高中物理教案
發(fā)表時(shí)間:2021-07-22高三物理教案:《焦耳定律》教學(xué)設(shè)計(jì)。
一、教材分析
焦耳定律是重要的物理定律,它是能量守恒定律在電能和熱能轉(zhuǎn)換中的體現(xiàn),本節(jié)在電學(xué)中是重要的概念之一。
二、教學(xué)目標(biāo)
(一)知識(shí)與技能
1、理解電功的概念,知道電功是指電場(chǎng)力對(duì)自由電荷所做的功,理解電功的公式,能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。
2、理解電功率的概念和公式,能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。
3、知道電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
(二)過程與方法
通過推導(dǎo)電功的計(jì)算公式和焦耳定律,培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。
(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化和守恒,進(jìn)一步滲透辯證唯物主義觀點(diǎn)的教育。
三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)
【教學(xué)重點(diǎn)】電功、電功率的概念、公式;焦耳定律、電熱功率的概念、公式。
【教學(xué)難點(diǎn)】電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
四、學(xué)情分析
學(xué)生學(xué)好這節(jié)知識(shí)是非常必要的, A.重點(diǎn):理解電功和電功率和焦耳定律。B.難點(diǎn):幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)電流做功和電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量之間的區(qū)別和聯(lián)系是本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn),防止學(xué)生亂套用公式。C.關(guān)鍵:本節(jié)的教學(xué)關(guān)鍵是做好通電導(dǎo)體放出的熱量與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。在得出了焦耳定律以后介紹焦耳定律公式及其在生活、生產(chǎn)上的應(yīng)用
五、教學(xué)方法
等效法、類比法、比較法、實(shí)驗(yàn)法
六、課前準(zhǔn)備
燈泡(36 V,18 W)、電壓表、電流表、電源、滑動(dòng)變阻器、電鍵、導(dǎo)線若干、投影儀、投影片、玩具小電機(jī)
七、課時(shí)安排
八、教學(xué)過程
(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
(二)情景引入、展示目標(biāo)
教師:用電器通電后,可以將電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量,請(qǐng)同學(xué)們列舉生活中常用的用電器,并說明其能量的轉(zhuǎn)化情況。
學(xué)生:(1)電燈把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能;
(2)電爐把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;
(3)電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能;
(4)電解槽把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。
教師:用電器把電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程,就是電流做功的過程。電流做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關(guān)呢?本節(jié)課我們學(xué)習(xí)關(guān)于電功和電功率的知識(shí)。
(三)合作探究、精講點(diǎn)播
1、電功和電功率
教師:請(qǐng)同學(xué)們思考下列問題
(1)電場(chǎng)力的功的定義式是什么?
(2)電流的定義式是什么?
學(xué)生:(1)電場(chǎng)力的功的定義式W=qU
(2)電流的定義式I=
教師:投影教材圖2.5-1(如圖所示)
如圖所示,一段電路兩端的電壓為U,由于這段電路兩端有電勢(shì)差,電路中就有電場(chǎng)存在,電路中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng),形成電流I,在時(shí)間t內(nèi)通過這段電路上任一橫截面的電荷量q是多少?
學(xué)生:在時(shí)間t內(nèi),通過這段電路上任一橫截面的電荷量q=It。
教師:這相當(dāng)于在時(shí)間t內(nèi)將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端。在這個(gè)過程中,電場(chǎng)力做了多少功?
學(xué)生:在這一過程中,電場(chǎng)力做的功W=qU=IUt
教師:在這段電路中電場(chǎng)力所做的功,也就是通常所說的電流所做的功,簡稱電功。
電功:
(1)定義:在一段電路中電場(chǎng)力所做的功,就是電流所做的功,簡稱電功.
(2)定義式:W=UIT
教師:電功的定義式用語言如何表述?
學(xué)生:電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U,電路中的電流I和通電時(shí)間t三者的乘積。
教師:請(qǐng)同學(xué)們說出電功的單位有哪些?
學(xué)生:(1)在國際單位制中,電功的單位是焦耳,簡稱焦,符號(hào)是J.
(2)電功的常用單位有:千瓦時(shí),俗稱“度”,符號(hào)是kW·h.
教師:1 kW·h的物理意義是什么?1 kW·h等于多少焦?
學(xué)生:1 kW·h表示功率為1 kW的用電器正常工作1 h所消耗的電能。
1 kW·h=1000 W×3600 s=3.6×106 J
說明:使用電功的定義式計(jì)算時(shí),要注意電壓U的單位用V,電流I的單位用A,通電時(shí)間t的單位用s,求出的電功W的單位就是J。
教師:在相同的時(shí)間里,電流通過不同用電器所做的功一般不同。例如,在相同時(shí)間里,
電流通過電力機(jī)車的電動(dòng)機(jī)所做的功要顯著大于通過電風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)所做的功。電流做功不僅有多少,而且還有快慢,為了描述電流做功的快慢,引入電功率的概念。
(1)定義:單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。用P表示電功率。
(2)定義式:P==IU
(3)單位:瓦(W)、千瓦(kW)
[說明]電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”不同。電流做功快,但做功不一定多;電流做功慢,但做功不一定少。
教師:在力學(xué)中我們講功率時(shí)有平均功率和瞬時(shí)功率之分,電功率有無平均功率和瞬時(shí)功率之分呢?
學(xué)生分組討論。
師生共同總結(jié):
(1)利用P=計(jì)算出的功率是時(shí)間t內(nèi)的平均功率。
(2)利用P=IU計(jì)算時(shí),若U是某一時(shí)刻的電壓,I是這一時(shí)刻的電流,則P=IU就是該時(shí)刻的瞬時(shí)功率。
教師:為什么課本沒提這一點(diǎn)呢?
學(xué)生討論,教師啟發(fā)、引導(dǎo):
這一章我們研究的是恒定電流,用電器的構(gòu)造一定,通過的電流為恒定電流,則用電器兩端的電壓必是定值,所以U和I的乘積P不隨時(shí)間變化,也就是說瞬時(shí)功率與平均功率總是相等的,故沒有必要分什么平均功率和瞬時(shí)功率了。
[說明]利用電功率的公式P=IU計(jì)算時(shí),電壓U的單位用V,電流I的單位用A,電功率P的單位就是W。
2、焦耳定律
教師:電流做功,消耗的是電能。電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能與電路中的電學(xué)元件有關(guān)。在純電阻元件中電能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,于是導(dǎo)體發(fā)熱。
設(shè)在一段電路中只有純電阻元件,其電阻為R,通過的電流為I,試計(jì)算在時(shí)間t內(nèi)電流通過此電阻產(chǎn)生的熱量Q。
學(xué)生:求解產(chǎn)生的熱量Q。
解:據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓U=IR
在時(shí)間t內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)電阻元件所做的功為W=IUt=I2Rt
由于電路中只有純電阻元件,故電流所做的功W等于電熱Q。
產(chǎn)生的熱量為
Q=I2Rt
教師指出:這個(gè)關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實(shí)驗(yàn)得到的,叫焦耳定律,同學(xué)們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過了。
學(xué)生活動(dòng):總結(jié)熱功率的定義、定義式及單位。
熱功率:
(1)定義:單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱的功率叫做熱功率。
(2)定義式:P熱==I2R
(3)單位:瓦(W)
[演示實(shí)驗(yàn)]研究電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
(投影)實(shí)驗(yàn)電路圖和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:
取一個(gè)玩具小電機(jī),其內(nèi)阻R=1.0 Ω,把它接在如圖所示的電路中。
(1)先夾住電動(dòng)機(jī)軸,閉合電鍵,電機(jī)不轉(zhuǎn)。調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值,使電壓表的示數(shù)為0.50 V,記下電流表的示數(shù),算出小電機(jī)消耗的電功率和熱功率,并加以比較。
(2)再松開夾子,使小電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值,使電壓表的示數(shù)為2.0 V(此電壓為小電機(jī)的額定電壓),記下電流表的示數(shù),算出小電機(jī)消耗的電功率和熱功率,并加以比較。
師生共同活動(dòng):總結(jié):
(1)電功率與熱功率的區(qū)別
電功率是指輸入某段電路的全部功率或在這段電路上消耗的全部電功率,決定于這段電路兩端電壓U和通過的電流I的乘積。
熱功率是在某段電路上因發(fā)熱而消耗的功率,決定于通過這段電路的電流的平方I2和電阻R的乘積。
(2)電功率與熱功率的聯(lián)系
若在電路中只有電阻元件時(shí),電功率與熱功率數(shù)值相等。即P熱=P電
教師指出:上述實(shí)驗(yàn)中,電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí),小電機(jī)就相當(dāng)于純電阻。
若電路中有電動(dòng)機(jī)或電解槽時(shí),電路消耗的電功率絕大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能,只有一少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這時(shí)電功率大于熱功率,即P電>P熱。
教師指出:上述實(shí)驗(yàn)中,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電機(jī)消耗的電功率,其中有一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故P電>P熱。
教師活動(dòng):讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié),其他同學(xué)在筆記本上總結(jié),然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。
學(xué)生活動(dòng):認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容,并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié),看誰的更好,好在什么地方。
點(diǎn)評(píng):總結(jié)課堂內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。
(四)反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測(cè)
(五)發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置作業(yè)
課后作業(yè):P57 問題與練習(xí)2、3、4、5
九、板書設(shè)計(jì)
1、電功和電功率
(1)定義:在一段電路中電場(chǎng)力所做的功,就是電流所做的功,簡稱電功.
