2019版高中物理上學(xué)期第八周 焦耳定律 電路中的能量轉(zhuǎn)化教學(xué)設(shè)計(jì).doc
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2019版高中物理上學(xué)期第八周 焦耳定律 電路中的能量轉(zhuǎn)化教學(xué)設(shè)計(jì) 課題 焦耳定律 電路中的能量轉(zhuǎn)化 課時(shí) 1 考點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn) 理解焦耳定律,并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.掌握電功、電功率、電熱、電熱功率等基本概念.(重點(diǎn)) 2.理解焦耳定律,并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.(重點(diǎn)) 3.理解電功和電熱的關(guān)系,能從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路中的電功和電熱.(難點(diǎn)) 重、難點(diǎn) 知道電源的總功率、電路的輸出功率、電源內(nèi)阻消耗功率的概念并明確它們之間的關(guān)系.(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和內(nèi)容 學(xué)生活動(dòng)建議 教師活動(dòng)建議 調(diào)整記錄 探 究 決 定 導(dǎo) 體 電 阻 的 因 素、 電 阻 定 律 環(huán)節(jié)一: 1.電功 (1)概念:電場(chǎng)力移動(dòng)電荷所做的功. (2)公式:W=qU=UIt. (3)單位:焦耳,符號(hào)J. 2.電功率 (1)物理意義:表示電流做功快慢的物理量. (2)定義:電流所做的功與做這些功所用時(shí)間的比值. (3)公式:P==IU. (4)單位:瓦特,符號(hào)W. 1.電流做功的過(guò)程中,電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.(√) 2.電流通過(guò)用電器時(shí),電流做的功越多,說(shuō)明用電器的電功率越大.() 3.電功率越大,電流做功一定越快.(√) 家庭用電用“度”做單位,度是電功的單位,還是電功率的單位? 【提示】 度是電功的單位.1度=1 kWh=3.6106 J. 環(huán)節(jié)二: 把一根大頭針插在一小塊硬紙片上,用漿糊把紙貼在臺(tái)燈的燈泡上,使大頭針的針尖朝上.然后用3張紙條做一小風(fēng)車(chē),把風(fēng)車(chē)放在針尖上.打開(kāi)臺(tái)燈,過(guò)一會(huì)發(fā)現(xiàn),風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái). 圖261 探討1:這一過(guò)程,電流做功嗎? 【提示】 做功. 探討2:風(fēng)車(chē)為什么轉(zhuǎn)動(dòng)? 【提示】 電流通過(guò)燈絲做功,把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.周邊空氣溫度升高,形成對(duì)流,風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái). 1.對(duì)電功的理解 (1)從力的角度看,電流做功的實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力對(duì)自由電荷做功. (2)從能的角度看,電流做功過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過(guò)程,電功的大小量度了電能的減少量,標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少. (3)電功W=UIt=qU對(duì)任何電路都適用. 2.對(duì)電功率的理解 (1)電功率P==UI對(duì)任何電路都適用. (2)額定功率和實(shí)際功率 ①額定功率:用電器正常工作所消耗的功率. ②實(shí)際功率:用電器在實(shí)際電壓下電流做功的功率. 環(huán)節(jié)三: 1.一個(gè)電阻接入某電路后,消耗的功率為110 W,通過(guò)3 C的電荷量時(shí),有330 J的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):33410091】 A.電阻兩端所加電壓為330 V B.通過(guò)電阻的電流為1 A C.電阻通電時(shí)間為3 s D.這個(gè)電阻的阻值為110 Ω 【解析】 由W=qU知,電阻兩端所加電壓U==110 V,A錯(cuò);由P=IU得I==1 A,B對(duì);由W=Pt得通電時(shí)間t==3 s或t== s=3 s,C對(duì);由R=,得R=110 Ω,D對(duì). 【答案】 A 2.