第1节 电能 电功

第十八章电功率电功和电功率是中学物理教学中的重点和难点，具有综合性强、定量规律多、探究内容多等特点.本章内容包括电功和电能、电能的测量、电功率、测量小灯泡的功率、电流的热效应等内容，是在学生掌握了电流、电压、电阻、欧姆定律等内容和学会使用电流表、电压表、滑动变阻器的基础上学习的.本章共分4节：1.第1节“电能电功”，本节先从生活中的微波炉、电风扇、白炽灯等消耗电能的事例来引入电能、电功的概念，并讲述了电能生产和应用中的能量转化情况；然后引导学生通过实验探究电流做功与哪些因素有关，帮助学生掌握电功的计算公式W=UIt的运用；最后介绍电能表的使用及其相关计算.2.第2节“电功率”，本节首先通过实验观察电能表铝盘转动的快慢，比较不同用电器的电流做功的快慢，从而引入电功率的概念；然后根据电功率的定义，推导出电功率的计算公式P=W/t=UI=I2R=U2/R，通过用电器的铭牌，让学生体会额定功率与实际功率的区别和联系.电功率的测量是一个纯粹而完整的实验探究.在进行实验前要求学生掌握用伏安法测定小灯泡电功率的原理P=UI，要求学生会自己设计实验电路、选用实验器材、设计实验记录表格、有序地进行实验、读取数据、计算小灯泡的电功率.3.第3节“跨学科实践：为家庭节约用电提建议”，本节内容主要是了解家中的用电情况并提出节约用电的建议.4.第4节“焦耳定律”，本节从能量转化的角度提出用电器为什么会发热，从而引入电流的热效应的概念，并且展开了研究.本节内容可以分为两部分：第一部分通过实验探究电流的热效应与哪些因素有关，进而学习焦耳定律；第二部分学习电流的热效应在科研、生产、生活中广泛应用的实例.【教学目标】1.①知道电功的公式（W=UIt）及单位，能正确使用电能表测电功.②知道电功率的物理意义、公式（P=W/t=UI=I2R=U2/R），并能进行简单计算；能理解和区分用电器的额定功率和实际功率.③知道用伏安法测定小灯泡电功率的原理，知道如何测定小灯泡的额定功率和实际功率.④知道电流的热效应与导体的电阻、通过导体的电流、通电时间的定量关系；知道生活、生产中电流热效应的应用和防止.2.①通过实验探究电流做功与哪些因素有关，培养学生的科学探究能力，并体会等效替代的思想.②通过实验让学生体会额定功率与实际功率，培养学生的观察能力，体会比较和类比的科学方法.③通过实验，培养学生设计实验能力、实验操作能力、分析处理数据能力.3.通过讨论和交流，培养合作学习的意识和态度；通过评估交流，培养学生的创新精神；通过实验过程，培养学生精益求精的实验态度和尊重事实、探求真理的科学态度.【课时建议】本章共有4节，建议8课时.电能电功…………………1课时电功率…………………3课时第1课时电功率及其简单计算……1课时第2课时额定功率与实际功率……1课时第3课时测量电功率……1课时跨学科实践：为家庭节约用电提建议…1课时焦耳定律…1.5课时【本章复习和总结】…1.5课时第1节电能电功【教学目标】1.了解电能的各种来源与应用；2.知道电能及电功的单位；3.学会使用家庭电能表，能利用电能表做简单的计算.4.通过学习电能表，培养学生观察、分析问题的综合能力；5.通过应用电能表，培养学生用理论知识解决简单实际问题的能力.6.通过了解电能在人类社会中的作用，充分认识电能的重要性，养成节约用电的好习惯；培养学生爱护自然、节约能源的良好意识.7.通过了解各种各样的发电厂及新型的电力能源，激发学生热爱科学、勤奋学习的极大热情.【教学重点】从电能的各种来源与各种应用来学习电能，电能表的使用.【教学难点】电能的单位、电功的概念，能利用电能表做简单的计算.【教具准备】电能表、电池、开关、若干导线、电动玩具车、多媒体课件等.【教学课时】1课时【巩固复习】教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.【新课引入】师上两章我们学习了电压、电阻和欧姆定律，现在的生活已经越来越离不开电了，这些电是从哪里来的？它是否也具有能量？下面我们看一段视频，了解一下这方面的知识.教师用多媒体播放视频：介绍各种各样的发电设施，进一步激发同学们的学习兴趣，引入电功和电能的课题.【进行新课】知识点1电能1.