初中物理九年级总复习专题七：电能的转化与热效应-电功率与焦耳定律的系统建构与科学探究

初中物理九年级总复习专题七：电能的转化与热效应——电功率与焦耳定律的系统建构与科学探究一、教学内容分析

《义务教育物理课程标准（2022年版）》将“能量”作为核心概念之一，要求初中学生认识电功和电功率，了解焦耳定律，并运用其解释生产生活中的相关现象。本专题处于初中电学知识的综合应用与升华阶段，上承电流、电压、电阻、欧姆定律等电路基本规律，下接家庭电路、安全用电及能量转化与守恒的宏观视角，是连接电路理论与生活实践的关键枢纽。从知识技能图谱看，学生需从识记公式的层面，跃升至理解电功率是电能转化快慢的物理本质，并能辨析额定功率与实际功率；掌握焦耳定律定量描述电能转化为内能的规律，并能在串联、并联及非纯电阻电路等复杂情境中灵活选用公式。其认知要求集中于“理解”与“综合应用”，思维跨度大。

过程方法上，课标强调“科学探究”与“科学思维”。这要求我们将复习课转化为以问题驱动的探究历程，引导学生像工程师一样设计实验验证猜想，像科学家一样运用控制变量、比值定义、推理演绎等方法分析动态电路、比较用电器性能。素养价值渗透方面，通过分析家用电器铭牌、讨论电热器的安全使用、估算家庭能耗等活动，潜移默化地培养学生的科学态度与社会责任，树立节能环保意识与安全用电观念。学情诊断显示，经过新课学习，学生对基本公式有所记忆，但普遍存在三大障碍：一是对电功率定义式P=W/t、决定式P=UI及推导式P=I²R、P=U²/R的适用条件混淆不清；二是在动态电路分析中，难以将欧姆定律与电功率公式协同运用，特别是当滑动变阻器滑片移动时，各物理量变化趋势的判断常出错；三是面对焦耳定律Q=I²Rt与电功公式W=UIt的关系，尤其在电动机等非纯电阻电路模型中，容易生搬硬套。教学调适上，需前置诊断性小测精准定位薄弱点，课中通过搭建“问题阶梯”和“可视化推理链”降低思维门槛，并为不同认知风格的学生提供公式推导、实验观测、图像分析等多种学习路径的支持。二、教学目标

知识目标：学生能系统阐述电功率是表示电流做功快慢的物理量，并熟练运用其定义式P=W/t及计算式P=UI进行定量计算；能清晰辨析额定功率与实际功率的概念，会解读用电器铭牌信息。学生能准确表述焦耳定律的内容、公式及适用条件，理解电流热效应的本质，并能区分纯电阻与非纯电阻电路中电热与电功的计算差异。

能力目标：学生能够综合运用欧姆定律和电功率公式，完成对串联、并联及含有滑动变阻器的动态电路的分析与计算，准确判断相关物理量的变化。能够设计简易实验方案，验证电热与电流、电阻、通电时间的关系，并规范进行数据记录与分析。

科学思维目标：重点发展学生的模型建构与科学推理能力。通过将实际电路抽象为等效电路模型，并运用公式进行演绎推导，学生能自主建构电功率多个计算公式间的内在联系。在分析非纯电阻电路时，能基于能量转化与守恒的观点进行辩证思考。

情感态度与价值观目标：在小组合作探究与问题讨论中，学生能表现出严谨求实的科学态度和协作精神。通过分析生活中的省电策略与电器安全使用案例，增强节能意识与社会责任感，体会物理学对改善生活、推动社会进步的积极作用。

评价与元认知目标：学生能够依据给定的评价量规，对同伴的实验设计或问题解决方案进行初步评价。能在课堂小结环节，运用思维导图等工具自主梳理知识脉络，并反思自己在解决复杂电路问题时所采用的策略及其有效性。三、教学重点与难点

