高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律1 电路中的能量转化精品教学设计

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备课人
学科
物理
课题
电路中的能量转化
教学内容分析
本章是恒定电流的第二部分，是从能量的角度研究电路的特点和规律。
本节与初中物理电学部分有较多的关联，学生在电功、电功率、焦耳定律等知识点上都在初中有所涉及。但与初中的内容相比，本节在介绍这些知识点时，是在静电场的基础上进行更为理论的推导，并对纯电阻电路和非纯电阻电路进行了更加细致、定量地分析，以电动机为例，引导学生对其能量的转化进行了讨论。本节课涉及的公式较多，需要在教学过程中娓娓道来，逐一明确其来源、适用范围。
学情分析
学生通过初中物理课的学习，已经对电功、电功率、焦耳定律等有了一定的了解，但从静电场的能量角度阐释这些内容，学生仍存在知识点灵活运用的问题。同时，在对以电动机为例的非纯电阻电路进行研究时，学生也容易混淆输入功率、输出功率、热功率等概念。
教学目标
1、通过实例分析，理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的，加深对功与能量转化关系的认识。
2、通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律，能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。
3、从能量的转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，理解电功和电热的区别和联系。
4、联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。
教学
重难点
教学重点：
电功概念的建立和理解。
教学难点：
对包含电动机的电路中的能量转化的实例分析。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
【提问】现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，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？
思考。
从能量角度对生活中常见的用电器提出问题，引发学生思考。
环节一
电功和
电功率
【提问】电热水壶、电动机通电时，手机电池充电时，能量是怎样转化的？
【提问】电能转化为其它形式的能，是怎样实现的？
【提问】电流做功的实质是什么？
提示：结合静电场知识思考。
【讲述】电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。
【提问】电流做功的计算式是什么？
【提问】怎样利用高中阶段所学的知识推导这一计算式？
→W＝UIt适用于一切电路。
【提问】电功的物理意义是什么？
【提问】由计算式，电功的决定因素有哪些？
【提问】电功是矢量还是标量？
【提问】电功的单位有哪些？怎样换算？
【提问】电功的大小怎样测量？
【提问】不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？
【提问】电功率的定义、定义式是什么？
→P＝Wt适用于一切电路。
【提问】电功率是矢量还是标量？
【提问】电功的单位有哪些？怎样换算？
【提问】电功率的大小怎样测量？
【提问】什么是额定电压、额定功率、实际电压、实际功率？
思考并回答：
电热水壶通电时，电能转化为内能。
手机电池充电把电能转化成化学能。
电动机通电时把电能转化为机械能。
思考并回答：
电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。
思考并回答：
电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其它形式的能增加。
思考并理解。
回忆并作答：
W＝UIt
思考并回答：
由q＝It、W＝Uq可推得W＝UIt
思考并回答：
电功是表示量度电能转化为其它形式的能的多少的物理量。
思考并回答：
电功与通过用电器的电量（通过用电器的电流和通电时间）和用电器两端的电压成正比。
思考并回答：
标量。
思考并回答：
国际单位：焦耳（J）
常用单位：千瓦时（kWh）
换算：
1kWh＝3.6×106J
思考并回答：
用电能表测量；
用伏安法测量。
思考并回答：
用电功与时间的比值，即电功率来描述。
思考并回答：
定义：单位时间内电流所做的功。（比值定义法）
定义式：P＝Wt
思考并回答：
标量。
思考并回答：
国际单位：瓦特（W）
常用单位：千瓦（kW）
换算：1kW＝103W
思考并回答：
伏安法测量电功率。（电压表和电流表）
思考并回答：
额定电压：用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）
额定功率：用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）
实际电压：用电器实际工作时的电压
实际功率：用电器在实际电压下的功率
从能量的角度提出实际问题，直接将对电功等概念的介绍提升到能量的高度，明确主题。
定性分析能量的转化过程，为定量研究做铺垫。
结合前面静电场的知识，讨论电流做功的本质，帮助学生在初中学习的基础上，对电功有更准确的认识。
