高中物理 焦耳定律教案8 新人教版选修3.docx

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高中物理焦耳定律教案8新人教版选修3

2019-2020年高中物理焦耳定律教案8新人教版选修3

教学目标

（一）知识教学点

1．理解电流热效应的本质

2．掌握焦耳定律，并能进行有关计算

3．理解电功和电热的关系，能区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热

（二）能力训练点

1．通过电流热效应的介绍，培养学生的抽象思维能力和科学想象能力。

2．通过非纯电阻电路中电功和电热关系的演示实验及数据处理，培养观察能力和运动数学方法解决实际问题的能力

（三）德育渗透点

介绍焦耳生平，对学生进行热爱科学、实事求是、刻苦钻研的科学态度的教育，逐步形成正确的价值观。

重点、难点、疑点及解决办法

1．重点

焦耳定律内容

2．难点

电功和电热之间的联系和区别

3．疑点

为什么在非纯电阻电路中U＞IR

4．解决方法

通过演示实验讨论电功和电热的联系和区别

学生活动设计

本节的关键在于演示实验，教师做好演示实验引导学生们如何观察实验现象以及实验数据的处理，得出电功和电热的关系。

教学过程

（一）引入新课

用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。

学生：

（1）电灯把电能转化成内能和光能；

（2）电炉把电能转化成内能；

（3）电动机把电能转化成机械能；

（4）电解槽把电能转化成化学能。

用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。

电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢？

本节课我们学习关于电功和电功率的知识。

（二）进行新课

1、电功和电功率

教师：

请同学们思考下列问题

（1）电场力的功的定义式是什么?

（2）电流的定义式是什么?

学生：

（1）电场力的功的定义式W=qU

（2）电流的定义式I=

教师：

投影教材图2.5-1（如图所示）

如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?

学生：

在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。

教师：

这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。

在这个过程中，电场力做了多少功？

学生：

在这一过程中，电场力做的功W=qU=IUt

教师：

在这段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称电功。

电功：

（1）定义：

在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功.

（2）定义式：

W=UIT

教师：

电功的定义式用语言如何表述？

学生：

电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U，电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。

教师：

请同学们说出电功的单位有哪些？

学生：

（1）在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J.

（2）电功的常用单位有：

千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h.

教师：

1kW·h的物理意义是什么？

1kW·h等于多少焦？

学生：

1kW·h表示功率为1kW的用电器正常工作1h所消耗的电能。

1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J

说明：

使用电功的定义式计算时，要注意电压U的单位用V，电流I的单位用A，通电时间t的单位用s，求出的电功W的单位就是J。

教师：

在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。

例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。

电流做功不仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念。

（1）定义：

单位时间内电流所做的功叫做电功率。

用P表示电功率。

（2）定义式：

P==IU

（3）单位：

瓦（W）、千瓦（kW）

［说明］电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。

电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少。

教师：

在力学中我们讲功率时有平均功率和瞬时功率之分，电功率有无平均功率和瞬时功率之分呢？

学生分组讨论。

师生共同总结：

（1）利用P=计算出的功率是时间t内的平均功率。

（2）利用P=IU计算时，若U是某一时刻的电压，I是这一时刻的电流，则P=IU就是该时刻的瞬时功率。

［说明］利用电功率的公式P=IU计算时，电压U的单位用V，电流I的单位用A，电功率P的单位就是W。

2、焦耳定律

教师：

电流做功，消耗的是电能。

电能转化为什么形式的能与电路中的电学元件有关。

在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热。

设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。

学生：

求解产生的热量Q。

解：

据欧姆定律加在电阻元件两端的电压U=IR

在时间t内电场力对电阻元件所做的功为W=IUt=I2Rt

由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q。

产生的热量为Q=I2Rt

教师指出：

这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律，同学们在初中已经学过了。

学生活动：

总结热功率的定义、定义式及单位。

热功率：

（1）定义：

单位时间内发热的功率叫做热功率。

（2）定义式：

P热==I2R

（3）单位：

瓦（W

电功率与热功率的区别

电功率是指输入某段电路的全部功率或在这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压U和通过的电流I的乘积。

