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高二物理焦耳定律教案
2.5焦耳定律
【教学目标】
(一)知识与技能
1、理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。
2、理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。
3、知道电功率和热功率的区别和联系。
(二)过程与方法
通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养学生的分析、推理能力。
(三)情感、态度与价值观
通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步掌握能量守恒定律的普遍性。
【教学重点】
电功、电功率的概念、公式;焦耳定律、电热功率的概念、公式。
【教学难点】
电功率和热功率的区别和联系。
【教学过程】
(一) 复习
1. 串并联电路的性质。 2. 电流表的改装。
(二)进行新课
1、电功和电功率
教师：请同学们思考下列问题
(1)电场力的功的定义式是什么? (2)电流的定义式是什么? 学生：(1)电场力的功的定义式W=qU
(2)电流的定义式I=
q t教师：投影教材图2.5-1(如图所示)
如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作
用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少? 学生：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。
教师：这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功?
学生：在这一过程中，电场力做的功W=qU=IUt
教师：在这段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称电功。 电功：
(1)定义：在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功. (2)定义式：W=UIT
教师：电功的定义式用语言如何表述?
学生：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。
教师：请同学们说出电功的单位有哪些?
学生：(1)在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J. (2)电功的常用单位有：千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h. 说明：使用电功的定义式计算时，要注意电压U的单位用V，电流I的单位用A，通电时间t的单位用s，求出的电功W的单位就是J。
教师：在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。电流做功不仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念。
(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)定义式：P=W=IU t(3)单位：瓦(W)、千瓦(kW)
[说明]电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定多;电流做功慢，但做功不一定少。
2、焦耳定律
教师：电流做功，消耗的是电能。电能转化为什么形式的能与电路中的电学元件有关。在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热。 .......设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电
流通过此电阻产生的热量Q。
学生：求解产生的热量Q。
解：据欧姆定律加在电阻元件两端的电压U=IR 在时间t内电场力对电阻元件所做的功为W=IUt=I2Rt
由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q。 产生的热量为
Q=I2Rt
教师指出：这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律，同学们在初中已经学过了。
学生活动：总结热功率的定义、定义式及单位。 热功率：
(1)定义：单位时间内发热的功率叫做热功率。 (2)定义式：P热=
Q
2=IR t(3)单位：瓦(W)
(三)研究电功率与热功率的区别和联系。
学生：分组讨论总结电功率与热功率的区别和联系。 师生共同活动：总结： (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，决定于这段电路两端电压U和通过的电流I的乘积。
热功率是在某段电路上因发热而消耗的功率，决定于通过这段电路的电流的平方I2和电阻R的乘积。
(2)电功率与热功率的联系
若在电路中只有电阻元件时，电功率与热功率数值相等。即P热=P电 教师指出：
若电路中有电动机或电解槽时，电路消耗的电功率绝大部分转化为机械能或化学能，只有一少部分转化为内能，这时电功率大于热功率，即P电>P热。
课堂练习
例一： 一个电动机，线圈电阻是0.4欧，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。求(1)电功率是否等于热功率?(2)这台电动机的机械功率是多少?
解：本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率P电、电动机发热的功率P热、转化为机械能的功率P机
。三者之间遵从能量守恒定律，即
P电=P热+P机 由焦耳定律，电动机发热的功率为
P热=I2R 电动机消耗的功率，即电流做功的功率为
P电=IU 因此可得电能转化为机械的功率，即电动机所做机械功的功率
P机=P电-P热=IU - I2R
=5 ×220 -52 ×0.4
=1090w 课堂小结
电功
W=UIt
电功率
P=UI
焦耳热
Q=I2Rt
热功率
P=I2R 纯电阻电路:
电功=电热
电功率=热功率
非纯电阻电路:
电功=电热+其它形式的能量
电功率=热功率=其它形式的功率
教学目标
知识目标
1.知道电流的热效应.
2.理解焦耳定律的内容、公式、单位及其运用.
能力目标
知道科学研究方法常用的方法等效替代法和控制变量法在本节实验中的运用方法.
情感目标
通过对焦耳生平的介绍培养学生热爱科学，勇于克服困难的信念.
