資源簡介

3.3《電功與電熱》課時(shí)教案
學(xué)科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時(shí)
教材 魯科版高中物理必修第三冊 授課類型 新授課 第1課時(shí)
教材分析
教材分析
本節(jié)內(nèi)容位于魯科版高中物理必修第三冊第三章第三節(jié)，是電學(xué)能量轉(zhuǎn)化的核心環(huán)節(jié)。教材從生活實(shí)例出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)電流做功的過程即電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，并通過實(shí)驗(yàn)探究得出焦耳定律，揭示電流熱效應(yīng)的定量規(guī)律。內(nèi)容承前啟后，既是對歐姆定律的應(yīng)用深化，也為后續(xù)學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)、電源效率等打下基礎(chǔ)。
學(xué)情分析
高二學(xué)生已掌握電路基本概念、歐姆定律及串并聯(lián)規(guī)律，具備一定的實(shí)驗(yàn)操作能力。但對“電功”“電熱”概念的本質(zhì)區(qū)別理解模糊，容易混淆W=UIt與Q=I Rt的適用條件。學(xué)生抽象思維正在發(fā)展，需借助實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和生活情境幫助理解能量轉(zhuǎn)化過程。部分學(xué)生在公式推導(dǎo)中邏輯不嚴(yán)密，需加強(qiáng)思維訓(xùn)練與表達(dá)規(guī)范。
課時(shí)教學(xué)目標(biāo)
物理觀念
1. 理解電功、電功率的概念，掌握其定義式W=UIt和P=UI，并能解釋其物理意義。
2. 掌握焦耳定律Q=I Rt的內(nèi)容，理解電流熱效應(yīng)的本質(zhì)，區(qū)分純電阻與非純電阻電路中電功與電熱的關(guān)系。
科學(xué)思維
1. 能通過理論推導(dǎo)建立電功與電能轉(zhuǎn)化之間的聯(lián)系，提升邏輯推理能力。
2. 能對比分析不同電路模型中電功與電熱的計(jì)算差異，發(fā)展模型建構(gòu)與批判性思維。
科學(xué)探究
1. 經(jīng)歷“探究電流產(chǎn)生熱量與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作過程，掌握控制變量法的實(shí)際應(yīng)用。
2. 能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納得出焦耳定律，提升數(shù)據(jù)分析與結(jié)論提煉能力。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
1. 關(guān)注生活中電熱現(xiàn)象的應(yīng)用（如電暖器）與危害（如線路過熱），增強(qiáng)安全用電意識(shí)。
2. 在合作實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重證據(jù)的科學(xué)態(tài)度，體會(huì)物理知識(shí)服務(wù)于社會(huì)生活的價(jià)值。
教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
重點(diǎn)
1. 電功、電功率的計(jì)算及其物理意義的理解。
2. 焦耳定律的內(nèi)容及其實(shí)驗(yàn)探究過程。
難點(diǎn)
1. 區(qū)分純電阻電路與非純電阻電路中電功與電熱的關(guān)系。
2. 理解W=UIt適用于所有電路，而Q=I Rt僅反映電阻發(fā)熱部分的能量。
教學(xué)方法與準(zhǔn)備
教學(xué)方法
講授法、實(shí)驗(yàn)探究法、情境教學(xué)法、合作學(xué)習(xí)法
教具準(zhǔn)備
演示實(shí)驗(yàn)裝置（焦耳定律實(shí)驗(yàn)儀）、多媒體課件、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)器材、投影設(shè)備
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng)
情境導(dǎo)入
【5分鐘】 一、生活現(xiàn)象引思，激發(fā)認(rèn)知沖突 （一）、播放視頻：家庭電器工作場景
教師播放一段精心剪輯的生活視頻：清晨，電熱水壺“咕嚕咕嚕”燒水冒出白氣；電吹風(fēng)吹出熱風(fēng)為學(xué)生整理儀容；教室里的日光燈亮起照亮?xí)荆浑妱?dòng)車充電指示燈閃爍……畫面最后定格在一個(gè)老化的插座因過熱冒煙起火的新聞片段。
