12.1电路中的能量转化 教学设计（表格式）

教学设计
课题 电路中的能量转化
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 实验探究课□ 习题/试卷讲评课 课题研究课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节在电场知识和能量守恒定律的基础上学习电功和电功率、焦耳定律，在电场和电路情境下培养学生的能量观念。学生应用物理规律进行推理，加深对概念、规律的理解，促进科学思维的发展。 通过节前“问题”引出电功率概念，进而利用电场的知识推导电功的表达式，接着进一步利用能量守恒定律推导焦耳定律。通过对包含电动机的电路中的能量转化的实例分析，加深对电功和电热等概念的理解和辨析。
学情分析
本节课授课对象是高二学生，他们在初中阶段已经学习过电功、焦耳定律等知识及其公式应用，并且对纯电阻电路中电流做功，使得电能转化成内能已经有了一定的认识，在必修二学习了各种能量，知道各种能量间通过力做功的途径实现转化，有助于学生理解电能和其他能量间的转化。
学习目标
(1)物理观念：通过实例分析，理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的，加深对功与能量转化关系的认识。 (2)科学思维：通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律，能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。 (3)科学探究：从能量的转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，理解电功和电热的区别和联系。 (4)科学态度与责任：联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。
学习重点难点
教学重点： 电功概念的建立和理解，电流做功过程是电能转化为其他形式能过程，加深学生对“功是能量转化的量度”的理解，并利用静电力做功过程推导电功表达式。 教学难点： 对于包含电动机的电路进行能量转化的实例分析。理解好电功和电热概念，从实际问题中，抽象出“能流图”，利用能量转化和守恒思想建立关系式。从而提高学生的分析推理、证据意识和论证能力。
教学辅助支持
实物、教具、实验设备器材、多媒体设备等
教学活动设计
过程学习内容与教师活动学生活动设计意图及目标达成环节一 问题引入内容1.问题引入 视频引入：电热水壶烧水过程，电能转化为内能。 展示几种用电器消耗电能图片：电热水壶、吹风机、电动车充电过程。 【问题】电热水壶通电一段时间，直至水沸腾，在这一过程中，消耗了电能，那什么形式能增加了？ 【问题】生活中有很多的用电设备，比如吹风机的电动机通电消耗电能，电动车在充电过程中，同样消耗了电能，这些电能最终转化为哪些能量？观察视频思考并回答问题： 内能增加，这里发生的能量转化是，电能转化为导体的内能，导体对水加热，最终转化为水的内能。 从生活实例出发引导学生意识到电能转化现象的普遍性。激发他们探究电能转化规律的兴趣。小结： 电热水壶通电、电动机转动和电池在充电过程中都消耗电能， 电热水壶通电，电能转化为内能， 电动机通电转动，电能主要转化为机械能， 电动车电池充电，电能主要转化为化学能， 这些用电器通电，将电能转化为其他形式能。 不同用电器在工作时，能量转化过程是不同的。环节二 电功和电功率内容2. 电功 教师：（1）从能量转化的角度理解电功的含义。 【问题】在高一学习中，我们已经学习了功和能的关系，请同学们思考：功和能有什么关系？ 【问题】那用电器在工作时，电能转化为其他形式能，是什么力做功使电能减少呢？ 分析：截取导线DE上非常短的一段导线将它放大，以其中一个自由电荷为例，请思考自由电荷在什么力作用下定向移动呢？ （可见电能转化为其他形式能，是电场力对自由电荷做功实现的，这一过程我们也称为通过电流做功实现。） 引导学生总结电流做功的实质。功是能的转化量度，做功过程伴随着能量变化。 例如，重力做功，重力势能变化；合力做功，动能变化；静电力做功，电势能变化。 电场力对自由电荷做正功，电势能减少，根据能量转化与守恒思想，其他形式能增加。 