第十八章 电功率
第1节 电能 电功
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.知道电能的来源及其单位。
2.掌握电能表的作用、读数方法。
3.了解电源和用电器工作过程中能量的转化情况。
4.会用电功的公式W=UIt进行简单计算。
【过程与方法】
1.通过电能表的学习,培养学生观察、分析、解决问题的能力。
2.观察家用电能表,学会通过电能表计算电费。
【情感·态度·价值观】
了解电能和我们生活的关系,认识电能的应用价值,培养节约用电的意识。
◇教学重难点◇
【教学重点】
电能的理解和电能表的使用。
【教学难点】
电功的概念理解。
◇教学过程◇
一、新课导入
从这张电费单中,你能读出哪些信息?电力部门为什么要实行峰谷分时电价收费制度?
电费缴款通过单
供电公司:龙湾供电局 抄表区码: 9111-82 抄表日期: 2018-7-3
户号 395301××× 户名 李*红
地址 3W.3W.3W.WWW
局号 上期示度 本期示度 倍率 单价 电量/ kW·h 金额/元
C10218XXX总 1130 1360 1 0.538 230 123.74
C10218XX 448 558 1 0 0 0
阶梯1 0.03 150 4.5
阶梯2 0.1 30 3
合计 131.24
二、教学步骤
探究点1 电能
[阅读课本]P87“各种各样的发电厂……卫星上的用电器……”
[思考]我们的生活离不开电能,那么,我们日常所用的电能是从哪里来的呢?
[提示]我们的家庭用电来源于发电厂,手电筒的电来源于电池。
[思考]你知道哪些种类的发电厂?发电厂的电能又是从哪来的呢?
[提示]火力发电、风力发电、水力发电等。
[归纳提升]电能的来源:电源——把不同形式的能转化为电能。
[思考]生活中哪些物品需要用到电能?
[提示]电灯、电风扇、电饭锅、手机等。
[思考]电能是怎样转化的?
[提示]电灯将电能通过用电器转化为光能、电风扇将电能通过用电器转化为机械能、电饭锅将电能通过用电器转化为内能。
[归纳提升]电能的应用:用电器——将电能转化为其他形式的能。
[阅读课本]P87“每个家庭都用电……1千瓦时比1焦耳大得多。”
[思考]长度可以以米为单位来计量,电能该怎样计量呢?
[提示]家长们常说这个月用了多少“度”电,“度”就是电能的单位。
[思考]电能有没有其它单位呢?
[提示]“度”的学名叫千瓦时(kW·h),物理学中更常用的单位是焦耳(J)。
[小结论]1度=1千瓦时(kW·h)=3.6×106焦耳(J)
[思考]1 J的能量有多大呢?
[提示]将一个苹果从地面举到桌面所需要的能量大约为1 J;普通的手电筒通电1 s,消耗的电能大约也是1 J。
探究点2 电能的计量
[阅读课本]P88“用电器在一段时间内消耗的电能……略去小数。”
[思考]生活中,我们称质量时可以用秤,量长度时可以用尺,而用电量该用什么工具测量呢?
[展示]用投影仪展示一种电能表,学生观察。
[思考]从图中我们可以得到哪些信息?
[提示]最上面一行标有“kW·h”是计量单位,说明这是电能表。
[思考]数字盘上有五位数字,你能看出特别之处吗?
[提示]最后一位在红色框里,表示小数点后面的数。
[思考]如何计算家庭中每个月用了多少度电呢?
[提示]用电能表这个月的示数减去一个月前的示数,得到的数值就是这个月用电的度数。
[思考]甲、乙两家五月三十号的电能表示数如下:
甲:
乙:
六月三十号的电能表示数分别如下:
甲:
乙:
则甲、乙两家六月份分别用了多少度电?
[提示]甲用电23 kW·h,乙用电23.6 kW·h。
[思考]电能表上的“220 V”“50 ~”“10(20) A”“600 revs/(kW·h)”等参数表示什么意思呢?
