第三章 恒定电流 第3节 焦耳定律

第三章恒定电流

第3节焦耳定律

【教学目标】

1.知识与技能

（1）理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。了解实际功率和额定功率。

（2）了解电功和电热的关系。了解公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的适应条件。

（3）知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。

（4）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。

2.过程与方法：通过有关实例，让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。

3.情感态度价值观：通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性。

【教学重点】区别并掌握电功和电热的计算。

【教学难点】主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识，接受起来比较困难。【教学方法】探究、讲授、讨论、练习

【课时安排】1课时

【教学过程】

新课问题导入：

提出问题1——通过前面的学习，可知导体内自由电荷在电场力作用下

发生定向移动，电场力对定向移动的电荷做功吗？

做功，而且由于电荷是在电场力作用下正电荷由高电势移向低电势，

负电荷由低电势移向高电势，所以电场力在电源外面的电路中做正功。

提出问题2——电场力做功将引起能量的转化，使电能转化为其他形式能，请举出一些大家熟悉的例子。

如电动机将电能→机械能；电热器将电能→内能，电解槽将电能→化学能。

我们把这些通过电场力做正功将电能转化为其他形式的能的元件叫做

用电器。本节课将重点研究电路中用电器的能量转化问题。

【板书】一、电能

【板书】1、用电器——通过电场力做正功将电能转化为其他形

式能的元件

电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的过程，消耗了多少电能，电流就做

了多少功。从微观上看，当接通电路时，电路内就建立起了电场，自由电荷在电场力

的作用下定向运动而形成电流，这时电场力对自由电荷做了功，就是我们常说的电功。

【板书】2、电功（定义）：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。

从能量角度上看，电能（电势能）通过电流做功转化为其他形式能。我们在上一章里学过电场力对电荷的功，若电荷q 在电场力作用下从A 搬至B ，且AB 两点间电势差恒为U AB ，则电场力做功W=qU AB 。对于一段导体而言，两端电势差恒为U ，把电荷q 从一端搬至另一端，电场力的功W=qU ，在导体中形成电流，且q=It ，（在时间间隔t 内搬运的电量为q ，则通过导体截面电量为q ，I=q/t ），因此电功W = qU = UIt 。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。

【板书】3、电功：W = qU = UIt （计算电功的普遍适用．．．．的公式） 表达式的物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压、电路中电流和通电时间成正比。适用条件：I 、U 不随时间变化——恒定电流。单位：电流单位用安培（A ），电压单位用伏（V ），时间单位用秒（s ），则电功的单位是焦耳（J ）。 电流做功不仅有大小之分，还有快慢之分。电流做功（或消耗电能）的快慢用电功率P 来表示。单位时间内电流做的功叫电功率P W t

UI ==。 【板书】4、电功率：P W t

UI ==（计算电功率的普遍适用．．．．的公式） 表达式的物理意义：电路上的电功率大小等于这段电路两端电压和电路中电流的乘积。适用条件：I 、U 不随时间变化——恒定电流。单位：功的单位用焦耳（J ），时间单位用秒（s ），功率单位为瓦特（W ）。1W=1J/s

这里应强调说明：推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。再者，这里W=IUt 是电场力做功，是消耗的总电能，也是电能所转化的其他形式能量的总和。

【板书】5.额定功率和实际功率

电功率是衡量用电器电流做功快慢，或者说衡量其消耗电能的快慢程度。电功率越大，该用电器在同一时间内消耗电能越多。为了使用电器安全、正常地工作，对用电器工作电压和功率都有规定数值。在家用电器或工厂电器设备的铭牌上，都标有该设备正常工作的额定电压和额定电功率。

【板书】① 额定功率：用电器在正常工作的条件下所加的电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率，流经它的电流就是它的额定电流。

一般说来，用电器电压不能超过额定电压，但电压低于额定电压时，用电器功率不是额定功率，而是实际功率。

【板书】②实际功率P=UI ，U 、I 分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。

看课本P59页图，洗衣机的铭牌的参数：牌上标明最大电流10A ，而对应可算出其最大工作功率为2200W ；不同工作状态下有不同的额定电流，洗涤时不需要用到10A 的电流，所以其洗涤的正常功率小于最大功率。同时，由于机器经常在实际电压低于额定电压，如夏天用电高峰时的电灯电压只有不到200V ，则此时的灯光昏黄，实际功率低于额定功率。

过渡：初中我们已经由实验探究过，电流在通过导体时，导体一般都会产生一定的热量，电能转化为内能。这就是电流的热效应，描述它的定量规律是焦耳定律。

【板书】二、电热：电流通过电阻时产生的热叫电热

【板书】1. 焦耳定律：Q = I 2 R t （计算电热的普遍适用．．．．

的公式） 为什么电流通过导体会产生焦耳热呢？这是因为当导体内的电子在电场力作用下做定向运动时，会与金属离子不断碰撞，碰撞时把一部分动能传递给离子，使离子的热运动加剧，导致导体发热。显然，电流越大，电阻越大，时间越长，碰撞就越频繁、剧烈，发热就越多。

电流通过导体发热同样有快慢之分。电流通过导体发热的快慢用热功率P 来表示。单位时间内产生的电热称为热功率P 热=Q/ t = I 2R 。

【板书】2. 热功率：P 热=Q/ t = I 2R （计算热功率的普遍适用．．．．

的公式） 【板书】三、电功与电功率和电热与热功率的比较

如果电流所做的电功与产生的热量相等，即电能完全转化为内能，我们把这样的用电器叫做纯电阻（如电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、 白炽灯泡、电动机不转时等）。只含有纯电阻的电路称为纯电阻电路。

【板书】1. 纯电阻电路：电功W=电热Q

Q=I 2

Rt=I· IRt=IUt=W 可以推出U=IR （欧姆定律）即欧姆定律只能适用于纯电阻。 在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W=UIt=I 2

Rt =R U 2

t 是通