教学建议
教材分析
教材从实验出发定性研究了电热与电流、电阻和时间的关系，这样做的好处是体现物理研究问题的方法，在实验过程中学生能更好地体会的一些科学研究的方法，避免了一开始就从理论上推导给学生造成理解的困难和对纯电阻电路的理解的困难.在实验基础上再去推导学生更信服.同时启发学生从实验和理论两方面学习物理知识.
做好实验是本节课的关键.
教法建议
本节课题主题突出，就是研究电热问题.可以从电流通过导体产生热量入手，可以举例也可以让学生通过实验亲身体验.然后进入定性实验.
对焦耳定律内容的讲解应注意学生对电流平方成正比不易理解，可以通过一些简单的数据帮助他们理解.推导中应注意条件的交代.定律内容清楚后，反过来解决课本中在课前的问题.
教学设计方案
提问：
灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡，有什么感觉?为什么?
电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机部分有什么感觉?为什么?
学生回答：发烫.是电流的热效应.
引入新课
演示实验：
1、
介绍如图9-7的实验装置，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各装一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大，串联起来，通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高，体积膨胀，煤油在玻璃管里会上升，电流产生的热量越多，煤油上升得越高.观察煤油在玻璃管里上升的情况，就可以比较电流产生的热量.
2、
三种情况：
第一次实验：两个电阻串联它们的电流相等，加热的时间相同，甲瓶相对乙瓶中的电阻较大，甲瓶中的煤油上升得高.表明：电阻越大，电流产生的热量越多.
第二次实验：在两玻璃管中的液柱降回来的高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做实验，让通电的时间与前次相同，两次实验比较甲瓶前后两次煤油上升的高度，第二交煤油上升的高，表明：电流越大，电流产生的热量越多.
第三次实验：如果加长通电的时间，瓶中煤油上升越高，表明：通电时间越长，电流产生的热量越多.
(2)焦耳定律
英国物理学家焦耳做了大量的实验于1840年最先精确地确定电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比.跟通电时间成正比，这个规律叫做焦耳定律.
焦耳定律可以用下面的公式
表示：Q=I2Rt
公式中的电流I的单位要用安培(A)，电阻R的单位要用欧姆，通过的时间t的单位要用秒这样，热量Q的单位就是焦耳(j).
例题 一根60Ω的电阻丝接在36V的电流上，在5min内共产生多少热量.
解： I=U/R=36V/60Ω=0.6A
Q=I2Rt=2×60Ω×300s=6480j
在一定的条件下，根据电功公式和欧姆定律公式推导出焦耳定律公式如果电流通过导体时，其电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，也就是电流所作的功全部用来产生热量.那么，电流产生的热量Q就等于电流做的功w，即Q=w.w=UIt，根据欧姆定律U=IR推导出焦耳定律Q=I2Rt，
总结
在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多.
在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多，进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成正比.
在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多.
探究活动
【课题】“焦耳定律”的演示
【组织形式】学生分组或教师演示
【活动方式】
1.提出问题
2.实验观察
3.讨论分析
【实验方案示例】
1.实验器材：干电池四节，玻璃棒，若干电阻丝，蜡烛，火柴棒.
2. 制作方法
把同一根电阻丝分别绕在玻璃棒的两端，绕线匝数比例为1∶8，两线圈相距5cm左右，然后在这两个线圈上滴上同样多的蜡，使线圈被蜡均匀地包住.点着火柴立即吹灭，靠其余热将两根火柴杆粘在两个线圈上，如图1所示.
图1
3.实验步骤
(1)用两节干电池给玻璃棒上的电阻丝通电，可看到匝数多的线圈(电阻大)上的火柴杆比匝数少的线圈(电阻小)上的火柴杆先掉.这就表明：在电流强度和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量就越多.
(2)经过较长时间后，匝数少的线圈(电阻小)上的火柴杆也会掉下来.这就说明：通电时间越长，电流产生的热量越多.
(3)用四节电池(增大电源电压)重做上述实验，可看到两根火柴杆都先后很快掉下来.在线圈的温度不太高时，可认为总电阻不变，电压增大时，通过它们的电流增大.这就表明：电流越大，电流产生的热量越多.