[提示]仔细阅读P88“图18.1—1”两侧的注解。
[阅读课本]P89“想想议议……你会对节约用电有进一步认识。”
[思考]阶梯电价、分时电价等计费方式出现的目的是什么?
[提示]节约用电。
[思考]1度(1千瓦时)电的作用有多大?
[提示]仔细阅读P89“图18.1—3”及相应的文字。
[思考]再看电费单,这次你能得出哪些信息呢?
[提示]电能计量是本月示数减去上月示数,阶梯收费是通过不同的电价提醒大家节约用电。
探究点3 电功
[阅读课本]P90“电能可以转化成多种……为W=UIt”
[思考]什么叫电功?
[提示]电功是指用电器消耗的电能,也可以说电流做的功。
[小结论]电能转化为其它形式能的过程也可以说是电流做功的过程,有多少电能发生了转化就说电流做了多少功,即电功是多少。
[思考]电流做功的多少跟哪些因素有关?
[提示]电流的大小、电压的高低、通电时间的长短等。
[小结论]电功:W=UIt
[思考]电灯正常工作时会发热、发光,这是电流 使电能转化为内能和光能。如果电灯在一段时间内消耗的电能为E1,电流做的功为W,转化的内能为E2,转化的光能为E3,那么E1、E2和E3三者的等量关系是 ,功与能的关系是 。?
[提示]做功 E1=E2+E3 W=E1
三、板书设计
第1节 电能 电功
1.电能
(1)电能的来源
(2)电能的应用
(3)电能的单位
(4)1 kW·h=3.6×106 J
2.电能的计量
(1)电能表
(2)节约用电
3.电功
(1)电流做功
(2)W=UIt
◇教学反思◇
从日常生活、生产中常见的获得和使用电能的例子,引出电能的内容,遵循学生从感性到理性的认知规律,符合“从生活走向物理”的新课标理念。教学过程中应充分调动学生的积极性,鼓励学生踊跃发言。
第2节 电功率
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.知道电功率的定义、公式、单位。
2.理解额定电压与额定功率。
3.会用电功率的公式P=UI进行简单计算。
4.能综合运用学过的知识解决简单的电功率问题。
【过程与方法】
1.观察体验电能表铝盘转动的快慢跟用电器电功率的关系。
2.观察体验用电器的额定功率与实际功率的关系。
【情感·态度·价值观】
通过了解电功率在实际中的应用,认识物理在生活中的重要作用。
◇教学重难点◇
【教学重点】
电功率、额定电压与额定功率、电功率和电流、电压之间的关系。
【教学难点】
电功率和电流、电压之间的关系。
◇教学过程◇
一、新课导入
学过电能表后,大家有没有观察自己家的电能表。电能表有时候转得快,有时候转得慢。你知道电能表转速的快慢和什么因素有关吗?
二、教学步骤
探究点1 电功率
[阅读课本]P91“在日常使用的节能灯……将上节的电功W=UIt代入上式得P=UI”
[思考]观察节能灯的铭牌,其中“220 V 24 W”中的“220 V”是灯泡的额定电压,“24 W”表示什么呢?
[提示]“24 W”是节能灯的电功率。
[思考]将“220 V 24 W”的节能灯与“220 V 200 W”的灯泡分别接入电路中,哪个消耗的电能快?
[提示]将“220 V 24 W”的节能灯接入电路,观察到电能表转动的慢,换一个“220 V 200 W”的灯泡接入电路,电能表转动的快。
[归纳提升]电能表铝盘转动的快慢不同,表示用电器消耗电能的快慢不同。铝盘转过的圈数直接反映用电器消耗电能的多少,而在相同时间内铝盘转过的圈数,则反映用电器工作时消耗电能的快慢。
[思考]为了表示电流做功的快慢,物理学中用什么来表示呢?
[提示]物理学中,用功率表示电流做功的快慢。
[归纳提升]在物理学中,用电功率表示消耗电能的快慢(或电流做功的快慢),电功率用P来表示,它的单位是瓦特,简称瓦,符号是W。前面提到的“24 W”说的就是节能灯的电功率。
[思考]生活中不同用电器的电功率一般不同,你了解哪些家用电器的电功率?
