電功和電功率







教學(xué)目標(biāo)
（一）知識(shí)目標(biāo)
1．知道電功是指電場(chǎng)力對(duì)自由電荷所做的功,做功的過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過(guò)程.
2．理解電功、電功率的概念及表達(dá)式的物理意義并能用電功的公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算.
3．了解額定電壓、額定功率、實(shí)際功率的意義.
4．知道電功率、熱功率的聯(lián)系和區(qū)別．
（二）能力目標(biāo)
1．通過(guò)燈泡工作功率的演示,培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和利用實(shí)驗(yàn)分析和處理實(shí)際問題的能力.
（三）情感目標(biāo)
1．通過(guò)演示實(shí)驗(yàn),加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的重視,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度.
2．通過(guò)電能和其他能的轉(zhuǎn)化和守恒規(guī)律的講解進(jìn)一步滲透辨論唯物主義觀點(diǎn)的教育和節(jié)約能源勤儉節(jié)約的優(yōu)良傳統(tǒng).
3．通過(guò)燈泡實(shí)際功率的演示,對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全意識(shí)教育.
教學(xué)建議
1．在推導(dǎo)電功的公式時(shí),應(yīng)該注意講清楚,在時(shí)間t內(nèi),只是相當(dāng)于把電荷q由電路的一端移至另一端(兩端的電壓為U),這與在真空中把某一電荷q由某處移至另一處有區(qū)別,但效果是一樣的,即所做的功相同.
2．可用類比的方法向?qū)W生說(shuō)明：電場(chǎng)力對(duì)自由電行做功時(shí),在真空中電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,這相當(dāng)于物體在真空中自由下落時(shí),重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；在電阻元件中電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這相當(dāng)于物體在粘滯性較大的液體中勻速下落時(shí),重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
3．教材只要求學(xué)生知道電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系,而不要求對(duì)這個(gè)問題作進(jìn)一步討論.
4．對(duì)于這兩個(gè)導(dǎo)出式,要明確它的使用條件和適用范圍,即：純電阻電路.
教學(xué)設(shè)計(jì)方案
電功、電功率
一 教學(xué)目標(biāo)
1．理解電功、電功率的概念,公式的物理意義.
2．了解實(shí)際功率和額定功率.
3．了解電功和電熱的關(guān)系.
4．了解公式 （ ）和 （ ）的適用條件.
5．知道非純電阻電路中電能與其他形式能轉(zhuǎn)化關(guān)系,電功大于電熱.
6．能運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)解決簡(jiǎn)單的含電動(dòng)機(jī)的非純電阻電路問題.
二 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1．教學(xué)重點(diǎn)在于區(qū)別并掌握電功和電熱的計(jì)算.
2．難點(diǎn)主要在學(xué)生對(duì)電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系缺乏感性認(rèn)識(shí),接受起來(lái)比較困難.
三 主要教學(xué)過(guò)程
（一）提出問題,引入新課
1．通過(guò)前面的學(xué)習(xí),可知導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng),電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的電荷做功嗎?（做功,而且做正功）
2．電場(chǎng)力做功將引起能量的轉(zhuǎn)化,電能轉(zhuǎn)化為其他形式能,舉出一些大家熟悉的例子.
電能→機(jī)械能,如電動(dòng)機(jī).
電能→內(nèi)能,如電熱器.
電能→化學(xué)能,如電解槽.
本節(jié)課將重點(diǎn)研究電路中的能量問題.
（二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)
1．電功
（1）定義：電路中電場(chǎng)力對(duì)走向移動(dòng)的電荷所做的功,簡(jiǎn)稱電功,通常也說(shuō)成是電流的功.
（2）實(shí)質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律在電路中的體現(xiàn).
電能通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式能.
上一章里學(xué)過(guò)電場(chǎng)力對(duì)電荷的功,若電荷q在電場(chǎng)力作用下從A搬至B,AB兩點(diǎn)間電勢(shì)差為,則電場(chǎng)力做功.
對(duì)于一段導(dǎo)體而言,兩端電勢(shì)差為U,把電荷q從一端搬至另一端,電場(chǎng)力的功,在導(dǎo)體中形成電流,且,（在時(shí)間間隔t內(nèi)搬運(yùn)的電量為q,則通過(guò)導(dǎo)體截面電流為I,）,所以.這就是電路中電場(chǎng)力做功即電功的表達(dá)式.
（3）表達(dá)式：
說(shuō)明：
①表達(dá)式的物理意義：電流在一段電路上的功,跟這段電路兩端電壓、電路中電流強(qiáng)度和通電時(shí)間成正比.
②適用條件：I 、U 不隨時(shí)間變化——恒定電流.
