第十二章 电能 能量守恒定律 学习活动一：电功和电功率

第十二章《电能 能量守恒定律》学习活动一：电功和电功率
　　课堂教学：
　　【任务情境】
　　表1是小明同学家里部分的电器消耗的功率以及每天工作的时间，你能帮助他算算这些电器每天消耗多少电能吗？
　　表1.部分用电器消耗的功率及每天工作的时间
　　【学习任务一】知道常见用电器的能量转化，知道电能转化通过电流做功来实现。
　　教师活动：播放常见用电器的图片，组织学生交流不同用电器能量转化情况。
　　提问1：电流流过电炉、电池、电风扇时能量如何转化？用电器工作时能量转化有什么特点？
　　预测学生回答：电能转化成热能、电能转化成化学能、电能转化为机械能和热能。用电器工作时，电能转化为其他形式的能。
　　提问2：如何实现电能转化为其他形式的能？
　　预测学生回答：通过电流做功来实现。
　　【学习任务二】分析情境，探究电流做功的本质是什么？寻找电流做功的表达式。
　　教师活动：根据情境组织学生交流与讨论。
　　情境一：图1表示一段电路，电荷在从左向右的做定向移动，产生电流为I，它们经过这段电路所用的时间为t。
　　图1.电路中电荷定向移动的示意图
　　提问1:导线中产生电流的原因是什么？
　　预测学生回答：导线两端有电势差，形成一个恒定的电场，导线中的自由电子在恒定电场中受到静电力的作用，所以从左到右定向移动，产生电流。
　　提问2:为什么用电器工作时，电能减小，其他形式的能增加？
　　预测学生回答：导体中的自由电荷在静电力的作用下，沿着静电力的方向做定向移动，静电力做正功，电势能减少，其他形式的能增加。
　　提问3:在这段时间内，通过这段电路任意截面积的电荷量是多少？
　　预测学生回答：q=It
　　提问4:如果这段电路两端的电势差是U，则静电力做的功是多少？
　　预测学生回答：W=qU=UItW=qU=UIt
　　提问5:结合以上问题，请讨论电流做功的本质是什么？
　　预测学生回答：电流做功的本质是导体中的自由电荷受到恒定电场的静电力在做功。
　　教师总结：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力所做的功，就叫做电流所做的功，简称电功。电功W（J）等于这段电路两端的电压U（V）、电流I（A）、时间t（s）三者的乘积，此公式适用于不随时间变化的恒定电流做的功。
　　提问6:对于纯电阻电路，电压、电流、电阻之间的关系是什么？如何运用其来表示电功？
　　预测学生回答：U=IR，
　　教师总结：在电功的计算过程中，对于纯电阻电路可以结合题目要求，选择多种公式进行求解。
　　【学习任务三】知道电功率的物理意义，理解额定功率和实际功率的区别。
　　情境二：小明在商场看到两种规格的电水壶，他想选择一个烧水比较快的水壶，他应该参考水壶铭牌上的哪个物理量呢？为什么？
　　教师组织学生讨论和分享情境2
　　学生分享：烧相同的水，需要的能量相同，需要有相同的电能转化成水的内能，即电流需要做相同的功，所用时间短，说明电流做功比较快。电流做的功和做功时间的比值，即单位时间内电流做的功，就可以描述电流做功的快慢。
　　学生总结：电功和时间的比值叫做电功率P，单位是瓦特（W），公式，电功率是来描述电流做功快慢的物理量。所以可以参考用电器铭牌上“功率”这个物理量。
　　提问：用电器接入电路实际工作时，它的电压一定等于额定电压吗？它的电功率一定等于额定功率吗？为什么？
　　预测学生回答：不一定，铭牌标注的是在220V额定电压下正常工作的电功率，实际工作过程中受电压的影响，实际功率可以低于额定功率。
　　学生总结：为了保证用电安全，实际功率一般小于等于额定功率。
　　【学习小结】
　　组织学生回答任务情境中的问题，观看《电功率——飞奔的特斯拉汽车》
　　参考答案：W=P1t1+P2t2+P3t3+P4t4+P5t5=6080J
　　【学习评价自测】
　　1.把标有“6V 6W”的L1灯和标有“6V 3W”的L2灯串联，接在6V的电源上，则（ ）
　　A.两灯一样亮
　　B.L1比L2亮
　　C.L1比L2暗
　　D.两灯都能正常发光
　　答案：C
　　解析：标有“6V，6W”的L1灯和标有“6V，3W”，根据公式，L1灯的电阻小于L2灯的电阻；两个灯泡串联时，再根据P=I2R，L1比L2功率小，故L1比L2暗，但两个等都没有达到额定功率；故C正确。
　　2.“220V 100W”的灯泡正常工作时的电阻是多少？若把这只灯泡接到110V的电源上，灯泡的实际电功率为多少？正常工作10分钟消耗电能多少
　　答案：25W，60000J
　　解析：P=UI=U2R，灯丝的电阻：；当灯泡两端电压为110V时，灯泡消耗的实际功率：。答：灯泡正常工作时的电阻484Ω；把这只灯泡接到110V的电源上，灯泡的实际电功率为25W，W=Pt=60000J。