[提示]家用空调约1000 W,电吹风机约500 W,洗衣机约500 W,电视机约200 W,电冰箱约100 W。
[思考]同一用电器工作时,电功率一直保持不变吗?
[提示]电风扇工作时,旋转到不同的挡位,电功率不同;电饭锅煮饭时电功率大,保温时电功率小;电冰箱、空调等是间歇性工作,不同工作状态下,电功率不同。
[思考]电流通过洗衣机,0.5 h做功9×105 J,电流通过电饭锅,20 s做功2×104 J。电流通过哪个用电器做功多?电流通过哪个用电器做功快呢?
[提示]用电器做功的多少可以直接比较,电流通过洗衣机做功多;做功的快慢,即电功率,是电流所做的功与时间之比,电流通过电饭锅做功快。
[归纳提升]电功率等于用电器在1秒内所消耗的电能。如果在“t”时间内消耗的电能为“W”,那么这个用电器的电功率P=,将W=UIt代入可得P=UI。
探究点2 “千瓦时”的来历
[阅读课本]P93“前面我们讲到电能时……1 h所消耗的电能。”
[思考]100 W的灯泡通电20 s,与100 W的灯泡通电1 h,哪个灯泡消耗的电能多呢?
[提示]电功率相同时,通电时间长的消耗的电能多。
[思考]使100 W的灯泡通电20 s,使15 W的灯泡也通电20 s,哪个灯泡消耗的电能多呢?
[提示]通电时间相同时,电功率大的消耗的电能多。
[思考]使100 W的灯泡通电20 s,使15 W的灯泡通电1 h,哪个灯泡消耗的电能多呢?
[提示]用电器消耗的电能多少与用电器的电功率和通电时间有关。由公式P=变形后得到W=Pt,即用电功率乘以通电的时间可以作出比较。
[思考]你知道“千瓦时”这个单位的由来吗?
[提示]如果电功率的单位用千瓦(kW),时间的单位取小时(h),由W=Pt,这时电功W的单位就是“kW·h”。1 kW·h可以看做电功率为1 kW的用电器使用1 h所消耗的电能。
[思考]焦耳和千瓦时都是电功的单位,你知道千瓦时和焦耳两单位之间是如何换算的吗?
[提示]1 kW=1000 W,1 h=3600 s,由W=Pt=1 kW×1 h=1000 W×3 600 s=3.6×106 J
[归纳提升]1 kW·h=3.6×106 J
[思考]1 kW·h的电能可以供200 W的电视机工作多长时间?
[提示]根据P=变形得t==5 h
[归纳提升]公式P=,可变形为W=Pt,在已知电功率和时间的情况下,计算消耗的电能;也可变形为t=,在已知消耗电能和电功率的情况下,计算通电时间。计算时,要注意单位的统一。
[习题]下列用电器通电1 h,最有可能消耗1 kW·h电能的是( )
A.家用空调 B.台式计算机
C.排风扇 D.手电筒
[分析]用电器在t=1 h内,消耗的电能W=1 kW·h,则用电器的电功率P==1 kW=1000 W。台式计算机的电功率约为200 W,排风扇的电功率约为20 W,手电筒的电功率约为0.5 W,家用空调的功率约为1000 W。
[答案]A
探究点3 额定电压 额定功率
[阅读课本]P94“额定电压 额定功率”
[思考]将小灯泡和滑动变阻器串联接入电路,移动滑动变阻器的滑片,小灯泡的亮度有变化吗?
[提示]若移动滑片,使接入电路的滑动变阻器电阻变大,其分得的电压变大,由于电源的总电压不变,小灯泡两端的电压变小,小灯泡变暗,说明小灯泡的电功率变小。
[思考]通常我们说灯泡的电功率是40 W,并没有明确地指明电压。这样的表达准确吗?
[提示]由P=UI可知,灯泡的电功率与该灯泡两端的电压和通过的电流有关,当电压改变时,该灯泡的电功率会发生改变,所以这样的表达不准确。
[思考]某灯泡铭牌上标有“220 V 40 W”表示什么意思?