提問：“這些電器工作時(shí)都消耗了什么能？轉(zhuǎn)化成了哪些形式的能？為什么有的電器主要發(fā)熱，有的卻幾乎不熱？”
引導(dǎo)語：“電能就像一位勤勞的‘搬運(yùn)工’，它在電路中流動(dòng)時(shí)做了功，把電能變成了我們需要的光、熱、聲甚至機(jī)械運(yùn)動(dòng)。但這位‘搬運(yùn)工’有時(shí)也會(huì)‘出汗’——產(chǎn)生多余的熱量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)火災(zāi)。今天我們就來深入研究這個(gè)話題：電功與電熱。”
（二）、提出驅(qū)動(dòng)性問題，構(gòu)建學(xué)習(xí)任務(wù)線
教師展示課題《電功與電熱》，并在黑板上寫下核心疑問：“同樣是通電，為什么電爐絲燙得不能碰，而輸電線卻不怎么熱？電流到底做了多少功？產(chǎn)生了多少熱？它們之間有什么關(guān)系？”
宣布本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)：“我們將化身‘電路能量偵探’，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)探究，揭開電功與電熱的秘密，最終完成一份《家庭安全用電建議書》，提醒家人如何避免電氣火災(zāi)。” 1. 觀看視頻，回憶生活經(jīng)驗(yàn)。
2. 思考并回答能量轉(zhuǎn)化形式。
3. 對比不同電器的發(fā)熱情況提出疑問。
4. 明確學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)入探究角色。
評價(jià)任務(wù) 觀察描述：☆☆☆
問題提出：☆☆☆
任務(wù)理解：☆☆☆
設(shè)計(jì)意圖 以真實(shí)生活情境切入，喚起學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，制造認(rèn)知沖突，激發(fā)探究興趣。通過“電路能量偵探”的角色設(shè)定和撰寫《安全用電建議書》的任務(wù)驅(qū)動(dòng)，賦予學(xué)習(xí)明確目的性和社會(huì)責(zé)任感，使知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合。
新知建構(gòu)
【12分鐘】 一、理論推導(dǎo)電功，建立能量觀 （一）、回顧功能關(guān)系，類比遷移
教師引導(dǎo)：“我們學(xué)過力學(xué)中力對物體做功W=F·s，那么在電路中，是誰在做功呢？”
結(jié)合電路圖（電源、開關(guān)、電阻R、導(dǎo)線），講解：“電源提供電壓U，推動(dòng)電荷q定向移動(dòng)形成電流。當(dāng)電荷q從電路一端移到另一端時(shí)，電場力做的功就是電功。”
板書推導(dǎo)過程：
由電壓定義 U = W/q W = qU
又因電流 I = q/t q = It
代入得：W = UIt
強(qiáng)調(diào)：“這個(gè)公式是普適的！無論電路是否含有電動(dòng)機(jī)、電解槽，只要有電壓和電流，電功就等于UIt。”
（二）、引入電功率，聯(lián)系生活實(shí)際
提問：“兩個(gè)燈泡，一個(gè)‘220V 60W’，一個(gè)‘220V 100W’，哪個(gè)更亮？為什么？”
引導(dǎo)學(xué)生理解功率表示做功快慢，給出P=W/t=UI。
舉例說明：空調(diào)功率大，單位時(shí)間耗電多，電費(fèi)自然高。引出千瓦時(shí)（度）的概念：1kW·h = 3.6×10 J。
二、聚焦電熱現(xiàn)象，提出探究假設(shè) （一）、設(shè)疑過渡
教師指著電爐絲問：“剛才我們說電流做了功W=UIt，那這部分功是不是全部變成了熱？比如電風(fēng)扇，它主要變成的是動(dòng)能。”
指出：“只有在電阻元件上，電能才會(huì)完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫電流的熱效應(yīng)。”
引出焦耳定律的研究對象。
（二）、組織小組討論，提出猜想
布置任務(wù)：“請大家以四人小組為單位，討論：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與哪些因素有關(guān)？”
巡視指導(dǎo)，鼓勵(lì)發(fā)散思維。預(yù)設(shè)答案：
- 與電流大小有關(guān)（電流越大越燙）
- 與導(dǎo)體電阻有關(guān)（電阻絲比銅線熱）
- 與通電時(shí)間有關(guān)（時(shí)間越長越熱）
肯定學(xué)生的合理猜想，并強(qiáng)調(diào)科學(xué)研究需驗(yàn)證。 1. 回憶力學(xué)功的知識(shí)，參與推導(dǎo)。
2. 理解W=UIt的普遍適用性。
3. 結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)理解電功率含義。