电能的生产和应用教师结合生活实际，引导学生谈谈电在生活中充当一个什么角色，在电能的应用过程中有怎样的能量变化.生1：电可以让灯泡发光，电能通过灯泡转化成了光能.生2：电能还能转变成热能，如电饭锅、电炉、电热水器……（教师演示实验：给电动玩具车装上电池，合上开关，电动玩具车会运动起来.）生3：这是电能转化成机械能.师同学们回答得很对，电能可以转化成我们需要的能量，如热能、机械能、化学能等.反过来人们也可以把许多形式的能转化成电能.下面我们就一起来学习各种能量与电能间的转化.教师用多媒体播放课件“各种能量与电能间的转化情况”的图片（如下图），并结合实际例子讲解.上图中左半部分是其他形式的能转化为电能的过程，其中发电机、电池为电源，所以我们说电源是提供电能的装置.右半部分是电能转化为其他形式能的过程，也就是电能的利用.例题1（多媒体展示）现代生活离不开电，因为电能可以极为方便地转化为其他形式的能.观察商场里的用电器，按下列要求各填一种用电器的名称.（1）电能转化为声能、光能的用电器：；（2）电能转化为热能的用电器：；（3）电能转化为机械能的用电器：；（4）电能转化为声能的用电器：.解析：电能转化为声能、光能的过程，对应的家用电器的特征是发声、发光，电视机符合这种特点；电能转化为热能的过程，对应的家用电器的特征是发热，电热毯符合这种特点；电能转化为机械能的过程，对应的家用电器的特征是转动或运动，洗衣机符合这种特点；电能转化为声能的过程，对应的家用电器的特征是发声，收音机符合这种特点.答案：（1）电视机（2）电热毯（3）洗衣机（4）收音机教师总结：随着我们生活水平的不断提高，用电的领域会越来越多，电对我们的作用也会越来越重要.所以，我们在大力开发无污染、低能耗的电力资源的同时，一定要养成节约用电的好习惯.2.电能的单位师请同学们思考你家一个月消耗多少电能？电能的单位是什么？生：听爸爸说过这个月用了180“度”电，电能的单位是“度”吧.师“度”就是电能的单位，它的学名叫千瓦时（kW·h）.物理学中更常用的电能单位是焦耳（J）.板书：1kW·h=1×103W×3600s=3.6×106J教师总结1度（1千瓦时）电的作用：可以使电炉炼钢约1.6kg；采掘原煤约100kg；洗衣机工作约2.7h;电车行驶约0.85km；灌溉农田约330m2；电脑工作约5h.知识点2电能的计量师电能的大小可以用专门的测量工具——电能表来计量.教师出示电能表的实物，介绍其大致的外形、表盘上各量的含义及在电路中的接法.（可用多媒体展示）电能表(多媒体课件)1.数字盘上一共有五位数字，但最后一位是在红色框里的，它和前面四位数字不一样，红框表示小数点，红框里面的数是小数点后面的数.2.读数方法：一段时间内电能表上计数器前后两次示数之差，就是这段时间内用电的数量.3.表盘上各个数字符号的含义：（1）“50Hz”指电能表应在50Hz的交流电路中使用．它是一只交流电能表.（2）“10（20）A”指这个电能表的标定电流为10安培，额定最大电流为20安培.持续（长时间）使用时电路中的电流应不大于10安培.短时间使用时电流允许大一些，但不能超过20安培，否则会烧坏电能表.（3）“600revs/kW·h”指电能表转过600转时，接在电路里的用电器消耗的电能是1kW·h.4.通过电能表求用电器消耗电能的方法：方法一观察电能表表盘上前后两次的示数，它们的示数差即是所求的电能值.方法二测出一定时间内电能表上转盘的转数，再算出电能值.此种方法的关键是要明确电能表铭牌数据的含义，求出电能表转1转时消耗的电能值.例如，“3000r/kW·h”的含义是，接在电能表上的用电器，每消耗1kW·h的电能，电能表上的转盘转过3000转.故其转1转时消耗的电能为：1kW·h/3000=1/3000kW·h=1.2×103J例题2教师用多媒体展示练习册中对应题目，并针对性地讲解.解析：电能表表盘上的示数单位是kW·h，把电能表接入电路中，电能表计数器上前后两次读数之差，就是这段时间内的用电量.计算时需注意，读数的最右一位为小数，所以该家庭本月用电量为9695.9kW·h-9558.7kW·h=137.2kW·h=137.2×3.6×106J=4.9×108J，电费为0.60元/（kW·h）×137.2kW·h=82.3元.