[提示]当该灯泡两端电压为220 V时,小灯泡的电功率是40 W,这个电压为额定电压,该功率为额定功率。当该灯泡两端的电压低于220 V时,灯泡变暗,灯泡的电功率小于40 W;小灯泡两端的电压高于220 V时,灯泡变亮,灯泡的电功率大于40 W。
[归纳提升]用电器正常工作时的电压叫额定电压,用电器在额定电压下工作的电功率叫额定功率。用电器只有在额定电压下才能正常工作,用电器在实际电路中工作时所消耗的电功率叫实际功率。实际电压低,实际功率就低,实际电压高,实际功率就高。实际电压偏低,用电器不能正常工作,实际电压偏高,长期使用会影响用电器的寿命,还可能烧坏用电器。
[思考]你见过稳压器吗?稳压器在家庭电路中有什么作用?
[提示]稳压器是指在电子工程中一种自动维持恒定电压的装置。当实际电压低于220 V或高于220 V的时候,稳压器可以让电压保持在220 V,这样对用电器有保护作用,能让用电器在电压不稳的情况下正常工作,在电压高的时候,用电器也不会烧坏。
[思考]阅读并计算P95的“想想议议”?
[提示]220 V÷36 V≈6.11,所以要串联7个这种灯泡。
[习题]如图所示,将标有“12 V 6 W”的灯泡L1和“12 V 3 W”的灯泡L2接在12 V的电路中,闭合开关,不考虑温度对灯丝电阻的影响,下列说法中正确的是 ( )
A.电路总功率等于9 W
B.电路总功率大于9 W
C.灯泡L1和L2一样亮
D.灯泡L2比灯泡L1亮
[分析]由P=UI,将I=代入可得P=,两灯泡的电阻分别为R1==24 Ω,R2==48 Ω
两灯泡串联接在12V的电路中时,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以电路中的电流
I= A
则电路总功率
P=UI=12 V× A=2 W
由于串联电路中电流处处相等,且R1
[答案]D
探究点4 电功率的测量
[阅读课本]P95“电功率的测量”
[思考]电能表可以用来测量用电器消耗的电能。电功率能不能测量,该如何测量呢?
[提示]由P=可知,用电器的电功率需要测量消耗的电能W以及消耗该电能所用时间t。所需器材有电能表和秒表。
[思考]用电能表和秒表测用电器的电功率,需如何操作呢?
[提示]测量时,其他用电器必须关掉,只让待测用电器工作,此时测出来的才是该待测用电器消耗的电能。先记下电能表的示数,然后让待测用电器正常工作,一段时间后,再记录电能表的示数,记下工作的时间,将单位统一,再利用P=计算即可。
[思考]实验室里的小灯泡电功率该如何测量呢?有没有更简便的方法呢?
[提示]根据P=UI,用电压表测出用电器两端的电压,用电流表测出流过用电器的电流,就能算出用电器的实际功率。
[习题]下列各组仪器中,可以用来测量电功率的是 ( )
①电能表和秒表;②电能表和电压表;③电能表和电流表;④电流表和电压表。
A.①② B.③④
C.①④ D.②③④
[分析]用电压表测出用电器两端的电压,用电流表测出流过用电器的电流,由电功率公式P=UI可以求出用电器的电功率,因此用④可以测出电功率;用电能表测出用电器消耗的电能,用秒表测出用电器工作的时间,由公式P=求出用电器的电功率,因此用①可以测出电功率。
[答案]C
三、板书设计
第2节 电功率
1.电功率
(1)定义
(2)P= P=UI
2.“千瓦时”的来历
1 kW·h=1×103 W×3600 s=3.6×106 J
3.额定电压 额定功率
4.电功率的测量
(1)电能表、秒表
(2)电流表、电压表
◇教学反思◇
学生的潜意识中,认为用电器的电功率越大越费电,常将消耗电能的快慢与消耗电能的多少相混淆。教学中采用类比的方法将电功率与电功进行类比,在此基础上可通过问题引出电功率的计算,引导学生认识电功率的单位。
第3节 测量小灯泡的电功率
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.会用电流表和电压表测量小灯泡的电功率。
2.了解额定功率与实际功率的计算方法。
【过程与方法】
通过探究小灯泡电功率的变化规律,学会实验探究的方法。
【情感·态度·价值观】
初步认识用电器正常工作与不正常工作对用电器的影响,培养学生科学使用用电器的习惯和安全意识。
◇教学重难点◇
【教学重点】
测量小灯泡的电功率。
【教学难点】
设计实验电路。
◇教学过程◇
一、新课导入
通常小灯泡上都标有参数,方便我们了解小灯泡的额定电压和额定功率。倘若某个小灯泡的参数模糊了,你能根据前面所学的知识测量小灯泡的电功率吗?