(2)定義式:W=UIT
2、焦耳定律
(1)定義:單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱的功率叫做熱功率。
(2)定義式:P熱==I2R
(3)單位:瓦(W)
十、教學(xué)反思
教師要放開,讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同,從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。
(四)實(shí)例探究
☆求兩點(diǎn)間的電勢(shì)差
【例1】不考慮溫度對(duì)電阻的影響,對(duì)一個(gè)“220V,40W”的燈泡,下列說法正確的是
A.接在110 V的電路上時(shí)的功率為20 W
B.接在110 V的電路上時(shí)的功率為10 W
C.接在440 V的電路上時(shí)的功率為160W
D.接在220 V的電路上時(shí)的功率為40 W
解析:正確選項(xiàng)為BD。
(法一)由得燈泡的電阻Ω=1210Ω
∴電壓為110V時(shí), W=10 W
電壓為440V時(shí),超過燈炮的額定電壓一倍,故燈泡燒壞,P=0.
(法二)由??芍猂一定時(shí),P∝U2,
∴當(dāng)U=110V=,P=P額/4=10 W
說明:燈泡是我們常用的用電器,解題時(shí)一般不考慮溫度對(duì)其電阻的影響。用電器的標(biāo)稱值,指其額定值,即用電器在正常工作時(shí)的電壓、功率以及電流值,由P額=U額·I額可知,P、U、I有同時(shí)達(dá)到、同時(shí)超過、同時(shí)不滿足的特點(diǎn)。
【例2】一直流電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻一定,用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動(dòng),在線圈兩端加電壓為0.3V,電流為0.3A。松開轉(zhuǎn)軸,在線圈兩端加電壓為2 V時(shí),電流為0.8 A,電動(dòng)機(jī)正常工作。求該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),輸入的電功率是多少?電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多少?
解析:電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故可視為純電阻電路,由歐姆定律得電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻:
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能,其輸入的電功率為
P入=I1U1=0.8×2W=1.6 W
電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率
P機(jī)=P入-I12r=1.6-0.82×1 W=0.96W
說明:在非純電阻電路里,要注意區(qū)別電功和電熱,注意應(yīng)用能量守恒定律。①電熱Q=I2Rt。②電動(dòng)機(jī)消耗的電能也就是電流的功W=Iut。③由能量守恒得W=Q+E,E為其他形式的能,這里是機(jī)械能;④對(duì)電動(dòng)機(jī)來說,輸入的功率P入=IU;發(fā)熱的功率P熱=I2R;輸出的功率,即機(jī)械功率P機(jī)=P入-P熱=UI-I2R。
【例3】潮汐發(fā)電是利用漲落潮的水位差來工作的,潮差越大,海水流量越大,發(fā)電功率也越大。我國潮汐能的可供開發(fā)的總裝機(jī)量為3.6×107 kW。1980年8月,在浙江江廈建成第一座潮汐電站,裝機(jī)量為3×103 kW,平均年發(fā)電量為1.7×107 kW·h,其規(guī)模居世界第二位。
(1)試根據(jù)上文中給出的數(shù)據(jù),計(jì)算我國建造的江廈潮汐電站平均每天滿負(fù)荷工作幾
小時(shí)?
(2)設(shè)江廈潮汐電站漲潮和落潮時(shí)的平均潮差為6 m,計(jì)算每次漲潮時(shí)流量是多大?(設(shè)潮汐電站的總能量轉(zhuǎn)換效率為50%)
解析:(1)江廈潮汐電站功率為3×103 kW,年發(fā)電量為1.07×107 kW·h,由公式W=Pt可算出每天滿負(fù)荷工作的時(shí)間為
s=9.8 h
(2)由文中給出數(shù)據(jù)及每天漲、落潮的次數(shù)可知,平均每次的發(fā)電量為
J
因?yàn)?/p>
所以每次漲潮的平均流量為
m3/次
說明:本題涉及到潮汐這種自然現(xiàn)象,漲潮和落潮時(shí)均有水流的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
【例4】如圖所示,有一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī),內(nèi)阻r=0.6Ω,R=10Ω,U=160 V,電壓表的讀數(shù)為110 V,求
(1)通過電動(dòng)機(jī)的電流是多少?
(2)輸入到電動(dòng)機(jī)的電功率是多少?
(3)在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率是多少?
(4)電動(dòng)機(jī)工作1 h所產(chǎn)生的熱量是多少?
解析:
(1)設(shè)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U1,電阻R兩端的電壓為U2,則
U1=110 V,U2=U-U1=(160-110)V=50 V
通過電動(dòng)機(jī)的電流為I,則I== A=5 A
(2)輸入到電功機(jī)的電功率P電,P電=U1I=110×5 W=550 W
(3)在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率P熱,P熱=I2r=52×0.6 W=15 W
(4)電動(dòng)機(jī)工作1 h所產(chǎn)生的熱量Q,Q=I2rt=52×0.6×3600 J=54000 J
說明:電動(dòng)機(jī)是非線性元件,歐姆定律對(duì)電動(dòng)機(jī)不適用了,所以計(jì)算通過電動(dòng)機(jī)的電流時(shí),不能用電動(dòng)機(jī)兩端的電壓除以電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻。
通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),電動(dòng)機(jī)消耗的電功率遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的熱功率。
相關(guān)推薦
2.5焦耳定律
高中物理課堂教學(xué)教案
2.5焦耳定律
年月日
課題
§2.5焦耳定律
課型
新授課
教學(xué)目標(biāo)
(一)知識(shí)與技能
1、理解電功的概念,知道電功是指電場(chǎng)力對(duì)自由電荷所做的功,理解電功的公式,能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。2、理解電功率的概念和公式,能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。3、知道電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。(二)過程與方法
通過推導(dǎo)電功的計(jì)算公式和焦耳定律,培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化和守恒,進(jìn)一步滲透辯證唯物主義觀點(diǎn)的教育。
教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
重點(diǎn)
電功、電功率的概念、公式;焦耳定律、電熱功率的概念、公式。難點(diǎn)電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
教學(xué)方法
等效法、類比法、比較法、實(shí)驗(yàn)法教學(xué)手段
燈泡(36V,18W)、電壓表、電流表、電源、滑動(dòng)變阻器、電鍵、導(dǎo)線若干、投影儀、投影片、玩具小電機(jī)
教學(xué)活動(dòng)(一)引入新課
教師:用電器通電后,可以將電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量,請(qǐng)同學(xué)們列舉生活中常用的用電器,并說明其能量的轉(zhuǎn)化情況。學(xué)生:(1)電燈把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能;(2)電爐把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;(3)電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能;(4)電解槽把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。教師:用電器把電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程,就是電流做功的過程。電流做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關(guān)呢?本節(jié)課我們學(xué)習(xí)關(guān)于電功和電功率的知識(shí)。(二)進(jìn)行新課
1、電功和電功率
