人教版初中物理第18章 电功率教案

第十八章　电功率
1.知道电功的概念,会用电能表测量电能.
2.知道电功率的概念,能区分用电器的额定功率和实际功率,能解决电功和电功率的有关问题.
3.会测量小灯泡的电功率.
4.理解焦耳定律,知道电热器的原理和应用.
1.通过测量小灯泡的电功率使学生具有初步的观察、分析和推理能力.
2.培养运用电功、电功率、焦耳定律的知识解决实际问题的能力.
1.通过测量小灯泡的电功率加深对电流表和电压表使用和读数的熟悉,养成严谨的科学态度和工作作风.
2.通过学习让学生明白我国电力事业的发展对国家发展的推动作用,激发学生的学习热情.
本章是初中物理重点章节之一,讲述了两个重要的电学概念:电功和电功率;一个重要的电学定律:焦耳定律.这些知识不仅是进一步学习电学的基础,而且在生产和生活实际中也有广泛的应用.本单元以电功概念为中心,从概念的建立到运用都很重要,也是学习电功率、焦耳定律等知识的基础,学习过程中要综合运用前面的欧姆定律、串并联知识,尽量多的贴近生活实际进行教学.
本章内容是在学习了前面三章电学知识——第十五章“电流和电路”、第十六章“电压　电阻”、第十七章“欧姆定律”的基础上,从能量和做功的角度研究电,通过学生已有的生活经验扩展到电能、电功、电功率和焦耳定律.从电学内容的整体来看,有关电路的内容是开篇,电流、电压、电阻的内容是发展,欧姆定律、电功率的内容是高潮,而电功率的内容则是高潮中的顶峰部分.所以本章内容具有较强的综合性与实用性,与实际生活联系十分紧密,是物理学的基础知识,也是初中物理的重、难点之一,渗透着电能与其他形式能量转化的物理思想.通过学习,学生能够真切地感受到电是如何为人类服务的,并使他们能够系统地掌握电学知识,提高综合分析解决问题的能力.
在学习本节之前,学生对电路的串联、并联、通路、短路、断路等能正确地分析,对电压表、电流表、变阻器、用电器的连接和使用能准确掌握,并深入了解串、并联电路的规律.在方法上,学生经过大半年的物理学习,已初步具备较强的观察能力、运用物理语言的表达能力,掌握了一定的物理概念、学习的思维方法以及进行实验探究的能力和方法.
【重点】　电功的概念、电功率的概念和计算、伏安法测功率.
【难点】　区分电功和电能、区分额定功率和实际功率、用焦耳定律解释现象.
一、电能、电功
电能在日常生活中的利用非常普遍,学生对电能的来源和利用已经有一定的感性认识,对家庭使用的电能表有粗浅的了解,所以教学中应充分利用学生的感性认识,从分析家用电器工作中发生的能量转化这一事实入手认识电能,学习电能表的读数和计算电费.
二、电功率
本节教学可通过比较灯泡和电吹风工作时,电能表铝盘转动快慢的不同,引入电流做功有快有慢,使学生明确电功率是反映用电器消耗电能快慢的物理量.由于学生已经学习了两个描述快慢的物理量——速度和功率,在此基础上,电功率的概念可采用类比方法,从电流做功的角度引入,这样既简洁明了,又比较容易接受.通过电功的公式推导出电功率的常用公式P=UI,利用电功率的定义式P=Wt理解千瓦时的物理意义也就容易多了.
三、测量小灯泡的电功率
本节实验要突出实验探究过程以及实验过程中应思考的问题,通过实验加深学生对实际功率的理解,使学生了解电流、电压是如何影响用电器的实际功率的.实验后要通过师生交流解决学生实验中存在的疑惑和发现的新问题,使学生对小灯泡的实际功率有一个更全面的认识.
四、焦耳定律
本节教学可按教材顺序,从常见的电热器入手,提出电热问题,利用演示实验使学生认识电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系,给出定量式,然后用电功的公式和欧姆定律的公式推出焦耳定律的公式,进一步说明焦耳定律的正确性.关于电热的利用和防止部分可采用学生讨论的方式列举生活中的电热现象,使学生对电热的利用和防止有更深入的认识.
第1节　电能　电功
1课时
第2节　电功率
1课时
第3节　测量小灯泡的电功率
1课时
第4节　焦耳定律
1课时
本章复习教案
1课时
第1节　电能　电功
1.知道电流做功的过程就是消耗电能的过程,了解不同用电器能量的转化.
2.知道电能表是测量电能的工具,了解电能表的参数.
3.结合实例理解电功,知道电能的计算公式及单位.
1.认识电能表的各项参数,会使用电能表测某段时间内电路消耗的电能,会通过电能表计算电费.
2.尝试应用已知的科学知识去解决具体的问题.
1.通过了解1 kW·h的电能的作用,对节约用电有进一步的认识.
2.通过教师、学生的双边教学活动,激发学生的学习兴趣,使学生乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理.
【重点】　电功和电能的计算.
【难点】　对电功的理解以及计算电路中电流做的功.
【教师准备】　电能表、家庭电路演示板(含电能表、插座、开关等)、实物投影仪、多媒体课件等.
【学生准备】　功率不同的用电器(灯、取暖器、电吹风等)、秒表、电费缴费单等.
导入一:问题导入
师:天气冷的时候,我们经常两手相互搓一搓,手心就会感到暖和,从能量转化过程来分析能量是怎样转化的?
生:机械能转化为内能.
师:这种改变内能的方式我们称为什么?
生:做功.
师:可见,能量的转化是可以通过做功来实现的.
师:用电器的作用是什么?
生:把电能转化为我们需要的各种能.
师:你能举出一些例子吗?
生1:电热水器:把电能转化为内能.
生2:电动机:把电能转化为机械能.
生3:给蓄电池充电:把电能转化为化学能.
生4:电灯泡:把电能转化为内能和光能.
　　师:电能转化为其他形式的能,是通过电流做功来实现的.电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能,也就要消耗多少电能.比如:电热水器,如果知道电流做了多少功,就可以知道有多少电能转化为内能,也就知道要消耗多少电能.
　　[过渡语]　想一想:电流做功与哪些因素有关?这节课我们就来学习有关电能和电功的知识.
导入二:情景导入
师:近期,我们一直在学习电学知识.但说到电,其实我们最熟悉的还是家庭用电和每月要交多少电费.请同学们讨论并回答:你的家庭用什么样的仪器测量用了多少度电?每月或每年你家需要交多少电费?
生甲:我家用的是转盘式电表.不知道一年交多少电费.