教学重点：电功率概念的理解及其在串、并联电路中的计算与分析；焦耳定律的理解及其在简单电路中的应用。确立依据在于，电功率是初中电学的核心概念，是衡量用电器性能的关键指标，也是连接能量与电路的中枢。焦耳定律则是解释电能转化为内能的基本规律，两者在中考试题中均为高频、高分值考点，常以动态电路、实验探究、生活应用等综合题型出现，集中体现了对学生理解能力、应用能力和科学探究能力的考查。

教学难点：动态电路中电功率变化趋势的定性分析与定量计算；非纯电阻电路中电功与电热关系的辨析与计算。预设难点成因在于，动态电路分析需要学生熟练驾驭欧姆定律和电功率公式，并具备较强的逻辑推理和系统分析能力，思维链条长。而非纯电阻电路问题则要求学生突破“电功等于电热”的前概念，建立能量转化视角，认知跨度较大。突破方向在于，借助图像化分析工具（如滑动变阻器移动时，绘制相关物理量随电阻变化的趋势图）和对比鲜明的实例分析（如对比电炉丝与电动机的能量流向）。四、教学准备清单1.教师准备

1.1媒体与教具：多媒体课件（含家庭电费单、电器铭牌图片、动态电路仿真动画）；焦耳定律演示实验装置一套（如焦耳定律实验器）；学生分组实验器材8套（学生电源、电阻丝（5Ω、10Ω各一段）、滑动变阻器、电流表、电压表、开关、导线若干、温度计或感温油）。

1.2文本资料：分层学习任务单（含前测、探究任务指引、分层巩固练习）；课堂小结思维导图模板（半成品）；课后分层作业清单。2.学生准备

复习欧姆定律及串并联电路特点；观察家中某一家用电器的铭牌，记录其额定电压和额定功率值；准备笔记本与作图工具。3.环境准备

教室桌椅调整为四人小组合作模式；前后黑板划分区域，分别用于板书核心知识框架和学生典型问题展示。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与问题提出：同学们，请大家看屏幕，这是老师家上个月的电费单，还有一个电热水壶的铭牌特写。电费单显示消耗了“200度”电，而水壶上写着“额定功率1500W”。我有一个疑问：“度”和“瓦”之间到底是什么关系？这个水壶烧一壶水，究竟消耗了多少电能？产生的热量又是多少呢？咱们家里的灯是调暗了省电，还是和亮度没关系？

1.1唤醒旧知与路径明晰：要解答这些问题，我们需要把两个“老朋友”请到舞台中央——电功率和焦耳定律。今天这节复习课，我们不满足于回忆公式，而是要像侦探一样，厘清它们的关系，像工程师一样，运用它们解决实际问题。我们将从概念辨析出发，通过实验探究电流的热效应，最终攻克动态电路分析中的功率变化难题。请大家带着疑问，我们一起开启今天的探究之旅。第二、新授环节任务一：概念再辨析——何为“电功率”？

教师活动：首先，我会指向电费单上的“千瓦时”，提问：“‘千瓦时’是哪个物理量的单位？它是怎么复合而成的？”引导学生说出“电功（电能）W”，并写出关系：1kW·h=1000W×3600s=3.6×10^6J。紧接着，展示水壶铭牌“1500W”，追问：“这个‘瓦特’又描述了什么？它和‘千瓦时’描述的是一回事吗？”通过对比，帮助学生明晰电功描述“转化了多少能”，电功率描述“转化能的快慢”。我会板书定义式P=W/t，并强调：“这是它的‘身份证’，一切计算的根源。”然后，我会引导学生回顾伏安法测功率的实验原理图，问道：“在实验中，我们如何测量小灯泡的实际功率？”由此自然引出计算式P=UI。我会说：“看，P=UI是测量它的‘工具’。”进一步，对于纯电阻电路，结合欧姆定律I=U/R，邀请学生上台推导出P=I²R和P=U²/R。在此处设下伏笔：“这两个推导式，可不再是‘万能钥匙’了，它们的使用有个重要的前提，大家想想是什么？”