教師:請(qǐng)同學(xué)們思考下列問題(1)電場(chǎng)力的功的定義式是什么?(2)電流的定義式是什么?學(xué)生:(1)電場(chǎng)力的功的定義式W=qU(2)電流的定義式I=教師:投影教材圖2.5-1(如圖所示)如圖所示,一段電路兩端的電壓為U,由于這段電路兩端有電勢(shì)差,電路中就有電場(chǎng)存在,電路中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng),形成電流I,在時(shí)間t內(nèi)通過這段電路上任一橫截面的電荷量q是多少?學(xué)生:在時(shí)間t內(nèi),通過這段電路上任一橫截面的電荷量q=It。教師:這相當(dāng)于在時(shí)間t內(nèi)將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端。在這個(gè)過程中,電場(chǎng)力做了多少功?學(xué)生:在這一過程中,電場(chǎng)力做的功W=qU=IUt教師:在這段電路中電場(chǎng)力所做的功,也就是通常所說的電流所做的功,簡稱電功。電功:(1)定義:在一段電路中電場(chǎng)力所做的功,就是電流所做的功,簡稱電功.(2)定義式:W=UIT教師:電功的定義式用語言如何表述?學(xué)生:電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U,電路中的電流I和通電時(shí)間t三者的乘積。教師:請(qǐng)同學(xué)們說出電功的單位有哪些?學(xué)生:(1)在國際單位制中,電功的單位是焦耳,簡稱焦,符號(hào)是J.(2)電功的常用單位有:千瓦時(shí),俗稱“度”,符號(hào)是kW·h.教師:1kW·h的物理意義是什么?1kW·h等于多少焦?學(xué)生:1kW·h表示功率為1kW的用電器正常工作1h所消耗的電能。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J說明:使用電功的定義式計(jì)算時(shí),要注意電壓U的單位用V,電流I的單位用A,通電時(shí)間t的單位用s,求出的電功W的單位就是J。教師:在相同的時(shí)間里,電流通過不同用電器所做的功一般不同。例如,在相同時(shí)間里,電流通過電力機(jī)車的電動(dòng)機(jī)所做的功要顯著大于通過電風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)所做的功。電流做功不僅有多少,而且還有快慢,為了描述電流做功的快慢,引入電功率的概念。(1)定義:單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。用P表示電功率。(2)定義式:P==IU(3)單位:瓦(W)、千瓦(kW)[說明]電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”不同。電流做功快,但做功不一定多;電流做功慢,但做功不一定少。教師:在力學(xué)中我們講功率時(shí)有平均功率和瞬時(shí)功率之分,電功率有無平均功率和瞬時(shí)功率之分呢?學(xué)生分組討論。師生共同總結(jié):(1)利用P=計(jì)算出的功率是時(shí)間t內(nèi)的平均功率。(2)利用P=IU計(jì)算時(shí),若U是某一時(shí)刻的電壓,I是這一時(shí)刻的電流,則P=IU就是該時(shí)刻的瞬時(shí)功率。教師:為什么課本沒提這一點(diǎn)呢?學(xué)生討論,教師啟發(fā)、引導(dǎo):這一章我們研究的是恒定電流,用電器的構(gòu)造一定,通過的電流為恒定電流,則用電器兩端的電壓必是定值,所以U和I的乘積P不隨時(shí)間變化,也就是說瞬時(shí)功率與平均功率總是相等的,故沒有必要分什么平均功率和瞬時(shí)功率了。[說明]利用電功率的公式P=IU計(jì)算時(shí),電壓U的單位用V,電流I的單位用A,電功率P的單位就是W。2、焦耳定律
教師:電流做功,消耗的是電能。電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能與電路中的電學(xué)元件有關(guān)。在純電阻元件中電能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,于是導(dǎo)體發(fā)熱。設(shè)在一段電路中只有純電阻元件,其電阻為R,通過的電流為I,試計(jì)算在時(shí)間t內(nèi)電流通過此電阻產(chǎn)生的熱量Q。學(xué)生:求解產(chǎn)生的熱量Q。解:據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓U=IR在時(shí)間t內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)電阻元件所做的功為W=IUt=I2Rt由于電路中只有純電阻元件,故電流所做的功W等于電熱Q。產(chǎn)生的熱量為
Q=I2Rt教師指出:這個(gè)關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實(shí)驗(yàn)得到的,叫焦耳定律,同學(xué)們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過了。學(xué)生活動(dòng):總結(jié)熱功率的定義、定義式及單位。熱功率:(1)定義:單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱的功率叫做熱功率。(2)定義式:P熱==I2R(3)單位:瓦(W)[演示實(shí)驗(yàn)]研究電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。(投影)實(shí)驗(yàn)電路圖和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:取一個(gè)玩具小電機(jī),其內(nèi)阻R=1.0Ω,把它接在如圖所示的電路中。(1)先夾住電動(dòng)機(jī)軸,閉合電鍵,電機(jī)不轉(zhuǎn)。調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值,使電壓表的示數(shù)為0.50V,記下電流表的示數(shù),算出小電機(jī)消耗的電功率和熱功率,并加以比較。(2)再松開夾子,使小電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值,使電壓表的示數(shù)為2.0V(此電壓為小電機(jī)的額定電壓),記下電流表的示數(shù),算出小電機(jī)消耗的電功率和熱功率,并加以比較。[實(shí)驗(yàn)結(jié)果](1)電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí),U=0.50V,I=0.50A,
P電=UI=0.50×0.50W=0.25W
P熱=I2R=0.502×1.0W=0.25W
P電=P熱(2)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),U=2.0V,I=0.40A,
P電=UI=2.0×0.40W=0.80W
P熱=I2R=0.402×1.0W=0.16W
P電>P熱學(xué)生:分組討論上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。師生共同活動(dòng):總結(jié):(1)電功率與熱功率的區(qū)別電功率是指輸入某段電路的全部功率或在這段電路上消耗的全部電功率,決定于這段電路兩端電壓U和通過的電流I的乘積。熱功率是在某段電路上因發(fā)熱而消耗的功率,決定于通過這段電路的電流的平方I2和電阻R的乘積。(2)電功率與熱功率的聯(lián)系若在電路中只有電阻元件時(shí),電功率與熱功率數(shù)值相等。即P熱=P電教師指出:上述實(shí)驗(yàn)中,電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí),小電機(jī)就相當(dāng)于純電阻。若電路中有電動(dòng)機(jī)或電解槽時(shí),電路消耗的電功率絕大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能,只有一少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這時(shí)電功率大于熱功率,即P電>P熱。教師指出:上述實(shí)驗(yàn)中,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電機(jī)消耗的電功率,其中有一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故P電>P熱。(投影)教材56頁
教師引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)例題的分析、求解。(三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)
教師活動(dòng):讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié),其他同學(xué)在筆記本上總結(jié),然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動(dòng):認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容,并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié),看誰的更好,好在什么地方。點(diǎn)評(píng):總結(jié)課堂內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。教師要放開,讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同,從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。(四)實(shí)例探究
☆求兩點(diǎn)間的電勢(shì)差
【例1】不考慮溫度對(duì)電阻的影響,對(duì)一個(gè)“220V,40W”的燈泡,下列說法正確的是A.接在110V的電路上時(shí)的功率為20WB.接在110V的電路上時(shí)的功率為10WC.接在440V的電路上時(shí)的功率為160WD.接在220V的電路上時(shí)的功率為40W解析:正確選項(xiàng)為BD。(法一)由得燈泡的電阻Ω=1210Ω∴電壓為110V時(shí),W=10W電壓為440V時(shí),超過燈炮的額定電壓一倍,故燈泡燒壞,P=0.(法二)由。可知R一定時(shí),P∝U2,∴當(dāng)U=110V=,P=P額/4=10W說明:燈泡是我們常用的用電器,解題時(shí)一般不考慮溫度對(duì)其電阻的影響。用電器的標(biāo)稱值,指其額定值,即用電器在正常工作時(shí)的電壓、功率以及電流值,由P額=U額·I額可知,P、U、I有同時(shí)達(dá)到、同時(shí)超過、同時(shí)不滿足的特點(diǎn)?!纠?】一直流電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻一定,用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動(dòng),在線圈兩端加電壓為0.3V,電流為0.3A。松開轉(zhuǎn)軸,在線圈兩端加電壓為2V時(shí),電流為0.8A,電動(dòng)機(jī)正常工作。求該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),輸入的電功率是多少?電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多少?