資源簡介

12.1《 電路中的能量轉(zhuǎn)化》課時教案
學(xué)科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 人教版（2019）高中物理必修第三冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節(jié)內(nèi)容位于人教版高中物理必修第三冊第十二章第一節(jié)，是電學(xué)能量觀建立的關(guān)鍵起點。教材從生活中常見的電燈、電爐等用電器引入，引導(dǎo)學(xué)生思考電能如何轉(zhuǎn)化為其他形式的能，進而引出電流做功和電功率的概念。內(nèi)容邏輯清晰，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由定性到定量，體現(xiàn)了物理學(xué)科“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。本節(jié)為后續(xù)學(xué)習(xí)焦耳定律、閉合電路歐姆定律及能量守恒在電路中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
學(xué)情分析
高二學(xué)生已具備一定的電學(xué)基礎(chǔ)知識，如電流、電壓、電阻的概念，也初步了解能量轉(zhuǎn)化的基本思想。但在實際學(xué)習(xí)中，學(xué)生往往將電功與電熱混為一談，對“電能究竟轉(zhuǎn)化成了什么”缺乏系統(tǒng)認知。此外，學(xué)生抽象思維能力正在發(fā)展，對微觀機制（如電場力做功）理解存在困難。因此，教學(xué)中需通過真實情境激發(fā)興趣，借助類比與實驗幫助理解，并通過問題鏈引導(dǎo)學(xué)生層層深入，突破“電功與電熱關(guān)系”這一認知障礙。
課時教學(xué)目標(biāo)
物理觀念
1. 能從能量轉(zhuǎn)化的視角理解電流做功的本質(zhì)，掌握電功和電功率的定義式及其物理意義。
2. 能區(qū)分純電阻電路與非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，理解電功與電熱的聯(lián)系與區(qū)別。
科學(xué)思維
1. 通過類比機械功，構(gòu)建“電場力做功”的物理模型，提升模型建構(gòu)能力。
2. 運用控制變量法分析電功的影響因素，并通過邏輯推理比較不同電路中的能量分配。
科學(xué)探究
1. 設(shè)計并參與實驗探究電功與電壓、電流、時間的關(guān)系，體驗科學(xué)探究過程。
2. 能對實驗數(shù)據(jù)進行分析與歸納，得出電功公式W=UIt，并評估實驗誤差。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
1. 在實驗操作中養(yǎng)成嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度，增強安全用電意識。
2. 關(guān)注電能利用效率問題，初步形成節(jié)能環(huán)保的社會責(zé)任感。
教學(xué)重點、難點
重點
1. 電功和電功率的概念、公式及其物理意義。
2. 電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程分析。
難點
1. 理解非純電阻電路中電功大于電熱的原因。
2. 建立“電場力做功”與“電能轉(zhuǎn)化”之間的微觀聯(lián)系。
教學(xué)方法與準(zhǔn)備
教學(xué)方法
情境探究法、實驗探究法、講授法、合作學(xué)習(xí)
教具準(zhǔn)備
學(xué)生電源、小燈泡、電動機模型、電熱絲、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、電能表演示儀、多媒體課件
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動
情境導(dǎo)入
【5分鐘】 一、生活情境設(shè)疑，引發(fā)認知沖突 （1）、播放視頻：家庭用電場景剪輯
