高中物理 第二章 第5节《焦耳定律》导学案（无答案）新人教版选修3-1

高中物理 第二章 第5节《焦耳定律》导学案（无答案）新人教版选修3-1

‎2.5《焦耳定律》导学案 ‎ 班级： 第 组 姓名：‎ ‎【学习目标】‎ ‎1．理解电流热效应的本质，理解电功的内涵，能够从静电学的角度推导电功的表达式 ‎2．掌握焦耳定律，并能进行有关计算（重点）‎ ‎3．理解电功和电热的关系，能区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热 ‎4.能够从能量守恒的角度计算复杂用电器的能量转化问题（难点）‎ ‎【学法指导】‎ ‎1、教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。‎ ‎2、通过理论联系实际的方法解决物理问题。‎ ‎【知识链接】‎ ‎1、将电荷从电场中的A点移动到B点,若A、B两点电势差为，则电场力对电荷做的功表达 式为 。‎ ‎2、电流的定义式： 。‎ ‎【学习过程】‎ 知识点一、电功和电功率 ‎1、电功 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；‎ ‎⑴ 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?‎ ‎⑵ 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？‎ ‎⑶ 表达式中各物理量的意义：‎ ‎⑷电功（电流做功）‎ ‎①定义： 叫电流做功，简称为 ．‎ ‎③电流在一段电路上所做的功等于这段电路 、 、 三者的乘积。‎ ‎②公式： （3）单位： 符号 或（千瓦kWh） 1kWh= J ‎2、电功率 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，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。为了描述电流做功的快慢，物理中引入电功率的概念。‎ ‎（1）定义： 叫做电功率。用 表示电功率。‎ ‎（2）计算式：‎ ‎（3）单位： 符号（ ）、千瓦（kW） 1kW＝ W。‎ ‎（4） 叫额定功率，P额是个定值，‎ 叫实际功率，P实是个变值。‎ 一般情况下： P实 P额。‎ 知识点二、焦耳定律和热功率 电流做功时，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。‎ 设在一段电路中只有电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内：‎ ‎1、电流做的功：‎ ‎2、电流通过此电阻产生的热量：‎ ‎3、电流做的功与电流通过此电阻产生的热量的关系，并解释能量是怎样转化的。‎ 由上题可知从能量角度来看，电阻的作用将 能转化为 能，即电阻作用是用来产生热量，这种只有电阻构成电路我们称之为纯电阻电路 纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件．欧姆定律 （适用、不适用）纯电阻电路。‎ ‎1.焦耳定律 ‎（1）内容： 。‎ ‎（2）表达式： 。‎ ‎【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 =U²t/R ‎2.热功率：‎ 在相同的时间里，电流通过不同用电器所产生的热量一般不同。为了描述电流单位时间内产生的热量，物理中引入热功率的概念。‎ ‎（1）定义：‎ ‎（2）公式：‎ ‎（3）单位：‎ ‎【例1】电阻为R的导体，两端加上电压，试计算此时电阻R热功率P。‎ 知识点三、电功与电热、电功率与热功率 ‎【例2】一台电动机额定电压为220V，线圈电阻R＝0.5Ω ‎，电动机正常工作时通过电动机线圈的电流强度为I=1A．当电动机正常工作10s，求：‎ ‎(1)电流做的功（或消耗的电能）：‎ ‎(2)产生的热量：‎ ‎（3）电动机获得的机械能E。‎ ‎(4)根据上面例题分析在电流通过电动机做功过程中，能量是怎样转化的？并写出电流所做的功W，电动机获得机械能E，线圈产生热量三者之间关系。‎ 由上题可知电流通过用电动机主要是转化为其它形式的能，发热只是其中很小的一部分，这种用电器构成电路我们称之为非纯电阻电路 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．‎ 变式：一台电动机额定电压为220V，线圈电阻R＝0.5Ω，电动机正常工作时通过电动机线圈的电流强度为I=‎1A，当电动机正常工作10s．求：(1)电功率？(2)热功率？(3)输出的机械功率？‎ 以上述计算为依据，回答：、、满足什么样的关系式？ 。‎ 讨论：通过计算说明（是否等于电动机线圈的电阻R？欧姆定律是否适用于非纯电阻电路？‎ 小结：‎ ‎（1）在纯电阻电路中：电流通过用电器以 为目的，例如电炉、电熨斗、电饭锅，电烙铁、白炽灯泡等。这时电能全部转化为 能，电功等于 。‎ 即W= = = 同理P= = = 。‎ ‎（2）在非纯电阻电路中：电流通过用电器是以获得 为目的，发热不是目的，而是难以避免的内能损失。例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等.这时电路消耗的电能，即W=UIt分为两部分，一大部分 （例如电流通过电动机，电动机转动，电能转化为机械能）；另一小部分 .这里W=UIt Q=I2Rt（填“＞”、“＜”或“＝”），同理P电= UI P热=I2R ‎（3）电功和电热是两个不同的物理量，只有在 电路中，电功才等于电热，‎ W=Q=UIt=I 2R t=；在非纯电阻电路中，电功大于电热，W>Q，这时电功只能用W= 计算，电热只能用Q= 计算，两式不能通用。‎ 例：在某段电路中，其两端电压为U，通过的电流为I，通电时间为t，若该电路电阻为R，则关于电功和电热的关系，下列结论正确的是（ ）‎ A、在任何电路中，电功UIt=I2Rt B、在任何电路中，电功为UIt，电热为I2Rt C、在纯电阻电路中，UIt=I2Rt D、在非纯电阻电路中，UIt≥I2Rt ‎【当堂检测】‎ ‎1、关于电功率和热功率的下列说法，正确的是 （ ）‎ A、电功率就是热功率 B、同一电路中，电功率可以大于等于热功率，也可以小于热功率 C、电功率就是电路中电能转化为内能的功率 D、热功率就是电路中因发热而消耗的功率 ‎2、对计算任何用电器的电功率都适用的公式是（ ）‎ ‎3、加在某台电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的热功率为（ ）‎ ‎　A．P B．/ r 　　 C． D． ‎ ‎4、一个标有“110V、10W”的灯泡，求：‎ ‎⑴它的电阻；‎ ‎⑵正常工作时的电流；‎ ‎⑶如果接在100V的电路中实际功率多大？‎ ‎⑷接在220V电压的电路中，它的实际功率多大？会发生什么现象？‎ ‎（C级）5、如图所示，一台直流电动机所加电压为110V，通过的电流为5A。该电动机把一个质量为50kg的物体以0.9m/s的速度匀速提高，求：‎ A ① 电动机的电功率和电动机线圈的电阻（不计摩擦）；‎ ‎②如果电动机突然卡住，通过线圈的电流是多少？电动机的功率是多少？‎ 组长点评 导学案的量非常适合当前学生一节课预习，一节课展示。2、由例题2电动机实例的计算、分析自然引出非纯电阻电路概念，有利于学生认知发展。3、当堂检测注重电功率、热功率在不同的电路中的区别与联系。‎