第一節(jié)《電路中的能量轉(zhuǎn)化》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教材分析《電路中的能量轉(zhuǎn)化》是能量守恒定律在電能與其他形式能量轉(zhuǎn)化中的具體體現(xiàn)，其中焦耳定律是電學(xué)領(lǐng)域的核心概念之一。高中物理學(xué)涵蓋力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、原子物理五大核心模塊，電磁學(xué)又進(jìn)一步分為電場、恒定電流、磁場、電磁感應(yīng)、交變電流五個(gè)分支。本章聚焦恒定電流的基礎(chǔ)知識(shí)，是整個(gè)高中物理電路內(nèi)容的重要基石。本節(jié)內(nèi)容基于學(xué)生初中階段已掌握的電功、電熱相關(guān)知識(shí)，從電場力做功與能量轉(zhuǎn)化守恒的更高維度進(jìn)行深化探究，既實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的銜接與升華，也為后續(xù)電路及電磁場中的能量轉(zhuǎn)化相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。教材遵循“從生活走向物理，從物理走向生活”的新課標(biāo)理念，安排1課時(shí)教學(xué)：先通過生活實(shí)例感知電路中的能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，再通過公式推導(dǎo)明確電功、電熱的影響因素，進(jìn)而結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究深入理解電功與電熱的區(qū)別和聯(lián)系，最終落腳于知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。二、教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)（一）教學(xué)目標(biāo)理解電流做功的實(shí)質(zhì)，明確電流做功對應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化形式。熟練運(yùn)用電功公式、焦耳定律計(jì)算電功（電功率）、電熱（熱功率）。透徹厘清電功與電熱的區(qū)別和內(nèi)在聯(lián)系。（二）核心素養(yǎng)物理觀念：通過推導(dǎo)電功計(jì)算公式與焦耳定律，深化對電流做功實(shí)質(zhì)及能量轉(zhuǎn)化規(guī)律的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯分析與推理能力。科學(xué)思維：借助電動(dòng)機(jī)電路的探究實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)法、能量守恒思想等科學(xué)研究方法，提升科學(xué)思維品質(zhì)?？茖W(xué)探究：增強(qiáng)學(xué)生將物理知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)生活實(shí)踐的意識(shí)，滲透辯證唯物主義世界觀，培養(yǎng)科學(xué)探究的責(zé)任感與嚴(yán)謹(jǐn)性。三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（一）教學(xué)重點(diǎn)理解電流做功對應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化過程。掌握電功、電熱的計(jì)算方法。（二）教學(xué)難點(diǎn)厘清電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系；準(zhǔn)確區(qū)分純電阻電路與非純電阻電路，并正確運(yùn)用相關(guān)公式解題。四、學(xué)情分析學(xué)生在初中階段已學(xué)習(xí)電功及焦耳定律，完成過焦耳定律演示實(shí)驗(yàn)，具備初步的探究意識(shí)和基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)操作能力。電功、電熱知識(shí)與生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，學(xué)生擁有豐富的生活體驗(yàn)，這為課堂教學(xué)的開展提供了有利條件。學(xué)生的核心困惑在于未能厘清電功與電熱的本質(zhì)區(qū)別及內(nèi)在聯(lián)系，易出現(xiàn)公式混用的問題；在探究能力方面，學(xué)生對科學(xué)問題抱有濃厚興趣，但實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的邏輯性與可操作性有待提升。因此，教學(xué)的關(guān)鍵在于通過實(shí)驗(yàn)探究明確通電導(dǎo)體放熱的影響因素，幫助學(xué)生建立對純電阻電路與非純電阻電路的清晰認(rèn)知。五、教學(xué)方法等效法、類比法、比較法、實(shí)驗(yàn)探究法、講練結(jié)合法六、課時(shí)安排1課時(shí)七、教學(xué)過程（一）預(yù)習(xí)檢查，梳理疑惑通過課堂提問或預(yù)習(xí)反饋表，了解學(xué)生對初中電功、電熱知識(shí)的掌握情況，梳理學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中遇到的困惑，為針對性教學(xué)做好準(zhǔn)備。（二）情境引入，展示目標(biāo)教師：用電器通電后會(huì)實(shí)現(xiàn)電能向其他形式能量的轉(zhuǎn)化，請同學(xué)們結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，列舉常見用電器，并說明其能量轉(zhuǎn)化情況。學(xué)生（預(yù)設(shè)回答）：（1）卷發(fā)棒：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；（2）電爐：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；（3）電動(dòng)機(jī)：電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；（4）電解槽：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。