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第五节、焦耳定律
一、教学目标
(一)知识与技能
1.理解电功、电功率的概念，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。了解公式Q=I2Rt(P=I2R)、Q=U2t/R(P=U2/R)的适应条件。
3.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，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。
(二)过程与方法
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能的过程。
(三)情感态度与价值观
通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性。
三、重点与难点：
重点：区别并掌握电功和电热的计算。
难点：主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识，接受起来比较困难。
四、教学过程：
(一)复习上课时内容
要点：串、并联电路的规律和欧姆定律及综合运用 。
提出问题，引入新课
1.通过前面的学习，可知导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电场力对定向移动的电荷做功吗?(做功，而且做正功)
2.电场力做功将引起能量的转化，电能转化为其他形式能，举出一些大家熟悉的例子：电能→机械能，如电动机。电能→内能，如电热器。电能→化学能，如电解槽。 本节课将重点研究电路中的能量问题。
(二)新课讲解-----第五节、焦耳定律 1.电功和电功率
(1).电功
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。用W表示。
实质：是能量守恒定律在电路中的体现。即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中，能量守恒，即有多少电能减少，就有多少其他形式的能增加。
【注意】功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能减少而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。
在第一章里我们学过电场力对电荷的功，若电荷q在电场力作用下从A搬至B，AB两点间电势差为UAB，则电场力做功W=qUAB。
对于一段导体而言，两端电势差为U，把电荷q从一端搬至另一端，电场力的功W=qU，在导体中形成电流，且q=It，(在时间间隔t内搬运的电量为q，则通过导体截面电量为q，I=q/t)，所以W=qU=IUt。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。
表达式：W = Iut ① 【说明】：①表达式的物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。
②适用条件：I、U不随时间变化——恒定电流。 单位：焦耳(J)。1J=1V·A·s (2)电功率
①定义：单位时间内电流所做的功
②表达式：P=W/t=UI(对任何电路都适用)② 上式表明：电流在一段电路上做功的功率P，和等于电流I跟这段电路两端电压U的乘积。
③单位：为瓦特(W)。1W=1J/s ④额定功率和实际功率
额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。
实际功率：用电器在实际电压下的功率。实际功率P实=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。
这里应强调说明：推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。再者，这里W=IUt是电场力做功，是消耗的总电能，也是电能所转化的其他形式能量的总和。
电流在通过导体时，导体要发热，电能转化为内能。这就是电流的热效应，描述它的定量规律是焦耳定律。
学生一般认为，W=IUt，又由欧姆定律，U=IR，所以得出W=I2Rt，电流做这么多功，放出热量Q=W=I2Rt。这里有一个错误，可让学生思考并找出来。
错在Q=W，何以见得电流做功全部转化为内能增量?有无可能同时转化为其他形式能?
英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。 2.焦耳定律——电流热效应 (1)焦耳定律
内容：电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比。 表达式： Q=I2Rt ③
【说明】：对纯电阻电路(只含白炽灯、电炉等电热器的电路)中电流做功完全用于产生热，电能转化为内能，故电功W等于电热Q;这时W= Q=UIt=I2Rt (2)热功率：单位时间内的发热量。即P=Q/t=I2R ④
【注意】②和④都是电流的功率的表达式，但物理意义不同。②对所有的电路都适用，而④式只适用于纯电阻电路，对非纯电阻电路(含有电动机、电解槽的电路)不适用。
关于非纯电阻电路中的能量转化，电能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等。这时W 》Q。即W=Q+E其它
或P =P 热+ P其它、UI = I2R + P其它
引导学生分析P56例题(从能量转化和守恒入手)如图 再增补两个问题(1)电动机的效率。(2)若由于某种原因电动机被卡住，这时电动机消耗的功率为多少?