答案：137.24.9×10882.3例题4（多媒体展示）如果甲、乙、丙三位同学家的电能表上分别标出600revs/kW·h、1200revs/kW·h、3000revs/kW·h，则这三位同学家：（1）用电器均消耗1度电的时候，电能表转过的圈数分别是多少？（2）电能表均转一圈，消耗的电能分别是多少焦耳？（3）若甲同学家单独让一用电器工作一段时间，他家电表转了20圈，则消耗了多少电能？学生讨论、演算，教师请三名同学上台板书，分别计算（1）、（2）、（3）问.解：（1）三位同学家用电器消耗1度电，电能表转过的圈数分别是600转、1200转、3000转.（2）电能表转过一圈，用电器消耗的电能分别是：甲：1kW·h/600=1/600×3.6×106J=6000J，乙：1kW·h/1200=1/1200×3.6×106J=3000J，丙：1kW·h/3000=1/3000×3.6×106J=1200J.（3）甲同学家电表转过20圈，消耗的电能为：20/600×3.6×106J=1.2×105J.师通过大家的努力，同学们对现在普遍使用的电能表已经有了一定的了解.现在请同学们打开教材P112了解另外一种电能表.IC卡电能表有许多优点，比如说它不用工人师傅每月查电表，节省许多人力，还能避免出错，省去了收电费时的许多麻烦.IC卡中的金额用完后，电能表便自动切断电源，能完全杜绝少数人光用电不愿意交电费的现象.知识点3电功师人们利用电能的过程，就是电能转化成其他形式的能的过程，有时也用电功W（即电流做的功）来表示.因此，我们说消耗了多少电能，就有多少电能转化为其他形式的能，或者说电流做了多少功.（电功的单位和电能一样，是焦耳）教师总结：实验证明，用电器消耗的电能（做的功）跟它的通电时间、通过它的电流和它两端的电压成正比，可以用公式表示为W=UIt.教师用多媒体播放课件“电功的计算公式”，并讲解.课堂演练完成本课时对应课堂练习.【教师结束语】这节课我们学习了电能，认识到电能是连结其他形式能的纽带，电能的单位是“度”即千瓦时，国际单位制中电能的单位是焦耳，简称焦；它们的换算关系为1度=1千瓦时（kW·h）=3.6×106焦耳（J）；电功是电能转化为其他形式能的过程，它的单位与电能的单位是一致的；电能的大小用电能表来计量，电能表上的一些符号表示的含义我们要搞清楚，这对正确使用电能的用途很大.课后作业完成本课时对应课后练习.1.由于这是一章的开始，许多知识没办法说明理由，只能先硬性地记住就可以了，如电能的单位为什么是“度”，它又为什么叫千瓦时等有待于我们以后通过学习解决，在此不必为了这样的问题而作过多解释.2.电能的概念学生有一定的实际基础，引起学生兴趣的地方也就在这里，所以关于能的转化问题是激发学生兴趣、调动他们积极性的关键.3.本节教材中并未出现电能的计算公式，学生可能会提出这样或那样的问题，可以给学生留下思考的空间：例如不同的用电器工作时消耗电能的多少与哪些因素有关？这样为后面的学习奠定基础.知能演练提升能力提升1.电动机是一种高效率、低污染的动力设备,广泛地应用在各种家用电器中。下列家用电器中应用了电动机的是()A.洗衣机 B.电饭锅C.电热水壶 D.电热毯2.下列生活实例不属于节约用电的是()A.电视机不用时切断电源B.离开教室随手关灯C.夏天用空调时把温度调得很低D.尽量少开启电冰箱门3.小明家用的是IC卡电能表,他到供电公司买电,对售电人员说:“我买100度电。”接过发票一看,上面打印着“购电数量100kW·h”。那么,度和kW·h的关系是()A.1度=1kW·h B.1度=3.6×106JC.1度=3.6×106kW·h D.1度=1kW4.下列说法错误的是()A.我们常说消耗了多少电能,其意思就是说电流做了多少功B.电能通过灯泡后灯泡发光,这个过程中电流做了功C.电能和电功的单位相同,都是焦D.电能表上的读数显示了这个月用户消耗的电能5.阻值为4Ω的小灯泡接在电压为6V的电路上,通电1min后,电流通过小灯泡所做的功是()A.240J B.360JC.480J D.540J6.小明同学在门外走廊拍了一张自家电能表的照片,如图所示。她仔细观察照片后得到下列结论,你认为正确的是()A.电能表的额定电流为10AB.每消耗1kW·h的电能,指示灯闪3200次C.该电能表要接在不低于220V的电路中使用D.拍照片时,小明家已消耗的电能为7624.1J7.某品牌手机充电宝,上面标有电压为5V,容量为12000mA·h,它充满电后,可以储存的电能是J。在充电过程中,将电能转化为能储存。