学生活动：学生观察、思考并回答教师的系列提问。参与单位换算的推导过程。回顾伏安法测功率的电路图及原理。部分学生上台进行公式推导(P=UI，I=U/R=>P=U²/R;U=IR=>P=I²R)。全体学生对推导出的两个公式的适用条件进行思考与讨论。

即时评价标准：1.能否准确区分电功与电功率的物理意义与单位。2.公式推导过程是否逻辑清晰、书写规范。3.在讨论适用条件时，能否意识到“纯电阻电路”这一关键前提。

形成知识、思维、方法清单：

★电功率的定义与本质：电功率P表示电流做功的快慢，定义式为P=W/t。国际单位瓦特(W)，常用单位千瓦(kW)。它是连接电能与时间的关键桥梁。▲公式体系及适用条件：核心公式P=UI普遍适用。推导式P=I²R和P=U²/R仅适用于纯电阻电路。这是中考易错点，务必在分析电路性质后选择公式。方法：比值定义法。电功率采用比值定义法，类似于速度、密度，体现了用两个物理量的比值定义新物理量的科学思维。任务二：实验再探究——电流的热效应有何规律？

教师活动：“电流通过导体总会发热，这就是电流的热效应。发热多少跟哪些因素有关？关系怎样？”我会先演示教材经典实验：将两段阻值明显不同的电阻丝串联后通电，观察火柴梗被点燃的先后顺序。“大家看到了什么？这个现象说明了什么？”引导学生得出“在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生热量越多”的定性结论。然后，提出更高要求：“我们能否设计实验，定量探究电热Q与电流I、电阻R、通电时间t的精确关系？”我将分发任务单，引导各小组讨论设计方案。我会提示关键点：“如何比较产生热量的多少？（转换法：观察温度计示数变化或感温油柱上升高度）”“如何控制电流相同？（串联）”“如何控制电压相同？（并联）”“如何同时探究多个变量的影响？（控制变量法）”。在学生讨论后，我将展示一个标准探究电路图（电阻丝并联/串联组合，配合电流表、滑动变阻器），并讲解操作要点。随后，引导学生将实验结论总结为焦耳定律：电流通过导体产生的热量，与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。公式：Q=I²Rt。我会强调：“这个公式是计算电热的‘专属公式’，对所有电路都适用。”

学生活动：观察演示实验现象，描述并解释结论。以小组为单位，围绕任务单上的问题展开讨论，尝试设计定量探究实验方案。交流设计方案，理解教师展示的标准电路图及其设计思路。共同总结焦耳定律的内容和公式。

即时评价标准：1.实验现象描述是否准确，结论推导是否合理。2.小组设计方案时，能否有意识地运用控制变量法和转换法。3.能否清晰陈述焦耳定律的内容，并明确公式中各物理量的单位。

形成知识、思维、方法清单：

★焦耳定律：内容：电流通过导体产生的热量Q，与电流I的平方、导体的电阻R、通电时间t成正比。公式Q=I²Rt，单位均采用国际单位制。▲电热与电功的关系：在纯电阻电路中，电流做功将电能全部转化为内能，故W=Q，即UIt=I²Rt。在非纯电阻电路（如电动机、充电电池）中，电能大部分转化为其他形式的能（如机械能、化学能），只有少部分转化为内能，故W>Q，此时计算电热必须用Q=I²Rt，计算电功用W=UIt。方法：控制变量法与转换法。探究多因素问题时必须使用控制变量法。将不易直接测量的电热转化为温度变化或液体体积膨胀等易观测的现象，是转换法的典型应用。任务三：纵横对比——P、Q公式网络建构

教师活动：现在，我们将电功率和焦耳定律的公式放在一起，构建一个清晰的知识网络。我会在黑板上画出一个两列对比表格，一列为“电功率P”，一列为“电热Q”。首先，带领学生填写普遍适用公式：P=UI，Q=I²Rt。然后，聚焦“纯电阻电路”这一特殊而常见的情境。提问：“对于纯电阻，既然W=Q，那么P与产生热量的功率有什么关系？”引导学生得出，在纯电阻电路中，电功率等于热功率，即P=UI=I²R=U²/R。我会用彩色粉笔将这三个公式圈在一起，并标注“纯电阻电路”。接着，展示一个电动机的模型或图片，提问：“对于这个电动机，U=220V，I=1A，线圈电阻R=2Ω，它的输入电功率是多少？1秒钟产生多少热量？输出机械能的功率大概是多少？”让学生计算并比较UI与I²R，直观感受W>Q，并理解P_机械=UII²R。我会总结：“所以，遇到电动机、充电器这类‘非纯电阻’，计算发热，认准Q=I²Rt；计算总耗电，用W=UIt。”

