高中物理必修第三册3.3电功与电热-教案 鲁科版（2019）

电功与电热
【教学目标】
核心素养
物理观念
科学态度与责任

1．能理解电功、电功率及焦耳定律的内涵；
2．能用焦耳定律解释生产、生活中的电热现象，能解决一些电热问题；
3．具有与恒定电流相关的能量观念。
能体会电能的使用对人类生活和社会发展的影响。
【教学重难点】
1．能用焦耳定律解释生产、生活中的电热现象，能解决一些电热问题。
2．能体会电能的使用对人类生活和社会发展的影响。
【教学过程】
一、导入新课
在生产生活中，电灯把电能转化为光能，给我们带来光明；电动机把电能转变为动能，使电风扇旋转，使电力机车飞驰；电热器把电能转变为内能，在寒冷的冬天送来温暖……人类生活与电能密切相关。那么，如何理解电流做功？电能如何转化为其他形式的能？本节将学习电功、电功率和电能转化为电热的规律——焦耳定律。
二、新知学习
知识点一 电功和电功率
[观图助学]

电熨斗通电时发热，电动机通电时对外做功，这两种电器的内能、机械能都是电能转化而来的。能量的转化是通过电流做功实现的。
1．电功
（1）自由电荷在电场力的作用下定向运动而形成电流，电场力对自由电荷做的功，称为电功。
（2）公式：如果电路两端的电压是U，电流为I，在时间t内电流做的功W＝UIt。
2．电功率：单位时间内电流所做的功就叫做电功率。用公式表示为：P＝＝UI，单位：瓦特（W）。
知识点二 焦耳定律
1．焦耳定律
（1）内容：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电时间成正比。这就是焦耳定律。
（2）公式：Q＝I2Rt。
（3）在只含电阻的纯电阻电路中，由U＝IR，可推得Q＝t。
2．纯电阻电路与非纯电阻电路
（1）纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的电热。
（2）非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电能除部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。
（3）纯电阻电路中：W＝Q；P＝P热；
非纯电阻电路中：W＝Q＋E其他>Q；P＝P热＋P其他>P热。
[思考判断]
（1）电功率越大，电功越大。（×）
（2）1千瓦时＝3.6×106 J。（√）
（3）非纯电阻电路中，电热的表达式是Q＝I2Rt。（√）
（4）电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。（×）
（5）根据I＝可导出P＝，该公式可用于任何用电器。（×）
知识点三 身边的电热
1．电流热效应的应用
如电热水器、电饭锅、电刻笔、电焊等都是利用电流的热效应工作的。
2．电流热效应的危害
如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热，降低电能的传输效率，电流过大，散热不好，还会烧坏电线的绝缘层，引起漏电、触电等事故。
[提示]
研究电路中的能量转化关系，首先应该研究电流做的功，即电功。
[延伸]
电功的微观解释
当给导体两端加上电压后，导体内部产生电场，在静电力作用下，自由电荷定向移动就形成了电流，静电力对自由电荷做功，也是电场力对移动电荷做功，在直流电路部分，就称为电功。通过静电力做功，用电器把电能转化成了各种各样的能量，服务于我们现在的生活。
[实例]

电功率是衡量用电器做功快慢的物理量
[延伸]
电热的微观解释
在自由电荷定向移动时，由于导体中金属离子的存在，自由电荷不断地与金属离子发生碰撞，使得金属离子的运动加剧，从而使导体温度升高，即产生了电热，这一过程中电能转化为内能，电热的多少反映了电能转化为内能的多少。
[点拨]
（1）纯电阻电路的模型及能量转换关系