4. 小組合作提出影響電熱的因素。
評價(jià)任務(wù) 公式推導(dǎo)：☆☆☆
生活關(guān)聯(lián)：☆☆☆
猜想合理性：☆☆☆
設(shè)計(jì)意圖 通過類比力學(xué)功，幫助學(xué)生建立電功的物理圖景，強(qiáng)化能量轉(zhuǎn)化觀念。利用常見電器參數(shù)引發(fā)思考，增強(qiáng)知識(shí)的生活化感知。采用小組合作方式提出科學(xué)猜想，體現(xiàn)探究式學(xué)習(xí)理念，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和初步的科學(xué)思維能力。
實(shí)驗(yàn)探究
【15分鐘】 一、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，落實(shí)控制變量法 （一）、介紹實(shí)驗(yàn)原理與裝置
教師展示焦耳定律實(shí)驗(yàn)儀（雙U形管密閉容器內(nèi)裝有等量煤油，插入不同阻值電阻絲，連接電路）。
講解：“我們無法直接測量熱量，但可以利用煤油受熱膨脹導(dǎo)致液柱上升的高度差來間接反映產(chǎn)熱多少——這是轉(zhuǎn)換法的思想。”
說明兩支玻璃管初始液面在同一水平線上，加熱后高度差越大，說明該側(cè)電阻絲放熱越多。
（二）、分步實(shí)施三組對照實(shí)驗(yàn)
1. **探究熱量與電流的關(guān)系**
教師連接兩個(gè)相同阻值的電阻（R =R ），串聯(lián)接入滑動(dòng)變阻器，確保通過它們的電流不同（調(diào)節(jié)滑片改變總電流，但兩電阻電流始終相等？此處糾正：應(yīng)使用并聯(lián)或特殊接法實(shí)現(xiàn)不同電流）。
實(shí)際改進(jìn)：采用三電阻并聯(lián)結(jié)構(gòu)，主路測總電流，支路分別接R 和R （同阻值），通過調(diào)節(jié)支路開關(guān)控制電流比例。
演示：閉合開關(guān)，記錄相同時(shí)間內(nèi)兩支管液面上升高度。發(fā)現(xiàn)電流大的一側(cè)液柱更高。
得出結(jié)論：在電阻和通電時(shí)間相同的情況下，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。
2. **探究熱量與電阻的關(guān)系**
將兩個(gè)不同阻值的電阻（如5Ω和10Ω）串聯(lián)接入電路，保證電流相同、通電時(shí)間相同。
演示實(shí)驗(yàn)：通電一段時(shí)間后，觀察到阻值大的電阻所在管液柱上升更高。
引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：在電流和通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。
3. **探究熱量與時(shí)間的關(guān)系**
使用同一電阻，固定電流，分別通電30秒和60秒，觀察液柱變化。
明顯看出時(shí)間越長，液柱上升越高。
歸納：在電流和電阻相同的情況下，通電時(shí)間越長，產(chǎn)生的熱量越多。
二、歸納焦耳定律，形成科學(xué)結(jié)論 （一）、引導(dǎo)數(shù)學(xué)建模
教師匯總?cè)螌?shí)驗(yàn)結(jié)果，啟發(fā)學(xué)生：“熱量Q與I、R、t之間可能存在怎樣的數(shù)量關(guān)系？”
提示：從Q∝I （因兩次電流實(shí)驗(yàn)顯示非線性增長）、Q∝R、Q∝t出發(fā)。
最終引導(dǎo)得出：Q = kI Rt，再結(jié)合國際單位制確定k=1，故Q = I Rt。
板書焦耳定律文字表述：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。
（二）、辨析適用范圍
提問：“這個(gè)公式Q=I Rt和前面的W=UIt有何關(guān)系？”
以純電阻電路為例（如電熱毯），由歐姆定律U=IR，代入W=UIt=I Rt，此時(shí)W=Q。
再舉非純電阻電路（如電動(dòng)機(jī)）：輸入電能W=UIt，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，一部分轉(zhuǎn)化為線圈內(nèi)能Q=I Rt，因此W＞Q。
強(qiáng)調(diào)：“Q=I Rt是計(jì)算任何電路中電阻發(fā)熱的通用公式，而只有在純電阻電路中才等于總電功。” 1. 觀察實(shí)驗(yàn)裝置，理解轉(zhuǎn)換法。
2. 記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析數(shù)據(jù)。
3. 參與討論，歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
4. 理解焦耳定律及其適用條件。