解析:電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故可視為純電阻電路,由歐姆定律得電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻:電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能,其輸入的電功率為P入=I1U1=0.8×2W=1.6W電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率P機(jī)=P入-I12r=1.6-0.82×1W=0.96W說明:在非純電阻電路里,要注意區(qū)別電功和電熱,注意應(yīng)用能量守恒定律。①電熱Q=I2Rt。②電動(dòng)機(jī)消耗的電能也就是電流的功W=Iut。③由能量守恒得W=Q+E,E為其他形式的能,這里是機(jī)械能;④對(duì)電動(dòng)機(jī)來說,輸入的功率P入=IU;發(fā)熱的功率P熱=I2R;輸出的功率,即機(jī)械功率P機(jī)=P入-P熱=UI-I2R?!纠?】潮汐發(fā)電是利用漲落潮的水位差來工作的,潮差越大,海水流量越大,發(fā)電功率也越大。我國潮汐能的可供開發(fā)的總裝機(jī)量為3.6×107kW。1980年8月,在浙江江廈建成第一座潮汐電站,裝機(jī)量為3×103kW,平均年發(fā)電量為1.7×107kW·h,其規(guī)模居世界第二位。(1)試根據(jù)上文中給出的數(shù)據(jù),計(jì)算我國建造的江廈潮汐電站平均每天滿負(fù)荷工作幾小時(shí)?(2)設(shè)江廈潮汐電站漲潮和落潮時(shí)的平均潮差為6m,計(jì)算每次漲潮時(shí)流量是多大?(設(shè)潮汐電站的總能量轉(zhuǎn)換效率為50%)解析:(1)江廈潮汐電站功率為3×103kW,年發(fā)電量為1.07×107kW·h,由公式W=Pt可算出每天滿負(fù)荷工作的時(shí)間為s=9.8h(2)由文中給出數(shù)據(jù)及每天漲、落潮的次數(shù)可知,平均每次的發(fā)電量為J因?yàn)樗悦看螡q潮的平均流量為m3/次說明:本題涉及到潮汐這種自然現(xiàn)象,漲潮和落潮時(shí)均有水流的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能?!纠?】如圖所示,有一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī),內(nèi)阻r=0.6Ω,R=10Ω,U=160V,電壓表的讀數(shù)為110V,求(1)通過電動(dòng)機(jī)的電流是多少?(2)輸入到電動(dòng)機(jī)的電功率是多少?(3)在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率是多少?(4)電動(dòng)機(jī)工作1h所產(chǎn)生的熱量是多少?解析:(1)設(shè)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U1,電阻R兩端的電壓為U2,則
U1=110V,U2=U-U1=(160-110)V=50V通過電動(dòng)機(jī)的電流為I,則I==A=5A(2)輸入到電功機(jī)的電功率P電,P電=U1I=110×5W=550W(3)在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率P熱,P熱=I2r=52×0.6W=15W(4)電動(dòng)機(jī)工作1h所產(chǎn)生的熱量Q,Q=I2rt=52×0.6×3600J=54000J說明:電動(dòng)機(jī)是非線性元件,歐姆定律對(duì)電動(dòng)機(jī)不適用了,所以計(jì)算通過電動(dòng)機(jī)的電流時(shí),不能用電動(dòng)機(jī)兩端的電壓除以電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),電動(dòng)機(jī)消耗的電功率遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的熱功率。
學(xué)生活動(dòng)
作業(yè)
書面完成P57“問題與練習(xí)”第4、5題;思考并回答其他小題。
板書設(shè)計(jì)
教學(xué)后記
高二物理焦耳定律教案
古人云,工欲善其事,必先利其器。教師在教學(xué)前就要準(zhǔn)備好教案,做好充分的準(zhǔn)備。教案可以讓講的知識(shí)能夠輕松被學(xué)生吸收,幫助教師有計(jì)劃有步驟有質(zhì)量的完成教學(xué)任務(wù)。教案的內(nèi)容要寫些什么更好呢?下面是由小編為大家整理的“高二物理焦耳定律教案”,供您參考,希望能夠幫助到大家。
2.5焦耳定律【教學(xué)目標(biāo)】
(一)知識(shí)與技能
1、理解電功的概念,知道電功是指電場(chǎng)力對(duì)自由電荷所做的功,理解電功的公式,能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。
2、理解電功率的概念和公式,能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。
3、知道電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
(二)過程與方法
通過推導(dǎo)電功的計(jì)算公式和焦耳定律,培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。
(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化和守恒,進(jìn)一步滲透辯證唯物主義觀點(diǎn)的教育。
【教學(xué)重點(diǎn)】電功、電功率的概念、公式;焦耳定律、電熱功率的概念、公式。
【教學(xué)難點(diǎn)】電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
【教學(xué)方法】等效法、類比法、比較法、實(shí)驗(yàn)法
【教學(xué)儀器】燈泡(36V,18W)、電壓表、電流表、電源、滑動(dòng)變阻器、電鍵、導(dǎo)線若干、投影儀、投影片、玩具小電機(jī)
【教學(xué)過程】
(一)引入新課
教師:用電器通電后,可以將電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量,請(qǐng)同學(xué)們列舉生活中常用的用電器,并說明其能量的轉(zhuǎn)化情況。
學(xué)生:(1)電燈把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能;
(2)電爐把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;
(3)電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能;
(4)電解槽把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。
教師:用電器把電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程,就是電流做功的過程。電流做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關(guān)呢?本節(jié)課我們學(xué)習(xí)關(guān)于電功和電功率的知識(shí)。
(二)進(jìn)行新課
1、電功和電功率
教師:請(qǐng)同學(xué)們思考下列問題
(1)電場(chǎng)力的功的定義式是什么?
(2)電流的定義式是什么?
學(xué)生:(1)電場(chǎng)力的功的定義式W=qU
(2)電流的定義式I=
教師:投影教材圖2.5-1(如圖所示)
如圖所示,一段電路兩端的電壓為U,由于這段電路兩端有電勢(shì)差,電路中就有電場(chǎng)存在,電路中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng),形成電流I,在時(shí)間t內(nèi)通過這段電路上任一橫截面的電荷量q是多少?
學(xué)生:在時(shí)間t內(nèi),通過這段電路上任一橫截面的電荷量q=It。
教師:這相當(dāng)于在時(shí)間t內(nèi)將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端。在這個(gè)過程中,電場(chǎng)力做了多少功?
學(xué)生:在這一過程中,電場(chǎng)力做的功W=qU=IUt
教師:在這段電路中電場(chǎng)力所做的功,也就是通常所說的電流所做的功,簡稱電功。
電功:
(1)定義:在一段電路中電場(chǎng)力所做的功,就是電流所做的功,簡稱電功.
(2)定義式:W=UIT
教師:電功的定義式用語言如何表述?
學(xué)生:電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U,電路中的電流I和通電時(shí)間t三者的乘積。
教師:請(qǐng)同學(xué)們說出電功的單位有哪些?
學(xué)生:(1)在國際單位制中,電功的單位是焦耳,簡稱焦,符號(hào)是J.
(2)電功的常用單位有:千瓦時(shí),俗稱“度”,符號(hào)是kWh.
教師:1kWh的物理意義是什么?1kWh等于多少焦?
學(xué)生:1kWh表示功率為1kW的用電器正常工作1h所消耗的電能。
1kWh=1000W×3600s=3.6×106J
說明:使用電功的定義式計(jì)算時(shí),要注意電壓U的單位用V,電流I的單位用A,通電時(shí)間t的單位用s,求出的電功W的單位就是J。
教師:在相同的時(shí)間里,電流通過不同用電器所做的功一般不同。例如,在相同時(shí)間里,電流通過電力機(jī)車的電動(dòng)機(jī)所做的功要顯著大于通過電風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)所做的功。電流做功不僅有多少,而且還有快慢,為了描述電流做功的快慢,引入電功率的概念。
(1)定義:單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。用P表示電功率。
(2)定義式:P==IU
(3)單位:瓦(W)、千瓦(kW)
[說明]電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”不同。電流做功快,但做功不一定多;電流做功慢,但做功不一定少。
教師:在力學(xué)中我們講功率時(shí)有平均功率和瞬時(shí)功率之分,電功率有無平均功率和瞬時(shí)功率之分呢?
學(xué)生分組討論。
師生共同總結(jié):
(1)利用P=計(jì)算出的功率是時(shí)間t內(nèi)的平均功率。
(2)利用P=IU計(jì)算時(shí),若U是某一時(shí)刻的電壓,I是這一時(shí)刻的電流,則P=IU就是該時(shí)刻的瞬時(shí)功率。
教師:為什么課本沒提這一點(diǎn)呢?
