高中物理-焦耳定律教学设计学情分析教材分析课后反思

5.5焦耳定律教学设计一、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电能和热能转换中的体现，本节在电学中是重要的概念之一。本节从能量转化的角度理解电功和电热。二、教学目标（一）知识与技能1、从电能向其他形式能的转化理解电功以及电功率，理解电功和能量转化的关系。2、知道焦耳定律的物理意义，关注焦耳定律在生活、生产中的应用。3、从能量的转化和守恒理解电功和电热的区别，知道纯电阻电路和非纯电阻电路。（二）过程与方法通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养学生的分析、推理能力。（三）情感、态度与价值观通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步渗透辩证唯物主义观点的教育。三、教学重点难点【教学重点】电功、电功率的概念、公式；焦耳定律、电热功率的概念、公式。知道纯电阻电路和非纯电阻电路。【教学难点】电功率和热功率的区别和联系。四、教学方法等效法、类比法、比较法、实验法五、课前准备电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键、导线若干、投影仪、投影片、风扇小电机六、教学过程（一）情景引入新课教师：我们先分析一个生活小案例：小明是一个电视迷。一个星期天的下午，小明的爸爸要出去一趟，留小明一个人在家，临走前，他吩咐小明好好写作业。小明答应了。几个小时后，小明的爸爸回来时发现小明确实在写作业，他爸爸很高兴。但是他的爸爸一模电视机，就知道小明看过电视了。大家想一想，小明的爸爸怎么知道他看过电视了呢？学生：他摸到电视机发热了。教师：电视机发热说明了什么呢？学生：电视机工作过。教师：电视机工作时把什么能转化成什么能呢？学生：把电能转化为其他形式的能（一部分热能）教师：这种转化通过谁做功实现呢？学生：电流做功教师：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）合作探究、精讲点播1、电功和电功率教师：请同学们思考下列问题（1）电场力做功的定义式是什么?（2）电流的定义式是什么?学生：（1）电场力做功的定义式W=qU（2）电流的定义式I=q/t教师：出示教材图2.5-1（如图所示）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内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?学生：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。教师：这相当于在时间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？学生：在这一过程中，电场力做的功W=qU=IUt教师：在这段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称电功。电功：（1）定义：在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功.（2）定义式：W=UIT教师：电功的定义式用语言如何表述？学生：电流在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。教师：请同学们说出电功的单位有哪些？学生：（1）在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J.（2）电功的常用单位有：千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h.说明：使用电功的定义式计算时，要注意电压U的单位用V，电流I的单位用A，通电时间t的单位用s，求出的电功W的单位就是J。教师：在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。电流做功不仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念。（1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。用P表示电功率。（2）定义式：P=W/t=IU（3）单位：瓦（W）、千瓦（kW）［说明］电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少。教师：什么是额定功率？什么是实际功率？学生：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．