2020-2021学年5 焦耳定律教案设计

这是一份2020-2021学年5 焦耳定律教案设计，共3页。教案主要包含了内容及解析，教学目标及解析，问题诊断及分析，教学支持条件分析等内容，欢迎下载使用。

（一）内容：电功电热的概念，电功大小的计算式，焦耳定律。
（二）解析：本节课的主要内容是关于电功大小的计算式，焦耳定律的计算，其核心是电功大小的计算。理解它关键就是要理解电流的决定式。上一节主要介绍电势差与电场强度的关系。本节计划用一课时。教学的重点是对公式：I＝EQ \F( q ,t)的理解，并推广至环形电流。
1. 恒定电流在本章中起到一个承上启下的作用，特别恒定电流在电能焦耳热及闭合电路中具有引导作用。
2.本节首先要介绍的是电功的概念，之前学生没有了解，可以就用粒子流简单解释；让学生有一个初步认识。
二、教学目标及解析
（一）目标：（1）知道电流的概念；
⑵了解电流大小的计算式及其电流的决定式.
（二）解析：本节重点是理解电流的概念及电流的计算式和电流的决定式，采用控制变量法，类比法。难点是电流微观表达式的分析
三、问题诊断及分析
问题：决定电流微观表达式的那些因素从哪儿去找？
方法分析：控制变量法
①导体中单位时间内能够通过截面C的自由电荷分布
导体中单位时间内能够通过截面C的自由电荷分布在以截面C为底，速率v为长的导体中。
②单位时间内能够通过截面C的自由电荷数
N＝nV＝nvS
③单位时间内能够通过截面C的电荷量
Q＝Nq＝nqvS
④电流的微观表达式
I＝EQ \F(Q,t)＝nqvS
四、教学支持条件分析
五．教学过程
创设情景，实例引入：
1、电功和电功率
(1)电功
＋
－
U
q
q
q
①定义：在一段电路中电场力对定向移动的自由电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流所做的功。
②公式：W＝UIt
电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。
③单位：在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J。
电功的常用单位有：千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h。1 kW·h的物理意义是表示功率为1 kW的用电器正常工作1 h所消耗的电能。
1 kW·h＝1000 W×3600 s＝3.6×106 J
(2)电功率
①定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。用P表示电功率。
②公式：P＝EQ \F(W,t)＝UI
③物理意义：功率是表示电流做功快慢的物理量。
④单位：瓦特(W)。 千瓦(kW)。
1W＝1J/s。
⑤平均功率和瞬时功率
利用P＝EQ \F(W,t)计算出的功率是时间t内的平均功率。
利用P＝UI计算时，若U是某一时刻的电压，I是这一时刻的电流，则P＝UI就是该时刻的瞬时功率。
⑥额定功率与实际功率
a．额定功率：用电器正常工作时的功率。
b．实际功率：用电器实际工作时的功率。
c．额定功率与实际功率的关系：对一个用电器来说，额定功率只有一个。实际功率可随着用电器两端的电压和通过的电流的变化而改变。所以实际功率可等于、小于或大于额定功率。
总结：选择用电器时，要注意它的额定电压，只有在额定电压下用电器才能正常工作。实际电压偏低，用电器消耗的功率低，不能正常工作。实际电压偏高，长期使用会影响用电器的寿命，还可能烧坏用电器。
10、电功率和热功率
(1)电流做功的实质
①电场力对电荷做功的过程，实际上是电能转变成其他形式能量的过程。
②在真空中，电荷减少的电势能转化成动能。
③在纯电阻元件中电能完全转化成内能
(2)焦耳定律：Q＝I2Rt
上式表明，导体中产生的热量Q与导体两端的电压、导体中通过的电流I和通电时间t成正比。
(3)热功率
①定义：单位时间内发热的功率叫做热功率。
②公式：P热＝EQ \F(Q,t)＝I2R
③电功与电热的关系
①电功率与热功率的区别
电功率是指输入某段电路的全部功率或在这段电路上消耗的全部电功率，等于这段电路两端电压U和通过的电流I的乘积。电功率P＝UI，对任何电路都适用。
热功率是在某段电路上因发热而消耗的功率，等于通过这段电路中电流的平方I2和电阻R的乘积。电热功率P热＝I2R，对任何电路也都适用。
②电功率与热功率的联系
a．在纯电阻电路中，电功率与热功率数值相等。
W Q＝W
R
U＝IR
W＝Q＝UIt＝I2Rt＝EQ \F(U2,R)t
P热＝P电＝UI＝I2R＝EQ \F(U2,R)
b．在非纯电阻电路中，电功率数值大于热功率数值。
若电路中有电动机或电解槽时等元件时，电路为非纯电阻电路。
W W＞Q
M
Q
电路中消耗的电功率绝大部分转化为机械能或化学能等其它形式的能，只有一少部分转化为内能，这时电功率大于热功率。
U＞IR
W＞QW＝UItQ＝I2Rt
P电＞P热P电＝UIP热＝I2R
P电＝P热＋P出
M
V
U
R
例题：如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r＝0.6Ω，R＝10Ω，U＝160 V，电压表的读数为110 V，求
①通过电动机的电流是多少？
②输入到电动机的电功率是多少？
③在电动机中发热的功率是多少？
④电动机工作1 h所产生的热量是多少？
解析：①设电动机两端的电压为U1，电阻R两端的电压为U2，则U1＝110 V，U2＝U－U1＝(160－110)V＝50 V。
通过电动机的电流为I，则I＝EQ \F(U2,R)＝5 A。
②输入到电功机的电功率P电＝U1I＝110×5 W＝550 W。
③在电动机中发热的功率P热＝I2r＝52×0.6 W＝15 W。
④电动机工作1 h所产生的热量Q＝I2rt＝52×0.6×3600 J＝54000 J。
说明：电动机是非线性元件，欧姆定律对电动机不适用了，所以计算通过电动机的电流时，不能用电动机两端的电压除以电动机的内阻。
通过计算发现，电动机消耗的电功率远大于电动机的热功率。
例题：灯L与电动机D并联，灯L上标有200W字样，电动机D上标有2000W字样，当电源两端A、B加上220V电压时，灯和电动机均正常工作，求：电灯正常工作时的电阻。
解析：因为电灯是纯电阻用电器，所以电灯正常工作时的功率可表示为 P＝UI＝I2R＝EQ \F(U2,R)，灯正常工作时P＝200W，根据 P＝I2R知，只要求出灯正常工作时的电流，即可求出电灯正常工作时的电阻。对电路所有用电器，利用 P＝UI可求得电路中的电流强度。
整个电路用电器正常工作的总功率为：P＝PL＋PD＝2200W，由于电压 U＝220V。
根据P＝UI得，电路中的电流I＝EQ \F(P,U)＝10A。
对灯L由 P＝I2R得灯正常工作时的电阻
R＝EQ \F(PL,I2)＝2Ω，即灯正常工作时的电阻为 2Ω。