電功和電功率

教學目標
（一）知識目標
1、知道電功是指電場力對自由電荷所做的功，做功的過程是電能轉化為其他形式能量的過程。
2、理解電功、電功率的概念及表達式的物理意義并能用電功的公式進行有關的計算。
3、了解額定電壓、額定功率、實際功率的意義。
4、知道電功率、熱功率的聯系和區別.
（二）能力目標
1、通過燈泡工作功率的演示，培養學生觀察能力和利用實驗分析和處理實際問題的能力。
（三）情感目標
1、通過演示實驗，加強學生對物理實驗的重視，培養學生嚴謹求實的科學態度。
2、通過電能和其他能的轉化和守恒規律的講解進一步滲透辨論唯物主義觀點的教育和節約能源勤儉節約的優良傳統。
3、通過燈泡實際功率的演示，對學生進行安全意識教育。

教學建議

1、在推導電功的公式時，應該注意講清楚，在時間 內，只是相當于把電荷 由電路的一端移至另一端(兩端的電壓為 )，這與在真空中把某一電荷 由某處移至另一處有區別，但效果是一樣的，即所做的功相同。

2、可用類比的方法向學生說明：電場力對自由電行做功時，在真空中電勢能轉化為動能，這相當于物體在真空中自由下落時，重力勢能轉化為動能；在電阻元件中電勢能轉化為內能，這相當于物體在粘滯性較大的液體中勻速下落時，重力勢能轉化為內能。

3、教材只要求學生知道電功率和熱功率的區別和聯系，而不要求對這個問題作進一步討論。

4、對于 這兩個導出式，要明確它的使用條件和適用范圍，即：純電阻電路。

教學設計方案

電功、電功率

一、教學目標

1、理解電功、電功率的概念，公式的物理意義。

2、了解實際功率和額定功率。

3、了解電功和電熱的關系。

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化關系，電功大于電熱。

6、能運用能量轉化與守恒的觀點解決簡單的含電動機的非純電阻電路問題。

二、重點、難點分析

1、教學重點在于區別并掌握電功和電熱的計算。

2、難點主要在學生對電路中的能量轉化關系缺乏感性認識，接受起來比較困難。

三、主要教學過程

（－）提出問題，引入新課

1、通過前面的學習，可知導體內自由電荷在電場力作用下發生定向移動，電場力對定向移動的電荷做功嗎？（做功，而且做正功）

2、電場力做功將引起能量的轉化，電能轉化為其他形式能，舉出一些大家熟悉的例子。

電能→機械能，如電動機。

電能→內能，如電熱器。

電能→化學能，如電解槽。

本節課將重點研究電路中的能量問題。

（二）教學過程設計

1、電功

（1）定義：電路中電場力對走向移動的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。

（2）實質：能量的轉化與守恒定律在電路中的體現。

電能通過電流做功轉化為其他形式能。
上一章里學過電場力對電荷的功，若電荷 在電場力作用下從A搬至B，AB兩點間電勢差為 ，則電場力做功 。

對于一段導體而言，兩端電勢差為 ，把電荷 從一端搬至另一端，電場力的功 ，

在導體中形成電流，且 ，（在時間間隔 內搬運的電量為 ，則通過導體截面電流為 ， ），所以 。這就是電路中電場力做功即電功的表達式。

（3）表達式：

說明：

①表達式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流強度和通電時間成正比。

②適用條件： 、 不隨時間變化——恒定電流。

（4）單位：電流單位用安培（A），電壓單位用伏（V），時間單位用秒（S），則電功的單位是焦耳（J）。

（5）電功率

①表達式：

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度成正比。

②單位：功的單位用焦耳（J），時間單位用秒（s），功率單位為瓦特（W）。

1W=1J/s

這里應強調說明：推導過程中沒用到任何特殊電路或用電器的性質，的表達式對任何電壓、電流不隨時間變化的電路都適用。再者，這里 是電場力做功，是消耗的總電能，也是電能所轉化的其他形式能量的總和。

電流在通過導體時，導體要發熱，電能轉化為內能。這就是電流的熱效應，描述它的定量規律是焦耳定律。

學生一般認為， ，又由歐姆定律， ，所以得出 ，電流做這么多功，放出熱量 。這里有一個錯誤，可讓學生思考并找出來。

錯在 ，何以見得電流做功全部轉化為內能增量？有無可能同時轉化為其他形式能？

英國物理學家焦耳，經過長期實驗研究后提出焦耳定律。

2、焦耳定律——電流熱效應

（1）內容：電流通過導體產生的熱量，跟電流強度的平方、導體電阻和通電時間成正比。

（2）表達式：

對于導體而言，根據歐姆定律， ，所以 ，電流做功完全用來生熱，電能轉化為內能。

（3）說明：焦耳定律表明，純電阻電路中電流做功完全轉化為內能，同時，有電阻的電路中電流做功會引起內能的增加，且電熱 。

（4）簡單介紹產生焦耳熱的原因：

金屬中自由電子在電場力作用下定向移動，由于電場做功，電子動能增加，但不斷地與晶格（原子核點陣）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動加劇，從而溫度升高。

（5）純電阻電路中的

①電功 ，對所有電路中電阻的生熱都適用。

結合純電阻電路歐姆定律 ，

②電功率 ，對所有電路中電阻的電熱功率都適用。

結合純電阻電路歐姆定律

3、非純電阻電路中的（以含電動機電路為例）

非純電阻電路中，電能與其他形式能轉化的關系非常關鍵。以電動機為例，電動機電路如圖所示，電動機兩端電壓為 ，通過電動機電流為 ，電動機線圈電阻為 ，則電流做功或電動機消耗的總電能為 ，電動機線圈電阻生熱 ，電動機還對外做功，把電能轉化為機械能， 是電動機輸出的機械能。

考慮每秒鐘內能量轉化關系，即功率，只要令上述各式中 =1s即可，可得總功率 ，電熱功率 ，輸出功率 ，三者關系是 。

4、額定功率和實際功率

為了使用電器安全、正常地工作，對用電器工作電壓和功率都有規定數值。

（1）額定功率：用電器正常工作時所需電壓叫額定電壓，在這個電壓下消耗的功率稱額定功率。

一般說來，用電器電壓不能超過額定電壓，但電壓低于額定電壓時，用電器功率不是額定功率，而是實際功率。

（2）實際功率 ， 、 分別為用電器兩端實際電壓和通過用電器的實際電流。

（三）復習鞏固

某一用直流電動機提升重物的裝置如上圖所示，重物質量 kg，電源提供恒定電壓 ，不計各處摩擦，當電動機以 的恒定速度向上提升重物時，電路中電流強度 =5A，求電動機線圈電阻 （ ）（4Ω）

探究活動

1、調查電路設計中采用了那些方法來減小導線上的電能損耗。
2、實驗設計：驗證