二、教学步骤
探究点1 实验原理和实验方案
[阅读课本]P96“在这个实验中……测量它实际的电功率。”
[思考]在电学中,我们学过了电流、电压、电阻、电功等物理量,其中哪些物理量可用仪器直接测量出来呢?
[提示]电流表可以直接测量流过用电器的电流,电压表可以直接测量用电器两端的电压,电能表可以直接测量用电器消耗的电能。
[思考]如何测量小灯泡的电功率?上节课我们学过的两种方法都可以采用吗?
[提示]测量小灯泡电功率时不能接在家庭电路中,所以不能用电能表测量小灯泡消耗的电能。只能根据P=UI,用电压表测量小灯泡两端的电压,用电流表测量通过小灯泡的电流。
[思考]参照“测量小灯泡的电阻”的实验,你能设计一个实验测量小灯泡的电功率吗?
[提示]测量灯泡的电阻时,采用的是“伏安法”。即用电压表测量小灯泡两端的电压,用电流表测量通过小灯泡的电流,两者的比值就是小灯泡的电阻。如果计算小灯泡的电功率,根据P=UI可知,两者的乘积就是小灯泡的电功率。
[思考]为测量小灯泡的电功率变化情况,我们需要测量多种情况下实际功率的大小,如何设计才能实现呢?
[提示]电路中需串联一个滑动变阻器,通过改变滑动变阻器接入电路的电阻,从而改变小灯泡两端的电压,测量不同电压下的小灯泡的实际功率。
[思考]小灯泡两端的电压能否任意增加呢?
[提示]实际电压高于额定电压易损坏小灯泡,实验时最高实际电压只能为额定电压的1.2倍。
[归纳提升]测量小灯泡电功率的方法是“伏安法”,实验原理:P=UI。测量三种情况下的实际功率:(1)使小灯泡在额定电压下发光;(2)使小灯泡两端电压约为额定电压的1.2倍,观察小灯泡亮度;(3)使小灯泡两端电压低于额定电压,观察小灯泡亮度。
探究点2 实验步骤
[阅读课本]P96“1.根据实验要求……它的实际功率各是多少?”
[思考]实验时,电源两端电压应该是多少?
[提示]如果小灯泡的额定电压为2.5 V,应选择2节干电池作为电源,电源电压为3 V;如果小灯泡的额定电压为3.8 V,应选择三节干电池作为电源,电源电压为4.5 V。
[思考]实验时,电流表、电压表的量程如何选择?
[提示]根据小灯泡的额定电压,估计电路中电流、电压的最大值,选择合适的量程。
[思考]按电路图连接实物电路时,需要注意哪些事项?
[提示]实验前断开开关,注意电表正、负接线柱的连接及滑动变阻器的正确接法,并将滑动变阻器的滑片置于阻值最大端。
[思考]闭合开关,调节滑动变阻器电阻大小时,需观察哪个电表的示数变化?