最后通过“思考与讨论”以加深认识。注意，在非纯电阻电路中，欧姆定律已不适用。
(三)小结：对本节内容做简要小结。并比较UIt和IRt的区别和联系，从能的转化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，故电功W等于电热Q;在非纯电阻电路中，电能的一部分转化为电热，另一部分转化为其他形式的能(如机械能、化学能)，故电功W大于电热Q。
(四)巩固新课：
1、复习课本内容
2、完成P57问题与练习
3、作业纸
2教后记：
1、 学生对电功和电热的区别的理解比想象的要好，得益于功和功率学的较好。 在纯电阻电路和非纯电阻电路的计算中经常疏忽欧姆定律不使用。
第五节 焦耳定律
教学目标
(一)知识与技能
1、理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。
2、理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。
3、知道电功率和热功率的区别和联系。
(二)过程与方法
通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养学生的分析、推理能力。
(三)情感、态度与价值观
通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步渗透辩证唯物主义观点的教育。 教学重点：电功、电功率的概念、公式;焦耳定律、电热功率的概念、公式。 教学难点：电功率和热功率的区别和联系。 教学方法：等效法、类比法、比较法、实验法
教学用具：灯泡(36 V，18 W)、电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键、导线若干、投影仪、投影片、玩具小电机 教学过程：
(一)引入新课
教师：用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。
学生：(1)电灯把电能转化成内能和光能; (2)电炉把电能转化成内能; (3)电动机把电能转化成机械能; (4)电解槽把电能转化成化学能。
教师：用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢?本节课我们学习关于电功和电功率的知识。
(二)进行新课
1、电功和电功率
教师：请同学们思考下列问题 (1)电场力的功的定义式是什么? (2)电流的定义式是什么? 学生：(1)电场力的功的定义式W=qU
(2)电流的定义式I=
q t教师：投影教材图2.5-1(如图所示)
如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少? 学生：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。
教师：这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功?
学生：在这一过程中，电场力做的功W=qU=IUt
教师：在这段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称电功。 电功：
(1)定义：在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功. (2)定义式：W=UIT
教师：电功的定义式用语言如何表述?
学生：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。
教师：请同学们说出电功的单位有哪些?
学生：(1)在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J. (2)电功的常用单位有：千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h. 教师：1 kW·h的物理意义是什么?1 kW·h等于多少焦?
学生：1 kW·h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=3.6×10 J 说明：使用电功的定义式计算时，要注意电压U的单位用V，电流I的单位用A，通电时间t的单位用s，求出的电功W的单位就是J。
教师：在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。电流做功不
6仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念。
(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)定义式：P=W=IU t(3)单位：瓦(W)、千瓦(kW)
[说明]电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定多;电流做功慢，但做功不一定少。
教师：在力学中我们讲功率时有平均功率和瞬时功率之分，电功率有无平均功率和瞬时功率之分呢?
学生分组讨论。 师生共同总结： (1)利用P=W计算出的功率是时间t内的平均功率。 t(2)利用P=IU计算时，若U是某一时刻的电压，I是这一时刻的电流，则P=IU就是该时刻的瞬时功率。
教师：为什么课本没提这一点呢? 学生讨论，教师启发、引导：
这一章我们研究的是恒定电流，用电器的构造一定，通过的电流为恒定电流，则用电器两端的电压必是定值，所以U和I的乘积P不随时间变化，也就是说瞬时功率与平均功率总是相等的，故没有必要分什么平均功率和瞬时功率了。
[说明]利用电功率的公式P=IU计算时，电压U的单位用V，电流I的单位用A，电功率P的单位就是W。
2、焦耳定律
教师：电流做功，消耗的是电能。电能转化为什么形式的能与电路中的电学元件有关。在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热。 .......设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。
学生：求解产生的热量Q。
解：据欧姆定律加在电阻元件两端的电压U=IR 在时间t内电场力对电阻元件所做的功为W=IUt=IRt 由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q。
2产生的热量为
Q=I2Rt
教师指出：这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律，同学们在初中已经学过了。
学生活动：总结热功率的定义、定义式及单位。 热功率：
(1)定义：单位时间内发热的功率叫做热功率。 (2)定义式：P热=
