2.5《焦耳定律》教案

1、2. 5焦耳定律一、教材分析焦耳定律是重要的物理定律，它是能量守恒定律在電能和熱能轉(zhuǎn)換中的表達(dá)，本節(jié)在電學(xué)中是重要的概念之一。二、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能1、理解電功的概念，知道電功是指電場力對自由電荷所做的功，理解電功的公式，能進(jìn)行有關(guān) 的計算。2、理解電功率的概念和公式，能進(jìn)行有關(guān)的計算。3、知道電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。（二）過程與方法通過推導(dǎo)電功的計算公式和焦耳定律，培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀通過電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化和守恒，進(jìn)一步滲透辯證唯物主義觀點的教育。三、教學(xué)重點難點【教學(xué)重點】電功、電功率的概念、公式；焦耳定律、電熱功率的概念、公式?！窘虒W(xué)難點】電

2、功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。四、教學(xué)過程本節(jié)課我們將一起討論電路中有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的問題。至于電源內(nèi)部哪種形式的能轉(zhuǎn)化為電能，那么與電源的構(gòu)造有關(guān)；外部電路電能轉(zhuǎn)化為哪種形式的 能那么與電路中電學(xué)元件的種類有關(guān)。試回答一下電學(xué)元件中涉及的電能轉(zhuǎn)化。（1）電爐（2）電動機(jī)（3）蓄電池生活中例子還有很多，這也說明我們在本節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，在實際的生活和生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。 （投影展示學(xué)習(xí)目標(biāo)）1、電功和電功率通過前面我們對各種能量的研究可知，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，電能轉(zhuǎn)化的量度就是電流做功，電 流做功的多少等于電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的數(shù)量。所謂電流做功，實際就是導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功。自由電

3、荷在靜電力作用 下沿靜電力的方向做定向移動。結(jié)果電荷的電勢能減小，其他形式的能增加。這樣，以后我們不僅可以通過計算靜電力做功，還可以通過計算電流做功得到電能的減小量。但 是，新的問題又出現(xiàn)了，如何計算電流做的功呢？例如，很小一段電路兩端的電勢差為U,電荷在做從左向右的定向移動，它們從這段電路左端移 到右端所用的時間為t,形成的電流為I。試求：(1)時間t內(nèi)通過這段電路的電荷總量q?(2)時間t內(nèi)電流做的功？解析：(1)在時間內(nèi)，通過這段電路上任一橫截面的電荷量 疔(2)電流做的功等于電場力做功：W=Uq=Ult這表示：電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I、通電時間t

4、 三者的乘積。注意，電功不但跟電壓和電流有關(guān)，還與通電時間有關(guān)。說明電功也是一個過程量。但是我們發(fā) 現(xiàn)，在相同的時間內(nèi)，電流的做功可不同。意味著，電流做功不單有大小，還有快慢。為了描述電流 做功的快慢，引入電功率的概念。(1)定義：單位時間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。用戶表示電功率。W(2)定義式：戶一 二/ t注意(1)單位：當(dāng)電流、電壓、時間的單位分別是安培(A)、伏特(V)、秒(S),電功和電功率的 單位為焦耳(J)瓦(W)(2)電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”不同。電流做功快，但做功不一定多；電流做 功慢，但做功不一定少。2、焦耳定律現(xiàn)在我們可以通過計算電流做功，得到消耗的電能。但

5、電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能與電路中的電學(xué) 元件有關(guān)。例如，電流通過白熾燈、電爐等電熱元件做功是時，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能，我們將 具有這種能量轉(zhuǎn)化特點的電路，稱之為純電阻電路。例：設(shè)電流/通過電阻為的電爐，試計算在時間方內(nèi)電流通過此電爐產(chǎn)生的熱量么解：據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓加刀？在時間看內(nèi)電場力對電阻元件所做的功為歸由于電路中只有純電阻元件，故電流所做的功等于電熱a產(chǎn)生的熱量為Q-fRt這個關(guān)系同學(xué)們在初中已經(jīng)學(xué)過了，最初是物理學(xué)家焦耳用實驗得到的，故稱為焦耳定律。即：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比。另外，我們還應(yīng)該注意到，相同時間內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生的

6、熱量可能不同，為了反映產(chǎn)生熱量的快慢，需 要引入熱功率概念：(1)定義：單位時間內(nèi)發(fā)熱的功率叫做熱功率。(2)定義式：尸熱=2=力？t(3)單位：瓦(W)這樣，我們這一節(jié)課中，就出現(xiàn)了兩個“功率”，但兩個含義不同。電功率是在一般情況下推導(dǎo)的，沒有對電路的性質(zhì)做任何限制，所以電功率指電流做功的功率, 也可以理解為電路中消耗電能的總功率。但是在推導(dǎo)熱功率時，我們用到了 “Q=W”這個條件，它要求電流做的功“全部變成了熱”，也就 是電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能。因此，熱功率專指發(fā)熱的功率，即電路中電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能局部的功率?？梢韵胍?，如果電路中電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即在純電阻電路中，PfP熱。在非純電阻電路

7、中, 如電路中有電動機(jī)時，電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。根據(jù)能量守恒定律，那么有P電P熱。 TOC o 1-5 h z 那么實際情況是這樣嗎？_d_實驗：驗證純電阻電路和非純電阻電路中電功率和熱功率的關(guān)系實驗一：純電阻電路7將一阻值為5 Q的定值電阻接入如圖1電路中，調(diào)整滑動變阻器到L|合適阻值，記錄電壓表和電流表的示數(shù)，計算定值電阻的消耗的電功率圖1和熱功率。實驗電路性質(zhì)電壓(V)電流(A)電功率(P=ui)熱功率(p=i2r)純電阻電路實驗二：非純電阻電路將小電機(jī)接入如圖2電路中，1、伏安法測小電機(jī)內(nèi)阻 先固定電動機(jī)軸，閉合電鍵，電機(jī)不 轉(zhuǎn)。調(diào)整滑動變阻器到合適阻值，記錄電壓表和電流表示數(shù)，計算小 電機(jī)的內(nèi)阻。小電機(jī)狀態(tài)電壓(V)電流(A)內(nèi)阻(R=U/I)不轉(zhuǎn)動2、松開電動機(jī)軸，使小電機(jī)轉(zhuǎn)動，調(diào)整滑動變阻器到合適阻值，記錄電壓表和電流表示數(shù)，計 算小電機(jī)消耗的電功率和熱功率。小電機(jī)狀態(tài)電壓(V)電流(A)電功率(P=ui)熱功率(p=i2r)轉(zhuǎn)動實驗結(jié)論：在純電阻電路中，P電 P熱；在非純電阻電路中，P電 P熱。實驗思考：1、小電機(jī)轉(zhuǎn)動時，如何計算機(jī)械功率P機(jī)械？2、小電機(jī)轉(zhuǎn)動時，如何計算在時間t內(nèi)所做的機(jī)械功W機(jī)械？3、在電動機(jī)的銘牌上，經(jīng)?？吹降妮斎牍β屎洼敵龉β矢竟?jié)課中哪些物理量是對應(yīng)的？內(nèi)