教師：用電器將電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程，本質(zhì)上是電流做功的過程。那么，電流做功的多少、做功的快慢與哪些因素有關(guān)？電功與電熱之間存在怎樣的關(guān)系？本節(jié)課我們將圍繞這些問題，深入學(xué)習(xí)電功、電功率及焦耳定律的相關(guān)知識(shí)。（三）合作探究，精講點(diǎn)撥探究一：電功與電功率表達(dá)式的推導(dǎo)教師：請同學(xué)們結(jié)合已有知識(shí)，思考以下問題：（1）電場力做功的定義式是什么？（2）電流的定義式是什么？學(xué)生（預(yù)設(shè)回答）：（1）電場力做功的定義式：W=qU；（2）電流的定義式：I=q教師：展示教材圖2.51（推導(dǎo)電流做功的表達(dá)式示意圖），引導(dǎo)學(xué)生分析：一段電路兩端電壓為U，電路中存在電場，自由電荷在電場力作用下定向移動(dòng)形成電流I，在時(shí)間t內(nèi)通過電路任一橫截面的電荷量q是多少？學(xué)生（預(yù)設(shè)推導(dǎo)）：由電流定義式I=qt，可得教師：電場力將電荷量q從電路一端移到另一端時(shí)，所做的功是多少？該功與電流做功存在怎樣的關(guān)系？學(xué)生（預(yù)設(shè)推導(dǎo)）：根據(jù)電場力做功定義式W=qU，將q=It代入，可得W=UIt。電場力所做的功即為電流所做的功，簡稱電功。教師總結(jié)電功相關(guān)知識(shí)：定義：電路中電場力對定向移動(dòng)的電荷所做的功，稱為電流所做的功，簡稱電功。定義式：W=UIt。物理意義：描述電流做功的多少，反映電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的多少。單位：國際單位制中為焦耳（J）；常用單位還有千瓦時(shí)（kW·h），1kW·h=3.6×10?J。注意事項(xiàng)：公式中U（電壓）單位為V，I（電流）單位為A，t（時(shí)間）單位為s，計(jì)算結(jié)果W單位為J，需注意單位統(tǒng)一。教師：不同用電器在相同時(shí)間內(nèi)電流做功的多少不同，例如相同時(shí)間內(nèi)，電力機(jī)車電動(dòng)機(jī)的做功量遠(yuǎn)大于電風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)。這說明電流做功存在快慢差異，為描述這一特性，引入電功率概念。師生共同總結(jié)電功率相關(guān)知識(shí)：定義：單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功，稱為電功率。定義式：P=W物理意義：描述電流做功的快慢。單位：國際單位制中為瓦（W），常用單位還有千瓦（kW），1kW=1000W。注意事項(xiàng)：（1）P=Wt計(jì)算的是時(shí)間t內(nèi)的平均功率；P=UI中，若U、I為瞬時(shí)值，則P為瞬時(shí)功（2）本節(jié)研究恒定電流，電路中U、I恒定，瞬時(shí)功率與平均功率相等，無需單獨(dú)區(qū)分；（3）公式應(yīng)用時(shí)需保證單位統(tǒng)一：U為V，I為A，P為W。探究二：電熱、焦耳定律與熱功率教師：電流做功過程中，電能的轉(zhuǎn)化形式由電路中的用電器類型決定。當(dāng)電路中只有純電阻元件（如電阻絲、電爐）時(shí)，電能將全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生熱量。請同學(xué)們結(jié)合歐姆定律，推導(dǎo)純電阻電路中電流產(chǎn)生熱量的表達(dá)式。學(xué)生（預(yù)設(shè)推導(dǎo)）：根據(jù)歐姆定律U=IR，將其代入電功公式W=UIt，可得W=I2Rt。由于純電阻電路中電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，因此電流產(chǎn)生的熱量Q=W=I2Rt。教師：這一規(guī)律是物理學(xué)家焦耳通過大量實(shí)驗(yàn)得出的，稱為焦耳定律，是描述電流熱效應(yīng)的核心規(guī)律。師生共同總結(jié)焦耳定律相關(guān)知識(shí)：內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，與電流的平方成正比，與導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時(shí)間成正比。公式：Q=I2Rt。單位：熱量Q的國際單位制單位為焦耳（J），公式中I（電流）為A，R（電阻）為Ω，t（時(shí)間）為s。教師：類比電功率的定義，我們引入熱功率概念，描述單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的快慢。學(xué)生自主總結(jié)熱功率相關(guān)知識(shí)：定義：單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，稱為熱功率。定義式：P熱單位：國際單位制中為瓦（W）。探究三：純電阻電路與非純電阻電路中電功與電熱的區(qū)別和聯(lián)系1.例題分析一臺(tái)風(fēng)扇，內(nèi)阻為20Ω，接入220V電壓后正常運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗的電功率為66W。求：（1）通過電風(fēng)扇的電流及轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率；（2）電風(fēng)扇的輸出功率（即轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率）；（3）若扇葉被卡住無法轉(zhuǎn)動(dòng)，通過電動(dòng)機(jī)的電流、電動(dòng)機(jī)消耗的電功率及發(fā)熱功率。（學(xué)生分組解題，教師巡視指導(dǎo)，隨后展示解題過程及答案）2.