[提示]调节滑动变阻器电阻大小时,应观察电压表的示数变化,使小灯泡两端电压等于额定电压,观察小灯泡的亮度,记录电流表和电压表的示数。
[归纳提升]由公式P=UI计算小灯泡的功率,将计算结果填入表中,通过分析和比较得出:(1)当U实=U额时,P实=P额,灯泡正常发光;(2)当U实>U额时,P实>P额,灯泡较正常发光亮;(3)当U实探究点3 交流评估
[思考]实验中,一位同学连接好电路,在闭合开关时发现小灯泡不亮,电流表无示数,但电压表有示数。你知道电路中在哪出现了什么故障吗?
[提示]电流表无示数说明电路是断路,电压表有示数,说明电压表两点之间断路,即小灯泡断路。
[思考]另一位同学连接好电路后,闭合开关时发现小灯泡特别亮。你知道其中的原因吗?
[提示]小灯泡特别亮,说明电路中电流很大,很可能是滑动变阻器的滑片没有置于阻值最大端。
[思考]实验中对小灯泡的实际功率进行了三次测量,是否可以将三次测量的电功率求平均值?
[提示]三次测量的电功率是不同电压下小灯泡的实际电功率,不是误差引起的,所以不可以求平均值。
[归纳提升]小灯泡实际功率随灯泡两端电压的增大而增大,而小灯泡的额定功率始终保持不变。
[阅读课本]P97“想想做做”
[思考]亮度相当时,二极管的实际功率与小灯泡的实际功率相比哪个较小呢?
[提示]二极管与小灯泡亮度相当时,二极管的实际功率更小,有利于节约能源。
三、板书设计
第3节 测量小灯泡的电功率
1.实验原理:P=UI
2.实验器材
电流表、电压表、滑动变阻器、电源、导线、开关
3.实验步骤
(1)使小灯泡在额定电压下发光,记录电流表、电压表数值。
(2)使小灯泡两端电压约为额定电压的1.2倍,观察小灯泡亮度,并记录电流表、电压表数值。
(3)使小灯泡两端电压低于额定电压,观察小灯泡亮度,并记录电流表、电压表数值。
◇教学反思◇
本节实验是电学实验中最重要的实验之一,涉及的器材多、操作步骤复杂,对学生来说难度较大。课堂上需要给予适当的引导、启发,对一些关键性的问题给予必要的提示,帮助学生合理地设计实验方案,促进实验顺利地完成。
第4节 焦耳定律
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.知道电流热效应的现象及能量的转化。
2.通过探究影响电流热效应的因素,理解焦耳定律的内容,能够利用焦耳定律公式进行简单的计算。
3.会利用焦耳定律解释一些生活中简单现象。
4.举例说出生活中利用电热的实例,了解电热的危害和防治方法。
【过程与方法】
通过实验探究,培养学生的实验探究的能力和理论分析的能力,体会运用控制变量法和转换法进行实验。
【情感·态度·价值观】
会解释生活中一些电热现象,通过学习电热的利用与防止,学会辩证地看待问题。
◇教学重难点◇
【教学重点】
焦耳定律、电流热效应的应用、电热的计算。
【教学难点】
电热大小的影响因素的猜想和实验设计。
◇教学过程◇
一、新课导入
2018年的第一场大雪之后,一些地方的电线上结了厚厚的冰,给人们的生活带来了很多不便,也造成一定的经济损失。为此,科技人员研究出“直流融冰”技术,使冰熔化,避免了巨大的经济损失。你知道这种融冰技术的原理吗?
二、教学步骤
探究点1 电流的热效应
[阅读课本]P99“生活中……通过一个电阻的电流越大,这个电阻产生的热量越多。”
[思考]电饭锅通电后发热用来煮饭,手机长时间使用也会发热,你还能列举哪些用电器通电后发热的例子?
[提示]电水壶通电后会发热,电动机工作时会发热,电脑工作时会发热等。
[归纳提升]电流通过导体时电能转化成内能,这种现象叫做电流的热效应。
[思考]导线和电炉丝串联接入电路中,为什么电炉丝热得发红而导线并不是很热?产生这种现象的影响因素有哪些?
[提示]电热的大小可能与导体的电阻有关。
[思考]当电路短路时,为什么会发热烧毁导线呢?