學(xué)生討論,教師啟發(fā)、引導(dǎo):
這一章我們研究的是恒定電流,用電器的構(gòu)造一定,通過的電流為恒定電流,則用電器兩端的電壓必是定值,所以U和I的乘積P不隨時(shí)間變化,也就是說瞬時(shí)功率與平均功率總是相等的,故沒有必要分什么平均功率和瞬時(shí)功率了。
[說明]利用電功率的公式P=IU計(jì)算時(shí),電壓U的單位用V,電流I的單位用A,電功率P的單位就是W。
2、焦耳定律
教師:電流做功,消耗的是電能。電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能與電路中的電學(xué)元件有關(guān)。在純電阻元件中電能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,于是導(dǎo)體發(fā)熱。
設(shè)在一段電路中只有純電阻元件,其電阻為R,通過的電流為I,試計(jì)算在時(shí)間t內(nèi)電流通過此電阻產(chǎn)生的熱量Q。
學(xué)生:求解產(chǎn)生的熱量Q。
解:據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓U=IR
在時(shí)間t內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)電阻元件所做的功為W=IUt=I2Rt
由于電路中只有純電阻元件,故電流所做的功W等于電熱Q。
產(chǎn)生的熱量為
Q=I2Rt
教師指出:這個(gè)關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實(shí)驗(yàn)得到的,叫焦耳定律,同學(xué)們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過了。
學(xué)生活動(dòng):總結(jié)熱功率的定義、定義式及單位。
熱功率:
(1)定義:單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱的功率叫做熱功率。
(2)定義式:P熱==I2R
(3)單位:瓦(W)
[演示實(shí)驗(yàn)]研究電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
(投影)實(shí)驗(yàn)電路圖和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:
取一個(gè)玩具小電機(jī),其內(nèi)阻R=1.0Ω,把它接在如圖所示的電路中。
(1)先夾住電動(dòng)機(jī)軸,閉合電鍵,電機(jī)不轉(zhuǎn)。調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值,使電壓表的示數(shù)為0.50V,記下電流表的示數(shù),算出小電機(jī)消耗的電功率和熱功率,并加以比較。
(2)再松開夾子,使小電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值,使電壓表的示數(shù)為2.0V(此電壓為小電機(jī)的額定電壓),記下電流表的示數(shù),算出小電機(jī)消耗的電功率和熱功率,并加以比較。
[實(shí)驗(yàn)結(jié)果]
(1)電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí),U=0.50V,I=0.50A,
P電=UI=0.50×0.50W=0.25W
P熱=I2R=0.502×1.0W=0.25W
P電=P熱
(2)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),U=2.0V,I=0.40A,
P電=UI=2.0×0.40W=0.80W
P熱=I2R=0.402×1.0W=0.16W
P電>P熱
學(xué)生:分組討論上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
師生共同活動(dòng):總結(jié):
(1)電功率與熱功率的區(qū)別
電功率是指輸入某段電路的全部功率或在這段電路上消耗的全部電功率,決定于這段電路兩端電壓U和通過的電流I的乘積。
熱功率是在某段電路上因發(fā)熱而消耗的功率,決定于通過這段電路的電流的平方I2和電阻R的乘積。
(2)電功率與熱功率的聯(lián)系
若在電路中只有電阻元件時(shí),電功率與熱功率數(shù)值相等。即P熱=P電
教師指出:上述實(shí)驗(yàn)中,電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí),小電機(jī)就相當(dāng)于純電阻。
若電路中有電動(dòng)機(jī)或電解槽時(shí),電路消耗的電功率絕大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能,只有一少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這時(shí)電功率大于熱功率,即P電>P熱。
教師指出:上述實(shí)驗(yàn)中,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電機(jī)消耗的電功率,其中有一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故P電>P熱。
(三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)
教師活動(dòng):讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié),其他同學(xué)在筆記本上總結(jié),然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。
學(xué)生活動(dòng):認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容,并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié),看誰的更好,好在什么地方。
點(diǎn)評(píng):總結(jié)課堂內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。
教師要放開,讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同,從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。
(四)實(shí)例探究
☆求兩點(diǎn)間的電勢(shì)差
【例1】不考慮溫度對(duì)電阻的影響,對(duì)一個(gè)“220V,40W”的燈泡,下列說法正確的是
A.接在110V的電路上時(shí)的功率為20W
B.接在110V的電路上時(shí)的功率為10W
C.接在440V的電路上時(shí)的功率為160W
D.接在220V的電路上時(shí)的功率為40W
解析:正確選項(xiàng)為BD。
(法一)由得燈泡的電阻Ω=1210Ω
∴電壓為110V時(shí),W=10W
電壓為440V時(shí),超過燈炮的額定電壓一倍,故燈泡燒壞,P=0.
(法二)由??芍猂一定時(shí),P∝U2,
∴當(dāng)U=110V=,P=P額/4=10W
說明:燈泡是我們常用的用電器,解題時(shí)一般不考慮溫度對(duì)其電阻的影響。用電器的標(biāo)稱值,指其額定值,即用電器在正常工作時(shí)的電壓、功率以及電流值,由P額=U額I額可知,P、U、I有同時(shí)達(dá)到、同時(shí)超過、同時(shí)不滿足的特點(diǎn)。
【例2】一直流電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻一定,用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動(dòng),在線圈兩端加電壓為0.3V,電流為0.3A。松開轉(zhuǎn)軸,在線圈兩端加電壓為2V時(shí),電流為0.8A,電動(dòng)機(jī)正常工作。求該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),輸入的電功率是多少?電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多少?
解析:電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故可視為純電阻電路,由歐姆定律得電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻:
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能,其輸入的電功率為
P入=I1U1=0.8×2W=1.6W
電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率
P機(jī)=P入-I12r=1.6-0.82×1W=0.96W
說明:在非純電阻電路里,要注意區(qū)別電功和電熱,注意應(yīng)用能量守恒定律。①電熱Q=I2Rt。②電動(dòng)機(jī)消耗的電能也就是電流的功W=Iut。③由能量守恒得W=Q+E,E為其他形式的能,這里是機(jī)械能;④對(duì)電動(dòng)機(jī)來說,輸入的功率P入=IU;發(fā)熱的功率P熱=I2R;輸出的功率,即機(jī)械功率P機(jī)=P入-P熱=UI-I2R。
【例3】潮汐發(fā)電是利用漲落潮的水位差來工作的,潮差越大,海水流量越大,發(fā)電功率也越大。我國潮汐能的可供開發(fā)的總裝機(jī)量為3.6×107kW。1980年8月,在浙江江廈建成第一座潮汐電站,裝機(jī)量為3×103kW,平均年發(fā)電量為1.7×107kWh,其規(guī)模居世界第二位。
(1)試根據(jù)上文中給出的數(shù)據(jù),計(jì)算我國建造的江廈潮汐電站平均每天滿負(fù)荷工作幾小時(shí)?
(2)設(shè)江廈潮汐電站漲潮和落潮時(shí)的平均潮差為6m,計(jì)算每次漲潮時(shí)流量是多大?(設(shè)潮汐電站的總能量轉(zhuǎn)換效率為50%)
解析:(1)江廈潮汐電站功率為3×103kW,年發(fā)電量為1.07×107kWh,由公式W=Pt可算出每天滿負(fù)荷工作的時(shí)間為
s=9.8h
(2)由文中給出數(shù)據(jù)及每天漲、落潮的次數(shù)可知,平均每次的發(fā)電量為
J
因?yàn)?br> 所以每次漲潮的平均流量為
m3/次
說明:本題涉及到潮汐這種自然現(xiàn)象,漲潮和落潮時(shí)均有水流的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
【例4】有一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī),內(nèi)阻r=0.6Ω,R=10Ω,U=160V,電壓表的讀數(shù)為110V,求
(1)通過電動(dòng)機(jī)的電流是多少?
(2)輸入到電動(dòng)機(jī)的電功率是多少?
(3)在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率是多少?
(4)電動(dòng)機(jī)工作1h所產(chǎn)生的熱量是多少?
解析:(1)設(shè)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U1,電阻R兩端的電壓為U2,則
U1=110V,U2=U-U1=(160-110)V=50V
通過電動(dòng)機(jī)的電流為I,則I==A=5A
(2)輸入到電功機(jī)的電功率P電,P電=U1I=110×5W=550W
(3)在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率P熱,P熱=I2r=52×0.6W=15W
(4)電動(dòng)機(jī)工作1h所產(chǎn)生的熱量Q,Q=I2rt=52×0.6×3600J=54000J
說明:電動(dòng)機(jī)是非線性元件,歐姆定律對(duì)電動(dòng)機(jī)不適用了,所以計(jì)算通過電動(dòng)機(jī)的電流時(shí),不能用電動(dòng)機(jī)兩端的電壓除以電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻。
通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),電動(dòng)機(jī)消耗的電功率遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的熱功率。
高二物理焦耳定律30
一名優(yōu)秀的教師在教學(xué)方面無論做什么事都有計(jì)劃和準(zhǔn)備,作為高中教師準(zhǔn)備好教案是必不可少的一步。教案可以讓學(xué)生更好的消化課堂內(nèi)容,幫助高中教師掌握上課時(shí)的教學(xué)節(jié)奏。您知道高中教案應(yīng)該要怎么下筆嗎?小編收集并整理了“高二物理焦耳定律30”,僅供參考,希望能為您提供參考!
2.5焦耳定律【教學(xué)目標(biāo)】
(一)知識(shí)與技能
1、理解電功的概念,知道電功是指電場(chǎng)力對(duì)自由電荷所做的功,理解電功的公式,能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。
2、理解電功率的概念和公式,能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。
3、知道電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
(二)過程與方法
通過推導(dǎo)電功的計(jì)算公式和焦耳定律,培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。
(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化和守恒,進(jìn)一步滲透辯證唯物主義觀點(diǎn)的教育。
【教學(xué)重點(diǎn)】電功、電功率的概念、公式;焦耳定律、電熱功率的概念、公式。
【教學(xué)難點(diǎn)】電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
【教學(xué)方法】等效法、類比法、比較法、實(shí)驗(yàn)法
【教學(xué)儀器】燈泡(36V,18W)、電壓表、電流表、電源、滑動(dòng)變阻器、電鍵、導(dǎo)線若干、投影儀、投影片、玩具小電機(jī)
【教學(xué)過程】
(一)引入新課
教師:用電器通電后,可以將電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量,請(qǐng)同學(xué)們列舉生活中常用的用電器,并說明其能量的轉(zhuǎn)化情況。
學(xué)生:(1)電燈把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能;
(2)電爐把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;
(3)電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能;
(4)電解槽把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。
教師:用電器把電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程,就是電流做功的過程。電流做功的多少及電流做功的快慢與哪些因素有關(guān)呢?本節(jié)課我們學(xué)習(xí)關(guān)于電功和電功率的知識(shí)。
(二)進(jìn)行新課
1、電功和電功率
教師:請(qǐng)同學(xué)們思考下列問題
(1)電場(chǎng)力的功的定義式是什么?