教師播放一段精心剪輯的視頻：清晨，電水壺?zé)俺鰺釟猓浑姛粽樟练块g；電動車充電指示燈閃爍；電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動送風(fēng)。畫面切換至電能表飛速轉(zhuǎn)動的特寫鏡頭。隨后，教師提出問題：“我們每天都在使用各種電器，電能表也在不停地記錄著用電量。那么，請問：電能到底去哪兒了？它轉(zhuǎn)化成了哪些形式的能量？”
引導(dǎo)學(xué)生觀察并思考：電水壺主要將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（熱能），電燈轉(zhuǎn)化為光能和少量熱能，電動車充電時轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在電池中，而電動機則轉(zhuǎn)化為機械能。這些不同的轉(zhuǎn)化過程，是否可以用一個統(tǒng)一的物理量來描述？
（2）、提出驅(qū)動性問題，構(gòu)建學(xué)習(xí)任務(wù)
教師進一步追問：“既然電能可以轉(zhuǎn)化為這么多不同的能量形式，那我們?nèi)绾魏饬恳欢坞娐分邢牧硕嗌匐娔埽坑秩绾伪容^不同電器耗電的快慢？”由此引出本節(jié)課的核心任務(wù)——研究電路中的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律。教師強調(diào)：“今天，我們將化身‘能量偵探’，揭開電能轉(zhuǎn)化背后的秘密，學(xué)會計算和比較電器的‘能量賬單’。”
通過這一系列情境設(shè)置，不僅激活了學(xué)生的已有生活經(jīng)驗，還制造了認知上的“缺口”，激發(fā)了探究欲望，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)電功與電功率的概念做好鋪墊。 1. 觀看視頻，回憶日常用電現(xiàn)象。
2. 思考并回答電能轉(zhuǎn)化的形式。
3. 明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)。
4. 產(chǎn)生探究電能計量方式的興趣。
評價任務(wù) 觀察現(xiàn)象：☆☆☆
表達觀點：☆☆☆
提出疑問：☆☆☆
設(shè)計意圖 以貼近生活的視頻情境導(dǎo)入，增強學(xué)習(xí)的真實感與代入感。通過連續(xù)提問引發(fā)學(xué)生對能量轉(zhuǎn)化的深度思考，制造認知沖突，激發(fā)探究動機。將學(xué)習(xí)任務(wù)比喻為“能量偵探”，賦予課堂趣味性與挑戰(zhàn)性，提升學(xué)生參與積極性。
新知探究一
【12分鐘】 一、類比建構(gòu)模型，理解電功本質(zhì) （1）、回顧機械功，建立類比橋梁
教師引導(dǎo)學(xué)生回顧初中所學(xué)的機械功概念：“當(dāng)我們用力推物體，使物體在力的方向上發(fā)生位移時，我們就說這個力做了功。功的大小等于力與位移的乘積，即W = F·s。”接著提問：“在電路中，是什么‘力’在推動電荷移動？電荷移動過程中，這個‘力’是否也會做功？”
教師講解：在導(dǎo)體兩端加上電壓后，導(dǎo)體內(nèi)部就建立了電場，自由電荷在電場力的作用下定向移動形成電流。這個電場力對移動的電荷所做的功，就是我們所說的“電功”。因此，電功的本質(zhì)是電場力對自由電荷所做的功。
（2）、推導(dǎo)電功公式，明確影響因素
教師引導(dǎo)學(xué)生進行邏輯推導(dǎo)：設(shè)一段電路兩端電壓為U，通過的電流為I，在時間t內(nèi)有電荷量q通過該段電路。根據(jù)電壓定義U = W/q，可得電場力做的功W = Uq.又因電流I = q/t，故q = It.代入上式得：W = UIt.這就是計算電功的基本公式。
教師強調(diào)：該公式適用于任何類型的電路，無論是直流還是交流，純電阻還是非純電阻電路，只要知道電壓、電流和通電時間，就可以計算出該段電路消耗的電能。
（3）、引入電功率，描述能量轉(zhuǎn)化快慢
教師繼續(xù)提問：“如果兩個電器工作相同時間，誰消耗的電能多？如果消耗相同電能，誰用的時間短？”從而引出電功率的概念——單位時間內(nèi)電流所做的功，即P = W/t = UI。電功率越大，表示電流做功越快，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的速率就越快。教師舉例說明：100W的燈泡比40W的亮，說明其電能轉(zhuǎn)化為光能和熱能的速率更快。 1. 回憶機械功的定義與計算。