生乙:我们家用的是电子式电表.都是爸爸交电费,我没注意交多少钱.
生丙:我们家最近改用预付费插卡式电表了.好像听爸爸妈妈说,一年1000多块钱的电费呢.
师:这是一张电费核对单,回家查找你家的电费清单,算算你家一年要交多少电费.
　　[过渡语]　同学们都能了解自己家庭测量用电的仪器,很好!那么到底如何读出一段时间内家庭用了多少电?一度电到底能干什么?在这一节课里,我们将一起来学习这方面的知识.
一、电能
师:请学生们阅读课本,小组讨论、交流,总结归纳电能的来源和应用.
生1:电能的来源:从发电厂、电池里提供电能.
生2:电能的应用:电灯照明、电风扇旋转、冰箱制冷、电视机播放节目等,都是其应用.
师:阅读教材P87~88,查找电能的单位以及换算方法.
电能的单位:千瓦时,符号是:kW·h,俗称“度”.
师:物理学中能量的单位是焦耳,它们之间如何换算?
生:1 kW·h=1000 W×3600 s=3.6×106 J.
【拓展延伸】　常见能量转化:
　　[过渡语]　电压和电流有大小,都有测量其大小的仪器:电压表和电流表.那么电能用什么仪器来测量呢?接下来我们来学习测量电能大小的仪表——电能表.
二、电能的计量
1.认识电能表
介绍电能表的作用:在前面的学习中我们知道测量导体电流用电流表,测量导体两端电压用电压表.而用电器消耗的电能,就可以用它测量出来——电能表.电能表是用来测量用电器在一段时间内消耗电能多少的仪器.
2.介绍电能表的面盘
这里有一个电能表,我们共同来看一下它的面盘,最顶端有显示数字的窗口,前4位是黑色窗口,最后1位是红色窗口,说明前4位是整数,最后一位是小数,窗口边上写有kW·h,说明读取的数值是以千瓦时为单位的,电能表的中间部位有一个铝质圆盘,电能表工作时它进行转动,圆盘下面写有该电能表的一些重要参数.
3.电能表参数解读
下面我们来了解一下电能表上重要参数的意义.比如:220 V,5(20)A,3000 r/kW·h.
(1)“220 V”表示该电能表在220 V的电路中使用;
(2)“5(20)A”表示这个电能表的标定电流是5 A;额定最大电流是20 A.
(3)“3000 r”为转盘转数,“3000 r/kW·h”表示每消耗1 kW·h的电能,该电能表的转盘转3000转.
4.电能表的读数
生活中,电工师傅收取电费时都要记录月初和月末的电能表的示数,这样月末和月初两次读数之差就是该月所用电的度数.提示:在生活中电工师傅为了收缴电费的方便,电能表最后一位小数部分通常不读,但是在我们的计算当中必须读出来.
5.体会一度电的作用,培养节约意识
电是我们生活中最重要的资源,社会需求也很大,1度电究竟有多大的作用,我们共同来认识一下.我国是世界能源需求的大国,对电的需求日益紧张,我们每个人都应该有节约用电的意识,为节约一度电我们要从一点一滴做起.
【拓展延伸】　一只家用电能表标着3000 r/kW·h.现在室内只接了一只灯泡,测出转盘3 min内转了15 r,利用这些数据,可算出灯泡在这段时间消耗的电能:
30001 kW·h153000 kW·h=5×10-3 kW·h=1.8×104 J
　　[过渡语]　我们已经知道了电能的单位和测量仪器,那么电能和电功之间存在什么关系呢?
三、电功
思路一
1.电功的概念及理解
用电器工作时,有电流通过用电器,用电器把电能转化为其他形式的能,比如电动机工作时,把电能转化为机械能;电炉子工作时,把电能转化为内能,我们可以说电流通过电动机在做功,也可以说电流通过电炉子在做功,因此电流做功的过程就是把电能转化为其他形式能的过程,电流做了多少功就有多少电能转化为其他形式的能,电流做的功就叫做电功,用字母“W”表示,生活中我们常说用电器消耗了多少电能,而很少说电流做了多少功,其实两种说法是一样的,因此电功的单位和电能的单位是一样的,是焦耳也是千瓦时.
2.电功的计算
电流做功的多少与电压、电流和通电时间有关:
(1)在电流、通电时间相同时,电压大的电路电流做功多;
(2)在电压、通电时间相同时,电流大的电路电流做功多;
(3)在电压、电流相同时,电流做功的多少与通电时间成正比.
进一步研究可得出如下结论:某段电路上电流做功的多少,跟这段电路两端的电压、电路中的电流以及通电时间成正比.当电路两端的电压为U,电路中的电流为I,通电时间为t时,电功W=UIt.
3.电功的单位
电功的单位是焦耳,简称焦,符号J.1 J=1 V·A·s,意思是当某用电器两端的电压为1 V,通过用电器的电流为1 A时,该用电器在1 s时间内消耗的电能为1 J,或者说在1 s内电流对该用电器做了1 J的功.
【拓展延伸】　1焦耳=1伏·安·秒.即1 J=1 V·A·s.那么,1焦耳有多大呢?在生活中通过手电筒的电流,每秒钟做的功大约是1焦耳;通过普通电灯泡的电流,每秒钟做的功一般是几十焦耳;通过洗衣机中电动机的电流每秒钟做的功是200焦耳左右.
思路二
1.电功及其大小的决定因素
(1)定义:电能转化为其他形式能的过程是做功过程,有多少电能发生了转化就说电流做了多少功.电流所做的功就叫做电功.
(2)单位:我们常说消耗了多少电能,很少说做了多少功,其实这两种说法完全一样,通常用W代表功,功和能的单位一样都是焦耳,也可以用千瓦时.
(3)探究影响电功大小的因素:
实验过程
按图设计实验装置,给小电动机通电,电动机可以把砝码提起
电流、电压相同,通电时间不同,观察实验现象
通电时间相同,电流、电压不同,观察实验现象
实验装置图
实验过程
注意事项
在测量过程中要注意测量数据的准确性和可靠性
每组实验要明确要控制的量和要研究的量
实验现
象分析
保持电压和电流不变,通电时间越长,砝码被提起得越高,电流做的功越多
在通电时间相同的情况下,电压越大,电流越大,砝码被提起得越高,表明电流做的功越多
　　探究归纳:电流做功多少与电流、电压、通电时间的长短有关;电流、电压越大,通电时间越长,电流做功越多.
2.电功的计算公式
定义式:W=UIt.U表示某段电路两端的电压,单位是V;I表示通过该电路的电流,单位是A;t表示通电时间,单位是s;W表示电流在该段电路上所做的功,单位是J.