[提示]电热的大小可能与电流的大小有关,电路短路时,电流很大,所以会发热烧毁导线。
[思考]为什么手机用时间久了才会感觉到发热呢?
[提示]电热的大小可能与通电的时间有关。
[思考]阅读P99“图18.4—2”这个实验设计控制了哪些物理量相同,改变了哪个物理量呢?
[提示]两电阻丝串联,控制了电流和通电时间相同,改变的是电阻大小。
[思考]该实验是如何比较两个导体产生的热量?采用的是什么方法?
[提示]通过比较U形管中液面高度的变化来比较导体产生热量的多少。U形管液面高度的变化反映了密闭容器中空气温度的变化,即电阻丝产生热量的多少。实验采用的是“转换法”。
[思考]这一实验现象说明了什么?
[小结论]在电流相同、通电时间相同的情况下,电阻越大,这个电阻产生的热量越多。
[思考]阅读P100“图18.4—3”右边电阻丝上为什么要再并联一根电阻丝?
[提示]两个电阻丝的阻值相同,右边的电阻丝并上一个相同的电阻丝后,通过该电阻丝的电流变小了,这样设计的目的是改变通过右边电阻丝的电流。这个实验设计是探究产生的热量与电流的关系。
[思考]哪边液面差明显?是电流大的还是电流小的产生的热量多?可以得到什么结论?
[提示]通过右边的电阻丝的电流小,液面低,说明右边产生的热量少。
[小结论]在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过一个电阻的电流越大,这个电阻产生的热量越多。
[思考]如何探究产生热量的多少与通电时间的关系呢?
[提示]电路中只接入一根电阻丝,第一次通电5 s,第二次通电20 s,观察U形管中液面的变化情况。
[小结论]在电阻相同、通过电阻的电流相同的情况下,通电时间越长,这个电阻产生的热量越多。
[归纳提升]当电流通过导体时,电流越大、电阻越大、通电时间越长,产生的热量越多。
[习题]如图是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置,两个透明容器中封闭着等量的空气,电路正确连接后,通电进行实验的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大
B.U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少
C.要保持两个电阻丝两端电压相等
D.通电时间相同,两个容器中空气吸收的热量相同
[分析]两个阻值不同的电阻丝串联,通过电阻丝的电流相同,即左边容器电阻丝中的电流等于右边容器电阻丝中的电流;由实验装置可知,电流通过导体产生热量使容器中的空气受热膨胀,从而导致U形管中的液面发生变化,虽然产生热量的多少不能直接观察,但可以通过U形管液面高度差的变化来判断;此装置用来探究电流产生的热量与电阻的关系,故需要保持两个电阻丝两端电流相等;两电阻丝串联,电流相同,根据Q=I2Rt可知,由于图中右边容器的电阻丝阻值较大,在相同时间内,电流在右侧容器中产生的热量较多,B管液面上升得高。
[答案]B
探究点2 焦耳定律
[阅读课本]P100“英国的物理学家焦耳……与焦耳定律一致。”
[思考]焦耳定律的内容是什么?
[提示]电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。如果热量用Q表示,电流用I表示,电阻用R表示,时间用t表示,则焦耳定律为Q=I2Rt。
[思考]你能用前面所学的知识推导出焦耳定律吗?
[提示]电流通过导体时,如果所做的功全部转化为内能,即W=Q,由W=UIt,将U=IR代入,可得Q=I2Rt
[思考]电吹风工作时,消耗了1000 J的电能,电流在电阻线上产生的热量等于1000 J吗?
[提示]电吹风工作时把电能转化为内能,还有一部分转化为动能。电吹风不是一个纯电阻用电器,消耗的电热大于产生的电热,所以产生的热量小于1000 J。
[归纳提升]电流通过导体时,如果电能全部转化为内能,而没有同时转化为其他形式能量,那么,电流产生的热量Q和消耗的电能W的关系是Q=W,这样的电路称为纯电阻电路。例如电炉、电饭锅、电热水器、电烤箱、电热水壶等;像电动机、电视机等消耗的电能除转化为内能外还转化为其他形式的能,这样的电路称为非纯电阻电路,计算非纯电阻电路产生的热量只能用公式Q=I2Rt。
[习题]电视机、电动机、电暖气都标有“220 V 200 W”,把它们并联在220 V的电压下,则相同时间内产生热量最多的是?为什么?
