(共17张PPT)
2.5焦耳定律
学习目标：
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．通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。
探讨几个用电器的能量转化情况
a、电流流过电炉
b、电流流过充电电池
c、电流流过电风扇
→电能转化为热能
→电能转化为化学能和热能
→电能转化为机械能和热能
自主学习课本电功和电功率，并分组讨论展示学习结果
1.电能转化为其他形式的能的过程是如何实现的？
3.推导电流做功的表达式？
2.电流做功的本质？
电流做功的多少=电能转化为其他形式的能的多少
一、电功和电功率
1. 电功：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。
单位：焦耳(J) 千瓦时(kWh)
表达式： W=UIt
物理意义:
适用于
一切电路做功
讨论：电流流过不同的用电器，做功往往不同，怎样比较电流流过用电器做功的快慢程度呢？
反映了有多少电能转化为其他形式的能, 也可以说“消耗了多少电能”
一、电功和电功率
2.电功率：单位时间内电流做的功叫电功率
P＝W/t＝UI
单位：瓦（W） 千瓦kW
表达式：
适用于
一切电路的电功率
物理意义：反映了电流做功的快慢！
3．额定功率：用电器铭牌上所标称的功率是额定功率
实际功率: 用电器在实际电压下工作的功率是实际功率．
关系：用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率．
几种常见家用电器的额定功率
用电器
29吋彩电
电熨斗
电冰箱
微波炉
台灯
额定电压（V）
220
220
220
220
220
额定功率（W）
120～150
300～800
100～150
800～1200
25～60
分析讨论：这些用电器使用过程中的能量转化
思考：产生的热量和哪些因素有关呢？
二、电热和热功率
1.电热:电流通过导体产生的热量
2.热功率:单位时间内电流通过导体产生的热量
表达式：P热=I2R
适用于
一切电路计算电热
适用于
一切电路计算
热功率
1．纯电阻电路:
电能全部转化为热能,电功等于电热
2．非纯电阻电路:
电能大部分转化为其它能，
一部分转化为热能
电功和电热的关系：
例题:一台电动机，线圈电阻是0.4 ，当电动机两端加220V电压时，通过电动机的电流是5A。
求这台电动机消耗的电功率和输出功率。
拓展延伸：某时电动机突然被卡住而停止转动，则此时的电动机消耗的功率为多少？
变式练习：有一直流电动机，把它接入0.2V电压的电路中，电机不转，测得流过电动机的电流为0.4A，若电动机接入2V电压电路中，电动 机正常工作，电流是1A.
(1)求电动机正常工作时输出功率多大？
(2)如果电动机正常工作时，转子突然被卡住, 电动机的发热功率是多大？
课堂小结
电功 电热
公式 W=UIt Q=I2Rt
物理意义 消耗了多少电能 电流通过导体时产生了多少热量
纯电阻
非纯电阻 W=UIt Q=I2Rt
课堂练习1：图中虚线框内是一个未知电路，测得它的两端点a，b之间的电阻是R，在a，b之间加上电压U，测得流过这电路的电流为I，则未知电路的电功率一定是( )
A . I2R B .U2/R
C. UI D.I2R+UI
C
课堂练习2：为了使电炉消耗的电功率减小到原来的一半，应该采用的措施是（ ）
A.使电流减半
B.电压减半
C.使电炉的电阻减半
D.使电压和电炉的电阻各减一半。
D
课堂练习3：课后习题2.5焦耳定律教学设计
教学分析
学生在初中已经接触过焦耳定律的内容，为本节课的学习打下了一定的基础，但高中阶段将从电场力做功及能量转化和守恒等角度来研究焦耳定律，这对学生的学习提出了更高的要求。本节课所涉及的能量观点，是研究电学问题和其他物理问题的重要方法。另外，这一节的内容在实际中有广泛而重要的运用，不但是学习后续知识的基础，而且是学习电工的基础。所以，本节课不但是物理知识的传授课，更是物理方法和思想的渗透课。在教学中应该充分联系实际，以便巩固和加深对基本知识的理解，掌握实际问题中的原理。
教学目标
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．通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。
5．通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步培养辩证唯物主义的观点。
教学重点难点
电功和电热的计算是本节课的教学重点，围绕这个教学重点，具体实施教学时，会出现这样几个教学难点：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。
教学方法与手段
1．采用问题解决式，引导学生联系前面电场力的知识，推导电流做功的表达式。
2．密切联系实际，通过实例分析让学生明确各种电能与其他形式的能的转化情况。
3．通过例题分析让学生明确纯电阻电路与非纯电阻电路在能量转化时的区别。
导入新课
[事件1]
教学任务：创设情境，导入新课。
问题1：用电器通电后，可以将电能转化为其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，说明其能量的转化情况。
参考示例：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2：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。
推进新课
[事件2]
教学任务：推导电流做功的表达式