（2）非纯电阻电路的模型及能量转换关系

三、核心探究
核心要点1 电功和电功率
[要点归纳]
1．对电功的理解
（1）从能的角度看，电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。
（2）从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。
2．对电功率的理解
（1）电功率表示电流做功的快慢或用电器消耗电能的快慢。
（2）公式P＝＝UI对任何电路都适用。
3．额定功率和实际功率
（1）额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率，当用电器两端的电压达到额定电压或电流达到额定电流时，用电器达到额定功率。P额、I额、U额其中一个达到额定值，则另外两个也为额定值。
（2）实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率，一般情况下，为保证用电器的安全，实际功率应小于或等于额定功率。
[试题案例]
[例1]（多选）下列关于电功和电功率的说法中，正确的是（ ）
A．用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关
B．电功是电能转化为其他形式能的量度
C．白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率
D．电功率越小，则电流做功越少
解析 用电器的额定功率是它正常工作时的功率，其值是由用电器本身的结构决定的，与实际电流和实际电压无关，故A项错误，C项正确；功是能量转化的量度，电功是量度电能转化成其他形式能量的物理量，所以B项正确；电流做功的多少不仅与功率的大小有关，还与通电时间有关，D项错误。
答案 BC
[针对训练1]一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36 W 与36 V。若把此灯泡接到输出电压为18 V的电源两端，则灯泡消耗的电功率（ ）
A．等于36 W B．小于36 W，大于9 W
C．等于9 W D．小于9 W
解析 白炽灯在正常工作时的电阻为R，由P＝变形得R＝36 Ω，当接入18 V电压时，假设灯泡的电阻也为36 Ω，则它消耗的功率为P′＝＝ W＝9 W，但是当灯泡两端接入18 V电压时，它的发热功率小，灯丝的温度较正常工作时的温度低，其电阻率小，所以其电阻要小于36 Ω，其实际功率要大于9 W，故选项B正确。
答案 B
核心要点2 纯电阻电路和非纯电阻电路
[要点归纳]
纯电阻电路和非纯电阻电路
纯电阻电路
非纯电阻电路
能量转化情况
电功和电热的关系
W＝Q
即IUt＝I2Rt＝t
W＝Q＋E其他
UIt＝I2Rt＋E其他
电功率和热功率的关系
P＝P热
即UI＝I2R＝
P＝P热＋P其他
即UI＝I2R＋P其他
欧姆定律是否成立
成立
U＝IR I＝
不成立
U>IR I<
[试题案例]
[例2]规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：
（1）接上220 V的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；
（2）如果接上220 V的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。
解析 （1）排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为I＝＝ A≈0.16 A
发热功率为P热＝I2R＝（0.16）2×40 W≈1 W
转化为机械能的功率为
P机＝P电－P热＝36 W－1 W＝35 W。
（2）扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功消耗的电能全部转化为热能，此时电动机中电流为
I′＝＝ A＝5.5 A
电动机消耗的功率即发热功率
P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5 W＝1 210 W。
答案 （1）35 W 1 W （2）1 210 W 1 210 W
方法凝炼 解答有关电动机问题时注意
（1）当电动机不转时可以看成纯电阻电路，P＝UI＝I2R＝均成立。
（2）当电动机正常工作时，是非纯电阻电路P电＝UI>P热＝I2R，U≠IR而有U>IR。
（3）输入功率指电动机消耗的总功率，热功率是线圈上的电阻的发热功率。输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率，三者的关系UI＝I2R＋P机。
[针对训练2]（多选）在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是（ ）
A．电动机的内电阻为2 Ω
B．电动机的内电阻为7.5 Ω
C．电动机的输出功率为30 W
D．电动机的输出功率为22 W
解析 当电动机不转动时，电动机消耗的电功率等于热功率，电压表与电流表示数的比值就是电动机的电阻，即R＝＝2 Ω，选项A正确，B错误；当电动机正常工作时，电动机的输出功率为P出＝U′I′－I′2R＝22 W，选项C错误，D正确。
答案 AD
【课堂总结】
1151255142240588645189230电 电能 电功：W=UIt
功 电功率：P=UI
1487805148590与 焦耳定律 Q＝I2Rt
电 两种电路的比较
1640205180340热 身边的电热 利用
危害