Q
2=IR t(3)单位：瓦(W)
[演示实验]研究电功率与热功率的区别和联系。 (投影)实验电路图和实验内容：
取一个玩具小电机，其内阻R=1.0 Ω，把它接在如图所示的电路中。
(1)先夹住电动机轴，闭合电键，电机不转。调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为0.50 V，记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。
(2)再松开夹子，使小电机转动，调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为2.0 V(此电压为小电机的额定电压)，记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。
[实验结果]
(1)电机不转时，U=0.50 V，I=0.50 A，
P电=UI=0.50×0.50 W=0.25 W P热=I2R=0.502×1.0 W=0.25 W
P电=P热
(2)电机转动时，U=2.0 V，I=0.40 A，
P电=UI=2.0×0.40 W=0.80 W P热=I2R=0.402×1.0 W=0.16 W
P电>P热
学生：分组讨论上述实验结果，总结电功率与热功率的区别和联系。 师生共同活动：总结： (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，决定于这段电路两端电压U和通过的电流I的乘积。
热功率是在某段电路上因发热而消耗的功率，决定于通过这段电路的电流的平方I和电阻R的乘积。
(2)电功率与热功率的联系
若在电路中只有电阻元件时，电功率与热功率数值相等。即P热=P电 教师指出：上述实验中，电机不转时，小电机就相当于纯电阻。
若电路中有电动机或电解槽时，电路消耗的电功率绝大部分转化为机械能或化学能，只有一少部分转化为内能，这时电功率大于热功率，即P电>P热。
教师指出：上述实验中，电机转动时，电机消耗的电功率，其中有一部分转化为机械能，有一部分转化为内能，故P电>P热。
(投影)教材56页
2教师引导学生完成对例题的分析、求解。
(三)课堂总结、点评 教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
(四)实例探究 求两点间的电势差
【例1】不考虑温度对电阻的影响，对一个“220V，40W”的灯泡，下列说法正确的是 A.接在110 V的电路上时的功率为20 W B.接在110 V的电路上时的功率为10 W C.接在440 V的电路上时的功率为160W D.接在220 V的电路上时的功率为40 W 解析：正确选项为BD。
2202(法一)由P额得灯泡的电阻RΩ=1210Ω
RRU21102∴电压为110V时，P W=10 W R1210电压为440V时，超过灯炮的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P=0.
2U额U22(法二)由P。可知R一定时，P∝U，
R∴当U=110V=U额时，P=P额/4=10 W 说明：灯泡是我们常用的用电器，解题时一般不考虑温度对其电阻的影响。用电器的标称值，指其额定值，即用电器在正常工作时的电压、功率以及电流值，由P额=U额·I额可知，12P、U、I有同时达到、同时超过、同时不满足的特点。
【例2】一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，电流为0.3A。松开转轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为0.8 A，电动机正常工作。求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少? 解析：电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：rU0.31 I0.3电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为
P入=I1U1=0.8×2W=1.6 W 电动机的机械功率
P机=P入-I12r=1.6-0.82×1 W=0.96W 说明：在非纯电阻电路里，要注意区别电功和电热，注意应用能量守恒定律。①电热Q=I2Rt。②电动机消耗的电能也就是电流的功W=Iut。③由能量守恒得W=Q+E，E为其他形式的能，这里是机械能;④对电动机来说，输入的功率P入=IU;发热的功率P热=IR;输出的功率，即机械功率P机=P入-P热=UI-IR。
【例3】潮汐发电是利用涨落潮的水位差来工作的，潮差越大，海水流量越大，发电功率也越大。我国潮汐能的可供开发的总装机量为3.6×10 kW。1980年8月，在浙江江厦建成第一座潮汐电站，装机量为3×10kW，平均年发电量为1.7×10 kW·h，其规模居世界第二位。
(1)试根据上文中给出的数据，计算我国建造的江厦潮汐电站平均每天满负荷工作几小时? (2)设江厦潮汐电站涨潮和落潮时的平均潮差为6 m，计算每次涨潮时流量是多大?(设潮汐电站的总能量转换效率为50%)
解析：(1)江厦潮汐电站功率为3×10kW，年发电量为1.07×10kW·h，由公式W=Pt可算出每天满负荷工作的时间为
77
22TW10701043.6106t3.52104 s=9.8 h 6365365P365310(2)由文中给出数据及每天涨、落潮的次数可知，平均每次的发电量为
10701043.6106E2.641010J 3654因为mghE,mV 所以每次涨潮的平均流量为
E2.641010
53m/次 V8.710gh1.031039.860.5说明：本题涉及到潮汐这种自然现象，涨潮和落潮时均有水流的机械能转化为电能。 【例4】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=
U250= A=5 A R10(2)输入到电功机的电功率P电，P电=U1I=110×5 W=550 W (3)在电动机中发热的功率P热，P热=Ir=5×0.6 W=15 W (4)电动机工作1 h所产生的热量Q，Q=Irt=5×0.6×3600 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。 作业：书面完成P57“问题与练习”第
4、5题;思考并回答其他小题。
2
2
2
2
第二章 恒定电流
第五节
焦耳定律
(一)
【课前准备】
【课型】新授课 【课时】2课时 【教学三维目标】
(一)知识与技能
1.理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算.
