焦耳定律教学设计

普通高中课程标准试验教材人教版3—1贵州师范大学物理与电子科学学院页1贵州师大附中实习期间教学设计《焦耳定律》：指导老师:实习生:谢忠2015年9月普通高中课程标准试验教材人教版3—1贵州师范大学物理与电子科学学院页2《焦耳定律》教学设计一、教学设计与说明1.教材分析《焦耳定律》是《普通高中物理课程标准》选修模块3—1中第二章“恒定电流”中的内容，其基本内容是“电功和电功率”“焦耳定律”。本节从能量转化的角度理解电功和电热，区分纯电阻电路与非纯电阻电路。教科书没有通过实验归纳引入焦耳定律，而是从能量守恒定律分析得出的。本节课的教学内容选自人民教育出版普通高中课程标准实验教材教科书2007年版《物理》选修3—1第2章第5节。教材内容由“电功和电功率”“焦耳定律”两部分组成。在“电功和电功率”部分，教科书根据功和能的关系，从电能的转化引入电功的概念，然后根据静电力做功的知识和电流与电荷量的关系得到了电功的计算公式，教学中可以引导学生对用电器中的能量转化进行讨论，这样有利于学生理解电功的物理意义：1.从静电力做功的角度去思考问题。电流通过用电器的过程中，消耗了电能，同时产生了其它形式的能，这个能量转化的过程就是电流做功的过程。实质上，就是静电力做功，电势能减小，增加了其他形式的能的过程。在转化过程中能量守恒。2.功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少，这是电路中能量转化与守恒的关键。3.推导电功的公式时，在时间t内，相当于把电荷q由电路的一端移到另一端，移动电荷所做的功可由第一章静电场的知识求得。4.不同的用电器电流做功的快慢不同，引入电功率概念，还可以类比速度等概念进行学习，帮助学生理解，要让学生知道额定电功率的含义，并让学生知道额定电功率的含义，并让学生对常见用电器的额定功率有一个大致的了解。这部分内容的教材安排完全符合学生的认知和理解，因为学生在这之间已学习了静电场和能量守恒定律，在学生看来这样的一部分内容只是已有知识的一个演变过程，这样有利于学生在短时间内理解，对学生接下来的学习完全扫清了障碍。“焦耳定律”中，电路中电流做功，将电能转化为其他形式的能，其中很常见的就是内能。教师可以用电动机电风扇等常见的家用电器作为例子，引导学生进行讨论，电动机消耗的电能转化为机械能和内能两部分。让学生清楚，对于非纯电阻电路，电功和电热不相等。这时可以从能量守恒角度来考虑问题。这部分学生既可以学习新知识亦在生活中学习物理，也是物理联系生活的一个重要环节。2.学情分析教学主体是普通高二年纪的学生，已经掌握了功能关系的知识以及简单的静电学的知识，学生具有一定的分析推理能力，对于简单的公式的推导基本已经可以接受，但是本节侧重从能量守恒定律分析问题，较为繁琐，这对学生学习造成了困难，因此本节老师要引导学生对以上问题进行归纳总结。一方面总结电功和电热的关系；另一方面，要让学生体会能量转化和守恒的观点来分析问题的思想方法。经过本节的学习，对于将来学生遇到更复杂的能量守恒问题能轻松自然地解决。普通高中课程标准试验教材人教版3—1贵州师范大学物理与电子科学学院页3二、教案课题焦耳定律授课时间学生普通高中二年级学生教学目标知识与技能1.理解电功电功率公式的物理意义，了解实际功率和额定功率2.了解电功和电热的关系、了解电功和电热等价几个公式的适用条件3.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系，此时电功大于电热4.能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题过程与方法1.通过有关实例让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程情感态度与价值观1.通过本节课的学习让学生体会能量守恒定律的普遍性教学重点1.区别并掌握电功和电热的计算教学难点1.学生对电路的能量守恒中的能量转化关系缺乏感性认识，接受起来比较难教学方法策1.讲授法、概念转变策略教学过程教学流程主体内容学生活动教师活动新课导入（复习导入）回顾知识：（1）把电荷在电场中某一点移到另一点静电力会对电荷做功：WqU________________定义式如果是匀强电场：那么有WqEd_____补充：如果电场力做正功电势能将要减少，如果电场力做负功电势能将增加，这中间有能量的转化。（2）我们还学过电流，其定义式：qIt复习已有知识作出回答。引导学生对已有知识的回忆。普通高中课程标准试验教材人教版3—1贵州师范大学物理与电子科学学院页4新课教学一、电功和电功率图2.5-1表示很小一段电路。