高中物理 焦耳定律教案

第二章、恒定电流

第五节、焦耳定律（1课时）

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I2Rt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：作业2、4，练习1、3、5。建议在对1的证明后，把相应的结论归入串、并联电路的规律中。

补充练习：某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m／s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强度I=5A，求电动机线圈电阻R（g=10m／s2）。（4Ω）

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/144375652bf90242a8956bec0975f46527d3a7c7.html