2022-2023學(xué)年人教版必修第三冊 12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化 教案

第12章電能能量守恒定律 第1節(jié)電路中的能量轉(zhuǎn)化教學(xué)內(nèi)容分析《電能能量守恒定律》是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》必修課程必修3模塊中“電路及其應(yīng)用”主題下的內(nèi)容。課程標(biāo)準(zhǔn)要求為：理解電功、電功率及焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產(chǎn)生活中的電熱現(xiàn)象?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)解讀》對課程標(biāo)準(zhǔn)的解讀為：本條目要求學(xué)生理解電功、電功率的概念和物理含義，掌握電功和電功率的計算公式。通過實驗理解焦耳定律，能用焦耳定律計算電路中的電熱，能區(qū)分電功和電熱，能從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度理解非純電阻電路中電功和電熱的關(guān)系，提升學(xué)生用能量的觀點來理解、解釋物理現(xiàn)象的能力。通過分析電流熱效應(yīng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，提升學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力。本節(jié)在電場知識和能量守恒定律基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)電功和電功率、焦耳定律，在電場和電路情境下培養(yǎng)學(xué)生的能量關(guān)系。教材以“問題”引入電功率概念，利用電場知識推導(dǎo)電功表達(dá)式，利用能量守恒定律推導(dǎo)焦耳定律。通過對包含電動機的電路中的能量轉(zhuǎn)化的實例分析，加深對電功和電熱等概念的理解和辨析。學(xué)情分析從知識層面，學(xué)生在初中知道電流做功的含義，了解電功率和焦耳熱的表達(dá)式。在第十章學(xué)習(xí)了電場力做功對應(yīng)電勢能的減少量，本節(jié)從電場力做功理解電流做功的含義。電流做功的實質(zhì)就是恒定電場對電荷做功。學(xué)生在必修二學(xué)習(xí)了各種能量，知道各種能量間通過力做功的途徑實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，有助于學(xué)生理解電能和其他能量間的轉(zhuǎn)化。中學(xué)生喜歡物理實驗探究，對和原有認(rèn)知不同的現(xiàn)象充滿好奇，產(chǎn)生疑問。對于電動機電能轉(zhuǎn)化的教學(xué)可以通過實驗測量電壓和電流，讓學(xué)生經(jīng)歷實驗認(rèn)識非純電阻電路。教學(xué)目標(biāo)學(xué)生通過分析實例，理解電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能是通過電流做功來實現(xiàn)的，加深對功與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的認(rèn)識。學(xué)生推導(dǎo)電功公式和焦耳定律，理解電功、電功率和焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產(chǎn)、生活中的相關(guān)現(xiàn)象。學(xué)生能從能量的轉(zhuǎn)化和守恒角度分析非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化，理解電功和電熱的區(qū)別和聯(lián)系。學(xué)生能聯(lián)系生活中的電風(fēng)扇、空調(diào)、電動機等電器設(shè)備，體會能量轉(zhuǎn)化與守恒思想，增強理論聯(lián)系實際的意識。教學(xué)重難點教學(xué)重點：電功概念的建立和理解教學(xué)難點：分析非純電阻電路（例如電動機）能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系、區(qū)分電功和電熱。教學(xué)方法：講授法、啟發(fā)式教學(xué)、分組討論教學(xué)過程新課引入投影“東北限電”新聞截圖。師：人類生活在一個電的世界中，如果沒有電，世界將會陷入一片黑暗，人們正常的生活將被打亂。電和我們的生活息息相關(guān)，每天我們都在消耗電能。本節(jié)課我們研究電路中的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律。新課教學(xué)1.電功和電功率投影電熱水壺和熱得快用電器圖片，提出問題，問題1：在電熱水壺中，能量是如何轉(zhuǎn)化的？