（4）單位：電流單位用安培（A）,電壓?jiǎn)挝挥梅╒）,時(shí)間單位用秒（S）,則電功的單位是焦耳（J）.
（5）電功率
①表達(dá)式：
物理意義：一段電路上功率,跟這段電路兩端電壓和電路中電流強(qiáng)度成正比.
②單位：功的單位用焦耳（J）,時(shí)間單位用秒（s）,功率單位為瓦特（W）.
1W=1J／s
這里應(yīng)強(qiáng)調(diào)說(shuō)明：推導(dǎo)過(guò)程中沒用到任何特殊電路或用電器的性質(zhì),電功和電功率的表達(dá)式對(duì)任何電壓、電流不隨時(shí)間變化的電路都適用.再者,這里是電場(chǎng)力做功,是消耗的總電能,也是電能所轉(zhuǎn)化的其他形式能量的總和.
電流在通過(guò)導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體要發(fā)熱,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.這就是電流的熱效應(yīng),描述它的定量規(guī)律是焦耳定律.
學(xué)生一般認(rèn)為,又由歐姆定律,所以得出 ,電流做這么多功,放出熱量 .這里有一個(gè)錯(cuò)誤,可讓學(xué)生思考并找出來(lái).
錯(cuò)在,何以見得電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能增量?有無(wú)可能同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式能?
英國(guó)物理學(xué)家焦耳,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)研究后提出焦耳定律.
2．焦耳定律——電流熱效應(yīng)
（1）內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量,跟電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比.
（2）表達(dá)式：
對(duì)于導(dǎo)體而言,根據(jù)歐姆定律, ,所以 ,電流做功完全用來(lái)生熱,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
（3）說(shuō)明：焦耳定律表明,純電阻電路中電流做功完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,同時(shí),有電阻的電路中電流做功會(huì)引起內(nèi)能的增加,且電熱 .
（4）簡(jiǎn)單介紹產(chǎn)生焦耳熱的原因：
金屬中自由電子在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng),由于電場(chǎng)做功,電子動(dòng)能增加,但不斷地與晶格（原子核點(diǎn)陣）碰撞,不斷把能量傳給晶格,使晶格中各粒子在平衡位置附近的熱運(yùn)動(dòng)加劇,從而溫度升高.
（5）純電阻電路中的電功和電功率
①電功,對(duì)所有電路中電阻的生熱都適用.
結(jié)合純電阻電路歐姆定律 ,
②電功率,對(duì)所有電路中電阻的電熱功率都適用.
結(jié)合純電阻電路歐姆定律
3．非純電阻電路中的電功和電功率（以含電動(dòng)機(jī)電路為例）
非純電阻電路中,電能與其他形式能轉(zhuǎn)化的關(guān)系非常關(guān)鍵.以電動(dòng)機(jī)為例,電動(dòng)機(jī)電路如圖所示,電動(dòng)機(jī)兩端電壓為U,通過(guò)電動(dòng)機(jī)電流為I,電動(dòng)機(jī)線圈電阻為R,則電流做功或電動(dòng)機(jī)消耗的總電能為 W=IU,電動(dòng)機(jī)線圈電阻生熱,電動(dòng)機(jī)還對(duì)外做功,把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,是電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能.
考慮每秒鐘內(nèi)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系,即功率,只要令上述各式中 t=1s即可,可得總功率,電熱功率,輸出功率,三者關(guān)系是
4．額定功率和實(shí)際功率
為了使用電器安全、正常地工作,對(duì)用電器工作電壓和功率都有規(guī)定數(shù)值.
（1）額定功率：用電器正常工作時(shí)所需電壓叫額定電壓,在這個(gè)電壓下消耗的功率稱額定功率.
一般說(shuō)來(lái),用電器電壓不能超過(guò)額定電壓,但電壓低于額定電壓時(shí),用電器功率不是額定功率,而是實(shí)際功率.
（2）實(shí)際功率 ,U 、I 分別為用電器兩端實(shí)際電壓和通過(guò)用電器的實(shí)際電流.
（三）復(fù)習(xí)鞏固
某一用直流電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置如上圖所示,重物質(zhì)量 m=50kg,電源提供恒定電壓 U=110v,不計(jì)各處摩擦,當(dāng)電動(dòng)機(jī)以v=90m/s的恒定速度向上提升重物時(shí),電路中電流強(qiáng)度 I=5A,求電動(dòng)機(jī)線圈電阻 R（ ）（4Ω）
探究活動(dòng)
1．調(diào)查電路設(shè)計(jì)中采用了那些方法來(lái)減小導(dǎo)線上的電能損耗.
2．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：驗(yàn)證