《電路中的能量轉(zhuǎn)化》教案教學目標教學目標：理解電能轉(zhuǎn)化為其他形式能是通過電流做功來實現(xiàn)的，加深對功與能關系的認識。通過電功和焦耳定律公式的推導，理解電功和電熱的區(qū)別和聯(lián)系，并會計算電功率和熱功率。聯(lián)系生活中電風扇、洗衣機等電器設備，體會能量轉(zhuǎn)化與守恒思想，增強理論與實際問題聯(lián)系的意識。教學重點：電功概念的建立和理解，電流做功過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能過程，加深學生對“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”的理解，并利用靜電力做功過程推導電功表達式。教學難點：對于包含電動機的電路進行能量轉(zhuǎn)化的實例分析。理解好電功和電熱概念，從實際問題中，抽象出“能流圖”，利用能量轉(zhuǎn)化和守恒思想建立關系式。教學過程時間教學環(huán)節(jié)主要師生活動3min7min3min7min5min1min問題引入電功和電功率焦耳定律電功和電熱、電功率和熱功率概念區(qū)分電路中的能量轉(zhuǎn)化課堂小結環(huán)節(jié)一：問題引入視頻引入：電熱水壺燒水過程，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。展示幾種用電器消耗電能圖片：電熱水壺、吹風機、電動車充電過程。提出問題：【問題】電熱水壺通電一段時間，直至水沸騰，在這一過程中，消耗了電能，那什么形式能增加了？【學生】內(nèi)能增加，這里發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化是，電能轉(zhuǎn)化為導體的內(nèi)能，導體對水加熱，最終轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能?！締栴}】生活中有很多的用電設備，比如吹風機的電動機通電消耗電能，電動車在充電過程中，同樣消耗了電能，這些電能最終轉(zhuǎn)化為哪些能量？【教師】總結：電熱水壺通電、電動機轉(zhuǎn)動和電池在充電過程中都消耗電能，電熱水壺通電，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電動機通電轉(zhuǎn)動，電能主要轉(zhuǎn)化為機械能，電動車電池充電，電能主要轉(zhuǎn)化為化學能，這些用電器通電，將電能轉(zhuǎn)化為其他形式能。不同用電器在工作時，能量轉(zhuǎn)化過程是不同的。環(huán)節(jié)二：電功和電功率問題引導1：【問題】在高一學習中，我們已經(jīng)學習了功和能的關系，請同學們思考：功和能有什么關系？【學生】功是能的轉(zhuǎn)化量度，做功過程伴隨著能量變化。例如，重力做功，重力勢能變化；合力做功，動能變化；靜電力做功，電勢能變化。問題引導2：【問題】那用電器在工作時，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能，是什么力做功使電能減少呢？【教師】我們在一個通電回路中分析，閉合開關，小燈泡發(fā)光，回路中電荷定向移動形成電流，電源外部電流方向ACDEFB。截取導線DE上非常短的一段導線將它放大，以其中一個自由電荷為例，請思考自由電荷在什么力作用下定向移動呢？電場力對自由電荷做正功，電勢能減少，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒思想，其他形式能增加。可見電能轉(zhuǎn)化為其他形式能，是電場力對自由電荷做功實現(xiàn)的，這一過程我們也稱為通過電流做功實現(xiàn)。引導學生總結電流做功的實質(zhì)。電流做功的實質(zhì)就是：導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功。創(chuàng)設情境，讓學生推導電功表達式：【教師】可以從電流做功角度推導電功的表達式。電路兩端電壓為U，電路中電流大小為I，電荷從左向右定向移動，經(jīng)過這段電路時間記為t。請同學們嘗試推導電功表達式?！緦W生】在第十章我們學習了靜電力做功W=Uq在第十一章我們學習了電流的定義式，可以得出在這段時間內(nèi)通過電路任一截面的電荷量為q=It，因而可以推出電功表達式W=UIt從實際問題出發(fā)引入電功率：【問題】某同學發(fā)現(xiàn)家里的電燉鍋上有兩個檔位，分別是快燉和慢燉，這兩個檔位的本質(zhì)區(qū)別是什么呢？這位同學說兩個檔位的電功不同，這種說法正確嗎？顯然這種說法是錯誤的，這里的快和慢不是指電功的大小，而是指電流做功的快慢。所以有必要引入物理量電功率來描述電流做功快慢。引入電功率物理量，對電功率的定義和物理意義進行學習，并且回答前面問題中的快燉和慢燉是指電功率不同。環(huán)節(jié)三：焦耳定律和熱功率創(chuàng)設情境，引導學生推導焦耳定律。動畫模擬電熱水器燒水過程?！窘處煛侩姛崴鞴ぷ鲿r，消耗電能，轉(zhuǎn)化為加熱管內(nèi)能，對水加熱，使水溫度升高，忽略能量損失，電流通過電熱水器的電熱元件做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為導體的內(nèi)能，像電熱水器這樣的用電器消耗電能全部用于增加內(nèi)能，我們可以從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度來推導熱量的表達式。通過電熱水器的電流大小為I，加熱管的電阻大小為R，電熱水器通電時間為t，推導電熱水器產(chǎn)生的熱量表達式。【學生】電流通過電熱水器的電熱元件做功時電能全部轉(zhuǎn)化為導體的內(nèi)能設定電路產(chǎn)生的熱量Q，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，Q