热功率是在某段电路上因发热而消耗的功率，决定于通过这段电路的电流的平方I2和电阻R的乘积。

电功率与热功率的联系

若在电路中只有电阻元件时，电功率与热功率数值相等。

即P热=P电

教师指出：

上述实验中，电机不转时，小电机就相当于纯电阻。

若电路中有电动机或电解槽时，电路消耗的电功率绝大部分转化为机械能或化学能，只有一少部分转化为内能，这时电功率大于热功率，即P电＞P热。

教师指出：

上述实验中，电机转动时，电机消耗的电功率，其中有一部分转化为机械能，有一部分转化为内能，故P电＞P热。

教师引导学生完成对例题的分析、求解。

例2：

有一提升重物用的直流电动机，内阻r=0.6Ω，R=10Ω，U=160V，电压表的读数为110V，求

（1）通过电动机的电流是多少？

（2）输入到电动机的电功率是多少？

（3）在电动机中发热的功率是多少？

（4）电动机工作1h所产生的热量是多少？

解：

（1）设电动机两端的电压为U1，电阻R两端的电压为U2，则

U1=110V，U2=U-U1=（160-110）V=50V

通过电动机的电流为I，则I==A=5A

（2）输入到电功机的电功率P电，P电=U1I=110×5W=550W

（3）在电动机中发热的功率P热，P热=I2r=52×0.6W=15W

（4）电动机工作1h所产生的热量Q，Q=I2rt=52×0.6×3600J=54000J

说明：

电动机是非线性元件，欧姆定律对电动机不适用了，所以计算通过电动机的电流时，不能用电动机两端的电压除以电动机的内阻。

通过计算发现，电动机消耗的电功率远大于电动机的热功率。

（三）课堂总结、点评

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

作业书面完成P57“问题与练习”2、3、4

2019-2020年高中物理牛顿一、三定律复习学案新人教版必修1

【学习目标】

1．理解牛顿第一定律的内容和意义。

2．知道什么是惯性，会正确解释有关惯性问题。

3．知道作用力和反作用力的概念，理解牛顿第三定律的确切含义。

【自主学习】

一、牛顿第一定律

1.牛顿第一定律的内容：

一切物体总保持　　　　　　　状态或　　　　　状态，直到有　　　　　　迫使它改变这种状态为止。

2.牛顿第一定律的理解：

（1）牛顿第一定律不是由实验直接总结出来的规律，它是牛顿以　　　　　的理想实验为基础，在总结前人的研究成果、加之丰富的想象而推理得出的一条理想条件下的规律。

（2）牛顿第一定律成立的条件是　　　　　　　　　　　　，是理想条件下物体所遵从的规律，在实际情况中，物体所受合外力为零与物体不受任何外力作用是等效的。

（3）牛顿第一定律的意义在于

①它揭示了一切物体都具有的一种基本属性惯性。

②它揭示了运动和力的关系：

力是　　　　　　　的原因，而不是产生运动的原因，也不是维持物体运动的原因，即力是产生加速度的原因。

（4）牛顿第一定律和牛顿第二定律的关系

①牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，牛顿第一定律指出了力与运动的关系力是改变物体运动状态的原因，从而完善了力的内涵，而牛顿第二定律则进一步定量地给出了决定物体加速度的因素：

在相同的外力作用下，质量越大的物体加速度越小，说明物体的质量越大，运动状态越难以改变，质量是惯性大小的量度。

②牛顿第一定律不是在牛顿第二定律中当合外力为零的特定条件下的一特殊情形，牛顿第一定律所描述的是物体不受力的运动状态，故牛顿第二定律不能替代牛顿第一定律。

3.惯性

（1）定义：

物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。

（2）对惯性的理解：

①惯性是物体的固有属性，即一切物体都有惯性，与物体的受力情况及运动状态无关

②　　　　　是物体惯性大小的量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。

③物体的惯性总是以保持“原状”和反抗“改变”两种形式表现出来：

当物体不受外力作用时，惯性表现为保持原运动状态不变，即反抗加速度产生，而在外力一定时，质量越大运动状态越难改变，加速度越小。

④惯性不是力，惯性是物体具有的保持　　　　　　　　或　　　　　状态的性质，力是物体对物体的作用，惯性和力是两个不同的概念。

二、牛顿第三定律

1.内容

两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

2.理解

（1）物体各种形式的作用都是相互的，作用力与反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失、无先后之分。