(2)電流的定義式是什么?
學(xué)生:(1)電場(chǎng)力的功的定義式W=qU
(2)電流的定義式I=
教師:投影教材圖2.5-1(如圖所示)
如圖所示,一段電路兩端的電壓為U,由于這段電路兩端有電勢(shì)差,電路中就有電場(chǎng)存在,電路中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng),形成電流I,在時(shí)間t內(nèi)通過這段電路上任一橫截面的電荷量q是多少?
學(xué)生:在時(shí)間t內(nèi),通過這段電路上任一橫截面的電荷量q=It。
教師:這相當(dāng)于在時(shí)間t內(nèi)將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端。在這個(gè)過程中,電場(chǎng)力做了多少功?
學(xué)生:在這一過程中,電場(chǎng)力做的功W=qU=IUt
教師:在這段電路中電場(chǎng)力所做的功,也就是通常所說的電流所做的功,簡稱電功。
電功:
(1)定義:在一段電路中電場(chǎng)力所做的功,就是電流所做的功,簡稱電功.
(2)定義式:W=UIT
教師:電功的定義式用語言如何表述?
學(xué)生:電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U,電路中的電流I和通電時(shí)間t三者的乘積。
教師:請(qǐng)同學(xué)們說出電功的單位有哪些?
學(xué)生:(1)在國際單位制中,電功的單位是焦耳,簡稱焦,符號(hào)是J.
(2)電功的常用單位有:千瓦時(shí),俗稱“度”,符號(hào)是kWh.
教師:1kWh的物理意義是什么?1kWh等于多少焦?
學(xué)生:1kWh表示功率為1kW的用電器正常工作1h所消耗的電能。
1kWh=1000W×3600s=3.6×106J
說明:使用電功的定義式計(jì)算時(shí),要注意電壓U的單位用V,電流I的單位用A,通電時(shí)間t的單位用s,求出的電功W的單位就是J。
教師:在相同的時(shí)間里,電流通過不同用電器所做的功一般不同。例如,在相同時(shí)間里,電流通過電力機(jī)車的電動(dòng)機(jī)所做的功要顯著大于通過電風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)所做的功。電流做功不僅有多少,而且還有快慢,為了描述電流做功的快慢,引入電功率的概念。
(1)定義:單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。用P表示電功率。
(2)定義式:P==IU
(3)單位:瓦(W)、千瓦(kW)
[說明]電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”不同。電流做功快,但做功不一定多;電流做功慢,但做功不一定少。
教師:在力學(xué)中我們講功率時(shí)有平均功率和瞬時(shí)功率之分,電功率有無平均功率和瞬時(shí)功率之分呢?
學(xué)生分組討論。
師生共同總結(jié):
(1)利用P=計(jì)算出的功率是時(shí)間t內(nèi)的平均功率。
(2)利用P=IU計(jì)算時(shí),若U是某一時(shí)刻的電壓,I是這一時(shí)刻的電流,則P=IU就是該時(shí)刻的瞬時(shí)功率。
教師:為什么課本沒提這一點(diǎn)呢?
學(xué)生討論,教師啟發(fā)、引導(dǎo):
這一章我們研究的是恒定電流,用電器的構(gòu)造一定,通過的電流為恒定電流,則用電器兩端的電壓必是定值,所以U和I的乘積P不隨時(shí)間變化,也就是說瞬時(shí)功率與平均功率總是相等的,故沒有必要分什么平均功率和瞬時(shí)功率了。
[說明]利用電功率的公式P=IU計(jì)算時(shí),電壓U的單位用V,電流I的單位用A,電功率P的單位就是W。
2、焦耳定律
教師:電流做功,消耗的是電能。電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能與電路中的電學(xué)元件有關(guān)。在純電阻元件中電能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,于是導(dǎo)體發(fā)熱。
設(shè)在一段電路中只有純電阻元件,其電阻為R,通過的電流為I,試計(jì)算在時(shí)間t內(nèi)電流通過此電阻產(chǎn)生的熱量Q。
學(xué)生:求解產(chǎn)生的熱量Q。
解:據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓U=IR
在時(shí)間t內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)電阻元件所做的功為W=IUt=I2Rt
由于電路中只有純電阻元件,故電流所做的功W等于電熱Q。
產(chǎn)生的熱量為
Q=I2Rt
教師指出:這個(gè)關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實(shí)驗(yàn)得到的,叫焦耳定律,同學(xué)們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過了。
學(xué)生活動(dòng):總結(jié)熱功率的定義、定義式及單位。
熱功率:
(1)定義:單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱的功率叫做熱功率。
(2)定義式:P熱==I2R
(3)單位:瓦(W)
[演示實(shí)驗(yàn)]研究電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
(投影)實(shí)驗(yàn)電路圖和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:
取一個(gè)玩具小電機(jī),其內(nèi)阻R=1.0Ω,把它接在如圖所示的電路中。
(1)先夾住電動(dòng)機(jī)軸,閉合電鍵,電機(jī)不轉(zhuǎn)。調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值,使電壓表的示數(shù)為0.50V,記下電流表的示數(shù),算出小電機(jī)消耗的電功率和熱功率,并加以比較。
(2)再松開夾子,使小電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值,使電壓表的示數(shù)為2.0V(此電壓為小電機(jī)的額定電壓),記下電流表的示數(shù),算出小電機(jī)消耗的電功率和熱功率,并加以比較。
[實(shí)驗(yàn)結(jié)果]
(1)電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí),U=0.50V,I=0.50A,
P電=UI=0.50×0.50W=0.25W
P熱=I2R=0.502×1.0W=0.25W
P電=P熱
(2)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),U=2.0V,I=0.40A,
P電=UI=2.0×0.40W=0.80W
P熱=I2R=0.402×1.0W=0.16W
P電>P熱
學(xué)生:分組討論上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。
師生共同活動(dòng):總結(jié):
(1)電功率與熱功率的區(qū)別
電功率是指輸入某段電路的全部功率或在這段電路上消耗的全部電功率,決定于這段電路兩端電壓U和通過的電流I的乘積。
熱功率是在某段電路上因發(fā)熱而消耗的功率,決定于通過這段電路的電流的平方I2和電阻R的乘積。
(2)電功率與熱功率的聯(lián)系
若在電路中只有電阻元件時(shí),電功率與熱功率數(shù)值相等。即P熱=P電
教師指出:上述實(shí)驗(yàn)中,電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí),小電機(jī)就相當(dāng)于純電阻。
若電路中有電動(dòng)機(jī)或電解槽時(shí),電路消耗的電功率絕大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能,只有一少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這時(shí)電功率大于熱功率,即P電>P熱。
教師指出:上述實(shí)驗(yàn)中,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電機(jī)消耗的電功率,其中有一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故P電>P熱。
(三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)
教師活動(dòng):讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié),其他同學(xué)在筆記本上總結(jié),然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。
學(xué)生活動(dòng):認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容,并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié),看誰的更好,好在什么地方。
點(diǎn)評(píng):總結(jié)課堂內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。
教師要放開,讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同,從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。
(四)實(shí)例探究
☆求兩點(diǎn)間的電勢(shì)差
【例1】不考慮溫度對(duì)電阻的影響,對(duì)一個(gè)“220V,40W”的燈泡,下列說法正確的是
A.接在110V的電路上時(shí)的功率為20W
B.接在110V的電路上時(shí)的功率為10W
C.接在440V的電路上時(shí)的功率為160W
D.接在220V的電路上時(shí)的功率為40W
解析:正確選項(xiàng)為BD。
(法一)由得燈泡的電阻Ω=1210Ω
∴電壓為110V時(shí),W=10W
電壓為440V時(shí),超過燈炮的額定電壓一倍,故燈泡燒壞,P=0.
(法二)由。可知R一定時(shí),P∝U2,
∴當(dāng)U=110V=,P=P額/4=10W
說明:燈泡是我們常用的用電器,解題時(shí)一般不考慮溫度對(duì)其電阻的影響。用電器的標(biāo)稱值,指其額定值,即用電器在正常工作時(shí)的電壓、功率以及電流值,由P額=U額I額可知,P、U、I有同時(shí)達(dá)到、同時(shí)超過、同時(shí)不滿足的特點(diǎn)。
【例2】一直流電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻一定,用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動(dòng),在線圈兩端加電壓為0.3V,電流為0.3A。松開轉(zhuǎn)軸,在線圈兩端加電壓為2V時(shí),電流為0.8A,電動(dòng)機(jī)正常工作。求該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),輸入的電功率是多少?電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多少?
