. 电动式①在电源内部，存在着由正极指向负极的电场。

在这个电场中，静电力阻碍正电荷向正极移动。

因此，在电源内部要使正电荷向正极移动，就一定要有一种与静电力方向相反的力作用于电荷才行。

我们把这种力叫作非静电力。

也就是说，电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，这种非静电力在做功，使电荷的电势能增加。

从能量转化的角度看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。

②我们用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫作电动势。

电动势在数值上等于非静电力吧1C 的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。

如果移动电荷量q 时非静电力所做的功为W ，那么，电动势E 表示为q WE =电动势由电源中非静电力的特性决定，跟外电路无关。

4. 闭合电路欧姆定律及其能量分析在初中我们所学到的部分电路欧姆定律为R UI =通过刚才的实验，我们发现电路在通电一段时间后，电源也会发热。

根据上一节课学到的焦耳定律，我们不难推测出，电源内部也是有电阻的。

既然电源也有电阻，电源的内阻用r 表示，那么一定也适用于部分电路欧姆定律，即r U I 内=对于电源来说，因非静电力做功将其他形式的能转化为电能，转化的数值与非静电力做的功相等。

时间t 内电源输出的电能为EIt Eq W ==如果从能量守恒的角度来看，外内W W W +=将外电路电阻和内阻带入上式有：It U W 内内=，It U W 外外=进而：It U It U EIt 外内+=外内U U E +=根据焦耳定律我们又可以得出rt I W 2=内，Rt I W 2=外进而：rt I Rt I EIt 22+=Ir IR E +=整理得：r R EI +=上式表示：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。

这个结论叫作闭合电路的欧姆定律。