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《电路中的能量转化》教案

教学目标

教学目标：

理解电能转化为其他形式能是通过电流做功来实现的，加深对功与能关系的认识。

通过电功和焦耳定律公式的推导，理解电功和电热的区别和联系，并会计算电功率和热功率。

联系生活中电风扇、洗衣机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论与实际问题联系的意识。

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。

教学过程

时间

教学环节

主要师生活动

3min

7min

3min

7min

5min

1min

问题引入

电功和电功率

焦耳定律

电功和电热、电功率和热功率概念区分

电路中的能量转化

课堂小结

环节一：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。

提出问题：

【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？

【学生】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。

【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？

【教师】

总结：

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

问题引导1：

【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？

【学生】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。

问题引导2：

【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？

【教师】

我们在一个通电回路中分析，闭合开关，小灯泡发光，

回路中电荷定向移动形成电流，电源外部电流方向ACDEFB。

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？

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。

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。

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。

创设情境，让学生推导电功表达式：

【教师】

可以从电流做功角度推导电功的表达式。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t。请同学们尝试推导电功表达式。

【学生】在第十章我们学习了静电力做功W=Uq

在第十一章我们学习了电流的定义式，可以得出在这段时间内通过电路任一截面的电荷量为q=It，因而可以推出电功表达式W=UIt

从实际问题出发引入电功率：

【问题】某同学发现家里的电炖锅上有两个档位，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？

显然这种说法是错误的，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。

引入电功率物理量，对电功率的定义和物理意义进行学习，并且回答前面问题中的快炖和慢炖是指电功率不同。

环节三：焦耳定律和热功率

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。

【教师】

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。

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表达式。

【学生】

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

设定电路产生的热量Q，根据能量转化与守恒定律，Q?=?W?=?U

由欧姆定律U?=?IR，即可得出

引导学生推导电流发热的功率的表达式

环节四：电功和热量、电功率和热功率概念区分

【教师】

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