=

W

=

U由歐姆定律U

=

IR，即可得出引導學生推導電流發(fā)熱的功率的表達式環(huán)節(jié)四：電功和熱量、電功率和熱功率概念區(qū)分【教師】電熱水器消耗的電能等于導體內(nèi)能的增加，所有用電器的工作過程中能量轉(zhuǎn)化都是如此嗎？電功和產(chǎn)生熱量一定相等嗎？例如前面舉例中談及的電吹風機，它在工作時，消耗的電能等于增加的內(nèi)能嗎？第一步從概念物理意義區(qū)分電功是電流做功消耗電能，用W=UI焦耳定律計算的是導體生熱，只是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那部分能量，對于電熱水器，電能和內(nèi)能相等，而對于電吹風機，消耗電能轉(zhuǎn)化為機械能和內(nèi)能，所以應該有W>Q第二步實驗探究閉合開關，電動機轉(zhuǎn)動，待電流表和電壓表示數(shù)穩(wěn)定后讀出示數(shù)并記錄，然后用手捏住電動機，使之卡住不轉(zhuǎn)動，觀察電流表和電壓表示數(shù)變化，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)與之前電動機轉(zhuǎn)動時相同，待電表示數(shù)穩(wěn)定后，記錄電流表示數(shù)和電壓表示數(shù)。【問題】1、電動機轉(zhuǎn)動和不轉(zhuǎn)動情況下，電壓表示數(shù)相同時，兩次電流大小關系。2、分析說明電動機在轉(zhuǎn)動和不轉(zhuǎn)動兩種情形下的電功率和熱功率關系?！緦W生】我們發(fā)現(xiàn)電動機通電轉(zhuǎn)動和不轉(zhuǎn)動時，電壓表示數(shù)相同，電動機被卡住的電流明顯變大?！締栴}】進一步引導學生做一做：用歐姆表測量電動機的線圈電阻為19Ω。電動機轉(zhuǎn)動，兩端所加的電壓為2.0V時，通過的電流為0.020A。電動機用手捏住不轉(zhuǎn)動，兩端所加電壓仍為2.0V，通過的電流為0.098A。這個電動機在轉(zhuǎn)動和不轉(zhuǎn)動這兩種情形下電功率和熱功率各是多少？并判斷線圈電阻R與U/I的關系?！緦嶒灴偨Y】通過對比數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)動時，電功率大于熱功率，線圈電阻與U/I相差較大。電動機不轉(zhuǎn)動時，電功率和熱功率相差不大，線圈電阻與U/I數(shù)值也非常接近。電動機轉(zhuǎn)動時P電電動機不轉(zhuǎn)動時P電與P電阻R與包含電動機的電路，歐姆定律不成立。【問題】請同學們想一想如何計算電動機通電轉(zhuǎn)動時對外做功的功率？電動機不轉(zhuǎn)動時，電壓表讀數(shù)2.0V，電流表讀數(shù)0.098A，R=U即電動機接入電路后線圈電阻約為20.4Ω。電動機轉(zhuǎn)動時電流為0.020A，則可以計算出熱功率P熱=I