一臺(tái)國(guó)產(chǎn)XQB3013型自動(dòng)洗衣機(jī)說(shuō)明書(shū)中所列的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表,試根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)計(jì)算: 額定電壓 220 V 額定頻率 50 Hz 額定洗衣、脫水功率 360 W 額定洗衣、脫水容量 3 kg 整機(jī)質(zhì)量 33 kg 外形尺寸(長(zhǎng)寬高) (542550920) mm3 (1)這臺(tái)洗衣機(jī)在額定電壓下洗衣或脫水時(shí),通過(guò)洗衣機(jī)的電流是多大? (2)如洗衣、脫水的累計(jì)時(shí)間為40 min,則洗衣機(jī)耗電多少? 【解析】 (1)由說(shuō)明書(shū)可知P=360 W,又由P=UI可知I== A=1.64 A. (2)W=Pt=3604060 J=8.64105 J 故消耗的電能為8.64105 J. 【答案】 (1)1.64 A (2)8.64105 J 環(huán)節(jié)四:小結(jié) 幾個(gè)電學(xué)公式的適用范圍 解答電流做功類(lèi)的題目需掌握以下幾個(gè)重要公式,并理清它們的意義及適用條件. (1)電功W=UIt=qU普遍適用. (2)I=為電流的定義式,普遍適用. (3)I=,P=I2R=等,只適用于純電阻電路. 焦 耳 定 律 、 熱 功 率 環(huán)節(jié)一: 1.焦耳定律 (1)內(nèi)容:電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟電阻值成正比,跟通電時(shí)間成正比. (2)公式:Q=I2Rt. (3)單位:J. (4)應(yīng)用:工業(yè)上的電烙鐵、電烤箱等;生活中的電暖氣、電爐、電熨斗、電飯鍋等. 2.熱功率 (1)概念:電阻通電所產(chǎn)生的熱量與產(chǎn)生這些熱量所用時(shí)間的比值. (2)公式:P熱==I2R. 1.根據(jù)電功的公式和歐姆定律可以推導(dǎo)出電熱的公式,因此電功和電熱是完全相同的.() 2.W=UIt適用于任何電路求電功.(√) 3.Q=I2Rt適用于任何電路求熱量.(√) 用電爐燒水時(shí),爐盤(pán)內(nèi)的電爐絲被燒得通紅,產(chǎn)生大量的熱,而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱,這是什么原因? 【提示】 導(dǎo)線跟電爐絲是串聯(lián)在一起的,通過(guò)它們的電流相等,而電爐絲的電阻比連接電爐絲的部分導(dǎo)線電阻要大得多,由焦耳定律Q=I2Rt知在相等的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量比電爐絲產(chǎn)生的熱量要少得多. 環(huán)節(jié)二: 如圖262所示為一正常工作的電動(dòng)機(jī),其工作電壓為220 V. 圖262 探討1:電動(dòng)機(jī)消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為線圈產(chǎn)生的內(nèi)能嗎? 【提示】 一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 探討2:其工作電壓是線圈兩端電壓?jiǎn)幔? 【提示】 不是.其工作電壓大于線圈兩端電壓. 1.兩種電路的比較 電路 純電阻電路 非純電阻電路 元件特點(diǎn) 電路中只有電阻元件 除電阻外還包括其他的電器元件 電流、電 壓、電阻 三者的 關(guān)系 遵循歐姆定律I= 不遵循歐姆定律,由W=UIt=I2Rt+W其他知U>IR或I< 能量轉(zhuǎn) 化形式 電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能:W=Q=UIt=I2Rt=t 電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能量:電功W=UIt=Q+W其他,其中電熱Q=I2Rt 能量轉(zhuǎn)化 示意圖 電器元件 舉例 電爐絲、白熾燈 電動(dòng)機(jī)、電解槽、電風(fēng)扇 2.電功與電熱 (1)純電阻電路:W=Q=UIt=I2Rt=t; P電=P熱=UI=I2R=. (2)非純電阻電路:電功W=UIt,電熱Q=I2Rt,W>Q;電功率P=UI,熱功率P熱=I2R,P>P熱. 環(huán)節(jié)三: 3.(多選)關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說(shuō)法正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):33410092】 A.電功率越大電流做功越快,電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多 B.W=UIt適用于任何電路,而電功計(jì)算式W=I2Rt=t適用于純電阻電路 C.非純電阻電路中,UI>I2R D.Q=I2Rt適用于任何電路 【解析】 電功率越大,電流做功越快,但電路中產(chǎn)生的焦耳熱不一定越多,故A不正確;W=UIt是電功的定義式,適用于任何電路;而I=只適用于純電阻電路,由此推導(dǎo)出的公式W=I2Rt=t只適用于純電阻電路,B正確;在非純電阻電路中,電流做的功=焦耳熱+其他形式的能,所以C正確;Q=I2Rt是焦耳熱的定義式,適用于任何電路中焦耳熱的計(jì)算,D正確. 