【拓展延伸】　应用公式过程中的“同一性”:
说明
举例
电路的同一性
W,U,I,t四个物理量必须是同一个导体上的四个物理量
电流通过某灯泡做的功,等于该灯泡两端电压、通过该灯泡的电流和该灯泡通电时间的乘积
单位的同一性
W,U,I,t的单位必须分别是J,V,A,s,若有一个单位不符合以上单位,不经换算就代入公式计算会出现错误
某灯泡两端电压是6 V,通过灯泡的电流是0.2 A,求通电1 h电流做的功.
解:W=UIt=6 V×0.2 A×3600 s=4320 J.
若不换算就计算:
解:W=UIt=6 V×0.2 A×1 h=1.2 J,结果显然是错误的.
1.电能:单位:千瓦时;符号:kW·h
能量:单位:焦耳;符号:J
1 kW·h=3.6×106 J
2.电能表
3.电功:
概念:电流所做的功
单位:焦耳或千瓦时
公式:W=UIt
1.如图所示的几种用电器工作时,以电能转化成内能为应用目的的是 (　　)
A.电视机　　　　B.电动自行车
C.抽油烟机 D.电烤箱
解析:电动自行车、抽油烟机把电能转化为机械能,电视机把电能转化为内能和光能,电烤箱把电能转化为内能.故选D.
2.小红同学家的电冰箱正常工作时电流大约是1 A,则它正常工作10 h所消耗的电能是 (　　)
A.2200 J B.1.32×105 J
C.7.92×105 J D.7.92×106 J
解析:W=UIt=220 V×1 A×10×3600 s=7.92×106 J.故选D.
3.一天,小红看她家电能表的表盘如图所示,此时电能表的读数是　　　　kW·h;该电能表的表盘每转300转,说明小红家的用电器消耗了　　　　kW·h的电能.?
解析:电能表示数:314.5 kW·h;小红家用电器消耗的电能:W=300600kW·h=0.5 kW·h.
【答案】　314.5　0.5
4.有一个用电器接在220 V的电路中,工作了2小时,用了1.1度电,通过用电器的电流是多大?
解析:由W=UIt得,I=WUt=1.1×3.6×106J220 V×2×3600 s=2.5 A.
1.电能:
(1)来源:各种各样的发电厂、电池等,把其他形式的能量转化为电能.
(2)单位:国际单位制中,能量的单位是焦耳,生活中电能的单位常用度,学名叫千瓦时,符号是kW·h.
(3)换算:1 kW·h=3.6×106 J.
(4)测量仪表:电能表.
2.电功计算公式:W=UIt.
一、教材作业
【必做题】　
教材第90页动手动脑学物理的1,3,4题.
【选做题】　
教材第90页动手动脑学物理的2题.
二、课后作业
【基础巩固】
1.家庭电路中,电能表可直接测量 (　　)
A.电功　　　　　B.电阻
C.电流 D.电压
2.关于电功,下列说法中正确的是 (　　)
A.用电器通电的时间越长,电流做的功一定越多
B.通过用电器的电流越大,电流做的功一定越多
C.用电器两端的电压越大,电流做的功一定越多
D.用电器消耗的电能越大,电流做的功一定越多
3.如图甲所示,为某家庭在4月底抄表时电能表的示数,图乙为5月底抄表时电能表的示数,由此可知该家庭5月份用电　　　　kW·h.?
【能力提升】
4.小明想验证他家电能表表盘上标注的每千瓦时的转数是否正确,于是他将标有“220 V　3 A”的用电器单独接入电路中,当该用电器正常工作5 min后,电能表的转盘正好转了110 r,则该电能表每千瓦时的实际转数应是 (　　)
A.2400 r B.2000 r
C.1500 r D.1200 r
5.如图所示的电路中,电压U保持不变,电阻R=4 Ω,L为标有“6 V　0.5 A”的小灯泡,当小灯泡L正常发光时,在相同时间内电流通过灯泡L和电阻R做功之比为 (　　)
A.1∶3 B.1∶1
C.3∶1 D.4∶1
6.如图所示为某智能手机电池,铭牌上标的正常工作电压为3.8 V,电池容量为2100 mA·h,如图所示,此电池在充满电时贮存的电能为　　　　J.电极处略有凹陷,可以在一定程度上防止与硬币、钥匙等金属物体接触引起　　　　从而损坏电池.?
【拓展探究】
7.请用玩具汽车或者儿童小风扇里的电动机、滑动变阻器、开关、电源、导线、质量已知的钩码一个、细线、刻度尺、铁架台、秒表等器材设计一个实验,探究电流通过电动机做的功与通电时间的关系.
(1)画出实验电路图.
(2)写出实验步骤.
【答案与解析】
1.A[解析:电能表是用来测量用户所有用电器消耗电能的仪表,因为电路中消耗电能的过程就是电流做功的过程,所以也可以说电能表是测电功的仪表.故选A.]
2.D[解析:通电时间长,但是电压、电流大小不确定,A错误;电流大,但是时间长短未知,电压大小也不确定,B错误;电压大,电流不一定大,时间也不确定,C错误;电流做的功是由消耗的电能转化来的,所以消耗的电能大时,电流做功一定多,D正确.故选D.]
3.62[解析:4月底电能表示数为1323.5 kW·h,5月底电能表示数为1385.5 kW·h,则5月份消耗的电能:W=1385.5 kW·h-1323.5 kW·h=62 kW·h.]
4.B[解析:用电器消耗的电能为:W=UIt=220 V×3 A×300 s=1.98×105 J=0.055 kW·h,电能表的转盘正好转了110 r,nW=110 r0.055 kW·h=2000 r/kW·h,电能表每千瓦时的实际转数为2000 r.故选B.]
5.A[解析:灯泡正常发光,所以电源电压为6 V,通过灯泡的电流I1=0.5 A;电阻R两端的电压为6 V,通过R的电流为:I2=UR=6 V4 Ω=1.5 A;在相同时间内电流通过灯泡L和电阻R做功之比为:W1W2=UI1tUI2t=I1I2=0.5 A1.5 A=13.故选A.]
6.28728　短路[解析:其中2100 mA·h是指电池贮存电能的多少,含义是当电池以2100 mA的电流放电时可连续放电1 h.电池贮存的电能W=UIt=3.8 V×2.1 A×3600 s=28728 J.电极处略有凹陷,可以在一定程度上防止与硬币、钥匙等金属物体接触引起短路,而损坏电池.]