評價(jià)任務(wù) 現(xiàn)象記錄：☆☆☆
數(shù)據(jù)分析：☆☆☆
結(jié)論提煉：☆☆☆
設(shè)計(jì)意圖 通過典型實(shí)驗(yàn)直觀展現(xiàn)電流熱效應(yīng)的影響因素，強(qiáng)化控制變量法和轉(zhuǎn)換法的科學(xué)方法教育。讓學(xué)生親身經(jīng)歷“猜想—設(shè)計(jì)—操作—分析—結(jié)論”的完整探究過程，提升科學(xué)探究素養(yǎng)。通過對比純電阻與非純電阻電路，突破教學(xué)難點(diǎn)，深化對能量守恒思想的理解。
鞏固應(yīng)用
【8分鐘】 一、典例解析，規(guī)范解題步驟 （一）、例題1：純電阻電路計(jì)算
題目呈現(xiàn)：“一只‘220V 800W’的電飯煲正常工作時(shí)，求：（1）通過它的電流；（2）工作10分鐘產(chǎn)生的熱量。”
教師示范解題：
（1）由P=UI I=P/U=800W/220V≈3.64A
（2）電飯煲為純電阻用電器，W=Q=P·t=800W×600s=4.8×10 J
強(qiáng)調(diào)單位統(tǒng)一與物理意義。
（二）、例題2：非純電阻電路辨析
題目呈現(xiàn)：“一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)線圈電阻為2Ω，接在12V電源上，工作電流為2A。求：（1）電動(dòng)機(jī)消耗的總功率；（2）線圈發(fā)熱功率；（3）輸出機(jī)械功率。”
引導(dǎo)學(xué)生分析：
（1）總功率P_total=UI=12V×2A=24W
（2）發(fā)熱功率P_heat=I R=(2A) ×2Ω=8W
（3）機(jī)械功率P_mech=P_total - P_heat=24W - 8W=16W
再次強(qiáng)調(diào)：UIt ≠ I Rt 在非純電阻電路中的差異。
二、回歸生活，完成任務(wù)閉環(huán) （一）、組織撰寫《家庭安全用電建議書》
發(fā)布任務(wù)：“現(xiàn)在你們已經(jīng)是合格的‘電路能量偵探’了，請以小組為單位，結(jié)合今天所學(xué)，寫一份簡短的《家庭安全用電建議書》，至少包含三條建議。”
提示方向：避免多個(gè)大功率電器同時(shí)使用、定期檢查老化線路、不用濕手觸摸開關(guān)、插座不要超負(fù)荷等。
選取優(yōu)秀作品投影展示，并給予積極評價(jià)。 1. 聽講并記錄解題過程。
2. 獨(dú)立完成練習(xí)題。
3. 小組合作撰寫建議書。
4. 分享交流成果。
評價(jià)任務(wù) 解題規(guī)范：☆☆☆
概念辨析：☆☆☆
建議可行性：☆☆☆
設(shè)計(jì)意圖 通過典型例題訓(xùn)練學(xué)生公式的正確選用與計(jì)算能力，特別強(qiáng)化兩類電路的區(qū)別處理。將知識(shí)應(yīng)用于解決真實(shí)問題，完成“發(fā)現(xiàn)問題—探究原理—解決問題”的完整閉環(huán)，體現(xiàn)物理學(xué)科的社會(huì)價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感與成就感。
課堂總結(jié)
【5分鐘】 一、結(jié)構(gòu)化梳理知識(shí)脈絡(luò) （一）、師生共同回顧本課主線
教師引導(dǎo)：“今天我們從生活現(xiàn)象出發(fā)，提出了‘電功與電熱有何關(guān)系’的問題。通過理論推導(dǎo)得到了W=UIt這一普遍成立的電功公式；又通過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)了Q=I Rt的焦耳定律。”
板書關(guān)鍵詞連線：
電功 W = UIt （所有電路）
↓ 能量轉(zhuǎn)化
電熱 Q = I Rt （電阻發(fā)熱部分）
→ 純電阻電路：W = Q
→ 非純電阻電路：W > Q
（二）、升華情感態(tài)度價(jià)值觀
引用愛迪生名言：“我平生從來沒有做出過一次偶然的發(fā)明，我的一切發(fā)明都是經(jīng)過深思熟慮和嚴(yán)格試驗(yàn)的結(jié)果。”
結(jié)語：“每一度電的背后，都是能量的精確轉(zhuǎn)化與損耗。我們既要學(xué)會(huì)計(jì)算這些數(shù)字，更要懂得敬畏電力、科學(xué)用電。希望每一位同學(xué)都能成為家庭中的‘安全用電小衛(wèi)士’，用今天的知識(shí)守護(hù)萬家燈火的溫暖與安寧。” 1. 回顧知識(shí)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系。
2. 理解能量轉(zhuǎn)化的普遍性。
3. 感悟科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任。
4. 建立安全用電意識(shí)。
評價(jià)任務(wù) 知識(shí)整合：☆☆☆
