第十二章《電能能量守恒定律》學習活動三：電路中的能量轉化課堂教學：【任務情境】老師展示電動機接上電源后帶動風扇轉動，并提問學生問題?！緦W習任務一】理解包含電動機的電路中的能量轉化，為學生深入理解能量守恒定律提供物理事實。學會區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路，辨析W=UIt、Q=I2Rt不同的物理意義。提問1：在這個電路中，電動機消耗了電能以后，有哪些能量產(chǎn)生？能量之間的關系應該如何？預測學生回答：電動機消耗電能以后，產(chǎn)生了機械能和電路中的內能，它們的能量關系應該是：電能=機械能+內能提問2：假設電動機消耗的功率為P電，電動機對外做功，輸出的功率為P機，電動機工作時自身也有能量損失，對外的功率為P損，它們之間的關系式應該是什么？預測學生回答：它們之間滿足：P電=P機+P損提問3：假設電動機兩端的電壓為U，通過電動機線圈的電流為I，電動機線圈的電阻為R，請嘗試寫出各功率的具體表達式及各功率之間的關系。學生討論后給出答案：P電=UI

P損=P熱=I2R

UI=I2R+P機提問4：通過電動機功率分析和前面焦耳定律的推導，你能發(fā)現(xiàn)什么問題？電流通過用電器的過程中，消耗電能，同時產(chǎn)生其他形式的能，這個能量轉化的過程就是電流做功的過程，即電功W=UIt，而電流通過導體會產(chǎn)生焦耳熱Q=I2Rt。那么，Q和W一定相等嗎？如果不是，你生活中見到的電器還有沒有電能轉化為其他能量形式的例子？學生討論后回答：在電路中消耗的電能不一定全部轉化為內能，有些電路中消耗了電能也會產(chǎn)生其他能量，例如電風扇，電冰箱，空調，電解槽等。老師評價后總結：像電熱水器這樣電路中除了電源以外，只有電阻元件，電阻將從電源獲得的能量全部轉變成內能，這種電路就叫做純電阻電路。但像發(fā)動機、電風扇等，除了發(fā)熱以外，還對外做功，消耗的電能有一部分轉化為機械能等其他能量，這些是非純電阻電路?！緦W習任務二】在實驗中體會電路中的能量轉化，并認識電動機等非純電阻電路不滿足歐姆定律。進行實驗：電路圖如圖所示，實驗時可以先固定電動機M，不讓它轉動，接通電源，引導學生記錄電壓表和電流表的數(shù)值。提問學生：這個過程中，電路消耗的電能轉化為什么能量？此時電動機的電阻R是多少？學生可能解答：這個過程中，因為扇葉不動，電路消耗的電能全部轉化為通過電阻產(chǎn)生的內能，由歐姆定律可知：。進行實驗：放開手，讓電動機轉動，接通電源，記錄電壓表和電流表的讀數(shù)，容易看出：此時電動機的電壓、電流、電阻不再滿足歐姆定律的關系，即。引導學生總結：從能量轉化和守恒的角度去考慮，如果電路中電動機正常工作，那么電能除了轉化為內能之外，還轉化為機械能。提出問題：請通過上述實驗測得的兩組電壓U和電流I值，計算電動機的熱功率和機械功率。學生使用公式計算，加深學生的理解。【學習小結】1.認識不同電路中電功和電熱的關系；2.體會用能量轉化和守恒的觀點來分析問題的思想方法?！緦W習評價自測】1.實例分析：分析下列用電器的能量轉化情況，并比較電功和電熱的大小關系。電動機：電解槽：白熾燈：電風扇：電熱壺：答案：在白熾燈和電熱壺電路中，電能全部轉化為內能，電功和電熱相等；電動機和電風扇消耗的電能一部分轉化為機械能，一部分轉化為內能，電功大于電熱；電解槽消耗的電能一部分轉化為化學能，一部分轉化為內能，電功大于電熱。2.一臺電動機，線圈的電阻是0.4Ω，當它兩端的電壓為220V時，通過的電流是5A。這臺電動機發(fā)熱的功率與對外做功的功率各是多少？答案：10W，1090W解析：由焦耳定律可知，電動機發(fā)熱的功率為：P熱=I2R=10W電動機消耗的電功