焦耳定律电路中的能量转化教案(教科版选修31)

6焦耳定律电路中的能量转化

(教师用书独具)

●课标要求

1．知道焦耳定律．

2．了解焦耳定律在生活和生产中的应用．

●课标解读

1．了解用电器的作用是把电能转化为其他形式的能．

2．理解电功、电功率的概念、公式、物理意义．了解实际功率和额定功率．

3．理解焦耳定律，会根据焦耳定律计算用电器产生的电热．了解电功和电热的关系．了解公式Q＝I2Rt(P＝I2R)、Q＝U2t/R(P＝U2/R)的适用条件．

4．知道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系，电功大于电热．能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题．

●教学地位

本节知识是本章的重点，也是难点，其中电路中的功率问题分析也是高考命题的热点．

(教师用书独具)

●新课导入建议

日常生活中，我们经常要用到各种家用电器，例如用电熨斗熨衣服、用电热器烧水、取暖、用电风扇乘凉等．那么电热器烧水时是电能转化为哪种形式的能？电风扇乘凉时又是电能转化为哪种形式的能？能量转化过程中又有什么规律呢？带着这些问题，进入今天的学

习．

●教学流程设计

课前预习安排：

1．看教材2.填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)步骤1：导入新课，本节教学地位分析步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)

步骤7：师生互动完成“探究3”(方式同完成“探究1”相同)步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)步骤5：让学生完成【迁移应用】检查完成情况并点评步骤4：教师通过例题讲解电功能和电热的区别

步骤8：完成“探究4”(重在讲解规律方法技巧)步骤9：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况步骤10：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】

电功 电功率

1.(1)电功

①概念：电场力移动电荷所做的功． ②公式：W ＝qU ＝UIt . ③单位：焦耳，符号J. (2)电功率

①物理意义：表示电流做功快慢的物理量． ②定义：电流所做的功与做这些功所用时间的比值． ③公式：P ＝W

t ＝IU .

④单位：瓦特，符号W. 2．思考判断

(1)功率是1千瓦的空调正常工作一小时所消耗的电功是1 J ．(×)

(2)电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．(√)

(3)用电器的电功率越大，电流做功越多．(×) 3．探究交流

注意一下家里用电器的铭牌，如果电视机的铭牌上写着“100 W”，计算一下，电视机多长时间能用一度电？

【提示】 根据电功与电功率的关系可以计算，电视机10个小时会用掉一度电.

焦耳定律 热功率 1.(1)焦耳定律

①内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比．

②公式：Q ＝I 2Rt . ③单位：J.

④应用：工业上的电烙铁电烤箱等；生活中的电暖气、电炉、电熨斗、电饭锅等． (2)热功率

①概念：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值．

②公式：P 热＝Q

t ＝I 2R .

2．思考判断

(1)电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能．(√)

(2)根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的．(×)

(3)在非纯电阻的电路中UI ＜I 2R .(×) 3．探究交流

为什么说欧姆定律只适用于纯电阻电路？在非纯电阻电路中U 、I 、R 三者之间又有怎样的关系呢？

【提示】 这是因为在纯电阻电路中，通过电流做功电能被全部转化成了内能，即此时电功等于电热，也就是UIt ＝I 2R t ，可见此时欧姆定律I ＝U

R 成立；而在非纯电阻电路中电功

大于电热，即UIt ＞I 2Rt ，所以此时U 、I 、R 三者之间的关系为U ＞IR (I ＜U

R

).

电路中的能量转化

1.(1)内电路中的能量转化

①电源：通过各种作用，将其他形式的能转化为电能，转化功率P ＝IE . ②内阻：通过电流做功将一部分电能转化为内阻的内能，即P 内＝I 2r .

(2)外电路上的能量转化：通过电流做功将电源输出的电能转化为其他形式的能，即P 外

＝UI .

(3)两者之间的关系：由能量守恒定律可知P ＝P 内＋P 外，即EI ＝I 2r ＋UI ，进一步化简可得E ＝U ＋Ir ，可见闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的具体表现．

2．思考判断

(1)电动机是非纯电阻用电器，所以在任何情况下，都不能将电能全部转化为内能．(×) (2)在使用电源时，绝对不可以让电源短路，以免造成电源的损坏，甚至引起火灾．(√)

3．探究交流

同学们想一下，以下几个组合在纯电阻电路和非纯电阻电路中分别表示什么意义？ (1)qU (2)UIt

(3)I 2Rt

(4)U 2R

t 【提示】 在纯电阻电路中以上几个公式既可以求电功，也可以求电热，即此时W ＝Q ＝qU ＝UIt ＝I 2Rt ＝

U 2R t .而在非纯电阻电路中求电功只能用(1)(2)，求电热只能用(3)，U 2

R

t 既不

能求电功也不能求电热.

电功和电热的区别

1．电动机和电炉分别接入电路中，都能用欧姆定律计算电流吗？ 2．电冰箱工作时，电能全部转化为内能吗？ 3．电功和电热在什么情况下是相等的？ 1．两种电路的比较 两种电路

较内容

纯电阻电路

非纯电阻电路

元件特点 电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用

器

欧姆定律 服从欧姆定律I ＝U

R

不服从欧姆定律：U >IR 或I

R

能量转化 电流做功电能全部转化为电热 电流做功电能除转化为内能外还要转化为其他形的能

元件举例

电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等

W ＝UIt ――→纯电阻电路

全部转化为Q ＝I 2Rt

公式关系―→UIt ＝I 2Rt 或UI ＝I 2R U ＝IR

扩展关系―→UIt ＝I 2Rt ＝

U 2R ·t 或UI ＝I 2

R ＝U 2

R

W ＝UIt ――→非纯电阻电路

转化为Q ＝I 2Rt 其他形式的能

公式关系―→UIt >I 2Rt U >IR 或UI >I 2R

不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都用W ＝UIt ，功率都用P ＝UI ，热量都用Q ＝I 2Rt ，热功率都用P ＝I 2R ，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路．