8.某电冰箱铭牌上有“输入电压220V,耗电量0.7kW·h/24h,输入总功率120W”等数据。其中“耗电量0.7kW·h/24h”这个数据的含义是:该冰箱正常使用24h消耗的电能是kW·h,合J。使用该电冰箱,一个月消耗电能kW·h。如果电费为0.65元每千瓦时,则该电冰箱一个月的电费为元(每月按30天计算)。

9.某校为师生饮水方便,安装了电热水器。为测定电热水器消耗的电能,关闭其他用电器,只用电热水器给水加热,一段时间后,电能表由图甲示数变为图乙示数,则该电热水器在这段时间内消耗的电能为kW·h,等于J。若消耗电能的87%被水吸收,则可把kg初温为13℃的水加热至100℃[水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)]。

10.如图所示的电路中,定值电阻R1=40Ω,R2=20Ω,电压表示数为10V。求:(1)通过R2的电流;(2)通电300s,电流通过R1所做的功;(3)通电300s,电路中消耗的电能。★11.如图所示,电阻R1=10Ω。若断开S2、闭合S1,电流表的示数I1=0.30A;若闭合S1、S2,电流表的示数I2=0.50A。求:(1)电源两端的电压;(2)电阻R2的阻值;(3)电流通过电阻R2在2min内所做的电功。探究创新★12.我们的生活已经离不开电能,那么我们每天所消耗的电能是哪里来的呢?我们所消耗的电能是由其他形式的能转化而来的,比如说,火力发电是将化学能转化为电能,太阳能电池是将太阳能转化为电能。下图是水力发电的示意图,据图回答下列问题:(1)从能量转化的角度说明水电站的工作原理。(2)建设水电站选址时,从能量利用角度来看,你将选择图甲所示的A址还是选图乙所示的B址?并说明理由。知能演练·提升1.A电饭锅、电热水壶、电热毯等都是将电能转化为内能;而洗衣机工作时要转动,将电能主要转化为机械能,其中的主要部件是电动机。2.C电视机不用时切断电源,减少待机耗电;离开教室随手关灯,可减少用电时间;尽量少开启电冰箱门,可减少电冰箱的工作时间。选项A、B、D都能节约用电,夏天空调调得很低,会延长空调的工作时间,耗电增多。3.A电能的常用单位为kW·h,俗称“度”。换算关系1kW·h=1度。4.D电能转化为其他形式的能的过程也就是电流做功过程,消耗了多少电能,就有多少电能转化为其他形式的能。电能表上的读数是电能表自使用以来用电器消耗的电能之和。一个月消耗的电能等于月末读数减去月初读数。5.D通过小灯泡的电流I=UR=6V4Ω=1.5A,通电1min后,电流通过小灯泡所做的功是W=UIt=6V×1.5A×6.B电能表上的电流值,代表标定电流,即长时间稳定工作时不许超过的最大电流,A错误;3200imp/(kW·h)表示接在这个电能表上的用电器,每消耗1kW·h的电能,电能表上的指示灯闪烁3200次,B正确;220V表示这个电能表应该接在220V的电路中使用,C错误;电能表的示数应读为7624.1kW·h,D错误。7.解析该充电宝一次充满电后储存的电能W=UIt=5V×12000×10-3A×3600s=2.16×105J;充电和放电是相反的过程,充电时是把电能转化为化学能,放电时是把化学能转化为电能。答案2.16×105化学8.解析每天消耗的电能W1=0.7×3.6×106J=2.52×106J;每月消耗的电能W2=0.7kW·h×30=21kW·h;每月的电费为(0.65×21)元=13.65元。答案0.72.52×1062113.659.解析关闭其他用电器,只用电热水器给水加热,电热水器在这段时间内消耗的电能W=7626.9kW·h-7624.8kW·h=2.1kW·h=7.56×106J;消耗电能的87%被水吸收,即Q吸=87%W,由Q吸=cmΔt有cmΔt=87%W,所以水的质量m=87%WcΔ答案2.17.56×106181