电流做功的实质就是：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程，又一次为学生理解“功是能量转化的量度”提供物理事实; 用静电力做功的知识推导电功的表达式，使学生对“场”和“路”的联系有了进-步认识。 （2）创设情境，让学生推导电功表达式：电路两端电压为U，电路中电流大小为I，电荷从左向右定向移动，经过这段电路时间记为 。请同学们尝试推导电功表达式。 一段时间内通过电路任一截面的电荷量为，因而可以推出电功表达式提高学生的推理能力内容2. 电功率 从实际问题出发引入电功率： 【问题】某同学发现家里的电饭锅上有两个档位，分别是快炖和慢炖，这两个档位的本质区别是什么呢？这位同学说两个档位的电功不同，这种说法正确吗？ 电功率：电流在一段电路中做功的功率 P 等于这段电路两端的电压 U 与电流 I 的乘积。 公式：P ＝ UI 单位：瓦特（W）、千瓦（kw）这种说法是错误的，这里的快和慢不是指电功的大小，而是指电流做功的快慢。所以有必要引入物理量电功率来描述电流做功快慢。 提高学生用物理知识解释生活中的现象环节三 焦耳定律和热功率内容4. 创设情境，引导学生推导焦耳定律。 动画模拟电热水器烧水过程。 （电热水器工作时，消耗电能，转化为加热管内能，对水加热，使水温度升高，忽略能量损失，电流通过电热水器的电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能。）像电热水器这样的用电器消耗电能全部用于增加内能，我们可以从能量转化与守恒的角度来推导热量的表达式。 设通过电热水器的电流大小为I，加热管的电阻大小为R，电热水器通电时间为t，推导电热水器产生的热量Q的表达式。 根据能量转化与守恒定律， ，即可得出 从实际和生活经验出发推导产生热量的表达式，让学生感觉物理在生活中的重要性环节四：电功和热量、电功率和热功率概念区分 内容5.区别电功率和热功率 【问题】电热水器消耗的电能等于导体内能的增加，所有用电器的工作过程中能量转化都是如此吗？电功和产生热量一定相等吗？例如前面举例中谈及的电吹风机，它在工作时，消耗的电能等于增加的内能吗？ （1）从概念物理意义区分 电功是电流做功消耗电能，用来计算， 焦耳定律计算的是导体生热，只是电能转化为内能的那部分能量， 对于电热水器，电能和内能相等，而对于电吹风机，消耗电能转化为机械能和内能，所以应该有W>Q （2）推导P电、P机、P热 的关系 P电=P机+P热 设电动机两端的电压为U，通过电动机线圈的电流为I. 可知P电=UI 电动机刚停止工作时，我们发现外壳是热的，说明工作时有电能转化为内能。设电动机线圈的电阻为R，可知 P热=I2R =P损 依据生活实际思考问题 区分纯电阻电路和非纯电阻电路环节五：生活电路中的能量转化问题 【问题】生活中有很多的用电器，我们学习完本节知识后，大家可以尝试在家庭中找一些用电器的说明书来研究，看一看你能看懂哪些参数了呢？比如一位同学在家中找到了一份洗衣机的说明书，翻到了洗衣机的相关参数这一页。他注意到了这三项内容，耗电量，每工作一个周期耗电量的单位是千瓦时，还注意到这样两个功率值，洗涤消耗功率，和加热消耗功率，对此提出了两个疑问 （1）kWh是能量单位还是功率单位？ （2）进一步研究说明书，加热消耗功率为此功能下总功率，该洗衣机加热洗涤是在原电动机电路基础上并联一个电阻丝进行加热能否估算一下该洗衣机在加热洗涤时，所用加热的电阻丝的电阻约为多少？ 在问题中体会本节知识的实际应用。用本节所学物理知识读懂用电器说明书，提高知识的实际运用能力课堂小结你学到了什么？学生回答教师补充 1、像电热水器这样电能全部转化为内能的电路，电功和热量是相等的，而对于包含电动机的电路，认识到电功和热量是不同的，消耗电能和内能产生并不相等。 2、最后通过本节学习，同学们可以将电路中的能量转化知识应用到家庭的用电器中，在生活中解决一些小问题。1.从功和能的关系推导了电功的表达式，探究了电流做功的本质2.从能量转化和守恒思想推导了焦耳定律和热功率
板书设计
电路中的能量转化 一、电功和电功率 电功 W=UIt 电功率 P=UI 二、焦耳定律 Q=I2Rt P热=I2R 三、电路中的能量转化 纯电阻：P=UI= I2R 非纯电阻：电动机 P=UI=P机+I2R
