§3.3 焦耳定律
授课人：叶灵 授课班级：高二（4）班
【教学目标】
（一）知识与技能
1．理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。
2. 了解实际功率和额定功率。
3. 了解焦耳定律内容及公式Q=I2Rt适用条件。
（二）过程与方法
通过有关实例，让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。
（三）情感态度与价值观
通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性。
【教学重点】焦耳定律及其应用。
【教学难点】电功和电热的区别。
【教学用具】
多媒体课件、传统教具
【教学安排】
2课时
【教学过程】
一、新课导入：
视频导入：
播放通电使电阻丝加热，使得电阻丝上的纸巾燃烧。问：为什么纸巾会燃烧？
提出问题1：
电场力做功将引起能量的转化，使电能转化为其他形式能，请举出一些大家熟悉的例子。谈谈生活中用电器将电能转变为其他什么形式的能？ （如电动机将电能→机械能；电热器将电能→内能，电解槽将电能→化学能）
提出问题2：
通过前面的学习，可知导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电场力对定向移动的电荷做功吗？
从微观上看，当接通电路时，电路内就建立起电场，自由电荷在电场力的作用下定向移动而形成电流，这是电场力对自由电荷做了功，即为电功。
二、新课教学
1.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）物理意义：描述电能转化为其他形能量的多少
（3）实质：能量的转化与守恒定律在电路中的体现。
电能通过电流做功转化为其他形式能。我们在上一章里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，且AB两点间电势差恒为UAB，则电场力做功W=qUAB。
对于一段导体而言，两端电势差恒为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内搬运的电量为q，则通过导体截面电量为q，I=q/t），所以W=qU=ItU。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。
（4）电功表达式：W=UIt
说明：①表达式的物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压、
电路中电流和通电时间成正比。
②适用条件：I、U不随时间变化——恒定电流。
（5）单位：电流单位用安培（A），电压单位用伏（V），时间单位用
秒（s），则电功的单位是焦耳（J），为国际单位。
2．电功率
电流做功不仅有多少之分，还有快慢之分。电流做功（或消耗电能）的快慢用电功率P表示。
（1）定义：单位时间内电流所做的功。
请推导电功率的表达式。
（P=W / t= U I t / t=U I ）
（2）电功率表达式：P=UI—电路上的电功率大小等于这段电路两端电压和电路中电流的乘积。
（3）单位：功的单位用焦耳（J），时间单位用秒（s），功率单位为瓦特（W）。1W=1J/s
（4）物理意义：衡量电流做功的快慢叫做电功率。
补充：功的常用单位KW/h。1度1KW/h3.6106J
提问：是否做功越多，电功率就越大呢？ 类比：av。 t
解释与做功的多少无关，而与做功的快慢有关，进一步加深对电功率物理意义的理解。
这里应强调说明：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=UIt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。
3.额定功率和实际功率 电功率是衡量用电器电流做功快慢，或者说衡量其消耗电能的快慢程度。电功率越大，该用电器在同一时间内消耗电能越多。为了使用电器安全、正常地工作，对用电器工作电压和功率都有规定数值。在家用电器或工厂电器设备的铭牌上，都镌刻有该设备正常工作的额定电压和额定电功率。
（1）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。
一般说来，用电器电压不能超过额定电压，但电压低于额定电压时，用电器功率不是额定功率，而是实际功率。
（2）实际功率P=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实
讲到这里，做两个习题巩固下上诉所学知识，学会运用公式。
例题：
1.某电器在电压为100V的电路中1分钟内消耗的电能为6000J，则流过电器的电流为多少？电功率多大？
2.某电热水瓶铭牌如图所示：
际电流。
求：
1.电热水瓶工作时最大电流是多少？
2.将一瓶水烧开用了5min内消耗的电能是多少？
4. 焦耳定律
为什么电视机、电风扇等家用电器通电时间长了会发热？
到底电流产生的热量和哪些因素有关？
猜想：与电流的大小、通电时间的长短、电阻的大小有关。
他们之间到底存在什么关系？
实验方法：运用控制变量法来进行研究
当R、I不变时 t 越长热量越多；当I、t不变时 R越大热量越多；当R、t不变时I越大热量越多。
英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。
电热：电流热效应（电流经过导体时导体要发热）
（1）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。
（2）电热表达式：Q=I2Rt
为什么电流通过导体会产生焦耳热呢？
在真空中，电场力对电荷做了正功，减少了电势能转化为电荷动能，在金属导体中，在电场力的作用下自由电荷做加速运动，但是在运动过程中与离子发生碰撞，自由电荷的动能减少转化为了离子的热运动，使电能转化为了热能（内能）从而导体发热了。
学到这里解释为什么纸巾会燃烧？（因为电阻通电以后，由于电流的热效应使得电阻产生了焦耳热，纸巾的燃点较低，所以在短时间内纸巾就燃烧了起来。） 此时做题例题巩固焦耳定律内容。
例题：
1.通过电阻R的电流强度为I时，在时间t内产生的热量为Q，若电阻为2R，电 流强度为I/2时，则在时间t内产生的热量为（ ）
A．4Q B．2Q C． Q/2 D． Q/4
【小结】：
一、电功和电功率
1.电功：W=UIt（普遍适用）
2.电功率：P=UI（普遍适用）
二、焦耳定律
1.焦耳定律内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体 的电阻成正比，跟通电时间成正比。
1.焦耳热：Q=I2Rt
【板书】：
一、电功
1.定义：
2.物理意义：
3.实质：
4.W=qU
I=q/t→q=It
W=UIt
5.单位：焦耳（J）
【教学反思】