7.(1)电路图如图所示.(2)①把电动机水平固定在支架上,将长细线一端系在电动机转轴上,另一端系在钩码上,钩码垂于转轴下方,根据电路图连接电路,调节滑动变阻器为适当阻值;②闭合开关S,用刻度尺测出钩码被提升的高度h,用秒表测出钩码上升的时间t,断开开关S,记录h和t,恢复钩码到初始位置;③改变提升的高度,仿照步骤②再做2次;④记录钩码的质量m,利用公式W=Gh=mgh计算每次电动机做的功,并记录.[解析:电动机与滑动变阻器串联,通过调节滑动变阻器电阻大小来调节通过电动机的电流的大小,从而控制钩码上升的速度.用电动机提升钩码,分别记下钩码被提升的高度和所用的时间.分析几次数据得出结论.]
　　本节教材对于电功的公式是直接给出的,没有实验探究影响电功的因素.学生对于影响因素和计算公式缺乏直观、形象具体的感受,理解接受的效果不好.教学时可以补充一个演示实验,总结出电功的大小与电压、电流和通电时间的关系,从而得出电功的计算公式.在探究电功的大小与哪些因素有关时,探究前应做好两个工作,首先通过实验创设情景,引
导学生猜想,不至于没有边际的乱猜,起不到良好的教学效果.其次引导学生设计实验,并通过设计实验表格,使学生注意实验记录,得出结论,避免学生实验时不知道做什么,达不到实验的目的.通过讨论培养学生用精练的物理语言进行归纳和概括出实验结论的能力,这样既体现了学生的参与过程,也培养了学生的思考和动手能力.
动手动脑学物理(教材第90页)
1.意思是接在该电能表上的用电器每消耗1 kW·h的电能,电能表的转盘转过720转.
2.解:本周小明家用电量:W=W2-W1=823.3 kW·h-781.5 kW·h=41.8 kW·h.若一个月按4周计算,则小明家每个月用电为:W总=4×W=4×41.8 kW·h=167.2 kW·h.电费=0.6元/kW·h×W总=0.6元/kW·h×167.2 kW·h=100.32元.所以,估算可知,小明家每个月需要付100.32元的电费.
3.解:t=2 min=60 s×2=120 s,W=UIt=2.5 V×0.3 A×120 s=90 J.电流做功的过程就是消耗电能的过程,做了多少功就消耗了多少电能.所以,电流做功90 J,消耗的电能也是90 J.
4.解:电池的容量是Q=It=1130 mA·h=1130×10-3 A×3600 s≈4.07×103 A·s.充电时消耗的电能为W=UIt=3.7 V×4.07×103 A·s≈1.506×104 J.充电时消耗的电能被电池以化学能的形式储存起来,即储存的电能大约是1.506×104 J.
电功导出式:
导出式
说明
W=I2Rt,
W=U2Rt
公式W=UIt=Pt可以用来计算任何情况下电流所做的功,而导出式是由欧姆定律推出的,它仅适用于纯电阻电路中.所谓纯电阻电路,是指电流流过该电路时,电能全部转化成内能,若电能只有一部分转化成内能,这样的电路被称为非纯电阻电路,在此电路中,不能用导出式计算电功,例如:电动机电路,蓄电池充电等.
第2节　电功率
1.知道电功率的物理意义、定义、单位.
2.理解电功率的公式P=Wt,并能进行简单的计算,知道P=UI.
3.理解和区分用电器的额定功率和实际功率.
1.通过实验,让学生体验电功率概念的建立过程.
2.通过实验,探究在不同电压下,实际功率、额定功率的关系,提高学生收集和处理信息的能力.
1.通过演示实验,激发学生学习兴趣,培养学生热爱科学、积极探索科学知识的精神.
2.通过交流讨论,使学生学会与人交流自己的见解,学会倾听别人的见解,有与他人合作的意识,认识到交流合作的重要性.
【重点】　电功率概念的建立和理解.
　　【难点】　用电功率的公式进行计算、理解实际功率和额定功率的区别与联系.
【教师准备】　多媒体课件、滑动变阻器、电流表、电压表、800 W电吹风机、白炽灯(25 W,40 W,100 W各一只)、电能表一块、演示电路板等.
【学生准备】　2.5 V的小电灯,导线,开关,电源等.
导入一:情景导入
情景:把一只40 W的灯泡和800 W的电吹风机接在电路中,让它们分别工作,观察电能表铝盘转动的快慢.
问题:电能表铝盘转动的快慢相同吗?这种现象说明了什么?
回答:电能表铝盘转动的快慢不同,表明用电器消耗电能的快慢不同,也就是电流做功的快慢不一样.
　　[过渡语]　在力学中我们学习过表示机械做功快慢的物理量——功率.刚才的实验表明电流做功也有快慢之分,那么用什么来表示电流做功的快慢呢?要想知道答案,下面让我们进入本节课的学习吧.
导入二:问题导入
师:展示两个白炽灯(25 W和100 W),大家见过吗?请一组学生观察,你们观察到了什么?请告诉我们大家.
生:一个灯泡上标有“220 V　25 W”,一个标有“220 V　100 W”;100 W的灯泡灯丝粗一些,25 W的灯泡灯丝细一些.
师:很好,观察得很仔细.你们知道25 W的准确含义吗?
生:可能是功、功率、电功率,不太清楚.
师:希望通过这节课的学习,大家都能明白这25 W的准确含义.
教师演示:让这两只白炽灯先后接进电路,先100 W后25 W,让学生观察.提示从灯泡的亮度、电能表铝盘转动的快慢去观察.
生:100 W的白炽灯接进电路时亮,同时铝盘转动的快;25 W的白炽灯接进电路时暗,同时铝盘转动的慢.
师:转盘转速不同,说明了什么?能说明电流对100 W的白炽灯做的功多,对25 W的白炽灯做的功少吗?为什么?
生:不能.两个灯泡工作时间长短不确定.
师:转盘转的快慢不能代表电流做功的多少,那能代表什么呢?
生:电流做功的快慢.
师:在物理学中,我们用什么物理量来描述电流对用电器做功的快慢呢?大家回忆一下在力学中我们用什么物理量来描述力对物体做功的快慢呢?
生:功率.
　　[过渡语]　很好,在力学中我们用功率来描述力做功的快慢.同样,在电学中我们用电功率来描述电流做功的快慢.这节课我们就来学习有关电功率的知识.
一、电功率
1.电功率的意义:表示电流做功快慢的物理量.
2.定义:电流在单位时间内所做的功(或所消耗的电能).
3.定义式:P=Wt.