2.理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算. 3.知道电功率和热功率的区别和联系.
4.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热.
(二)过程与方法
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能的过程.
(三)情感态度与价值观
通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性 【教学重点难点】 重点：电功和电热的计算
难点：电流做功的表达式的推导，纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程中的区别 【教学方法】理论、类比、探究、讨论、分析
【教学过程】
【复习引入】
【问题】用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，生活中常用的用电器，其能量的转化情况? 【回答】电灯把电能转化为内能和光能;电炉把电能转化为内能;电动机把电能转化为机械能;电解槽把电能转化为化学能。用电器把电能转化为其他形式能的过程，就是电流做功的过程。即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中，遵循能量守恒，即有多少电能减少，就有多少其他形式的能增加。
【问题】用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢?
5 焦耳定律
一、电功和电功率 【展示】
【问题】如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少? 【回答】在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。
【问题】这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，【问题】电场力做了多少功?
【回答】在这一过程中，电场力做的功W=qU=IUt 【问题】电流做功实质上是怎样的?
【回答】电流做功的实质是电路中电场力对定向移动的电荷做功。
【过渡】对于一段导体而言，两端电势差为U，把电荷q从一端搬至另一端，电场力的功W=qU，在导体中形成电流，且q=It(在时间间隔t内搬运的电荷量为q，则通过导体截面电荷量为q，I=q/t)，所以电场力做功W=qU=IUt。在这段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称电功。
【问题】电功的定义式用语言如何表述?定义式?
【回答】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。 定义式：W=UIT
【问题】电功的单位有哪些? 【回答】(1)在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J. (2)电功的常用单位有：千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h. 【问题】1 kW·h的物理意义是什么?1 kW·h等于多少焦?
【回答】1 kW·h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 【说明】使用电功的定义式计算时，要注意电压U的单位用V，电流I的单位用A，通电时间t的单位用s，求出的电功W的单位就是J。
【问题】在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。电流做功不仅有多少，而且还有快慢，如何描述电流做功的快慢呢? 【回答】用电功率
【问题】电功率的定义式用语言如何表述?定义式?
【回答】单位时间内电流所做的功叫做电功率。用P表示电功率。 W定义式： P==IU(对任何电路都适用) t【问题】电功率的单位有哪些? 【回答】单位：瓦(W)、千瓦(kW)
【说明】电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定多;电流做功慢，但做功不一定少。 【问题】在力学中我们讲功率时有平均功率和瞬时功率之分，电功率有无平均功率和瞬时功率之分呢? 【回答】利用P=W计算出的功率是时间t内的平均功率。 t利用P=IU计算时，若U是某一时刻的电压，I是这一时刻的电流，则P=IU就是该时刻的瞬时功率。
【问题】为什么课本没提这一点呢?
【点拨】这一章研究的是恒定电流，用电器的构造一定，通过的电流为恒定电流，则用电器两端的电压必是定值，所以U和I的乘积P不随时间变化，也就是说瞬时功率与平均功率总是相等的，故没有必要分什么平均功率和瞬时功率了。
【说明】利用电功率的公式P=IU计算时，电压U的单位用V，电流I的单位用A，电功率P的单位就是W。 【展示】
【讲解】额定功率和实际功率
额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。
实际功率：用电器在实际电压下的功率。实际功率P实=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。
【说明】最后应强调：推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。再者，这里W=IUt是电场力做功，是消耗的总电能，也是电能所转化的其他形式能量的总和。 【课时小结】
这节课从知识上来说，主要学习了电功、电功率公式，其中电功率律是主要内容。在研究问题时，我们主要运用了能量转化和守恒的方法。能量转化和守恒的方法是研究物理问题的一种重要方法，贯穿在物理知识学习的全过程中。 【布置作业】
课本P55，问题与练习1 ,3 【板书设计】
5 焦耳定律
一电功和电功率 1.电功W 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。 公式：W=IUt。
单位：焦耳，简称：焦，符号J。 2.电功率P (1)定义：单位时间内电流所做的功。
W公式：P=t=IU 单位：瓦特(W)，1 W=1 J/s。 (2)额定功率和实际功率 额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。
实际功率：用电器在实际电压下的功率。实际功率P实=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。
第三节 电阻定律(2)
教学目的：进一步深化对电阻概念的认识，掌握电阻率的物理意义。 教学过程： 复习引入：(1)欧姆定律是如何表述的?