2電動機小結對于包含電動機的電路，歐姆定律不成立電功W和焦耳熱Q，兩者并不相等，W只考慮線圈發(fā)熱產(chǎn)生的能量損失，則W-Q就是電能轉(zhuǎn)化為機械能的部分能量。電功率等于機械功率加損耗的熱功率，這里我們也是僅考慮線圈生熱帶來的損耗。環(huán)節(jié)五：生活電路中的能量轉(zhuǎn)化問題【問題】生活中有很多的用電器，我們學習完本節(jié)知識后，大家可以嘗試在家庭中找一些用電器的說明書來研究，看一看你能看懂哪些參數(shù)了呢？比如一位同學在家中找到了一份洗衣機的說明書，翻到了洗衣機的相關參數(shù)這一頁。他注意到了這三項內(nèi)容，耗電量，每工作一個周期耗電量的單位是千瓦時，還注意到這樣兩個功率值，洗滌消耗功率，和加熱消耗功率，對此提出了兩個疑問：（1）kWh是能量單位還是功率單位？（2）進一步研究說明書，加熱消耗功率為此功能下總功率，該洗衣機加熱洗滌是在原電動機電路基礎上并聯(lián)一個電阻絲進行加熱能否估算一下該洗衣機在加熱洗滌時，所用加熱的電阻絲的電阻約為多少？在問題中體會本節(jié)知識的實際應用。課堂小結1、我們從功和能的關系推導了電功的表達式，探究了電流做功的本質(zhì)2、從能量轉(zhuǎn)化和守恒思想推導了焦耳定律和熱功率3、像電熱水器這樣電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路，電功和熱量是相等的，而對于包含電動機的電路，認識到電功和熱量是不同的，消耗電能和內(nèi)能產(chǎn)生并不相等。4、最后通過本節(jié)學習，同學們可以將電路中的能量轉(zhuǎn)化知識應用到家庭的用電器中，在生活中解決一些小問題。課后練習1.在直流電路中，兩個電阻的阻值之比R1∶R2＝2∶1，通過的電流之比I1∶I2＝2∶1，則在相等時間內(nèi)兩個電阻產(chǎn)生的熱量之比Q1∶Q2為()A．1∶1 B．2∶1C．4∶1 D．8∶12.有一個電風扇，額定電壓為U，額定功率為P，電動機線圈的電阻為R，把它接入電路中，電風扇正常工作，以下幾種計算時間t內(nèi)產(chǎn)生熱量的方法中正確的是()A．Q＝eq\f(U2t,R) B．Q＝PtC．Q＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))2·Rt D．以上三種方法均正確3.小芳家正在使用的電器有電燈、洗衣機、電冰箱，小芳從家里的總電能表中測得在時間t內(nèi)消耗的電能為W。設小芳家的供電電壓為U，總電流為I，上述電器的總電阻為R，總功率為P。下列關系式正確的是()A．P＝eq\f(U2,R) B．W＝I2RtC．I＝eq\f(U,R) D．P＝eq\f(W,t)4.某簡易電吹風簡化電路如圖所示，其主要部件為電動機M和電熱絲，部分技術參數(shù)如下表，電吹風在220V電壓下工作。下列說法正確的是電吹風額定電壓220V電吹風額定功率熱風時：990W冷風時：110WA．開關S1、S2都閉合時電吹風吹冷風B．該電吹風中電動機的內(nèi)電阻為440ΩC．吹熱風時電