4.推导式:P=Wt=UItt=UI.
5.单位及换算关系:国际单位:W;常用单位:kW,mW.1 kW=1000 W;1 W=1000 mW.
6.电功与电能有什么关系?电功率与电能又有什么关系呢?
总结:电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程,就是用电器消耗电能的过程.那么电功率就是表示用电器消耗电能快慢的物理量.
7.应用:800 W的电吹风机比40 W的灯泡在相同的时间内消耗的电能多,也就是消耗电能快,所以相同时间内电能转化为其他形式的能就多.800 W和40 W的意义分别是灯泡在1 s内消耗的电能是800 J和40 J.
【拓展延伸】　常见用电器的电功率:
电器
电功率
电器
电功率
电器
电功率
空调
1000 W
电熨斗
500 W
电冰箱
100 W
微波炉
1000 W
洗衣机
500 W
排风扇
20 W
电热水壶
1000 W
液晶电视机
100 W
手电筒
0.5 W
抽油烟机
800 W
台式计算机
200 W
计算器
0.5 mW
　　[过渡语]　前面我们学习电能时,曾经提到“千瓦时”这个单位,你知道它是如何得来的吗?
二、“千瓦时”的来历
把公式P=Wt变形,得到W=Pt,如果P和t的单位分别用kW,h,那么它们相乘之后,就得到电能的另一个单位:千瓦时(度).1千瓦时就是电功率为1千瓦的用电器工作1小时消耗的电能.
　某电视机的电功率是150 W,每天使用3 h,一个月用电多少千瓦时?(每月按30天计算)
解:P=150 W=0.15 kW;t=3 h×30=90 h.
由P=Wt得
W=Pt=0.15 kW×90 h=13.5 kW·h.
　一台电视机5 h耗电1度,这台电视机的功率是多少?
解:1度=1 kW·h,
P=Wt=1 kW·h5 h=0.2 kW=200 W.
【拓展延伸】　千瓦(kW)和千瓦时(kW·h):kW表示瞬间的电力,而kW·h表示某一段时间内的电力总和.简言之,kW可称为电力,kW·h可称为电量.就灯泡等照明器具而言,kW与亮度有关,kW·h与电费有关.对电暖气来说,kW与温暖程度和制暖强度有关,kW·h与电费有关.在电动汽车上,kW与加速能力有关,kW·h与可续航距离有关.对蓄电池来说,kW与当时使用蓄电池的设备数量有关,kW·h与可使用的时间有关.
　　[过渡语]　我们已经知道,不同用电器的电功率一般不同,那么同一用电器,电功率是否固定不变呢?
三、额定电压额定功率
思路一
【演示实验】　将两灯泡先后并联和串联接入家庭电路中,观察灯泡的发光情况.
现象:在并联电路中更亮的灯泡,在串联电路中反而变暗.
问题:灯泡的功率改变了吗?
说明:铭牌上的“220 - 100”是指用电器正常工作时的电压和功率.即额定电压——用电器正
常工作时的电压,额定功率——用电器在额定电压下(正常)工作时的功率.
【演示实验】　按图连接电路,用滑动变阻器改变小灯泡两端的电压,观察小灯泡在不同电压下工作时的亮度情况.
【实验记录表格】
U实与U额的关系
P实与P额的关系
亮暗程度
U实=U额
U实>U额
U实>U额
　　【实验结论】　小灯泡在高于额定电压的电压下工作时,实际功率大于额定功率,不能正常工作,使用寿命短;小灯泡在低于额定电压的电压下工作时,实际功率小于额定功率,也不能正常工作,发光暗.　　
师:展示部分电器的铭牌,让学生学会读取铭牌上的相关信息,并布置课外作业:查找并记录几种家用电器的铭牌,了解不同用电器的额定功率大小.
【拓展延伸】　“PZ 220 - 40”的含义:“PZ”:普通照明灯泡中“普”和“照”的汉语拼音的第一个字母,表示灯泡的型号.“220”:该灯泡的额定电压是220 V.“40”:该灯泡的额定功率是40 W.
思路二
以图片形式展示各用电器的铭牌或技术参数.
　　问题1:一些家用电器铭牌上的额定电压为何都为220 V?
回答1:因为我国家庭电路电压是220 V.
问题2:家用电器铭牌上的额定功率是指在什么情况下的功率?
回答2:指的是用电器在额定电压下工作时的功率.
问题3:如果将一个额定电压为110 V的用电器直接接到220 V电压下会有什么后果?
回答3:该用电器将会被烧坏.
问题4:为什么在用电高峰期时,家里的白炽灯会比平常时暗些?
回答4:在用电高峰期,照明电路电压降低,家用电器不能正常工作,电功率变小.
问题5:电冰箱的技术参数中有耗电量一栏,你能说出它表示的意义吗?冰箱耗电量的计算方式和其他用电器为何不同?
BG-65B电冰箱
额定电压:220 V
工作频率:50 Hz
额定功率:70 W
耗电量:0.50 kW·h/24 h
　　回答5:表示该电冰箱每使用24小时电流所做的功是0.50千瓦时.因为电冰箱并不是时时刻刻都在工作的,它是间断性地工作,每次工作的时间也不固定.
【拓展延伸】　节能灯上的标识含义:Y荧光灯;P普通;Z自镇流;额定电压220 V;额定功率5 W;RR表示光色,也就是色温,代表日光色;E表示螺口式灯头;E27表示螺口式灯头的螺纹外径约为27 mm.
一、电功率
1.意义:表示电流做功快慢的物理量.
2.国际单位:瓦特,简称瓦,符号:W.
3.定义:电流在单位时间内所做的电功.
4.定义式:P=Wt,推导得到:P=UI.
5.千瓦时的来历:1 kW·h=1 kW×1 h(W=Pt).
二、额定功率和实际功率
1.额定电压——用电器正常工作时的电压.
额定功率——用电器在额定电压下工作时的功率.
2.实际功率与额定功率的关系:
U实=U额
P实=P额
U实>U额
P实>P额
U实>U额
P实>P额
1.甲、乙两用电器电功率之比为1∶2,通电时间之比为3∶4,则消耗电能之比为 (　　)
A.1∶2　　B.3∶8　　C.3∶4　　D.2∶3
解析:甲乙用电器消耗的电能之比:W甲W乙=P甲t甲P乙t乙=1×32×4=38.故选B.