学生活动：跟随教师一起构建公式对比表格，参与填写与讨论。理解纯电阻电路中电功率公式的等价关系。针对电动机例题进行计算、比较和分析，深刻理解非纯电阻电路的能量分配关系。

即时评价标准：1.能否独立完成表格填写，并清晰说明各公式的适用条件。2.在解决电动机例题时，能否正确选择公式并解释每一步计算的物理意义。3.能否口头表述纯电阻与非纯电阻电路在能量转化上的核心区别。

形成知识、思维、方法清单：

★纯电阻电路公式网络：在纯电阻电路中，P电=P热，存在关系：P=UI=I²R=U²/R；W=UIt=I²Rt=(U²/R)t=Pt。公式选择更具灵活性，但必须确保电路是纯电阻性质。▲非纯电阻电路的能量转化：总电功W总=UIt，电热Q=I²Rt，其他形式能（如机械能）E其他=W总Q。这是能量守恒定律在电路中的具体体现。易错点警示：切不可将UIt、I²Rt、U²t/R在非纯电阻电路中混用或等同，这是中考高频失分点。任务四：动态分析——滑动变阻器的“魔力”如何影响功率？

教师活动：现在进入实战演练。课件展示一个经典动态电路：电源、定值电阻R0、滑动变阻器R、电流表、电压表（测R0或R的电压）。首先，带领学生进行“静态”分析：识别电路连接方式，明确各表测量对象。然后，抛出核心问题：“当滑片P向右移动时，R的阻值增大。请大家小组合作，推理一下：①电路总电阻如何变？②总电流如何变？③R0两端的电压U0如何变？④R0的电功率P0如何变？”我会巡视指导，并请一组同学派代表上台，结合P0=I²R0或P0=U0²/R0进行分析讲解。然后，提出更富挑战性的问题：“那么，滑动变阻器R本身的功率PR如何变化呢？它的变化是单调的吗？”我将引导学生写出PR的表达式：PR=I²R=[U/(R0+R)]²·R。通过公式变形或列举几组数据，引导学生发现：当R从0开始增大时，PR先增大后减小，且在R=R0时取得最大值。我会说：“瞧，滑动变阻器的功率变化可不是‘一根筋’，它有个‘小心思’——当它的阻值等于定值电阻时，它消耗的功率最大！这是一个非常重要的结论。”

学生活动：分析电路图，进行动态推理。小组合作讨论问题链，并派代表展示推理过程。理解并尝试推导滑动变阻器功率最大值的条件。通过数据或图像感受其非单调变化的规律。

即时评价标准：1.动态推理过程是否逻辑严密，每一步变化原因是否表述清晰。2.能否将欧姆定律与电功率公式有机结合进行分析。3.对于滑动变阻器功率极值问题，是否理解其结论，并能进行初步的公式分析。

形成知识、思维、方法清单：

★动态电路分析的一般步骤：先判连接，再明表测；分析电阻变化，运用欧姆定律判断总电流、定值电阻两端电压等核心量变化；最后选用合适公式（常选用P=I²R分析定值电阻功率，用P=U²/R分析并联支路功率）判断功率变化。▲滑动变阻器消耗功率的极值问题：在串联电路中，当滑动变阻器阻值R等于定值电阻阻值R0时，滑动变阻器消耗的功率最大，Pmax=U²/(4R0)。此结论可通过PR=U²R/(R0+R)²求导或由不等式a+b≥2√ab推导得出，是中考压轴题的常见考点。思维：程序化分析与极值思想。面对复杂动态问题，建立程序化的分析步骤是高效解题的关键。极值问题则渗透了函数与不等式的数学思想。第三、当堂巩固训练