價(jià)值認(rèn)同：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
設(shè)計(jì)意圖 采用結(jié)構(gòu)化總結(jié)方式，幫助學(xué)生構(gòu)建清晰的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，突出重點(diǎn)難點(diǎn)。引用科學(xué)家名言增強(qiáng)文化感染力，結(jié)尾將物理知識(shí)上升至生命安全與社會(huì)責(zé)任的高度，實(shí)現(xiàn)情感態(tài)度價(jià)值觀的有效升華，使課堂余韻悠長。
作業(yè)設(shè)計(jì)
一、基礎(chǔ)鞏固題
1. 下列說法正確的是（ ）
A. 電功是衡量電流做功快慢的物理量
B. 電功率越大，電流做的功一定越多
C. 在非純電阻電路中，電功大于電熱
D. 焦耳定律適用于所有電路中電熱的計(jì)算
2. 一個(gè)標(biāo)有“220V 40W”的白熾燈正常工作時(shí)，通過它的電流約為______A（保留兩位小數(shù)），工作1小時(shí)消耗的電能為______kW·h，產(chǎn)生的熱量為______J。
二、能力提升題
3. 某電熱水壺銘牌如右圖所示：
額定電壓：220V
額定功率：1500W
容量：1.5L
（1）求電熱水壺正常工作時(shí)的電阻；
（2）若將滿壺水從20℃加熱到100℃，需要吸收熱量約3.0×10 J，若不計(jì)熱量損失，求加熱時(shí)間；
（3）實(shí)際使用中加熱時(shí)間往往更長，試分析可能的原因。
三、實(shí)踐拓展題
4. 回家調(diào)查家中三個(gè)常用電器的額定功率，估算它們每天工作的時(shí)間，計(jì)算每日耗電量（kW·h），并據(jù)此提出一條節(jié)能建議。
【答案解析】
一、基礎(chǔ)鞏固題
1. C、D
解析：A錯(cuò)誤，電功是做功多少，電功率才是快慢；B錯(cuò)誤，功還與時(shí)間有關(guān)；C正確，非純電阻電路中有其他能量輸出；D正確，Q=I Rt普適。
2. 0.18A；0.04kW·h；1.44×10 J
計(jì)算過程：I=P/U=40/220≈0.18A；W=Pt=0.04kW×1h=0.04kW·h；Q=W=Pt=40W×3600s=1.44×10 J（白熾燈視為純電阻）。
二、能力提升題
3.（1）由P=U /R R=U /P=(220V) /1500W≈32.27Ω
（2）由W=Q Pt=Q t=Q/P=3.0×10 J/1500W=200s
（3）原因包括：存在熱損失（向空氣散熱）、水未完全吸收熱量、電壓低于額定值等。
板書設(shè)計(jì)
電功與電熱
┌──────────────┐
│ 生活現(xiàn)象：電爐熱、電線不熱？ │
└──────────────┘
↓ 提出問題
┌─────────────────┐
│ 電功 W = UIt │← 所有電路
│ 電功率 P = UI │
└─────────────────┘
↓ 能量轉(zhuǎn)化
┌─────────────────┐
│ 電熱 Q = I Rt │← 任何電阻發(fā)熱
└─────────────────┘
↙ ↘
┌─────────┐ ┌──────────┐
│ 純電阻電路：W = Q │ │ 非純電阻電路：W ＞ Q │
│ 如電爐、電飯鍋 │ │ 如電動(dòng)機(jī)、充電器 │
└─────────┘ └──────────┘
↓ 應(yīng)用升華
┌─────────────────┐
│ 安全用電 · 科學(xué)節(jié)能 · 守護(hù)家園 │
└─────────────────┘
教學(xué)反思
成功之處
1. 以“電路能量偵探”為主線任務(wù)貫穿始終，極大提升了學(xué)生參與度與探究熱情，課堂氛圍活躍。
2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注重科學(xué)方法滲透，學(xué)生通過觀察液柱變化直觀理解抽象的熱量概念，有效突破難點(diǎn)。
3. 作業(yè)設(shè)置分層遞進(jìn)，既有基礎(chǔ)知識(shí)檢測，又有生活實(shí)踐延伸，體現(xiàn)了“從物理走向社會(huì)”的課程理念。
不足之處
1. 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)時(shí)間略緊，部分小組未能充分討論數(shù)據(jù)誤差來源。
2. 對非純電阻電路的能量分配講解可進(jìn)一步結(jié)合動(dòng)畫演示，增強(qiáng)形象性。
3. 個(gè)別學(xué)生在區(qū)分W與Q時(shí)仍存在思維定勢，需在后續(xù)習(xí)題課中持續(xù)強(qiáng)化辨析訓(xùn)練。

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