2.1 kW·h的电能可以使 (　　)
A.“220 V　40 W”的电灯正常工作50 h
B.“220 V　80 W”的电灯正常工作20 h
C.“220 V　100 W”的电灯正常工作10 h
D.“220 V　100 W”的电灯正常工作3 h
解析:t=WP=1 kW·h0.04 kW=25 h,A错误;t=WP=1 kW·h0.08 kW=12.5 h,B错误;t=WP=1 kW·h0.1 kW=10 h,C正确,D错误.故选C.
3.如表是小丽在实验过程中记录的实验数据,请根据表中的数据归纳出电功率P和电阻R的关系:P=　　　　.?
R/Ω
5
10
15
20
25
30
P/W
2.75
2.50
2.25
2.00
1.75
1.50
　　解析:分析表中数据可知,电阻的电功率与电阻成反比例关系,设P=kR+b,当R=5 Ω时,P=2.75 W;当R=10 Ω时,P=2.5 W.则2.75 W=k×5 Ω+b,2.5 W=k×10 Ω+b,解得:k=-0.05,b=3 W,所以电功率P和电阻R的关系式是:P=3 W-0.05 R.
【答案】　3 W-0.05 R
4.一个标有“220 V　40 W”的灯泡接入某电路,测得通过它的电流是0.1 A,则灯泡的实际功率是　　　　W.?
解析:灯泡的电阻为:R=U2P=(220 V)240 W=1210 Ω,通过它的电流是0.1 A时,灯泡的实际功率为:P'=I'2R=(0.1 A)2×1210 Ω=12.1 W.
【答案】　12.1
电功率
1.意义:表示电流做功快慢的物理量.
2.定义:电流在单位时间内所做的电功.
3.国际单位:瓦特,简称瓦,符号:W.
4.计算:P=Wt=UI.
5.额定电压和额定功率
一、教材作业
【必做题】　
教材第95页动手动脑学物理的1,2,3题.
【选做题】　
教材第95页动手动脑学物理的4题.
二、课后作业
【基础巩固】
1.额定功率最接近800瓦的是 (　　)
A.白炽灯　B.电风扇　C.洗衣机　D.微波炉
2.甲、乙用电器上分别标着“220 V　15 W”“110 V　100 W”,它们都在额定电压下工作,则下列说法中正确的是 (　　)
A.甲用电器做功一定少
B.乙用电器做功一定快
C.完成相同的功,甲用电器所用的时间一定少
D.相同的时间内,乙用电器消耗的电能一定少
3.用同种材料制成的横截面积相同的电阻丝甲、乙,乙的长度比甲大,将它们并联在电路中,则它们的电功率 (　　)
A.甲的较大　　　　　　B.乙的较大
C.一样大 D.无法确定
4.学习电功率时,老师拿来分别标有“36 V　40 W”“110 V　40 W”“220 V　40 W”的三个灯泡.针对这三个灯泡都在各自的额定电压下工作时的亮暗情况,小明做出了四种猜想:①“36 V　40 W”的灯最亮;②“110 V　40 W”的灯最亮;③“220 V　40 W”的灯最亮;④三个灯泡一样亮.你认为猜想　　　　是正确的(只填序号即可).?
【能力提升】
5.甲、乙两只白炽灯的铭牌如图所示,下列分析正确的是 (　　)
A.若将两灯分别接入电压为220 V的电路,乙灯消耗的电能多
B.若将两灯并联接入电压为220 V的电路,甲灯比乙灯亮
C.若灯丝的材料、长度相同,乙灯的灯丝比甲灯的灯丝粗
D.若将两灯串联,只要电源电压适当,甲、乙两灯就能同时正常发光
6.如图所示,闭合开关,将滑动变阻器的滑片向上滑动时,观察到的现象是 (　　)
A.灯泡变暗,电压表示数变大
B.灯泡变亮,电压表示数不变
C.电路消耗的总功率变小,电压表示数不变
D.电路消耗的总功率变大,电压表示数变大
7.如图甲所示的电流表为学校实验室里常用的电流表,图乙闭合开关后,两电流表的指针都正常偏转且偏转角度相同,此时电阻R1和R2所消耗的电功率P1和P2的比值为　　　　.?
【拓展探究】
8.小聪家的电炉铭牌标记模糊不清,为了测出电炉的额定功率,他断开了其他所有的用电器,只接入电炉让其正常工作,家中电能表上标有“3000 r/kW·h”,测量发现1 min电能表的转盘转了50转,那么:
(1)该电炉的额定功率是多少?
(2)小聪想让该电炉增加一挡功率,为使电炉的该挡功率为额定功率的19,给你一个开关、一个定值电阻R',请帮他完成电路设计,画出电路图,并计算出定值电阻R'的阻值.(R,R'均用定值电阻的元件符号)
【答案与解析】
1.D[解析:家庭用白炽灯大约40 W,A错误;电风扇的额定功率约为60 W,B错误;洗衣机的额定功率在400 W左右,C错误;微波炉的额定功率约为800 W,D正确.故选D.]
2.B[解析:由W=Pt可知,电流做功的多少与通电时间有关,A错误;电功率是表示电流做功快慢的物理量,甲用电器的功率小于乙用电器的功率,所以乙做功快,B正确;完成相同的功,甲用电器用的时间多,C错误;相同时间内,乙用电器消耗的电能多,D错误.故选B.]
3.A[解析:用同种材料制成的横截面积相同的电阻丝,因为乙长度比甲大,所以乙电阻大于甲的电阻.将它们并联在电路中时,电压相同,由P=U2R可知,电阻越大的电功率越小,相反电阻越小的电功率越大,所以甲的实际功率较大.故选A.]
4.④[解析:因为三个灯泡的额定功率相同,当它们工作在额定电压下时,实际功率等于额定功率,即三个灯泡的实际功率相同,所以三个灯泡的亮度相同.故选④.]
5.C[解析:将两灯分别接入电压为220 V的电路均正常发光,但不知道通电时间,根据W=Pt可知无法判断消耗电能的多少,A错误;将两灯并联接入电压220 V的电路,由于乙灯额定功率大,实际功率大,所用乙灯比甲灯亮,B错误;由R=U2P得,额定电压相同,额定功率大的电阻小,乙灯灯丝电阻小,若灯丝的材料、长度相同,乙灯灯丝比甲灯灯丝粗,C正确;将两灯串联,由于串联电路电流处处相等,则甲、乙两灯两端的电压不相同,无法达到相同的额定电压值,不能同时正常发光,D错误.故选C.]
6.C[解析:此电路小灯泡和滑动变阻器串联,滑动变阻器的滑片向上滑动时,其阻值增大,电路总阻值:R总=R滑+R灯,也增大,根据欧姆定律可以知道I减小.据公式P=I2R可知,若I减小则灯泡实际功率P减小,灯泡变暗,B错误;该电路中电压表测总电压,即电源电压,所以示数不变,A,D错误.故选C.]