本环节设计分层习题，学生可根据自身情况完成。

A组（基础应用）：1.某灯泡标有“220V40W”，其正常发光时的电流为____A，电阻为____Ω。若实际电压为200V，则其实际功率约为____W（忽略温度对电阻的影响）。2.一根阻值为10Ω的电阻丝，通过2A的电流，10s内产生的热量是____J。

B组（综合应用）：3.如图电路中，电源电压恒定，R1=10Ω，滑动变阻器R2标有“20Ω1A”。闭合开关，调节滑片，求：(1)当电流表示数为0.5A时，R1消耗的功率。(2)电路总功率的变化范围。

C组（挑战探究）：4.小华发现家中长期不用的电器，即使关闭开关，插头不拔也会微微发热。请你从焦耳定律的角度解释这一现象，并提出一条安全用电建议。

反馈机制：A、B组习题通过投影展示几位具有代表性的学生答案（匿名），组织学生互评，重点聚焦公式选用、单位、计算过程。教师针对共性错误（如实际功率计算中电阻取值错误、动态电路范围求解不完整）进行精讲。C组作为开放性讨论，请学生发表见解，教师从能量损耗和安全角度进行总结升华。第四、课堂小结

同学们，今天我们系统地梳理了电功率和焦耳定律这对“能量双子星”。现在，请大家拿出学习任务单背面的思维导图半成品，用5分钟时间，以“电能转化”为中心，自主完善关于电功、电功率、焦耳定律的核心概念、公式网络、适用条件及相互联系。完成后，同桌之间交换，互相查漏补缺。（学生活动）接下来，我们请一位同学分享他的知识图谱。（学生分享）很好，这张图清晰地展示了从电能到电功、电功率，再到电热的知识逻辑链，特别标注了公式的适用边界，这就是结构化复习的价值。最后布置作业：基础性作业：完成练习册中本专题的基础题组。拓展性作业：调查家中至少三种电器的额定功率，估算它们各自正常工作1小时消耗的电能及产生的热量（按纯电阻估算），制作一个简单的家庭电器能耗小报告。探究性作业（选做）：设计一个实验方案，比较相同额定电压下，白炽灯、LED灯的实际功率与发光效率（可查阅资料了解“光通量”概念）。下节课，我们将进入生活用电的复习，今天关于电能和电热的知识，将是理解家庭电路安全与节能的基础。六、作业设计

基础性作业（必做）：

1.背诵并默写电功率的定义式、普遍计算式及焦耳定律公式，注明各物理量单位。

2.完成教材课后相关基础计算题3道，内容涵盖额定功率计算、纯电阻电路电热计算。

3.辨析以下说法的正误并改正：(1)电功率大的用电器，消耗的电能一定多。(2)根据Q=U²t/R，电热与电阻成反比，所以电炉丝应该选用电阻小的材料。

拓展性作业（建议多数学生完成）：

4.情境应用题：学校教学楼走廊有10盏相同的“220V20W”节能灯。求：(1)一盏灯正常工作的电阻。(2)若每天平均亮灯10小时，一个月（30天）这些灯共消耗多少千瓦时电能？相当于多少焦耳？(3)若更换为亮度相当的“220V5W”LED灯，一个月可节约多少电能？请从经济和环保角度谈谈你的看法。

5.电路设计分析：给定电源、开关、导线、一个已知阻值的定值电阻R0、一个滑动变阻器、一个电压表。请你设计一个电路，能够测量该滑动变阻器在某一个阻值位置时的实际功率。画出电路图，并写出需要测量的物理量及功率表达式。

探究性/创造性作业（学有余力者选做）：

6.微型项目研究：“探究手机充电过程中的能量转化与发热问题”。要求：查阅资料了解手机电池充电原理；设计一个简易方案，定性或半定量地测量手机在快充和慢充模式下的发热情况（可使用温度传感器APP或用手感知并分级记录）；分析发热原因，并从电池寿命和能量效率角度，对充电习惯提出科学建议，形成一份不超过500字的简要研究报告。七、本节知识清单及拓展

