2020-2021学年选修3-1第二章 恒定电流5 焦耳定律教学设计及反思

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教学重点：区别并掌握电功和电热的计算。
教学过程
复习引入：复习提问电功概念。
使学生回答出电功即电流在一段电路上做的功W=UIt。接着向学生指出电流通过导体时，导体总是要发热的，这是电流的热效应。电流通过导体时产生的热量的多少与什么因素有关呢？——我们这节课就来学习这个问题。
新课讲授：
(一)焦耳定律：
英国物理学家焦耳（1818～1889）经过长期的实验研究后指出：
电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方，导体的电阻和通电时间成正比——焦耳定律。
Q=I2Rt………………………………………（1）式
说明：a.(1)式表明电流通过导体时要发热,焦耳定律就是研究电流热效应定量规律的。
b.(1)式中各量的单位.
(二)电功和电热的关系:
设问: 电流通过电路时要做功,同时,一般电路都是有电阻的,因此电流通过电路时也要生热.那么,电流做的功跟它产生的热之间,又有什么关系呢?
1.纯电阻电路.
如图所示,电阻R,电路两端电压U,通过的电流强度I.
电功即电流所做的功: W=UIt.
电热即电流通过电阻所产生的热量: Q=I2Rt
由部分电路欧姆定律: U=IR
W=UIt=I2Rt=Q
表明: 在纯电阻电路中,电功等于电热.也就是说电流做功将电能全部转化为电路的内能(热能).
电功表达式: W=UIt=I2Rt=(U2/R)/t
电功率的表达式: P=UI=I2R=U2/R
2.非纯电阻电路.
如图所示,电灯L和电动机M的串联电路中,电能各转化成什么能?
电流通过电灯L时,电能转化为内能再转化为光能.电流通过电动机时,电能转化为机械能和内能.
电流通过电动机M时
电功即电流所做的功(电动消耗的电能): W=UIt
电热即电流通过电动机电阻时所产生的热量: Q=I2Rt
W(=UIt) =机械能+Q(=I2Rt)
表明: 在包含有电动机,电解槽等非纯电阻电路中,电功仍等于UIt,
电热仍等于I2Rt.但电功不再等于电热而是大于电热了. UIt＞I2Rt
电功表达式: W=UIt≠Q=I2Rt
电功率表达式: P=UI≠I2R
发热功率表达式: P=I2R≠UI
巩固新课:
例题分析:
例1：一台电动机，额定电压是110伏,电阻是0.40欧,正常工作时通过电流为50安.求每秒钟电流所做的功.每秒钟产生的热量.
例2：维修电炉时，将电阻丝的长度缩短十分之一，则修理后的电炉的功率和维修前的功率之比是（ B ）
A．9：10B。10：9C。10：11D。11：10
例3：如果不考虑温度对电阻的影响，一个“220V，40W”的白炽泡（ B D ）
接在110V的线路上它的功率为20W
接在110V的线路上它的功率为10W[接在55V的线路上它的功率为10W
接在55V的线路上它的功率为2.5W
例4:有一个直流电动机,把它接入0.2V电压的电路时,电机不转,测得流过电动机的电流是0.4A,若把电动机接入2.0V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1.0A,求电动机正常工作时的输出功率多大?如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？
（ 1.5W8W ）
例5:一台小型电动机,电枢电阻为20欧,接在电压为120V的电源上,求:当输入电动机的电强度为多大时 ,电动机可得到最大的输出功率?最大输出功率为多少?
解:电动机为非纯电阻电路故:
IU=I2R+P出
P出=-I2R+IU
当 I=－U/2(－R)＝3(A)时 电动机有最大的输出功率
电动机有最大的输出功率 P出＝-32×20﹢3×120＝180(W)