7.4∶1[解析:由电路图可知,两电阻并联,电流表A2测量干路电流,电流表A1测量通过R2的电流.电流表A2的示数大于A1的示数,通过R1的电流为I1,通过R2的电流为I2,根据两电流表的指针偏转角度相同,可知IA2IA1=51;又因为IA2=I1+I2,IA1=I2,所以I1I2=41;所消耗的电功率P1和P2的比值为:P1P2=UI1UI2=I1I2=41.]
8.解:(1)该电炉消耗的电能W=503000×3.6×106 J=6×104 J;额定功率为:P=Wt=6×104J60 s=1000 W.(2)电路图如图所示.根据公式P=I2R可知功率减为原来的19,则电流减为原来的13,总电阻变为原来的3倍,定值电阻的阻值为电炉电阻的2倍;电炉电阻为:R=U2P=(220 V)21000 W=48.4 Ω,所以定值电阻为:R'=2R=2×48.4 Ω=96.8 Ω.
　　如何比较用电器消耗电能的快慢的教学,可以采用直观的方法,就是演示不同用电器接入电能表上时,观察铝盘转动的快慢,使学生形象地认识到电能表铝盘转动的快慢跟用电器的关系,从而引导学生用类比比较物体运动快慢的方法去比较消耗电能的快慢,克服学生理解电功率意义的困难.
教材对于电功没有很好地进行处理,学生对电功和电功率常常会混淆,因此在教学中对这两个概
念有必要进行比较,并让学生辨别区分.
这部分内容,公式多、计算复杂,在教学时要让学生重视教材中的例题,通过例题加深对各物理量的理解.按照例题的做法写出物理量用什么字母表示,单位是什么.这样做能让学生分清每一个物理量和单位,加深识记和理解.在每天上课时可以对公式进行一下默写,还有对基本公式进行变形处理,以此加深学生的记忆.
动手动脑学物理(教材第95页)
1.解:P=UI,I=PU=1000W220V≈4.55 A.
2.解:P=Wt=1kW·h25h=0.04 kW=40 W.
3.解:由P=U2R,知R=U2P=(220V)2800W=60.5 Ω,P实=U实2R=(200V)260.5Ω≈661.16 W.
4.解:P=UI=2×104 A×108 V=2×1012 W,由P=Wt,知W=Pt=2×1012 W×0.001 s=2×109 J.
　　1.色温,是黑体加热到某温度后所发出光的颜色.温度低白里透红,高些白里透黄,再高些成白,再高些白里透蓝,再高些白的发青.
按国家标准,照明灯有六种色温区.见下表:
编号
名称
符号
相关色温
F6500
日光色
RR
6430
F5000
中性白色
RZ
5000
F4000
冷白色
RL
4040
F3500
白色
RB
3450
F3000
暖白色
RN
2940
F2700
白炽灯色
RD
2720
　　常用的有:RR,RL,RD.
家中:卧室用RD为好,显得温馨;客厅用RR为佳,显得大气;餐厅用RL为宜,显得平和.
2.电功和电功率:
电功和电功率
电功
概念:电流所做的功
公式:W=UIt(W为电功,U为电压,I为电流,t为通电时间);
W=Pt(W为电功,P为电功率,t为通电时间)
单位:焦耳(J),kW·h(度);换算:1 kW·h(度)=3.6×106 J
电功率
概念:电流在单位时间里所做的功.表示用电器消耗电能的快慢.
公式:P=Wt(W为电功,P为电功率,t为通电时间);
P=UI(P为电功率,U为电压,I为电流)
单位:瓦特(W)、千瓦(kW)、毫瓦(mW)
第3节　测量小灯泡的电功率
1.知道用伏安法测定小灯泡的功率.
2.知道如何测定小灯泡的额定电功率和实际电功率.
3.会设计实验电路、选用实验器材、设计实验记录表格、有序进行实验、读取数据、计算小灯泡的功率.
1.经历测量小灯泡功率的过程,对科学探究的要素有更全面的体验与理解.
2.通过实验,培养学生设计实验的能力、实验操作的能力、分析处理数据的能力.
1.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.
2.通过讨论和交流,培养学生合作学习的意识和态度.
【重点】　用伏安法测量小灯泡的电功率.
【难点】　设计实验电路图、表格,排除操作中遇到的困难.
【教师准备】　多媒体课件、电学磁性元件一套、小灯泡1个、演示滑动变阻器一个、导线若干.
【学生准备】　干电池组(电池2~3个,带电池盒)、电流表、电压表、滑动变阻器、额定电压为2.5伏小灯泡(带灯座)、开关、导线等.
导入一:问题导入
师:同学们在上一章已经测量过小灯泡的电阻.还记得是怎么测量的吗?
生1:利用电流表测出通过小灯泡的电流,再利用电压表测出小灯泡两端的电压,然后用欧姆定律I=UR的变形公式R=UI算出小灯泡的电阻.
生2:为了测量更准确,还利用变阻器进行了多次测量,然后求平均值.
师:同学们对学过的知识掌握得很好.出示一个实验用的小灯泡,这个小灯泡上标有“2.5 V　0.3 A”.同学们知道“2.5 V 0.3 A”是什么意思吗?是不是只能在2.5 V的电压下工作,通过它的电流只能是0.3 A?
生1:2.5 V是小灯泡的额定电压,0.3 A是小灯泡在额定电压下正常工作时的电流.
生2:小灯泡可以在不同的电压下工作,通过的电流也可以大于或小于0.3 A.
师:那么怎样测量小灯泡的电功率呢?
生1:根据P=Wt可知,可以利用电能表和秒表测量.
生2:也可以利用公式P=UI,测出电压和电流,计算出电功率.
　　[过渡语]　如果我们要测“小灯泡”的电功率,用哪种方法更好呢?你能设计一个方案来测出小灯泡的功率吗?这节课我们就来研究如何测量小灯泡的电功率.
导入二:情境导入
问题:我们在前面学习了额定电压和额定功率,判断灯的亮度能否根据它的额定功率?
回答:不能.(部分同学拿不准)
观察:展示两个小灯泡,其上标有“2.5 V　0.3 A”和“3.8 V　0.3 A”字样,它们表示的意义是什么?
回答:2.5 V和3.8 V是额定电压;0.3 A是额定电流.
【演示实验】
1.“2.5 V　0.3 A”和“3.8 V　0.3 A”两个小灯泡串联,观察哪个灯更亮些?