實(shí)驗(yàn)探究教師：為進(jìn)一步理解電功與電熱的關(guān)系，我們通過實(shí)驗(yàn)探究電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)器材：玩具小電機(jī)、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)電路：（展示規(guī)范實(shí)驗(yàn)電路圖）實(shí)驗(yàn)步驟：（1）電機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)：連接電路，閉合開關(guān)，調(diào)整滑動(dòng)變阻器阻值，使電壓表讀數(shù)為電機(jī)額定電壓2.0V，記錄電流表讀數(shù)，計(jì)算電機(jī)消耗的電功率（P電=UI）和熱功率（P熱=I2R），比較兩（2）電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)：用手夾住電機(jī)軸，保持電壓表讀數(shù)為2.0V，記錄電流表讀數(shù)，再次計(jì)算電功率和熱功率，比較兩者大小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（預(yù)設(shè)）：（1）電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：P電（2）電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)：P電3.師生總結(jié)教師：引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合例題和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分組討論電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系，隨后共同總結(jié)：（1）核心區(qū)別電功率（P電=UI）：描述電路消耗電能的總功率，反映電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量（內(nèi)能、機(jī)械能、化學(xué)能等）的快慢，適用于所有電熱功率（P熱=I2R）：描述電路因電流熱效應(yīng)消耗電能的功率，僅反映電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的快慢，同樣適用于所有電（2）內(nèi)在聯(lián)系純電阻電路：電路中只有電阻元件（如電爐、白熾燈），電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)P電=P熱，非純電阻電路：電路中存在電動(dòng)機(jī)、電解槽等用電器，電能大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等其他形式的能量，僅有少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)P電>P熱，電功W=Q+E其他（E其他為轉(zhuǎn)化為其他形式的能量），且不能用W=U2tR、P=教師強(qiáng)調(diào)：實(shí)驗(yàn)中電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，電路可視為純電阻電路；電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電路為非純電阻電路。解題時(shí)需先判斷電路類型，再選擇合適公式。探究四：非純電阻電路的功率計(jì)算拓展結(jié)合上述例題第（2）（3）問，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)：非純電阻電路中，輸出功率（轉(zhuǎn)化為其他形式能量的功率）P輸出=P電?P熱；當(dāng)用電器卡?。ㄈ珉姍C(jī)扇葉被卡）時(shí)，電路變?yōu)榧冸娮桦娐?，此時(shí)電流會(huì)急劇增大，發(fā)熱功率大幅上升，可能導(dǎo)致用電器損壞，體現(xiàn)物理知識(shí)在安全（四）反思總結(jié)，當(dāng)堂檢測學(xué)生自主總結(jié)：請學(xué)生梳理本節(jié)課核心知識(shí)，構(gòu)建知識(shí)框架（可采用思維導(dǎo)圖、列表等形式），并分享學(xué)習(xí)體會(huì)。教師補(bǔ)充完善：針對學(xué)生總結(jié)中的遺漏或誤區(qū)，進(jìn)行針對性補(bǔ)充，強(qiáng)化重點(diǎn)難點(diǎn)。當(dāng)堂檢測：（1）下列關(guān)于電功和電熱的說法中，正確的是（）A.電功的實(shí)質(zhì)是電場力對電荷做功，電熱的實(shí)質(zhì)是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.純電阻電路中，電功等于電熱；非純電阻電路中，電功大于電熱C.電功率越大，電流做功越多；熱功率越大，產(chǎn)生的熱量越多D.公式W=UIt適用于所有電路，Q=I2Rt僅適用于純電阻電路（2）一個(gè)標(biāo)有“220V100W”的白熾燈，其燈絲電阻為多大？正常工作1小時(shí)消耗的電能是多少？產(chǎn)生的熱量是多少？（3）某電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻為1Ω，接入220V電壓后正常工作，通過的電流為5A，求電動(dòng)機(jī)的輸出功率。（五）布置作業(yè)基礎(chǔ)鞏固：完成學(xué)案課堂達(dá)標(biāo)習(xí)題1、2、3；拓展探究：查閱資料，分析家用空調(diào)、電熱水器分別屬于純電阻電路還是非純電阻電路，結(jié)合其工作原理說明能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn)；實(shí)踐應(yīng)用：估算家中某用電器（如臺(tái)燈、洗衣機(jī)）正常工作時(shí)的電功、電功率及熱功率（非純電阻用電器僅估算熱功率），撰寫簡單的估算報(bào)告。八、板書設(shè)計(jì)一、電功與電功率電功定義：電場力對定向移動(dòng)電荷做的功定義式：W=UIt單位：J（焦耳）、kW·h（千瓦時(shí)）電功率定義：單位時(shí)間內(nèi)電流做的功定義式：P=單位：W（瓦）、kW（千瓦）物理意義：描述電流做功的快慢二、焦耳定律與熱功率焦耳定律內(nèi)容：Q∝I2、Q∝R、Q∝t公式：Q=I2Rt單位：J（焦耳）熱功率定義：單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量定義式：P單位：W（瓦）物理意義：描述電流熱效應(yīng)的快慢三、純電阻電路與非純電阻電路純電阻電路特點(diǎn)：電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能關(guān)系：W=Q，P公式適用：W=UIt=I2Rt=非純電阻電路特點(diǎn)：電能部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其余轉(zhuǎn)化為其他形式能量關(guān)系：W=Q+E其他公式適用：W=UIt、Q=I2Rt，禁用W=九、教學(xué)反思教學(xué)中應(yīng)充分凸顯學(xué)生