教师：它们之间有什么关系呢？学生：P额≥P实教师出示家用电器铭牌上的额定电压和额定功率，使学生对生活实际中的功率有感性认识。［说明］利用电功率的公式P=IU计算时，电压U的单位用V，电流I的单位用A，电功率P的单位就是W。2、电热和热功率教师：出示图片，观察这些家用电器，它们的共同点是什么？学生：都会发热。教师：出示图片2，问导线与灯泡中电流大小相同，为什么灯泡会热得发光，而导线却不烫手？学生：灯泡的电阻大。教师：出示动画三，当插排上连接多个用电器一段时间后，插排电线烫手冒烟着火。问学生为什么导线又烫手了？学生：因为用电器过多，电流过大。教师：所以电流通过用电器后产生的热量与什么因素有关系呢？学生回答，引出焦耳定律内容。表达式为Q=I2Rt教师指出：这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律，同学们在初中已经学过了。学生活动：总结热功率的定义、定义式及单位。热功率：（1）定义：单位时间内发热的功率叫做热功率。（2）定义式：P热=Q/t=I2R（3）单位：瓦（W）教师：以上两个公式适用于一切电路的关于热量和热功率的计算。一切电路包括纯电阻电路和非纯电阻电路。3、纯电阻电路和非纯电阻电路当电能全部转化成热量时，这样的电路叫做纯电阻电路。当用电器不以发热为目的，主要是转化为其他形式的能，只不过不可避免地要产生一部分热量，这种电路叫做非纯电阻电路。出示图片，学生讨论，哪些是纯电阻电路，哪些是非纯电阻电路？学生回答。教师从能量转化角度用公式表达出纯电阻电路和非纯电阻电路的能量表达式纯电阻电路W=Q非纯电阻电路W=Q+W其他再展开，得到欧姆定律对于非纯电阻电路不适用。教师给学生时间，让学生自己推导纯电阻电路和非纯电阻电路的电功、电功率、电热、热功率表达式，用尽可量多的表达形式。学生推导出：纯电阻电路电功率=热功率：P=P热=UI=I2R=U2/R电功等于电热非纯电阻电路：电功：W=UIt电热：Q=I2Rt电功率：P电=UI热功率：P热=I2R电功大于电热［演示实验］研究电功率与热功率的区别和联系。（投影）实验电路图和实验内容：取一个风扇小电机，其内阻R=42Ω，额定电压为12V,把它接在如图所示的电路中。（1）接通电路，使小电机转动，调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为7.0V，记下电流表的示数。（2）闭合电键，再卡住电动机叶片，电机不转。调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为5.0V，记下电流表的示数。算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。［实验结果］学生计算分析（1）电机转动时，U=7.0V，I=0.13A，P电=UI=7.0×0.13W=0.91WP热=I2R=0.132×42W=0.71WP电＞P热（2）电机不转时，U=5.0V，I=0.12A，P电=UI=0.50×0.12W=0.60WP热=I2R=0.122×42W=0.60WP电=P热学生：分组讨论上述实验结果，总结电功率与热功率的区别和联系。教师引导学生：上述实验中，电机不转时，小电机就相当于纯电阻。电机转动时，电机消耗的电功率，其中有一部分转化为机械能，有一部分转化为内能，故P电＞P热。（三）例题应用例题：一台电动机，线圈电阻是0.4欧姆，当电动机两端加220V电压时，通过电动机的电流是50A，这台电动机每分钟所做的机械功是多少？学生思考并解答。教师出示正确规范的解题步骤。解：电流的总功率P=UI=220V×50A=11000W热功率P热=I2R=502×0.4W=1000W故电动机的机械功率P机=P－P热=10000W因此电动机每分钟所做的机械功为W=P机t=10000×60J=6×105J解法二：求出P出再求出机械功。变式：有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；若把它接入2V电压的电路中电动机正常工作，电流是1A。求：（1）电动机正常工作时的输出功率。（2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率多大？学生解答（四）反思总结、当堂检测课堂小结课堂练习1、图中虚线框内是一个未知电路，测得它的两端点a，b之间的电阻是R，在a，b之间加上电压U，测得流过这电路的电流为I，则未知电路的电功率一定是()A.I2RB.U2/RC.UID.I2R+UI2、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()A．PB．U2/rC．P2r/U2D．P－P2r/U2（五）布置作业课后作业：1、完善学案，做达标检测题2、观察家中用电器，了解其额定电压及额定功率，思考其是纯电阻电路还是非纯电阻电路。