2. 理解電場力做功是電功的本質(zhì)。
3. 參與公式推導(dǎo)，掌握W=UIt。
4. 理解電功率的物理意義。
評價任務(wù) 類比遷移：☆☆☆
公式推導(dǎo)：☆☆☆
概念理解：☆☆☆
設(shè)計意圖 通過“機械功”與“電功”的類比，幫助學(xué)生實現(xiàn)知識遷移，降低抽象概念的理解難度。引導(dǎo)學(xué)生自主推導(dǎo)電功公式，經(jīng)歷科學(xué)思維過程，增強邏輯推理能力。通過生活實例解釋電功率，使其意義具體化、形象化，避免死記硬背。
新知探究二
【15分鐘】 一、實驗探究驗證，體驗科學(xué)過程 （1）、設(shè)計實驗方案，明確探究目標(biāo)
教師提出問題：“我們已經(jīng)從理論上推導(dǎo)出W=UIt，那么這個關(guān)系是否成立？我們應(yīng)該如何通過實驗來驗證？”組織學(xué)生分組討論，設(shè)計實驗方案。提示學(xué)生：可以采用控制變量法，分別研究電功與電壓、電流、時間的關(guān)系。
教師引導(dǎo)各小組匯報方案，并進行點評與優(yōu)化。最終確定實驗裝置：使用學(xué)生電源、小燈泡（作為負載）、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線連接電路，并接入電能表或通過計時與讀數(shù)間接測量電功。
（2）、進行實驗操作，收集數(shù)據(jù)證據(jù)
教師指導(dǎo)學(xué)生按以下步驟操作：
第一步：保持電流I和時間t不變，改變電壓U（通過調(diào)節(jié)電源或滑動變阻器），記錄每次的U值和對應(yīng)的電功W（可通過電能表轉(zhuǎn)盤圈數(shù)或計算得出）。
第二步：保持電壓U和時間t不變，改變電流I（調(diào)節(jié)滑動變阻器），記錄I與W。
第三步：保持電壓U和電流I不變，改變通電時間t，記錄t與W。
每組學(xué)生分工合作，一人操作電路，一人讀取數(shù)據(jù)，一人記錄表格，一人監(jiān)督安全。
（3）、分析實驗數(shù)據(jù)，歸納得出結(jié)論
實驗結(jié)束后，教師組織學(xué)生整理數(shù)據(jù)，繪制W-U、W-I、W-t圖像。引導(dǎo)學(xué)生觀察圖像特征：當(dāng)I、t一定時，W與U成正比；當(dāng)U、t一定時，W與I成正比；當(dāng)U、I一定時，W與t成正比。綜合可得W∝UIt，即W=kUIt。進一步分析比例系數(shù)k，發(fā)現(xiàn)其值接近1，從而驗證了W=UIt的正確性。
教師總結(jié)：實驗不僅驗證了理論推導(dǎo)的結(jié)果，也讓同學(xué)們親歷了“提出問題—設(shè)計實驗—收集數(shù)據(jù)—分析歸納—得出結(jié)論”的完整科學(xué)探究過程，提升了實踐能力。 1. 分組討論，設(shè)計實驗方案。
2. 動手連接電路，規(guī)范操作儀器。
3. 準(zhǔn)確讀取并記錄實驗數(shù)據(jù)。
4. 分析圖像，歸納實驗結(jié)論。
評價任務(wù) 方案設(shè)計：☆☆☆
操作規(guī)范：☆☆☆
數(shù)據(jù)分析：☆☆☆
設(shè)計意圖 通過實驗探究，將抽象的電功概念轉(zhuǎn)化為可觀測、可測量的物理量，增強學(xué)生的感性認識。采用控制變量法培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)思維習(xí)慣。小組合作促進交流協(xié)作，提升團隊意識。數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)鍛煉學(xué)生處理信息和歸納總結(jié)的能力，體現(xiàn)“做中學(xué)”的教學(xué)理念。
難點突破
【8分鐘】 一、對比分析電路，揭示能量差異 （1）、演示對比實驗，呈現(xiàn)現(xiàn)象差異
教師搭建兩個對比電路：電路A為純電阻電路（僅含小燈泡），電路B為非純電阻電路（含電動機模型）。兩電路接入相同的電壓，使用電流表測量電流，觀察電動機是否轉(zhuǎn)動。