問題2：（投影電熱水器）電熱水器消耗電能，將電能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能。電能是如何轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能的？通過的方法是什么？問題3：電流是如何形成的？方向如何規(guī)定？電荷在恒定電場中運動，電場力對電荷做正功還是負(fù)功？能量是如何轉(zhuǎn)化的？如何理解“電流做功”？師生分析：導(dǎo)體內(nèi)部恒定電場對自由電荷施加電場力，自由電荷在電場力作用下定向移動，電場力對電荷做正功，使電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，這就是電流做功的含義。建立模型求電功：問題4：若電路中電流為I，在時間t內(nèi)通過截面的電荷量是多少？問題5：恒定電場與靜電場性質(zhì)類似。在靜電場中，已知電勢差，如何求靜電力對電荷做功？試求出恒定電場對電荷做的功與電壓、電流的關(guān)系。理論推導(dǎo)：時間t內(nèi)，穿過橫截面的電荷量為q=It在時間t內(nèi)所有電荷移動的距離相同，對于同種均勻材料導(dǎo)體，導(dǎo)線內(nèi)各點電場強度大小相同。因此，電荷初始位置和末位置的電勢差U均相同。則，電場力對電荷做功為W=Uq=UIt歸納總結(jié)：電功W=UIt電功率P=eq\f(W,t)=UI單位：瓦W1W=1J/s=1V·A2.焦耳定律師：當(dāng)電流流經(jīng)導(dǎo)體，導(dǎo)體會產(chǎn)生熱量。導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量遵循物理規(guī)律，這個規(guī)律最先由英國物理學(xué)家焦耳通過實驗總結(jié)得到。（教師結(jié)合PPT介紹焦耳生平和焦耳定律的建立）焦耳簡介：出生富裕家庭、非科班出身、自學(xué)成才；科學(xué)成果不被認(rèn)可，堅持不懈，通過大量實驗測定熱功當(dāng)量，為能量守恒定律的建立奠定堅實的實驗基礎(chǔ).啟示：學(xué)習(xí)焦耳堅忍不拔不放棄的頑強精神、不放棄、不氣餒焦耳實驗介紹：焦耳1840年發(fā)表《關(guān)于伏打電產(chǎn)生的熱》論文，詳細(xì)描述其實驗過程。焦耳用多種金屬導(dǎo)線進(jìn)行實驗，產(chǎn)生的熱量通過水溫度的上升計算。通過實驗發(fā)現(xiàn)了熱量和導(dǎo)線中電流、電阻以及通電時間間的關(guān)系。焦耳定律：文字表述：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量(焦耳熱)跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通過時間成正比(與導(dǎo)體種類無關(guān)).(2)公式：Q=I2Rt(3)熱功率：P熱=I2R單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量3.電路中的能量轉(zhuǎn)化投影圖片：1.電熱毯、熱水器2.洗衣機、電風(fēng)扇等。思考與討論：對于電熱毯，消耗的電能轉(zhuǎn)化為什么能量？對于電風(fēng)扇，電能轉(zhuǎn)化為哪些能量？對于電風(fēng)扇，其用途是用來使電阻發(fā)熱嗎？學(xué)生活動：學(xué)生根據(jù)能量守恒定律分析討論兩類用電器能量轉(zhuǎn)化情況，第一類電能全部轉(zhuǎn)化為熱，第二類大部分轉(zhuǎn)化為機械能，小部分轉(zhuǎn)化為熱。純電阻：電能全部轉(zhuǎn)為內(nèi)能。例如電熱毯、熱水器等。P電=P熱UI=I2R歐姆定律成立，即U=IR。非純電阻：電能轉(zhuǎn)化為焦耳熱和其他形式能量(例如機械能(電動機)和化學(xué)能(電解池))問題：生活中哪些用電器是非純電阻，你能舉出幾個實例嗎？對于電動機，電能轉(zhuǎn)化為機械能與內(nèi)能，UI=P機+I2R歐姆定律不成立，U>IR.例題一電動機的線圈內(nèi)阻0.4Ω.在電動機兩端加220V電壓時，電流是50A.試解決如下問題:(1)計算電流與內(nèi)阻的乘積，并與電動機兩端電壓比較，你有何發(fā)現(xiàn)？(2)求電功率、熱功率和機械功率.(3)若電動機突然發(fā)生故障，停止轉(zhuǎn)動.電功率與熱功率相等嗎？熱功率是多少？(4)電動機發(fā)生故障停止轉(zhuǎn)動，工人師傅會立即跑去關(guān)閉電源.為什么？課堂小結(jié)電功：電場力做功.電功率P=UI焦耳定律：Q=I2Rt熱功率P=I2R電路中的能量轉(zhuǎn)化純電阻：電功=焦耳熱非純電阻：電功=焦耳熱+其他形式能量作業(yè)：“練習(xí)與應(yīng)用”第2題、第3題、第4題板書設(shè)計§12.1電能能量守恒定律電功和電功率電流做功電功W=UIt電功率P=UI焦耳定律Q=I2R