高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化教案

电路中的能量转化

【教学目标】

1．理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。

2．理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。

3．知道电功率和热功率的区别和联系。

4．通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。

【教学重点】

电功和电热的计算。

【教学难点】

电流做功的表达式的推导，纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程中的区别。

【教学过程】

一、创设情景，导入新课

教师：用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。

学生举例：

1．电灯将电能转化为内能和光能。

2．电炉将电能转化为内能。

3．电动机将电能转化为机械能。

4．电解槽将电能转化为化学能。

教师：用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢？本节课我们学习关于电功和电功率的知识。

二、新课教学

（一）电功和电功率

请同学们思考下列问题：

（1）电场力的功的定义式是什么？

（2）电流的定义式是什么？

答：电场力的功的定义式。

电流的定义式

如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I。

在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少？

这相于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功？

电场力做功的功率是多少？

这些公式分别用语言怎么描述？

教师讲解：

在时间t内，通过这段 电路上任一横截面的电荷量

在这一过程中，电场力做的功

电场力做功的功率为

电功：电流在这一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。

电流做功的功率等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I的乘积。

在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号J。

电功常用单位是千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h.

1kW·h表示功率为1kW的用电器正常工作1h所消耗的电能。

1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J

利用电功率的公式计算时，电压U的单位：V，电流I的单位：A，电功率P的单位就是W。

总结如下：

1．电功（W）

（1）表达式：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即。

（2）单位：国际单位制中：焦耳（J）。

（3）物理意义：反应了电能转化为其他形式能的多少。

2．电功率（P）

（1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。

（2）表达式：电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积，即。

（3）单位：国际单位制中：瓦特（W）。

（4）物理意义：表示电流做功的快慢。

让学生观察用电器上的铭牌，提问：用电器上写的功率是它在工作中的实际功率吗？引出额定功率与实际功率。

3．额定功率和实际功率

用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率。

观察实验，同一个小灯泡接入不同的电压，亮度不一样，并且测量得出的电功率也不一样，因此我们知道，用电器的实际功率与额定功率的关系：

用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。

教师展示几种常见家用电器的额定功率

（二）焦耳定律

教师：家用热水器是将电能转化成内能，那么消耗的电能转化成热量，我们可以得到由欧姆定律，可以得到热量??的表达式。

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。我们把它称为焦耳定律。

那么产生热量的快慢怎么表示呢？

由，得：，表示电流做功全部变成热的功率，我们称为热功率。

总结如下：

1．焦耳定律：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。这个关系最初是焦耳由实验得到的。表达式：

2．热功率：单位时间的发热量通常称为热功率，表达式为。

（三）电路中的能量转化

教师：电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。

再次请同学们列举电能转化成其他能量的例子：

1．电灯将电能转化为内能和光能。

2．电炉将电能转化为内能。

3．电动机将电能转化为机械能。

4．电解槽将电能转化为化学能。

提问：电动机是将消耗的电能全部转化成机械能了吗？玩具汽车运行久了会怎么样？为什么会这样？

学生回答：电动机除了将电能转化成机械能以外，还有一部分电能转化成了热量。

思考：一个电动机，线圈电阻是0.4Ω，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？

解：电动机发热的功率为

电动机消耗的电功率为

电动的对外做功的功率为

教师和学生一起总结电动机类和电热水器类的不同

例题：规格为“220V，1000W”的电炉，求：①电炉正常工作时，通过电阻丝的电流；②电炉的电阻。

三、课堂练习

1．如右图所示的电路，若将玩具电动机卡住，电流表的示数如何变化？

解：电动机转动时，电路为非纯电阻电路，有??非<??/??。

若将玩具电动机卡住，则电路变为纯电阻电路，有??纯=??/??，

即??纯>??非。电流变示数变大。

2．关于电功，下列说法中正确的有(　　)

A．电功的实质是电场力所做的功

B．电功是电能转化为内能

C．电场力做功是电能转化为其他形式能量的量度

D．电流通过电动机时的电功率和热功率相等

答案：AC

3．对计算任何用电器的电功率都适用的公式是(　　)

答案：CD

4．加在某台电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的热功率为(　　)

答案：C