教師提問：“兩個電路的電壓相同，若電流也相同，根據(jù)W=UIt，它們消耗的電能是否相同？”學(xué)生回答“是”。教師繼續(xù)問：“那么這些電能都轉(zhuǎn)化成了熱能嗎？”引導(dǎo)學(xué)生用手觸摸電動機外殼與燈泡，感受溫度差異。發(fā)現(xiàn)燈泡明顯發(fā)熱，而電動機外殼溫升較小。
（2）、分析能量去向，建立正確觀念
教師引導(dǎo)學(xué)生分析：在燈泡中，電能幾乎全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（熱能和光能），此時電功W等于產(chǎn)生的熱量Q，即W=Q=I Rt（焦耳定律）。但在電動機中，電能一部分轉(zhuǎn)化為機械能（用于轉(zhuǎn)動），另一部分才轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（線圈發(fā)熱）。因此，總電功W=UIt應(yīng)等于機械能E加上電熱Q，即W = E + I Rt。顯然，W > Q，說明在非純電阻電路中，電功大于電熱。
（3）、強調(diào)適用條件，防止概念混淆
教師明確指出：公式W=UIt具有普適性，適用于所有電路；而Q=I Rt（焦耳定律）僅適用于電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的情況，即純電阻電路。在非純電阻電路中，不能用Q=UIt來計算熱量，否則會導(dǎo)致錯誤。這一區(qū)分是本節(jié)課的重要難點，必須通過具體實例加以澄清。 1. 觀察對比實驗現(xiàn)象。
2. 感知不同電器的發(fā)熱程度。
3. 分析能量轉(zhuǎn)化的不同路徑。
4. 理解電功與電熱的區(qū)別。
評價任務(wù) 現(xiàn)象觀察：☆☆☆
邏輯推理：☆☆☆
概念辨析：☆☆☆
設(shè)計意圖 通過直觀的對比實驗，讓學(xué)生親眼看到相同電功下能量轉(zhuǎn)化形式的不同，形成強烈認知沖擊。借助能量守恒思想分析電動機的能量分配，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的能量觀。明確兩個公式的適用范圍，有效防止知識混淆，突破教學(xué)難點。
課堂總結(jié)
【5分鐘】 一、結(jié)構(gòu)化回顧，升華科學(xué)思想 （1）、梳理知識脈絡(luò)，構(gòu)建思維導(dǎo)圖
教師帶領(lǐng)學(xué)生共同回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容：從生活中的用電現(xiàn)象出發(fā)，我們認識到電能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、光能、機械能、化學(xué)能等多種形式；為了量化這一過程，我們引入了電功W=UIt和電功率P=UI的概念；通過實驗驗證了電功公式；并通過對比純電阻與非純電阻電路，明確了電功與電熱的關(guān)系。
教師板書或投影展示本節(jié)課的知識結(jié)構(gòu)圖：能量轉(zhuǎn)化 → 電功（W=UIt）→ 電功率（P=UI）→ 實驗驗證 → 電路類型區(qū)分（W與Q的關(guān)系）。
（2）、升華情感價值，落實社會責(zé)任
教師深情總結(jié)：“我們今天學(xué)習(xí)的不僅是幾個物理公式，更是打開現(xiàn)代文明之門的鑰匙。每一度電的背后，都是資源的消耗與能量的轉(zhuǎn)化。正如愛因斯坦所說：‘科學(xué)的不朽榮譽，在于它通過對人類心靈的作用，克服了人們在自己面前和在自然界面前的不安全感。’我們掌握電能的知識，不僅是為了考試，更是為了更高效、更環(huán)保地使用能源。希望同學(xué)們今后在生活中踐行節(jié)能理念，比如隨手關(guān)燈、合理使用空調(diào)，做一個有科學(xué)素養(yǎng)、有社會責(zé)任感的現(xiàn)代公民。” 1. 跟隨教師回顧知識點。
2. 構(gòu)建個人知識網(wǎng)絡(luò)。
3. 理解公式間的邏輯關(guān)系。
4. 感悟科學(xué)與社會的聯(lián)系。
評價任務(wù) 知識梳理：☆☆☆
結(jié)構(gòu)表達：☆☆☆
情感認同：☆☆☆