作业与拓展学习设计
基础演练 1.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是（　　） A．电功率越大，则电流做功越快，电路中产生的热量一定越多 B．W=UIt适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中， D．热量适用于任何电路 2.两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B串联在电路中，A的长度为L，直径为d；B的长度为2L，直径为2d，那么通电后在相同的时间内产生的热量之比为（　　） A．QA∶QB=1∶1 B．QA∶QB =2∶1 C．QA∶QB =1∶2 D．QA∶QB =4∶1 3.如图甲所示，横截面都是正方形的三段导体，它们的材料和长度都相同，导体B刚好能嵌入导体A，导体C刚好能嵌入导体B，现将三段导体按图乙方式接入到电路中，则（　　） A．导体A、B、C的电阻之比为3：2：1 B．导体A、B、C两端的电压之比为1：2：3 C．流过导体A、C的电流之比为1：1 D．导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为1：1：4 4.如图的电路中，a、b、c为三根长度不同、横截面积和材料都相同的导体棒。开关闭合后，在相同时间内三根导体棒产生的热量（　　） A．a最多 B．b最多 C．c最多 D．都相等 5.一台额定电压为220V的电动机，其线圈的电阻为1Ω，当电动机正常工作时，通过线圈的电流强度为5A，则这台电动机正常工作10s内（　　） A．电动机消耗的电能为 B．产生的焦耳热为 C．电动机对外做的功为 D．通过线圈横截面的电荷量为50C 6.如图所示，电阻，电动机线圈电阻。当开关S断开时，电流表的示数为0.5A；当电键S闭合后，电动机转起来，电路两端电压不变，电流表显示的电流和电路消耗的电功率应是（　　） A． B． C． D． 能力提升 7．在如图所示的分压电路中，c、d间的电压恒为，滑动变阻器的全值电阻，滑片P可在a、b两端点间滑动，定值电阻，则（　　） A．电阻R两端的电压调节范围为0～7.5V B．滑片P位于a、b连线的中点时，电阻R两端的电压为5V C．滑片P位于a点时，变阻器消耗的功率为10W D．电路中的最大电流为1.5A 8．电动汽车一般有两种充电模式：慢充和快充，两种充电模式下电池充满电之后电池存储的电能都是一样的。假设快充和慢充，给汽车充电的电源电压都是市电。某型号电动汽车采用快充方式0.5小时电池可从充到，采用慢充方式4.9小时电池可从充到。若充电过程中各种发热损失不计，则快充方式与慢充方式充电过程中充电电流大小之比为（　　） A． B． C． D． 9．有一台电风扇额定工作电压为 220V，额定电功率为 50W，线圈电阻为 0.4Ω，电风扇接入电压为 220V 的电路中，关于它每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 10．电烙铁是电子制作和电器维修的必备工具，主要用途是焊接元件及导线。如图为一电烙铁，电烙铁通电一段时间后，会变得很烫，而连接电烙铁的导线却不怎么热，其主要原因是（　　） A．导线有绝缘皮，隔热效果好 B．导线较长，散热比电烙铁快 C．通过导线的电流小于通过电烙铁的电流 D．导线的电阻远小于电烙铁的电阻 A． B． C． D． 11．如图所示为某款扫地机器人，其内置锂电池容量为5000mA·h，在一般情况下，充满一次电可供其正常工作的时间为150min。已知该扫地机器人的额定功率为30W，则下列说法正确的是（ ） A．扫地机器人正常工作时的电流是0.2A B．扫地机器人正常工作时的电压为15V C．扫地机器人正常工作150min消耗的电能为3.6×105J D．扫地机器人电动机的内阻为7.5
教学反思与改进
学生在初中对于电功，电功率，焦耳定律等相关知识已有基础，高中在本节课的教学中增加了纯电阻元件和非纯电阻元件的区别，所以本节课的教学重点就是让学生学会处理纯电阻和非纯电阻电路中的电功和电热的计算。教学设计上，考虑到学生的基础性，课前将具体的问题设置在导学案上，并提前下发给学生，让学生自学，取得了不错的课堂效果。