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1、2022年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三3.3《焦耳定律》 WORD教案2
【教學(xué)目的】
(一)知識與技能
1.理解電功、電功率的概念,公式的物理意義。了解實(shí)際功率和額定功率。
2.了解電功和電熱的關(guān)系。了解公式Q=I2Rt(P=I2R)、Q=U2t/R(P=U2/R)的適應(yīng)條件。
3.知道非純電阻電路中電能與其他形式能轉(zhuǎn)化關(guān)系,電功大于電熱。
4.能運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)解決簡單的含電動(dòng)機(jī)的非純電阻電路問題。
(二)過程與方法
通過有關(guān)實(shí)例,讓學(xué)生理解電流做功的過程就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程。
(三)情感態(tài)度與價(jià)值觀
通過學(xué)習(xí)進(jìn)一步體會(huì)能量守恒定律的普遍性。
二、
2、教學(xué)重點(diǎn):區(qū)別并掌握電功和電熱的計(jì)算。
三、教學(xué)難點(diǎn):主要在學(xué)生對電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系缺乏感性認(rèn)識,接受起來比較困難。
【教學(xué)媒體】
【教學(xué)安排】
【新課導(dǎo)入】
問題導(dǎo)入:
提出問題1——通過前面的學(xué)習(xí),可知導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場力作用下發(fā)生定向移動(dòng),電場力對定向移動(dòng)的電荷做功嗎?(做功,而且由于電荷是在電場力作用下正電荷由高電勢移向低電勢,負(fù)電荷由低電勢移向高電勢,所以電場力在電源外面的電路中做正功)
提出問題2——電場力做功將引起能量的轉(zhuǎn)化,使電能轉(zhuǎn)化為其他形式能,請舉出一些大家熟悉的例子。(如電動(dòng)機(jī)將電能→機(jī)械能;電熱器將電能→內(nèi)能,電解槽將電能→化學(xué)能。)
我們把
3、這些通過電場力做正功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的元件叫做用電器。
本節(jié)課將重點(diǎn)研究電路中用電器的能量轉(zhuǎn)化問題。
【新課內(nèi)容】
1. 電功
教師邊講授邊板書:1、用電器——將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能
2、電功
(1)定義:電路中電場力對定向移動(dòng)的電荷所做的功,簡稱電功,通常也說成是電流的功。
(2)實(shí)質(zhì):能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律在電路中的體現(xiàn)。
電能通過電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式能。我們在上一章里學(xué)過電場力對電荷的功,若電荷q在電場力作用下從A搬至B,且AB兩點(diǎn)間電勢差恒為UAB,則電場力做功W=qUAB。
對于一段導(dǎo)體而言,兩端電勢差恒為U,把電荷
4、q從一端搬至另一端,電場力的功W=qU,在導(dǎo)體中形成電流,且q=It,(在時(shí)間間隔t內(nèi)搬運(yùn)的電量為q,則通過導(dǎo)體截面電量為q,I=q/t),所以W=qU=ItU。這就是電路中電場力做功即電功的表達(dá)式。
(3)表達(dá)式:W=IUt
說明:①表達(dá)式的物理意義:電流在一段電路上的功,跟這段電路兩端電壓、電路中電流和通電時(shí)間成正比。
②適用條件:I、U不隨時(shí)間變化——恒定電流。
(4)單位:電流單位用安培(A),電壓單位用伏(V),時(shí)間單位用秒(s),則電功的單位是焦耳(J)。
(5)電功率
電流做功不僅有多少之分,還有快慢之分,電流做功的快慢叫做電功率。即單位時(shí)間內(nèi)電流做功的多少。請推導(dǎo)電
5、功率的表達(dá)式。(P=W / t= U I t / t=U I )
u 表達(dá)式:P=UI—電路上的電功率大小等于這段電路兩端電壓和電路中電流的乘積。
②單位:功的單位用焦耳(J),時(shí)間單位用秒(s),功率單位為瓦特(W)。1W=1J/s
這里應(yīng)強(qiáng)調(diào)說明:推導(dǎo)過程中沒用到任何特殊電路或用電器的性質(zhì),電功和電功率的表達(dá)式對任何電壓、電流不隨時(shí)間變化的電路都適用。再者,這里W=IUt是電場力做功,是消耗的總電能,也是電能所轉(zhuǎn)化的其他形式能量的總和。
4.額定功率和實(shí)際功率
電功率是衡量用電器電流做功快慢,或者說衡量其消耗電能的快慢程度。電功率越大,該用電器在同一時(shí)間內(nèi)消耗電能越多。為了
6、使用電器安全、正常地工作,對用電器工作電壓和功率都有規(guī)定數(shù)值。在家用電器或工廠電器設(shè)備的銘牌上,都鐫刻有該設(shè)備正常工作的額定電壓和額定電功率。
③ 額定功率:用電器正常工作時(shí)所需電壓叫額定電壓,在這個(gè)電壓下消耗的功率稱額定功率。
一般說來,用電器電壓不能超過額定電壓,但電壓低于額定電壓時(shí),用電器功率不是額定功率,而是實(shí)際功率。
④實(shí)際功率P=IU,U、I分別為用電器兩端實(shí)際電壓和通過用電器的實(shí)際電流。
讀書P56/洗衣機(jī)的銘牌的參數(shù):牌上標(biāo)明最大電流10A,而對應(yīng)可算出其最大工作功率為2200W;不同工作狀態(tài)下有不同的額定電流,洗滌時(shí)不需要用到10A的電流,所以其洗滌的正常功率小
7、于最大功率。同時(shí),由于機(jī)器經(jīng)常在實(shí)際電壓低于額定電壓,(如夏天用電高峰時(shí)的電燈電壓只有不到200V,則此時(shí)的燈光昏黃,實(shí)際功率低于額定功率。
2. 電熱
初中我們已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)探究過,電流在通過導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體要發(fā)熱,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。這就是電流的熱效應(yīng),描述它的定量規(guī)律是焦耳定律。
很多同學(xué)都會(huì)認(rèn)為,W=IUt,電流做這么多功,把相應(yīng)的電能轉(zhuǎn)換成內(nèi)能(即為放出熱量)Q=W=UIt。這里有一個(gè)錯(cuò)誤,大家能發(fā)現(xiàn)嗎?(學(xué)生討論)
錯(cuò)在Q=W,電流做功一定都把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能增量嗎?有沒有可能同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式能?所以電功與電熱是兩個(gè)不同的概念。公式不能隨便亂用。那么電熱該用是什么公式計(jì)算呢?