設(shè)計意圖 采用結(jié)構(gòu)化總結(jié)方式，幫助學(xué)生系統(tǒng)梳理知識脈絡(luò)，形成清晰的認知框架。引用愛因斯坦名言，將物理學(xué)習(xí)上升到科學(xué)精神與人文關(guān)懷的高度，實現(xiàn)知識、能力與情感態(tài)度的融合。通過聯(lián)系生活實際，強化節(jié)能意識，體現(xiàn)“科學(xué)·技術(shù)·社會”教育理念。
作業(yè)設(shè)計
一、基礎(chǔ)鞏固題
1. 一只電爐的電阻是48.4Ω，接在220V的電路中工作，求：（1）通過電爐的電流；（2）電爐的電功率；（3）通電5分鐘產(chǎn)生的熱量。
2. 一臺直流電動機的線圈電阻為0.5Ω，接在12V電源上，通過的電流為2A。求：（1）電動機消耗的總電功率；（2）線圈發(fā)熱的功率；（3）轉(zhuǎn)化為機械能的功率。
二、能力提升題
3. 某家庭電能表標(biāo)有“3000r/kW·h”，表示每消耗1千瓦時電能，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動3000圈。現(xiàn)僅讓一臺電熱水壺工作，觀察到1分鐘內(nèi)電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動了50圈。求：（1）該電熱水壺1分鐘消耗的電能（單位：J）；（2）電熱水壺的實際功率。
4. 解釋為什么不能用P=U /R來計算非純電阻電器（如電動機）的實際功率？結(jié)合能量轉(zhuǎn)化說明。
三、實踐拓展題
5. 調(diào)查家中三種常用電器（如電燈、冰箱、電視機）的額定功率，估算它們每天工作的時間，計算每日耗電量，并提出兩條節(jié)能建議。
【答案解析】
一、基礎(chǔ)鞏固題
1. （1）I = U/R = 220V / 48.4Ω ≈ 4.55A；（2）P = UI = 220V × 4.55A ≈ 1000W；（3）Q = I Rt = (4.55A) × 48.4Ω × 300s ≈ 3×10 J。
2. （1）P總 = UI = 12V × 2A = 24W；（2）P熱 = I R = (2A) × 0.5Ω = 2W；（3）P機 = P總 - P熱 = 24W - 2W = 22W。
二、能力提升題
3. （1）轉(zhuǎn)50圈對應(yīng)電能 W = 50 / 3000 kW·h = 1/60 kW·h = 6×10 J；（2）P = W/t = 6×10 J / 60s = 1000W。
4. 因為非純電阻電路中，電壓U不僅用于克服電阻發(fā)熱（IR），還包括反電動勢等其他能量轉(zhuǎn)化形式，故U ≠ IR，因此P=U /R不成立。實際功率應(yīng)為P=UI。
板書設(shè)計
12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化
【主標(biāo)題】電能 → 其他形式能
【左側(cè)】電功 W = UIt （普適）
單位：焦耳（J），常用千瓦時（kW·h）
【中間】電功率 P = W/t = UI （普適）
單位：瓦特（W）
【右側(cè)】能量轉(zhuǎn)化對比：
純電阻電路：W = Q = I Rt
非純電阻電路：W = E其他 + Q = UI t > I Rt
【底部】實驗驗證 → 控制變量法 → 數(shù)據(jù)分析 → 得出結(jié)論
教學(xué)反思
成功之處
1. 以生活視頻導(dǎo)入，有效激發(fā)學(xué)生興趣，實現(xiàn)了“從生活走向物理”的教學(xué)理念。
2. 實驗探究環(huán)節(jié)組織有序，學(xué)生參與度高，通過動手操作加深了對電功公式的理解。
3. 對比電動機與燈泡的實驗設(shè)計巧妙，直觀揭示了非純電阻電路的能量分配，突破了教學(xué)難點。
不足之處
1. 實驗時間略顯緊張，部分小組未能完成全部數(shù)據(jù)采集，影響了結(jié)論的完整性。
2. 對“反電動勢”等深層次概念未作展開，可能導(dǎo)致部分學(xué)生產(chǎn)生新的疑惑。
3. 課堂生成性問題處理不夠靈活，個別學(xué)生提出的拓展問題未能及時回應(yīng)。

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