七、板书设计1、电功和电功率电功：W=UIt电功率：P电=UI2、电热和热功率电热：Q=I2Rt热功率：P热=I2R3、纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路电功率=热功率：P=P热=UI=I2R=U2/R电功等于电热非纯电阻电路：电功：W=UIt电热：Q=I2Rt电功率：P电=UI热功率：P热=I2R电功大于电热学情分析学生在初中已经学过电流的热效应，从实验方面归纳总结过焦耳定律的基本内容。并有过定量计算。本节从能量转化的角度理解电功和电热，区分纯电阻电路与非纯电阻电路。从微观角度使学生认识到电流做功实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。从而与第一章静电场的知识联系起来。推导出电功的一般表达式。从生活中用电器发热引出焦耳定律及热功率。这些学生们容易接受。关于区分纯电阻电路和非纯电阻电路是本节课的难点。从能量守恒和转化的角度出发，结合生活实际，由公式推导出其能量转化的公式。从而得到欧姆定律在非纯电阻电路中不能使用。继而学生可以推导出纯电阻电路和非纯电阻电路的电功、电功率、电热及热功率的表达式。通过演示实验加深学生对纯电阻电路和非纯电阻电路中电功率和热功率的理解。总之，本节课学生已具备一定的知识基础和生活经验，学习起来相对容易。对于纯电阻电路和非纯电阻电路问题应使学生加深理解。效果分析课题：焦耳定律本节课从能量转化的角度理解电功和电热，区分纯电阻电路和非纯电阻电路。本节课内容比较贴合生活实际，学生有一定的感性认识和知识积累，所以学生比较容易接受。课堂效果也比较良好。从能量守恒公式得出纯电阻电路和非纯电阻电路的公式表示，进而得出欧姆定律不适用于非纯电阻电路，过度自然。学生结合本节学习的公式，可以推导出纯电阻电路和非纯电阻电路的电功、电功率；电热、热功率的表示形式，得出纯电阻电路中电功等于电热；非纯电阻电路中电功大于电热。从而锻炼了学生的推理能力。演示实验直观形象地说明了这一结论，增强了学生的数据处理能力以及实验能力。最后对规律进行应用，课堂小结和当堂训练。教学达到了较好的效果。教材分析本节从能量转化的角度理解电功和电热，区分纯电阻电路和非纯电阻电路。课本没有通过实验归纳引入焦耳定律（初中已经学过），而是从能量守恒定律得出，又一次用到了功能关系。根据功能关系，从电能的转化引入电功概念，然后根据静电力做功的知识和电流与电荷量的关系得到了电功的计算公式。教学中可以引导学生对用电器中能量转化进行讨论，这样有利于学生理解电功的物理意义。关于焦耳定律，将电能转化为其他形式的能，其中很常见的就是内能，但很多情况下，电路消耗的电能不全部转化为内能。教师可以多举一些生活中的例子，引导学生进行讨论。使学生清楚，对于非纯电阻电路，电功和电热不相等。这时可以从能量守恒角度来考虑。焦耳定律评测试题1、关于电功和焦耳热，下列说法正确的是（）A.在纯电阻电路中，计算电功可用公式W=I2RtB.在非纯电阻电路中，计算电功可用公式W=I2RtC.在非纯电阻电路中，计算焦耳热用Q=I2RtD.在纯电阻电路中，计算焦耳热可用Q=UIt2、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()A．PB．U2/rC．P2r/U2D．P－P2r/U23、有一电风扇上标有“220V,55W”，若风扇的电动机线圈电阻为8Ω，当它正常工作时，(1)电源供给的电功率是多少？(2)转化为风的电功率是多少？(3)电动机的发热功率是多少？4、如图所示的电路中，电源电压保持不变，当S断开时，电流表的示数为2A，这时电阻R1消耗的电功率为12W，当S闭合后，电流表的示数为3A，问：（1）电阻R1、R2的阻值是多少？（2）当开关S闭合后，电阻R2在5分钟内产生的热量是多少？5、如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r=0.6Ω,R=10Ω,U=160V,电压表的读数为110V，求：（1）通过电动机的电流是多少？（2）输入到电动机的电功率是多少？（3）在电动机中发热的功率是多少？（4）电动机工作1h所产生的热量是多少？6、一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，电流为0.3A。松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作。求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少?课后反思课题：焦耳定律教学目标反思：本节设定的教学目标包括：（一）知识与技能1、从电能向其他形式能的转化理解电功以及电功率，理解电功和能量转化的关系。2、知道