【答案】 BCD 4.規(guī)格為“220 V 36 W”的排氣扇,線圈電阻為40 Ω,求: (1)接上220 V電壓后,排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率; (2)如果接上電源后,扇葉被卡住,不能轉(zhuǎn)動(dòng),求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率. 【解析】 (1)排氣扇在220 V電壓下正常工作電流I== A=0.16 A, 發(fā)熱功率P熱=I2R=0.16240 W≈1 W, 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率P機(jī)=P-P熱=(36-1) W=35 W. (2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)后,電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于純電阻,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,此時(shí)通過(guò)排氣扇的電流I′== A=5.5 A. 電動(dòng)機(jī)消耗的功率等于發(fā)熱功率P′=P熱=I′U=5.5220 W=1 210 W.由于發(fā)熱量很大,將很快燒壞電動(dòng)機(jī)線圈. 【答案】 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W 環(huán)節(jié)四:小結(jié) 電動(dòng)機(jī)電路的分析方法 (1)分清是純電阻電路還是非純電阻電路.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是非純電阻電路,電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是純電阻電路. (2)分清要求的是電功還是電熱(或熱功率),對(duì)照公式的適用條件,合理選擇公式. (3)電動(dòng)機(jī)的輸入功率即總功率P入=IU,電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P熱=I2r,電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出=P入-P熱. 電 路 中 的 能 量 轉(zhuǎn) 化 環(huán)節(jié)一: 1.內(nèi)電路中的能量轉(zhuǎn)化 (1)電源:通過(guò)各種作用,將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,轉(zhuǎn)化功率P=IE. (2)內(nèi)阻:通過(guò)電流做功將一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)阻的內(nèi)能,即P內(nèi)=I2r. 2.外電路上的能量轉(zhuǎn)化:通過(guò)電流做功將電源輸出的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,即P外=UI. 3.兩者之間的關(guān)系:由能量守恒定律可知P=P內(nèi)+P外,即EI=I2r+UI,進(jìn)一步化簡(jiǎn)可得E=U+I(xiàn)r,可見(jiàn)閉合電路歐姆定律實(shí)質(zhì)上是能量守恒定律在閉合電路中的具體表現(xiàn). 1.電流的熱效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是電能通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.(√) 2.電動(dòng)機(jī)是非純電阻用電器,所以在任何情況下,都不能將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.() 3.在使用電源時(shí),絕對(duì)不可以讓電源短路,以免造成電源的損壞,甚至引起火災(zāi).(√) 外電路的電阻越大,電源做功輸出的效率就越高嗎? 【提示】 由于電源做功輸出的效率: η======, 故外電路的電阻越大,電源做功輸出的效率就越高. 環(huán)節(jié)二: 閉合電路中內(nèi)、外電路都有電阻,當(dāng)電鍵閉合,電路中有電流時(shí),內(nèi)、外電路都做功. 探討1:電源非靜電力做的功與電路中內(nèi)、外電路電流做的功存在什么關(guān)系? 【提示】 非靜電力做功把電源內(nèi)部?jī)?chǔ)存的其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,電流做功把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)電路上的電能和外電路上其他形式的能. 