2022年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三3.3《焦耳定律》 WORD教案3

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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3 【教學(xué)目的】 1、理解用電器的作用是把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,會計算電流所做的功與電功率。 2、知道純電阻電路與非純電阻電路的差別,會根據(jù)焦耳定律計算用電器產(chǎn)生的電熱。 【教學(xué)重點】 區(qū)別并掌握電功和電熱的計算 【教學(xué)難點】 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,電場力對定向移動的電荷做功嗎?(做功,而且由于電荷是在電場力作用下正電荷由高電勢

2、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。(如電動機將電能→機械能;電熱器將電能→內(nèi)能,電解槽將電能→化學(xué)能。) 我們把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的電荷所做的功,簡稱電功,通常也說成是電流的功。 (2

3、)實質(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,(在時間間隔t內(nèi)搬運的電量為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式。 (3)表達式:W=IUt 說明: ①表達式的物理意義: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間成正比。 ②適用條

4、件:I、U不隨時間變化——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。即單位時間內(nèi)電流做功的多少。請推導(dǎo)電功率的表達式。(P=W / t= U I t / t=U I ) u 表達式: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),時間單位用秒(s),功率單位為瓦特(W)。1W=1J/s 這里應(yīng)強調(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式對任何電壓、電流

5、不隨時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,該用電器在同一時間內(nèi)消耗電能越多。為了使用電器安全、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:用電器正常工作時所需電壓叫額定電壓,在這個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,用電器功率不是額定功率,而是實際功率。

6、④實際功率P=IU,U、I分別為用電器兩端實際電壓和通過用電器的實際電流。 讀書P56/洗衣機的銘牌的參數(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,洗滌時不需要用到10A的電流,所以其洗滌的正常功率小于最大功率。同時,由于機器經(jīng)常在實際電壓低于額定電壓,(如夏天用電高峰時的電燈電壓只有不到200V,則此時的燈光昏黃,實際功率低于額定功率。 2. 電熱 初中我們已經(jīng)由實驗探究過,電流在通過導(dǎo)體時,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)都會認(rèn)為,W=IUt,電流做這么多功,把相應(yīng)的

7、電能轉(zhuǎn)換成內(nèi)能(即為放出熱量)Q=W=UIt。這里有一個錯誤,大家能發(fā)現(xiàn)嗎?(學(xué)生討論) 錯在Q=W,電流做功一定都把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能增量嗎?有沒有可能同時轉(zhuǎn)化為其他形式能?所以電功與電熱是兩個不同的概念。公式不能隨便亂用。那么電熱該用是什么公式計算呢? 英國物理學(xué)家焦耳,經(jīng)過長期實驗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)體電阻和通電時間成正比。 (2)表達式:Q=I2Rt 為什么電流通過導(dǎo)體會產(chǎn)生焦耳熱呢? 這是因為金屬中自由電子在電場力作用下定向移動,由于電場做功,電子

8、動能增加,但不斷地與晶格(原子核點陣)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動加劇,從而溫度升高。 同樣的,(3)單位時間內(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

9、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(以含電動機電路為例) 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。以電動機為例,電動機電路如圖所示,電動機兩端電壓為U,通過電動機電流為I,電動機線圈電阻為R,則電流做功或電動機消耗的總電能為W=IUt,電動機線圈電阻生熱Q=I2R0t,電動機還對外做功,把電能轉(zhuǎn)化為機械能,W機械輸出=W-Q=IUt-I2R0t,W機械輸出是電動機輸出能量,而W則是電源輸送給電動機的,是電動機的輸入能量;Q是電動機的額外損耗。就是電動機的工作效率。

10、 這是一個非純電阻電路,且W機械輸出>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:教科書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(電壓恒定時減小電阻,或電流恒定時增大電阻,增大電流等)方法或降低電熱(加強散熱,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。 討論教科書P59/1、2 【課后作業(yè)】 教材全練P38-39 【課后反思】

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