1.★电功(W)：电流所做的功，实质是电能转化为其他形式能的过程。单位：焦耳(J)、千瓦时(kW·h)。计算公式：W=UIt=Pt（普遍适用）。

2.★电功率(P)：定义式P=W/t，表示电流做功的快慢。计算式P=UI（普遍适用）。单位：瓦特(W)、千瓦(kW)。1kW·h=3.6×10^6J。

3.★额定值vs.实际值：用电器正常工作时的电压和功率称为额定电压、额定功率。实际功率随实际电压变化，P实=(U实/U额)²P额（电阻不变时）。

4.★纯电阻电路电功率公式拓展：在纯电阻电路中，因I=U/R，可得P=I²R=U²/R。注意：此二式仅限纯电阻电路。

5.▲电功率的测量：原理P=UI。伏安法测小灯泡电功率电路同伏安法测电阻。

6.★焦耳定律：内容：电流通过导体产生的热量Q，与电流I的平方、电阻R、通电时间t成正比。公式：Q=I²Rt（普遍适用）。单位：焦耳(J)。

7.★电热与电功的关系：在纯电阻电路中，W=Q，即UIt=I²Rt=(U²/R)t。在非纯电阻电路（含电动机、电解槽等）中，W>Q，W=UIt计算总功，Q=I²Rt计算电热。

8.▲电热的利用与防止：利用：电热水器、电熨斗。防止：散热窗、风扇（如电脑CPU散热）。

9.★动态电路中定值电阻功率分析：常用P=I²R分析，因R不变，P随电流I的平方变化。

10.▲动态电路中滑动变阻器功率变化：表达式PR=[U/(R0+R)]²·R，当R=R0时，PR最大，为U²/(4R0)。该结论适用于电源电压恒定、串联一个定值电阻的电路。

11.方法：控制变量法：探究Q与I、R、t关系时的核心方法。

12.方法：转换法：将电流产生热量的多少转化为温度计示数变化、气体或液体受热膨胀等易观测现象。

13.思维：能量观：分析电路时，要有意识地追踪电能的来源、转化途径和最终去向，这是理解一切电路问题的上位思想。

14.易错点：公式乱用：最典型的错误是在非纯电阻电路中用W=UIt求电热，或用U²t/R、I²Rt求总功。务必先判断电路性质！八、教学反思

一、目标达成度分析。本节课预设的知识与能力目标基本达成。通过前测与课堂提问反馈，绝大多数学生能准确复述电功率与焦耳定律的核心内容，并能完成基础性计算。在“任务四”的动态电路分析中，约70%的学生能跟上推理步骤，但在独立进行“当R变化时，PR如何变”的定性分析时，部分学生仍显吃力，表明将数学函数思想与物理过程结合的能力需长期培养。科学思维目标中的模型建构与推理环节，通过可视化板书和小组讨论得到了较好落实，学生能清晰表述分析步骤。情感目标在“C组巩固训练”和“拓展性作业”中有所体现，学生对生活中的用电现象表现出探究兴趣。

二、教学环节有效性评估。导入环节的家庭电费单与电器铭牌对比，迅速聚焦了“快慢”与“多少”的核心矛盾，激发了学生的求知欲，这个生活化起点是成功的。新授环节的四个任务层层递进，从概念辨析到实验探究，再到公式网络构建，最后攻坚动态分析，逻辑线清晰。“任务二”将教材演示实验升级为引导下的探究设计，虽然耗时稍长，但深度参与了科学探究的全过程，价值显著。我心里想：与其我讲十遍，不如让他们自己‘设计’一遍，印象深多了。巩固训练的分层设计满足了不同需求，但课堂时间所限，对B组习题的讲评未能充分展开，部分中游学生可能存有疑惑，这是需要调整的地方。

三、学生表现深度剖析。在小组合作中，观察发现学生呈现三种主要类型：引领型能快速理解任务