(2)不同导体的电阻大小不同，那么，导体电阻的大小是由哪些因素决定的呢?
我们这堂课就来研究这个问题。
讲授新课：
演示实验：在如图所示的电路中，保持BC间的电压不变
① BC间接入同种材料制成的粗细相同，但长度不相同的导线。 现 象：导线越长，电路中电流越小。
计算表明：对同种材料制成的横截面积相同的导线，电阻大小
跟导线的长度成正比。
② BC间接入同种材料制成的长度相同，但粗细不相同的导线。 现 象：导线越粗，电路中的电流越大
计算表明：对同种材料制成的长度相同的导线，电阻大小跟导线的横截面种成反比。 即：导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比——这就是电阻定律。
R∝L/S
R=ρL/S„„„„„„(1)
(1)式中的ρ是个比例系数.当我们换用不同材料的导线重做上述实验时会发现:不同材料的ρ值是不相同的,可见, ρ是个与材料本身有关的物理量,它直接反映了材料导电性的好坏,我们把它叫做材料的电阻率. ρ=RS/L„„„„„„(2)
注意: ⑴电阻率ρ的单位由(2)式可知为:欧姆米(Ωm)各种材料的电阻率在数值上等于用该材料制成的长度为1米,横截面积为1平方米的导体的电阻. 但电阻率并不由R S和L决定. ⑵引导学生阅读P30表格 思考: ①哪些物质电阻率小,哪些物质电阻率大? 纯金属的电阻率小,合金的电阻率较大,橡胶的电阻率最大. ②电阻率相差悬殊各有什么用途? 电阻率小用作导电材料,电阻率大的用作绝缘材料.
0③表中说明“几种材料在20C时的电阻率”,这意味着什么? 材料的电阻率跟温度有关系. 各种材料的电阻率都随温度而变化.a,金属的电阻率随温度的升高而增大,用这一特点可制成电阻温度计(金属铂).b,康铜,锰铜等合金的电阻率随温度变化很小,故常用来制成标准电阻.c,当温度降低到绝对零度附近时,某些材料的电阻率突然减小到零,这种现象叫做超导现象,处于这种状态的物体叫做超导体. 综上所述可知:电阻率与材料种类和温度有关.(对某种材料而言,只有温度不变时ρ才是定值,故(1)式成立的条件是温度不变) 在温度不变时,导线的电阻跟它的长度成正比,跟它的横截面积成反比——这就是电阻定律。 巩固新课：
提出问题1：改变导体的电阻可以通过哪些途径?
回 答：改变电阻可以通过改变导体的长度，改变导体横截面积或是更换导体材料等途径。最简 单的方法是通过改变导体的长度来达到改变电阻的目的。(以P31(5)题为例介绍滑线变阻器的构造及工作原理)
提出问题2:有一个长方体的铜块,边长分别为4米,2米,1米(如图所示),求它的电阻是多大?(铜的
-8电阻率为1.7×10欧米). 通过本例注意: R=ρL/S 中S和L及在长度L中, 导体的粗细应该是均匀的.
提出问题3:一个标有“220V，60W”的白炽灯泡，加上的电压U是由0逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用图线表示，在下图中的四个图线中，肯定不符合实际的是( ACD )
提出问题4：一根粗细均匀的电阻丝，当加2V电压时，通过的电流强度为4A。现把此电阻丝均匀拉长，然后加1V的电压，这时电流强度为0.5A.求此时电阻丝拉长后的长度应原来长度的几倍?(2倍)
-6提出问题5:一立方体金属块,每边长2cm,具有5×10欧的电阻,现在将其拉伸为100米长的均匀导线,求它的电阻? (125欧)
作 业：1.高二物理课本P30(1)～(4) 2.《基础训练》第三节电阻定律
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