[分析]由W=Pt可知,三个用电器消耗的电能一样多。电视机:W=Q+E光;电动机:W=Q+Ek;电暖气:W=Q,所以相同时间内电暖气产生的热量多。
[答案]电暖气产生的热量最多
[阅读课本]P101“原来……而导线却不热。”
[思考]当电炉丝A和导线B通过的电流相同时,为什么电炉丝热的发红,而导线却几乎不发热?
[提示]导线的电阻很小,而电炉丝的电阻很大,由焦耳定律Q=I2Rt可知,在相同时间内电流相同时,电阻越大、热量越多,因此电炉热得发红,而导线却不热。
[思考]你知道“直流融冰”技术的原理吗?
[提示]“直流融冰”一般会在输电线路中输入3000 A左右的大电流,当电阻、通电时间一定时,电流越大,产生的热量越多,产生的热量可以把电线上的冰全部熔化。
[思考]P101“想想议议”
[提示]这两种情况下有不同的变量,前者是在电压一定时,电阻越小,电流越大,电热与电流是二次方的关系,所以电流对电热影响较大。后者的前提是在电流一定时,电阻越大,电热越多。
[习题]一根60 Ω的电阻丝接在36 V的电源上,在5 min内共产生多少热量?
[分析]通过电阻丝的电流为
I==0.6 A
电流产生的热量为
Q=I2Rt=(0.6 A)2×60 Ω×5×60 s=6480 J
[答案]6480 J
探究点3 电热的利用和防止
[阅读课本]P101“电热的利用和防止”
[思考]电热对我们是有利还是有害的?
[提示]既有利又有害,电饭锅、电水壶等电热是有利的;手机、电脑等电热是有害的。
[思考]生活中电热器件有哪些优点?
[提示]具有清洁卫生、无污染、效率高、便于调节温度等优点。
[思考]我们如何防止电热带来的危害?
[提示]电视机的后盖有很多孔,就是为了通风散热,使用时一定要把防尘布罩拿开;电脑里安装了微型风扇及时散热等。
[归纳提升]电热器的优点:清洁卫生、效率高、方便调温;防止电热措施:设法散热、加散热窗、加风扇。
[习题]下列各种方法和措施中,不是为了防止电热危害的是 ( )
A.电脑机箱中安有电风扇
B.炎热夏天,连续长时间工作的电视机要停用一会儿
C.天气潮湿时,长期不用的电器隔一段时间要通一次电
D.电视机的后盖上有许多散热孔
[分析]电脑机箱中安有电风扇,是为了加快空气流动速度,加快散热,使电脑内产生的热量能及时散出,属于防止电热危害;炎热夏天,连续长时间工作的电视机要停用一会儿,是为了防止产生过多的热量,影响电视机的正常使用,属于防止电热危害;天气潮湿时,长期不用的电器隔一段时间要通一次电,是利用电热来防潮,属于利用电热的例子;电视机的后盖上有许多散热孔,是为了把各电器元件产生的热量及时散出,属于防止电热危害。
[答案]C
三、板书设计
第4节 焦耳定律
1.电流的热效应
电能转化为内能
2.影响电流产生热量的因素
(1)电流的大小
(2)电阻的大小
(3)通电时间
3.焦耳定律
(1)内容
(2)公式:Q=I2Rt
4.电热的利用和防止
(1)电热的优点
(2)防止电热措施
◇教学反思◇
在探究电热跟哪些因素有关的过程中,从猜想到设计实验到得出实验结论,需要引导学生经过认真的思考和讨论而完成设计实验的环节,需充分调动学生的学习积极性和创造能力,设计出多种实验方案,并对每一种方案的优缺点进行评估,使学生设计实验的能力得到了锻炼,同时也能很好地渗透物理思想。
