人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化教学设计

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一、学习目标展示

1．理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质。

2．理解电热和电热功率，关注焦耳定律在生产、生活中的应用。

3．从能量转化和守恒的角度理解电功和电热的区别。

二、情景引入

   现代生活中到处可见用电设备和用电器，例如电灯、电视、电热水壶、电动汽车等。那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？

了解本节课学习目标

学生观察图片认真思考

有目的的学习

为引入课题做铺垫

讲授新课

【自学感知】

  一、电功和电功率

1．电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。

2．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加。

3．静电力的功：电流在一段电路中所做的功等于电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。即W＝ UIt 。

4．电功率

(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。

(2)定义式：P＝ W/t 。

(3)电功率表达式：P＝ UI。

(4)单位：电功的单位是焦耳(J)，电功率的单位是瓦特(W)

二、焦耳定律

1．焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。即Q＝ I2Rt 。

2．热功率：电流通过导体发热的功率P热＝ I2R 。

三、电路中的能量转化

1．电动机工作时能量转化关系：电动机从电源获得的能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。

2．功率关系：P电＝ P机＋P损。而P电=  UI , P热＝ I2R 。若忽略电动机转子与轴承的摩擦和空气阻力的能量损失，则有：

 P损= P热;  故：UI = P机＋ I2R

3．电池充电时能量转化关系：电能转化为化学能和内能。

【探究解惑 】 

探究一：纯电阻电路和非纯电阻电路的比较：

【例1】　规格为“220 V　36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω,求:

(1)接上220 V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率。

(2)如果接上220 V的电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。

解析:(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为：

I= A≈0.16 A,

发热功率为P热=I2R=(0.16)2×40 W≈1 W。

转化为机械能的功率为P机=P-P热=36 W-1 W=35 W。

  (2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻用电器,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为：

I'= A=5.5 A,

电动机消耗的功率即电功率等于热功率:

P电'=P热'=UI'=220×5.5 W=1210 W。

答案:(1)35 W　1 W　(2)1210 W　1210 W

规律总结：电动机电路的分析与计算

探究二：电功、电热、电功率、热功率的比较.

例2(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是(　)

A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多

B.W=IUt适用于任何电路,而W=I2Rt=t只适用于纯电阻电路

C.在非纯电阻电路中,IU>I2R

D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路

答案:BCD

解析:电功率公式P=,表示电功率越大,电流做功越快。对于一段电路,有P=IU,I=,焦耳热Q=Rt,可见Q与P、U、t都有关,所以P越大,Q不一定越大,A错。W=IUt是电功的定义式,适用于任何电路,而I=只适用于纯电阻电路,B正确。在非纯电阻电路中,电流做的功=焦耳热+其他形式的能,所以W>Q,即IU>I2R,C正确。Q=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路,D正确。

【例3】　有一个电风扇，标有“220 V　50 W”，某电动机线圈的电阻为0.4 Ω，把它接入220 V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法中正确的是(　　)

A．Q＝ t  B．Q＝Pt

C．Q＝·Rt D．以上三种方法均正确

解析: 通过电风扇的电流为I＝，因为电风扇不是纯电阻电路，所以其焦耳热为Q＝·Rt，而不应该是Q＝ t或Q＝Pt，C正确。

探究三：串、并联电路中电功率与电阻有什么关系 ？

1、串联电路：各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比。

2、并联电路：各支路电压相同，根据P＝?^?/?，各支路电阻上的电功率与电阻成反比。

3、总功率：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和，即：P总＝P1＋P2＋…＋Pn。

【例4】有额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W 的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，两盏电灯均能正常发光，那么电路中消耗功率最小的电路是(　　)

解析: 若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110 V，对A电路，因为RA＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110 V，B灯将被烧坏；对B电路，UB＞U并，B灯将被烧坏；对C电路，RA可能等于B灯与变阻器并联后的电阻，所以UA可能等于UB，等于110 V，两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为200 W；对D电路，变阻器电阻可能等于两灯并联后总电阻，可能有UA＝UB＝U并＝110 V，两灯可能正常发光，且电路中消耗总功率为280 W。综上可知，C正确。

学生阅读课文，认真研究，然后填空，对填不出的空重新看书理解并与同桌讨论。

学生理解后记忆

学生思考讨论

并回答

学生独立完成解题过程

在教师的引导下学生分析。

学生思考讨论并在教师的引导下回答

学生练习

把读书自学的机会还给学生。

锻炼学生的逻辑思维能力

帮助学生透彻理解规律的实质。

让学生理解实际情形下所学知识是如何应用的。

锻炼学生的分析能力，

教师引导下的讨论，注重学生的讨论过程，淡化探究的结果，给学生成功的喜悦。

强化所学知识的应用。

课堂小结

梳理自己本节所学知识。

根据学生表述，查漏补缺，

板书

12.1《 电路中的能量转化 》

一、电功和电功率

1．电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。

2．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。

3．静电力的功：W＝ UIt

4．电功率：(1)定义：(2)定义式：P＝ W/t 。(3)电功率表达式：P＝ UI。(4)单位：瓦特

二、焦耳定律1．焦耳定律：Q＝ I2Rt   2．热功率：P热＝ I2R

三、电路中的能量转化

1．电动机工作时能量转化关系：

2．功率关系：P电＝ P机＋P损 P损= P热;  故：UI = P机＋ I2R

3．电池充电时能量转化关系：电能转化为化学能和内能。

教学反思