（2）作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。

（3）作用力与反作用力是同一性质的力。

（4）作用力与反作用力是分别作用在两个物体上的，既不能合成，也不能抵消，分别作用在各自的物体上产生各自的作用效果。

3.作用力与反作用力和二力平衡的区别

内容

作用力和反作用力

二力平衡

受力物体

作用在两个相互作用的物体上

作用在同一物体上

依赖关系

同时产生，同时消失，相互依存，不可单独存在

无依赖关系，撤除一个、另一个可依然存在，只是不再平衡

叠加性

两力作用效果不可抵消，不可叠加，不可求合力

两力运动效果可相互抵消，可叠加，可求合力，合力为零；形变效果不能抵消

力的性质

一定是同性质的力

可以是同性质的力也可以不是同性质的力

【典型例题】

例1.下列说法正确的是（　　　）

A．一同学看见某人用手推静止的小车，却没有推动，是因为这辆车惯性太大的缘故

B．运动得越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大

C．把一个物体竖直向上抛出后，能继续上升，是因为物体仍受到一个向上的推力

D．放在光滑水平桌面上的两个物体，受到相同大小的水平推力，加速度大的物体惯性小

例2.物体静止于一斜面上，如右图所示，

则下述说法正确的是（　　　）

A．物体对斜面的压力和斜面对物体的

支持力是一对平衡力

B．物体对斜面的摩擦力和斜面对物体

的摩擦力是一对作用力和反作用力

C．物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对作用力和反作用力

D．物体所受的重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力

【针对训练】

1.关于牛顿第一定律有下列说法：

①牛顿第一定律是实验定律②牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因

③惯性定律与惯性的实质是相同的④物体的运动不需要力来维持

其中正确的是（　　　）

A．①②B．②③C．②④D．①②④

2.下列说法正确的是（　　　）

A．物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性

B．物体只有受外力作用时才有惯性

C．物体的速度大时，惯性大

D．力是使物体产生加速度的原因

3.跳高运动员从地面上跳起，是由于（　　　）

A．地面给运动员的支持力大于运动员给地面的压力

B．运动员给地面的压力大于运动员受的重力

C．地面给运动员的支持力大于运动员受的重力

D．运动员给地面的压力等于地面给运动员的支持力

4.一物体受绳的拉力作用由静止开始前进，先做加速运动，然后改为匀速运动；再改做减速运动，则下列说法中正确的是（　　　）

A．加速前进时，绳拉物体的力大于物体拉绳的力

B．减速前进时，绳拉物体的力大于物体拉绳的力

C．只有匀速前进时，绳拉物体的力与物体拉绳的力大小才相等

D．不管物体如何前进，绳拉物体的力与物体拉绳的力大小总相等

5.物体静止于水平桌面上，则（　　　）

A．桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力，这两个力是一对平衡力

B．物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力和反作用力

C．物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力是同一种性质的力

D．物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对作用力和反作用力

【能力训练】

1.在力学中，下列物理量的单位为基本单位的是（　　　）

A．长度、质量和力B．位移、质量和时间

C．位移、力和时间D．长度、质量和时间

2.火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为（　　　）

A．人跳起后，厢内空气给他以向前的力，带着他随同火车一起向前运动

B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动

C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已

D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和车具有相同的速度

m

3.如图所示，一个劈形物体物体F，各面均光滑，放在固定斜面上，上面成水平，水平面上放一光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球碰到斜面前的运动轨迹是（　　　）

A．沿斜面向下的直线

M

B．竖直向下的直线

C．无规则的曲线

D．抛物线

4.某人用力推原来静止在水平面上的小车，使小车开始运动，此后改用较小的力就可以维持小车做匀速直线运动。

可见（　　　）

A．力是使物体产生运动的原因B．力是维持物体运动速度的原因

C．力是使物体产生加速度的原因D．力是使物体惯性改变的原因

5.人走路时，人和地球间的作用力和反作用力的对数有（　　　）

A．一对B．二对C．三对D．四对

6.如图所示，在车厢中的A是用绳拴在底部上的氢气球，B是用绳挂在车厢顶的金属球，开始时它们和车顶一起向右做匀速直线运动，若忽然刹车使车厢做匀减速运动，则下列哪个图正确表示刹车期间车内的情况（　　　）

7.甲乙两队拔河比赛，甲队胜，若不计绳子的质量，下列说法正确的是（　　　）

A．甲队拉绳子的力大于乙队拉绳子的力

B．甲队对地面的摩擦力大于乙队对地面的摩擦力

C．甲乙两队与地面间的最大静摩擦力大小相等、方向相反

D．甲乙两队拉绳的力相等

8.一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M与N，它们只能在右图所示平面内摆动，某一瞬时出现图示情景，由此可知车厢的运动及两单摆相对车厢运动的可能情况是（　　　）

A．车厢做匀速直线运动，M在摆动，N静止

B．车厢做匀速直线运动，M在摆动，N也在摆动

C．车厢做匀速直线运动，M静止，N在摆动

D．车厢做加速直线运动，M静止，N也静止

二、非选择题

9.有一仪器中电路如右图，其中M是质量较

大的一个钨块，将仪器固定在一辆汽车上，

汽车起动时，灯亮，原理是

　　　　　　　　　　　　　　，

汽车急刹车时，灯亮。

10.一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，

M

m

在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，

如图所示，已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力

大小为Fμ，则此时箱对地面的压力大小为多少？

v

11.做匀速直线运动的小车上水平放置一密闭的装有水的瓶子，瓶内有一气泡，如下图所示，当小车突然停止运动时，气泡相对于瓶子怎样运动？

【课后反思】

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牛顿第一定律　牛顿第三定律答案

例1　D例2　B

针对训练：

1．C2．D3．C4．D5．AC

能力训练：

1．D2．D3．B4．C5．C

6．D7．BD8．AB

9．绿　　金属块由于惯性向后移，使绿灯接触

10．解：

M受力如图

由平衡条件得：

FN-Fμ-Mg＝0

得FN＝Fμ+Mg

由牛顿第三定律得：

箱对地面的压力大小等于地面对箱的支持力

即F压＝FN＝Fμ+Mg

11．首先确定本题应该用惯性知识来分析，但此题涉及的不仅仅是气泡，应该还有水，由于惯性的大小与质量有关，而水的质量远大于气泡质量，因此水的惯性远大于气泡的惯性，当小车突然停止时，水保持向前运动的趋势远大于气泡向前运动的趋势，当水相对于瓶子向前运动时，水将挤压气泡，使气泡相对于瓶子向后运动。