8、
英國物理學(xué)家焦耳,經(jīng)過長期實(shí)驗(yàn)研究后提出焦耳定律。
板書:2、電熱:電流熱效應(yīng)(電流經(jīng)過導(dǎo)體時(shí)導(dǎo)體要發(fā)熱)
(1)焦耳定律內(nèi)容:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量,跟電流的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比。
(2)表達(dá)式:Q=I2Rt
為什么電流通過導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生焦耳熱呢?
這是因?yàn)榻饘僦凶杂呻娮釉陔妶隽ψ饔孟露ㄏ蛞苿?dòng),由于電場做功,電子動(dòng)能增加,但不斷地與晶格(原子核點(diǎn)陣)碰撞,不斷把能量傳給晶格,使晶格中各粒子在平衡位置附近的熱運(yùn)動(dòng)加劇,從而溫度升高。
同樣的,(3)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電熱稱為熱功率P=I2R。
3. 電功與電功率和電熱與熱功率的比較:
(1) 純電阻電路中
如果電
9、流做功使電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,我們把這樣的用電器叫做純電阻,對于純電阻,有Q=I2Rt=I· IRt=IUt=W可以推出U=IR(歐姆定律)即歐姆定律只能適用于純電阻(金屬導(dǎo)體和通常壯態(tài)下的電解質(zhì)溶液)對氣態(tài)導(dǎo)體和其它一些導(dǎo)電原件(電子管,熱敏電阻)不適用。對電路而言,它只對一段不含電源的導(dǎo)體成立。如果電流做功還使電能轉(zhuǎn)化為其他能,則電功大于電熱。
板書:(1)對純電阻(U=IR)而言,W=Q=UIt=I2Rt=U2t/R。P電=UI=P熱=I2R=U2/R。
(2) 非純電阻電路(以含電動(dòng)機(jī)電路為例)
非純電阻電路中,電能與其他形式能轉(zhuǎn)化的關(guān)系非常關(guān)鍵。以電動(dòng)機(jī)為例,電動(dòng)機(jī)電路如圖所示
10、,電動(dòng)機(jī)兩端電壓為U,通過電動(dòng)機(jī)電流為I,電動(dòng)機(jī)線圈電阻為R,則電流做功或電動(dòng)機(jī)消耗的總電能為W=IUt,電動(dòng)機(jī)線圈電阻生熱Q=I2R0t,電動(dòng)機(jī)還對外做功,把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,W機(jī)械輸出=W-Q=IUt-I2R0t,W機(jī)械輸出是電動(dòng)機(jī)輸出能量,而W則是電源輸送給電動(dòng)機(jī)的,是電動(dòng)機(jī)的輸入能量;Q是電動(dòng)機(jī)的額外損耗。就是電動(dòng)機(jī)的工作效率。
這是一個(gè)非純電阻電路,且W機(jī)械輸出>0,則有U>IR0??紤]每秒鐘內(nèi)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系,即功率,只要令上述各式同除以 t 即可,可得總功率P總=IU,電熱功率P熱=I2R0,輸出功率P出,三者關(guān)系是P總=P熱+P出,即P出=IU-I2R。
4. 鞏固訓(xùn)練: 例:書P59/例題(略)
課堂訓(xùn)練:書P59/3;手冊P60/1、4
5. 身邊的電熱:閱讀書P58/歸納共有多少中提高電熱(電壓恒定時(shí)減小電阻,或電流恒定時(shí)增大電阻,增大電流等)方法或降低電熱(加強(qiáng)散熱,對串聯(lián)電線減小其電阻)的方法。這里要用到不少串并聯(lián)電路的知識。希望大家課后能復(fù)習(xí)一下串并聯(lián)的問題。
討論書P59/1、2
【課后作業(yè)】教材全練P38-39
【課后反思】