解析:電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故可視為純電阻電路,由歐姆定律得電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻:
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能,其輸入的電功率為
P入=I1U1=0.8×2W=1.6W
電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率
P機(jī)=P入-I12r=1.6-0.82×1W=0.96W
說明:在非純電阻電路里,要注意區(qū)別電功和電熱,注意應(yīng)用能量守恒定律。①電熱Q=I2Rt。②電動(dòng)機(jī)消耗的電能也就是電流的功W=Iut。③由能量守恒得W=Q+E,E為其他形式的能,這里是機(jī)械能;④對(duì)電動(dòng)機(jī)來說,輸入的功率P入=IU;發(fā)熱的功率P熱=I2R;輸出的功率,即機(jī)械功率P機(jī)=P入-P熱=UI-I2R。
【例3】潮汐發(fā)電是利用漲落潮的水位差來工作的,潮差越大,海水流量越大,發(fā)電功率也越大。我國潮汐能的可供開發(fā)的總裝機(jī)量為3.6×107kW。1980年8月,在浙江江廈建成第一座潮汐電站,裝機(jī)量為3×103kW,平均年發(fā)電量為1.7×107kWh,其規(guī)模居世界第二位。
(1)試根據(jù)上文中給出的數(shù)據(jù),計(jì)算我國建造的江廈潮汐電站平均每天滿負(fù)荷工作幾小時(shí)?
(2)設(shè)江廈潮汐電站漲潮和落潮時(shí)的平均潮差為6m,計(jì)算每次漲潮時(shí)流量是多大?(設(shè)潮汐電站的總能量轉(zhuǎn)換效率為50%)
解析:(1)江廈潮汐電站功率為3×103kW,年發(fā)電量為1.07×107kWh,由公式W=Pt可算出每天滿負(fù)荷工作的時(shí)間為
s=9.8h
(2)由文中給出數(shù)據(jù)及每天漲、落潮的次數(shù)可知,平均每次的發(fā)電量為
J
因?yàn)?br> 所以每次漲潮的平均流量為
m3/次
說明:本題涉及到潮汐這種自然現(xiàn)象,漲潮和落潮時(shí)均有水流的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
【例4】如圖所示,有一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī),內(nèi)阻r=0.6Ω,R=10Ω,U=160V,電壓表的讀數(shù)為110V,求
(1)通過電動(dòng)機(jī)的電流是多少?
(2)輸入到電動(dòng)機(jī)的電功率是多少?
(3)在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率是多少?
(4)電動(dòng)機(jī)工作1h所產(chǎn)生的熱量是多少?
解析:
(1)設(shè)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U1,電阻R兩端的電壓為U2,則
U1=110V,U2=U-U1=(160-110)V=50V
通過電動(dòng)機(jī)的電流為I,則I==A=5A
(2)輸入到電功機(jī)的電功率P電,P電=U1I=110×5W=550W
(3)在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率P熱,P熱=I2r=52×0.6W=15W
(4)電動(dòng)機(jī)工作1h所產(chǎn)生的熱量Q,Q=I2rt=52×0.6×3600J=54000J
說明:電動(dòng)機(jī)是非線性元件,歐姆定律對(duì)電動(dòng)機(jī)不適用了,所以計(jì)算通過電動(dòng)機(jī)的電流時(shí),不能用電動(dòng)機(jī)兩端的電壓除以電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻。
通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),電動(dòng)機(jī)消耗的電功率遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的熱功率。
高三物理教案:《電阻定律》教學(xué)設(shè)計(jì)
一、教材分析
本節(jié)課是一節(jié)實(shí)驗(yàn)探究和理論探究課。從研究方法上講,本節(jié)內(nèi)容是體現(xiàn)和滲透物理學(xué)研究方法的經(jīng)典案例。如何通過兩種探究方案進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生探究能力,使學(xué)生逐漸掌握科學(xué)的探究方法,對(duì)學(xué)生今后的發(fā)展尤為重要。
二、教學(xué)目標(biāo)
1、知識(shí)目標(biāo)
①知道電阻定律及其表達(dá)式;
②了解導(dǎo)體電阻率的概念,知道常見金屬導(dǎo)體電阻率的大小的排序;
③了解導(dǎo)體的電阻率與溫度有關(guān)。
2、能力目標(biāo)
①通過探究導(dǎo)體電阻與材料、長度及橫截面積的定量關(guān)系,掌握科學(xué)的探究方法,體驗(yàn)科學(xué)的探究過程。
②學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法,發(fā)展思維能力。
3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)
①通過實(shí)驗(yàn)探究,培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的態(tài)度;
②通過小組交流與討論,培養(yǎng)學(xué)生合作與交流的團(tuán)隊(duì)精神,有將自己的見解與他人交流的愿望,養(yǎng)成在合成中既堅(jiān)持原則又尊重他人的品質(zhì)。
③通過對(duì)相關(guān)科技問題的討論學(xué)習(xí),增強(qiáng)將物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的意識(shí),加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的人文教育。
三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)
重點(diǎn):探究電阻定律的定量關(guān)系是這節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)。
難點(diǎn):如何設(shè)計(jì)合理可行的實(shí)驗(yàn)方案是本節(jié)課的難點(diǎn)。
關(guān)鍵:如何引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,如何引導(dǎo)學(xué)生建立理論分析的物理模型是關(guān)鍵。
四、學(xué)情分析
我將首先設(shè)置問題情境,引導(dǎo)學(xué)生猜想影響電阻的可能因素;然后通過學(xué)生自主探究和分組合作交流實(shí)驗(yàn)方案;最后師生共同交流歸納結(jié)論來突出教學(xué)的重點(diǎn);
通過設(shè)置情境引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型化解學(xué)生進(jìn)行理論分析的難點(diǎn);通過引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)電阻串并聯(lián)知識(shí)及控制變量法,充分運(yùn)用學(xué)生已有知識(shí)分解實(shí)驗(yàn)探究的難點(diǎn)。
五、教學(xué)方法
本節(jié)課我將采用“導(dǎo)、探”式教學(xué)方法?!皩?dǎo)”:即教師通過設(shè)置情境和問題,引導(dǎo)學(xué)生提出探究方案,發(fā)揮主導(dǎo)作用;“探”:即學(xué)生自主探究。
六、課前準(zhǔn)備 “220V,100W”和 “220V,25W” 的2只白熾燈泡
七、課時(shí)安排 1課時(shí)
八、教學(xué)過程
(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
(二)情景引入、展示目標(biāo)
情境一:展示一組簡單的串聯(lián)電路,請(qǐng)學(xué)生思考導(dǎo)體的電阻可能與什么因素有關(guān)?
?情境二:展示一組簡單的并聯(lián)電路,請(qǐng)學(xué)生思考導(dǎo)體的電阻可能與什么因素有關(guān)?
情境三:教師提供“220V,100W”和 “220V,25W” 的2只白熾燈泡,請(qǐng)學(xué)生觀察。提出問題:
(1)計(jì)算2只燈泡的電阻;
(2)觀察電阻和燈絲的長短、粗細(xì)有什么關(guān)系?
引出課題:導(dǎo)體的電阻和這些因素之間有什么樣的定量關(guān)系呢?
(三)合作探究、精講點(diǎn)播
1、實(shí)驗(yàn)探究
從復(fù)習(xí)控制變量法入手:
(1)怎樣進(jìn)行定量研究呢?這里涉及到一個(gè)物理量與多個(gè)物理量之間的定量關(guān)系的研究,類似的問題我們以前遇到過嗎?引導(dǎo)學(xué)生回憶“控制變量法”。
(2)規(guī)劃步驟:學(xué)生用“控制變量法”制定探究步驟
(3)制定方案、設(shè)計(jì)電路:先讓學(xué)生制定如何探究的方案,再進(jìn)一步由方案到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì);同時(shí),把學(xué)生制定的方案和設(shè)計(jì)的電路展示出來,再請(qǐng)學(xué)生評(píng)價(jià)哪個(gè)方案哪個(gè)電路優(yōu)越?通過比較學(xué)生設(shè)計(jì)的電路,讓學(xué)生充分發(fā)表見解。從而培養(yǎng)學(xué)生合作與交流的品質(zhì)。
(4)實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù):各小組按照設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案,分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。讓學(xué)生明確收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重要性。從而培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。
(5)分析與論證:讓學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析處理并嘗試對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納。請(qǐng)各組的發(fā)言人總結(jié)匯報(bào)。讓另外同學(xué)進(jìn)行評(píng)判。從而增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可信度與說服力。
以上環(huán)節(jié)緊緊圍繞“學(xué)生探索”展開課堂教學(xué),把“探索”這一要素充分地體現(xiàn)出來了,從而培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探索能力。
2、理論探究
從建立物理模型入手:
(1)首先根據(jù)情境一和情境二中的物理圖景,引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型;
建立研究R與l關(guān)系的模型:一根長度為l,電阻為R的導(dǎo)體,可以看稱是由n段長度同為l,電阻同為R1的導(dǎo)體串聯(lián)而成;
你能得出R與L的關(guān)系嗎? 你能得出R與S的關(guān)系嗎?