探討2:外電路的電阻越大,外電路消耗的功率就越大嗎? 【提示】 當(dāng)外電阻大于內(nèi)電阻時(shí),外電阻越大,外電路消耗的功率越?。? 探討3:外電路的電阻越大,電源做功的效率就越高嗎? 【提示】 外電阻越大,路端電壓越大,電源做功的效率越大. 1.閉合電路中的幾個(gè)功率 功率名稱(chēng) 表達(dá)式 電源功率(總功率) P總=EI 電源內(nèi)部消耗功率 P內(nèi)=U內(nèi)I=I2r 外電路消耗功率 (電源輸出功率) P外=U外I=(E-U內(nèi))I=EI-I2r 三者關(guān)系 P總=P外+P內(nèi) 2.純電阻電路中電源的輸出功率 P出=UI=I2R==. 電源的輸出功率隨外電阻的變化關(guān)系如圖263所示. 圖263 (1)當(dāng)R=r時(shí),Pmax=. (2)一個(gè)輸出功率(除最大功率外)P對(duì)應(yīng)于兩個(gè)不同的外電阻R1和R2,且r=. (3)當(dāng)R<r時(shí),R↑→P出↑;當(dāng)R>r時(shí),R↑→P出↓. 3.電源的效率 η======. 可見(jiàn),外電阻R越大,電源的效率越高. 環(huán)節(jié)三: 5.如圖264所示,電源電動(dòng)勢(shì)E=10 V,內(nèi)阻r=0.5 Ω,“8 V 16 W”的燈泡L恰好能正常發(fā)光,電動(dòng)機(jī)M繞線的電阻R0=1 Ω,求: 【導(dǎo)學(xué)號(hào):33410095】 圖264 (1)路端電壓; (2)電源的總功率; (3)電動(dòng)機(jī)的輸出功率. 【解析】 (1)燈泡正常發(fā)光,所以路端電壓為8 V. (2)設(shè)干路總電流為I,則8 V=10 V-I0.5 Ω,得I=4 A,故P總=EI=40 W. (3)又IL== A=2 A, 故IM=I-IL=2 A, PM總=82 W=16 W, PM出=16 W-221 W=12 W. 【答案】 (1)8 V (2)40 W (3)12 W 6.電路圖如圖265甲所示,乙中圖線是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖像,滑動(dòng)變阻器的最大阻值為15 Ω,定值電阻R0=3 Ω. 甲 乙 圖265 (1)當(dāng)R為何值時(shí),R0消耗的功率最大,最大值為多少? (2)當(dāng)R為何值時(shí),電源的輸出功率最大,最大值為多少? 【解析】 (1)由題圖乙知電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻為:E=20 V,r=||= Ω=7.5 Ω. 由題圖甲分析知道,當(dāng)R=0時(shí),R0消耗的功率最大,最大為P=()2R0=()23 W=10.9 W. (2)當(dāng)r=R+R0時(shí),即R=4.5 Ω時(shí), 電源的輸出功率最大,最大值為: P=()2(R0+R) =()2(3+4.5) W=13.3 W. 【答案】 (1)0 10.9 W (2)4.5 Ω 13.3 W 環(huán)節(jié)四:小結(jié) 閉合電路功率問(wèn)題的注意事項(xiàng) (1)閉合電路是一個(gè)能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng),電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.內(nèi)、外電路將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,EI=P內(nèi)+P外就是能量守恒定律在閉合電路中的體現(xiàn). (2)外電阻的阻值向接近內(nèi)阻的阻值方向變化時(shí),電源的輸出功率變大. 學(xué)生課前獨(dú)立完成 學(xué)生合作探究完成 課堂訓(xùn)練,加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解,同時(shí)學(xué)生展示,差改錯(cuò)。 學(xué)生課前獨(dú)立完成 學(xué)生合作探究完成 課堂訓(xùn)練,加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解,同時(shí)學(xué)生展示,差改錯(cuò)。 改學(xué)生導(dǎo)學(xué)案,統(tǒng)計(jì)學(xué)生完成情況 教師旁觀引導(dǎo)學(xué)生完成探究過(guò)程 教師組織小組合作完成課堂練習(xí),教師旁觀記錄學(xué)生完成情況。并對(duì)學(xué)生展示內(nèi)容作最終總結(jié) 改學(xué)生導(dǎo)學(xué)案,統(tǒng)計(jì)學(xué)生完成情況 教師旁觀引導(dǎo)學(xué)生完成探究過(guò)程 教師組織小組合作完成課堂練習(xí),教師旁觀記錄學(xué)生完成情況。并對(duì)學(xué)生展示內(nèi)容作最終總結(jié)- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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