电荷做定向移动，电荷在做从左向右的定向移动，它们从这段电路的左端移到右端所用的时间为t。那么我们将知道，在这段时间内通过这段电路的电荷总量为：qIt在这段电路中静电力做功：WqU如果代换q，则有：WItU________电功的表达式表示，电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。单位时间内电流所做的功叫做电功率。WPtPUI小结：（1）定义：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。（2）实质：能量的转化与守恒定律在电路中的体现，电能通过电流做功转化为其他形式的能。（3）表达式：（4）物理意义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。（5）单位：电流单位用安培（A），电压单位用伏（V），时间单位用秒（s），则电功的单位是焦耳（J）。（6）电功率的表达式：电功率的物理意义：电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积。（7）单位：功的单位用焦耳（J），时间的单位秒（s），功率的单位为瓦特（W）11JSW1kWh6113.610kWhJ（8）额定功率：用电器正常工作是所需的电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。在教师的引导下分析推导。设置物理问题推导电功与电功率的关系式（师生共同完成）教师引导总结，并就生活联系作简要介绍。普通高中课程标准试验教材人教版3—1贵州师范大学物理与电子科学学院页5一般来说，用电器电压不能超过额定电压，但电压低于额定电压时，用电器的输出功率不是额定功率，而是实际功率。（9）实际功率：二、焦耳定律电流通过电炉、白炽灯等元件时，电能全部转化为导体的内能。电流在这段电路中做的功W等于这段电路发出的热量Q，即：QWUItUIR可得热量Q的表达式：2QIRt即电流通过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。这个关系最初是焦耳用实验直接得到的，我们把它叫做焦耳定律（实验定律）。单位时间内的发热量通常称为热功率。由上式可得：QPt2PIR（1）.公式（2）.热功率的定义：（3）.定义式（4）.单位问题：W=UIt,又由欧姆定律U=IR，所以得出：2WIRt那么是否就是放出的热量：2QWIRt———不是，因为电流所做的功并不一定全部转化为内能，它有可能同时转化为其他形式的能（例举：电动机以及电风扇等常用的家用电器的能量转化情况，电动机通过电流之后，如果电动机转动，电能一部分转化为电动机内阻产生的热量，一部分转化为机械能）。英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。而且欧姆定律有适用条件（纯电阻电路），也即是在纯电阻电路中才有：2QWIRt讨论电功和电热的关系：通过以上问题的理解，我们知道在满足欧姆定律的纯电阻电路有：2QWIRt的确实验也如此在一些纯电阻电路中满足，此时还有：QWUIt思考推导思考在老师的引导下作答创设物理情景引导学生总结得出结论提出问题根据能量守恒及能量的转化引导学生思考并作出总结普通高中课程标准试验教材人教版3—1贵州师范大学物理与电子科学学院页62UQWtR对应的热功率等于电功率为：2PIRPUI2UPR纯电阻电路：只含有电阻的电路，如电炉、白炽灯电热毯等，如果电动机通电后不转动时也是纯电阻电路。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。此时电路中电流做功为：WItUPUI总转化为用电器内阻产生的热量：2QIRt2=PIR热在这种非纯电阻情况下电流做的总功一部分转化为电热，一部分转化为其他的能量，根据能量守恒定律有：WQ其他能量=EWQ其WQ对应的在电路中有电功率和热功率如下关系：+PPP出总热=PPP出总热PP总热普通高中课程标准试验教材人教版3—1贵州师范大学物理与电子科学学院页7小结通过本节课的学习，我们应该了解到电热的计算及电功和电热这两个物理量的联系与区别，从能量转化的与守恒的角度解释纯电阻电路和非纯电阻电路中电功和电热的关系。在纯电阻电路中，电能全部转化为电热，故有电功等于电热；非纯电阻电路中，电能的一部分转化为电热，另一部分转化为其他形式的能。板书设计一、电功和电功率WItUPUI二、焦耳定律2QIRt2PIR