建立研究R與S關(guān)系的模型:一根橫截面積為S,電阻為R的導(dǎo)體,可以看稱是由n條橫截面積同為S1,電阻同為R1的導(dǎo)體并聯(lián)而成;
在這里師生共同進(jìn)行探索,思路如下:通過以上實(shí)驗(yàn)探究和理論分析,我們已經(jīng)得出電阻與導(dǎo)體的長度成正比,與導(dǎo)體的橫截面積成反比,即: ;分析k的含義,引出電阻率的概念。
最后,得出電阻定律的表達(dá)式:
(四)反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測(cè)
(五)發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置作業(yè)
九、板書設(shè)計(jì)
一、 實(shí)驗(yàn)探究:
1、 探究目的:探究導(dǎo)體電阻與其決定因素的定量關(guān)系。
2、 探究內(nèi)容:電阻與長度、橫截面積和材料的定量關(guān)系。
3、 探究方法:控制變量法
4、 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì):
5、 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:
6、 進(jìn)行實(shí)驗(yàn):
7、 結(jié)論匯報(bào):
二、理論探究:
1、分析導(dǎo)體電阻與它的長度的關(guān)系:
2、研究導(dǎo)體電阻與它的橫截面積的關(guān)系:
三、電阻定律:
1、電阻定律內(nèi)容:導(dǎo)體的電阻與它的長度成正比,與它的橫截面積成反比。
2、公式:R= ρL/s
3、電阻率ρ
(1)反映了材料導(dǎo)電性能的好壞
(2)單位:Ω?m
十、教學(xué)反思
本教學(xué)設(shè)計(jì)采用“猜想—實(shí)驗(yàn)—?dú)w納”的探究性教學(xué)模式,引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生圍繞“探究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長度、橫截面積及材料的關(guān)系” ,激發(fā)學(xué)生的探究熱情和學(xué)習(xí)興趣。課堂上有學(xué)生的個(gè)體學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)、合作探索、學(xué)生交流匯報(bào)、實(shí)驗(yàn)操作、師生交流等教學(xué)組織形式,擴(kuò)大了單位時(shí)間內(nèi)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的空間,而且釋放了每個(gè)學(xué)生的精神活動(dòng),充分體現(xiàn)了新課程倡導(dǎo)的“重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行自主探究和合作學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)”的理念主體地位,改變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的方式。課后需要記錄、總結(jié)學(xué)生反映情況,時(shí)間分配情況等。
電阻定律學(xué)案
課前預(yù)習(xí)學(xué)案
一、預(yù)習(xí)目標(biāo)
1、理解電阻定律和電阻率,能利用電阻定律進(jìn)行有關(guān)的分析和計(jì)算
2、了解電阻率與溫度的關(guān)系
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容
1.導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種 ,它是由導(dǎo)體 決定的,導(dǎo)體的電阻跟它的 有關(guān);跟它的 有關(guān);跟它的 有關(guān)。
2.電阻定律:同種材料的導(dǎo)體,其電阻R與它的長度L成 ,與它的橫截面積成 ;導(dǎo)體的電阻與 有關(guān)。表達(dá)式R= ,式中ρ是比例系數(shù),它與導(dǎo)體的材料有關(guān),是表征 的一個(gè)重要的物理量。
3.各種材料的電阻率 都隨溫度的變化而 ,金屬的電阻率隨溫度的升高而 ,而有些合金電阻率幾乎不受溫度變化的影響,常用來制作 。
三、提出疑惑
課內(nèi)探究學(xué)案
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
二、學(xué)習(xí)過程1. 控制變量法:
物理學(xué)中,如果想研究一個(gè)量與其他幾個(gè)量的關(guān)系時(shí),可以采用保持其他量不變,只讓某一個(gè)量發(fā)生變化去研究量的變化規(guī)律。
B.若將a、d兩端連在電路中,則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí),變阻器的阻值減小
C.若將b、c兩端連在電路中,則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí),變阻器的阻值增大
D.若將a、b兩端連在電路中,則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí),變阻器的阻值不變
5.有一只燈泡的燈絲斷了,通過轉(zhuǎn)動(dòng)燈泡燈絲接通,再接入電源后,所發(fā)生的現(xiàn)象及其原因是( )
A.燈絲電阻變小,通過它的電流變大,根據(jù)P=I2R,電燈變亮
B.燈絲電阻變大,通過它的電流變小,根據(jù)P=I2R,電燈變暗
C.燈絲電阻變小,它兩端的電壓不變,根據(jù),電燈變亮
D.燈絲電阻變大,它兩端的電壓不變,根據(jù),電燈變暗
6. 兩根完全相同的金屬裸導(dǎo)線A和B,如果把導(dǎo)線A均勻拉長到原來的2倍,導(dǎo)線B對(duì)折后擰成一股,然后分別加上相同的電壓,則它們的電阻之比RA:RB為______,相同時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量之比qA:qB為______
課后練習(xí)與提高學(xué)習(xí)
1.關(guān)于材料的電阻率,下列說法中正確的是( )
A.把一根長導(dǎo)線截成等長的三段,每段的電阻率是原來的
B.金屬的電阻率隨溫度的升高而增大
C.純金屬的電阻率較合金的電阻率小
D.電阻率是反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量
2.將截面均勻、長為L、電阻為R的金屬導(dǎo)線截去,再拉長至L,則導(dǎo)線電阻變?yōu)?/p>
6.白熾燈接在220V電源上能正常發(fā)光,將其接在一可調(diào)電壓的電源上,使電壓逐漸增大到220V,則下列說法正確的是( )
A.電流將逐漸變大
B.電流將逐漸變小
C.每增加1V電壓而引起的電流變化量是相同的
D每增加1V電壓而引起的電流變化量是減小的
7.有四個(gè)阻值為R的電阻全部使用,經(jīng)過不同組合可以獲得不同阻值的等效電阻,下列阻值中可以獲得的阻值為( )
A.4R B.2R C.R D.0.6R
8.已知銅的電阻率小,合金的電阻率大,鉑的電阻率隨溫度有明顯變化,錳銅合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響,則在下列空格處填上合適材料:連接電路的導(dǎo)線用______,電爐的電阻絲用______,電阻溫度計(jì)用______,標(biāo)準(zhǔn)電阻用______
9. 兩導(dǎo)線長度之比為1∶2,橫截面積之比為3∶4,電阻率之比為5∶6,則它們的電阻之比為______。
10.輸出電壓恒定的電源與一根玻璃管中的水銀柱組成電路,水銀柱中通過的電流為0.1A,今將這些水銀倒進(jìn)另一根玻璃管中,管的內(nèi)徑是原來的2倍.重新與該電源組成電路,則流過水銀柱的電流為______.
11. 一根長為0.5m的金屬絲,橫截面積為3.0mm2,在它兩端加上0.15V的電壓時(shí),通過金屬絲的電流為2.0A,求金屬絲的電阻率。
12. A、B兩地相距40km,從A到B兩條輸電線的總電阻為800Ω,若A、B之間某處E兩條輸電線發(fā)生短路,為查明短路地點(diǎn),在A處接上電源,測(cè)得電壓表示數(shù)為10V,小量程電流表讀數(shù)為40mA,如圖所示,則短路處距A多遠(yuǎn)?
參考答案:
預(yù)習(xí)內(nèi)容
1.性質(zhì) 因素 長度 橫截面積 材料
2.正比 反比 構(gòu)成它的材料 材料性質(zhì)
3.一般 變化 增大 標(biāo)準(zhǔn)電阻
當(dāng)堂檢測(cè)
1、D 2、A 3、C 4、AD 5、C 6、16:1;1:16
課后練習(xí)與提高學(xué)習(xí)
1、BCD 2、C 3、C 4、D 5、D 6、AD 7、AC
8、電路導(dǎo)線需選ρ小的,故選銅;電爐的電阻絲需選ρ大的,故選合金;電阻溫度計(jì)需選ρ隨溫度變化明顯的,故選鉑;標(biāo)準(zhǔn)電阻需選ρ隨溫度變化基本穩(wěn)定不變的,故選錳銅合金
9、5∶9
10、1.6A
11
12、距A端12.5km