从前面学习的公式出发推导电功的计算式，进一步帮助学生建立起新旧知识的关联。
完善学生对电功概念的认知。
在电功的基础上引出对电功率的研究。
完善学生对电功率的认知。
复习初中学习过的知识，为学生解决后续的相关问题做准备。
环节二
焦耳定律
【提问】电流通过电热水器，电炉等电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能。这一过程有何规律？
【提问】焦耳定律的数学表达式是怎样的？
【提问】怎样利用高中阶段所学的知识推导这一计算式？
【展示】验证焦耳定律的实验电路图。
说明：焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。
【播放视频】焦耳定律。
【提问】如果电功将全部的电能都转化为内能，则电功率的计算式应怎样改写？结合焦耳定律的表达式，电功率的计算式会变成怎样？
【提问】P＝UI与P＝I2R有何区别？
【讲述】P＝UI指一切电流做功的功率，是总功率。P＝I2R专指电流发热的功率，称为热功率。
【讲述】单位时间内导体的发热量叫做热功率。
热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积。
思考并回答：
焦耳定律：电流通过某导体产生的热量,跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。
思考并回答：
Q＝I2Rt
思考并回答：
由W＝Q、W＝UIt、I＝Qt，可推得Q＝I2Rt。
观察电路图并思考。
观看视频。
思考并回答：
P＝Wt＝Qt
代入Q＝I2Rt，得P＝I2R
思考并理解。
复习初中学过的焦耳定律内容，为进一步地研究做铺垫。
从新学的知识点出发推得焦耳定律的数学表达式，帮助学生更深入地了解这一规律。
提出问题，引出热功率的概念，为研究非纯电阻电路中的能量转化做准备。
区分概念，帮助学生更准确地掌握知识点。
环节三
电路中的
能量转化
【提问】如果电路中有电动机或者正在充电的电池，那么电能除了转化为内能之外，还转化为机械能和化学能。当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？这种电路又有何特点？
【讲述】纯电阻电路：只含有电阻的电路，把电能全部转化为内能，如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。
非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路，把电能转化为内能和其它形式的能。
【提问】纯电阻电路和非纯电阻电路中的能量转化是怎样的？
【提问】两种电路中的电能怎样计算？产生的热量怎样计算？
→在纯电阻电路中，Q指某段电路在某段时间内消耗的全部电能。在非纯电阻电路中，Q指转化为内能的那部分电能。
【提问】由此，非纯电阻电路中，消耗的电能与产生的热量之间有何关系？
→在纯电阻电路中，I＝UR
在非纯电阻电路中，II2Rt
思考并回答：
说明欧姆定律不适用于非纯电阻电路。
总结并回答：
纯电阻电路：
电功＝电热，即
W＝UIt＝U2Rt＝I2Rt＝Q
电功率＝热功率，即：
P＝UI＝U2R＝I2R＝P热
非纯电阻电路：
电功：W＝UIt
电功率：P＝UI
电热：Q＝I2Rt
热功率：P热＝I2R
思考。
在前面讨论的基础上理解。
思考并回答：
P输入＝UI
思考并回答：
P热＝I2r
思考并回答：
P输入＝P输出+P热
思考并回答：
η＝P输出P输入×100%
总结并完成表格：
规律总结：无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用W＝UIt，功率都可以用P＝UI，热量都可以用Q＝I2Rt，热功率都可以用P热＝I2R，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。
练习巩固本节知识点。
提出非纯电阻电路的问题，引发学生思考，进而在纯电阻电路的基础上对非纯电阻电路进行分析。
对比纯电阻电路和非纯电阻电路，帮助学生了解两者的区别所在。
明确两种电路中的能量转化方式。
从能量的角度讨论两种电路中电流做的功与产生的热量的关系，解释欧姆定律不能适用于纯电阻电路的原因。
从定量计算的角度区分两种电路，帮助学生明晰两种电路在能量转化上的不同。
以电动机为例，具体介绍非纯电阻电路问题的处理方法。
区分输入功率、输出功率、热功率等概念，并讨论其定量关系。
课堂总结
一、电功：W＝UIt，适用于一切电路
W＝UIt＝U2Rt＝I2Rt＝Q，适用于纯电阻电路
二、电功率：做功的快慢，P＝UI，适用于一切电路
P＝UI＝U2R＝I2R＝P热，适用于纯电阻电路
三、焦耳定律：电热：Q＝I2Rt；热功率：P热＝I2R；适用于一切电路
四、非纯电阻电路：P电＝P机+P热
板书设计
§12.1电路中的能量转化
1、电功（W）：
①计算式：W＝UIt（普适）
W＝UIt＝U2Rt＝I2Rt＝Q（纯电阻电路）
②标量
③单位：焦耳（J），1kWh＝3.6×106J
2、电功率：
①计算式：P＝Wt（普适）
P＝UI＝U2R＝I2R＝P热（纯电阻电路）
②标量
③单位：瓦特（W），1kW＝103W
3、额定电压、额定功率
4、焦耳定律：Q＝I2Rt（普适）
5、热功率：P＝I2R（普适）
6、非纯电阻电路：
①不能用欧姆定律
②P电＝P机+P热
③η＝P输出P输入×100%
作业设计
1、梳理本节知识点。
2、教材P82“练习与应用”。
教学反思与评价