师生活动：
思考并讨论：(多媒体打出画面)一段导体长为L，横截面积为S，电阻为R，在导体两端加上电压U，通过导体的电流为I。
图2.5－1 推导电流做功的表达式
(1)结合此模型说出电流做功实质上是怎样的？
参考答案：电流做功的实质是电路中电场力对定向移动的电荷做功。
(2)利用学过的知识，推导一下经过时间t，电流做的功。
可能出现的结果：学生无从下手。可通过问题引导学生思考并推导出公式来。
请同学们思考下列问题：
(1)电场力做功的定义式是什么？
(2)电流的定义式是什么？
参考答案：(1)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。
(2)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＝It。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。
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W＝qU＝IUt。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。
结论：电功
(1)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。
(2)表达式：W＝IUt。
①物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压U、电路中电流I和通电时间t成正比。
②适用条件：I、U不随时间变化——恒定电流。
③单位：焦耳(J) 1 J＝1 V·A·s。
【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。
[事件3]
教学任务：推导电功率的表达式。
师生活动：
问题引导：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，如何描述电流做功的快慢呢？
参考答案：可以用单位时间内电流所做的功，即电功率表示做功的快慢。
结论：电功率。
(1)定义：单位时间内电流所做的功。
(2)表达式：P＝＝IU(对任何电路都适用)。
(3)单位：瓦特(W)，1 W＝1 J/s。
【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。
(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。
【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。
[事件4]
教学任务：焦耳定律
师生活动：
思考并讨论：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，那么，电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢？
结论：英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。
(1)焦耳定律：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方、导体电阻和通电时间成正比。
表达式：Q＝I2Rt。
(2)热功率：单位时间内的发热量，即P＝Q/t＝I2R。
思考并讨论：电路中电流对导体做的功是否等于导体内产生的热量呢？
可能出现的结果：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，所以，放出热量Q＝W＝I2Rt。
这里有一个错误：Q＝W，可通过问题引导学生思考并找出来：
●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？
●什么电路中Q＝W？什么电路中W≠Q？(W＞Q)？为什么？举实例
●欧姆定律I＝及变形公式适用条件是什么？为什么？
参考答案：
(1)电流有可能转化为其他形式的能。如：电吹风、电解槽、电池。
(2)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＝Q，这时W＝Q＝UIt＝I2Rt；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其他或P＝P热＋P其他、UI＝I2R＋P其他。
(3)欧姆定律I＝及变形公式适用条件是纯电阻电路。
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。再次强调以下结论：
(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：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。
5 焦耳定律
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。
公式：P＝＝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。
3．焦耳定律
内容：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方、导体电阻和通电时间成正比。
公式：Q＝I2Rt
热功率：单位时间内的发热量。即P＝＝I2R
注：(1)对纯电阻电路，电功W等于电热Q，即W＝Q＝UIt＝I2Rt
(2)对非纯电阻电路，即W＝Q＋E其他或P＝P热＋P其他、UI＝I2R＋P其他