2.“2.5 V　0.3 A”和“3.8 V　0.3 A”两个小灯泡并联,观察哪个灯更亮些?
　　[过渡语]　判断灯的亮度应该根据什么?它的亮度和实际功率之间又有什么样的关系呢?本节课我们就用实验的方法探究一下它们之间的关系.
测量小灯泡的电功率
思路一
师:同学们能设计一个方案来测出小灯泡的功率吗?
生:能.
师:大家一定还记得用电器在额定电压下工作时的功率叫额定功率.如果不是在额定电压下的功率叫什么功率?
生:实际功率.
分别测量以下三种情况下的实际功率.
1.使小灯泡在额定电压下发光.
2.使小灯泡两端电压是额定电压的1.2倍,并观察小灯泡亮度.
3.使小灯泡两端电压低于额定电压,并观察小灯泡亮度.
师:同学们现在可以设计实验,并做好记录.
【设计实验】
实验目的:测量小灯泡在不同电压下工作时的电功率.
实验原理:P=UI.测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流,计算出小灯泡的电功率.
实验电路:如图所示.
实验器材:干电池三节、开关一个、2.5 V小灯泡一个、3.8 V小灯泡一个、电流表和电压表各一只、滑动变阻器一个(20 Ω　1 A)、导线若干.
实验记录表格:
次数
电压U/V
电流I/A
功率P/W
灯泡亮度
1
2
3
　　【进行实验】
实验操作步骤:
1.按电路图连接实物电路.
2.合上开关,调节滑动变阻器,使小灯泡两端电压为额定电压,观察小灯泡发光情况,记录电流表、电压表示数.
3.调节滑动变阻器,使小灯泡两端电压为额定电压值的1.2倍,观察灯泡发光情况,记录电流表、电压表示数.
4.调节滑动变阻器,使小灯泡两端电压低于额定电压,观察并做记录.
5.换用不同型号的小灯泡,重复上述实验.
6.断开开关,整理实验器材.
实验结论:
1.不同电压下,小灯泡的功率不同.实际电压越大,小灯泡功率越大.
2.小灯泡的亮度由小灯泡的实际功率决定,实际功率越大,小灯泡越亮.
交流与评估:
师:谈谈你在设计实验及实验过程中有什么感想,发现了什么问题?
生1:我们组认为实验中最容易出错的就是滑动变阻器,阻值最大的位置一错,滑动变阻器阻值就从你想的最大成为实际的最小.合上开关就容易使电表偏转过大.
生2:电流表、电压表的接线也很重要,如果接反了,表针“反打”也会损坏电表的.
生3:实际接线前可以先将实物按电路图中的位置摆放好,然后再连接,这样接起来不容易连接错,检查也容易.
生4:实验过程中,滑动变阻器开始在阻值最大的位置,调节的时候阻值从大到小,小灯泡两端的电压会从小变到大.测量时为什么不先测低于额定电压时的功率,依次测量等于额定电压和高于额定电压时的功率,以免变阻器阻值一会儿变大,一会儿变小,还容易错?
师:同学们非常认真,观察的很仔细,非常棒.谁能来解释刚才那个同学的问题呢?
生:我们认为先从低于额定电压开始测也可以,但是先测额定电压更好.这样在观察小灯泡亮度时有明显的区分,容易观察.
生:我们发现今天测“小灯泡功率”的实验装置与上一章测“小灯泡电阻”时的装置一模一样.测量的内容也一样,都是测灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流.实验过程中的要求和注意的问题也基本一样.
师:有不一样的吗?
生1:两次测量的目的不同,上次是测电阻,这次是测功率.
生2:从今天的测量数据也可以算出小灯泡电阻.
师:大家算一下电阻,看有什么发现?
生1:三次测量算出的电阻值基本相同,但有小的差别.灯泡的电阻不能求平均值,因为在不同电压下温度不同,导致灯丝电阻不同,所以不能求平均值,定值电阻可以求平均值.
生2:电阻可以求平均值,今天测的功率不能求平均值.
生3:上次多次测量是为了求平均值减小误差,这次是为了比较在不同电压下小灯泡的功率和发光情况.
师:同学们分析的非常好,请同学们比较计算电阻的公式R=UI和计算电功率的公式P=UI,式中的电流和电压相同吗?
生:如果是同一次测量,电流值和电压值就相同.
师:大家用电流替换电压或用电压替换电流,看有什么结果.
P=UI=(IR)I=I2R;P=UI=UUR=U2R.
师:现在请同学们观察你手中小灯泡上的数值,求出小灯泡的电阻,和你测量的结果进行比较.如有误差,尝试分析原因.
【拓展延伸】　1.连接电路过程中开关应该始终处于断开状态.2.根据小灯泡上的数值,估计电路中电流、电压的最大值,选择合适的量程,并注意正负接线柱的连接及滑动变阻器正确接法.3.合上开关前,应检查滑动变阻器滑片是否在最大值的位置上.若不是,要弄清楚什么位置是最大位置并调整.4.调节滑动变阻器的过程中,首先要明白向什么方向可以使变阻器阻值变大或变小,怎么调节能使小灯泡两端电压变大或变小.
思路二
1.实验目的和原理:
实验目的:学会测定小灯泡的额定功率和不在额定电压时的实际功率,并加以比较.
实验原理:P=UI.
2.学生自行设计实验:
问题:由P=UI可以看出,要测小灯泡的功率需测量的物理量有哪几个?需要的测量器材是什么?如何使小灯泡两端电压正好等于其额定电压呢?
回答:用电压表测电压,用电流表测电流.可以增加或减少电池,也可以用滑动变阻器.但是用滑动变阻器更方便.
实验器材:额定电压为2.5 V的小灯泡一个、电池组、开关、滑动变阻器、电压表、电流表、导线若干.
实验电路图和实物连接图:
实验步骤:
1.按电路图连接电路.
2.闭合开关S前,滑动变阻器的滑片P放置在电阻最大端.
3.调节滑动变阻器滑片P的位置,先后使电压表的示数小于、等于和略大于小灯泡的额定电压,观察小灯泡的亮度,并将实验数据填入下表:
小灯泡规格
要求
电压
U(V)
电流
I(A)
小灯泡
亮度
电功率
P(W)
U额=2.5 V
U实=U额
U实>U额
U实>U额
　　4.归纳结论:分析比较额定电功率和实际电功率的大小,比较小灯泡的亮暗程度与电功率之间的关系.
(1)当U实=U额时,则P实=P额,正常发光
(2)当U实>U额时,则P实>P额,较暗
(3)当U实>U额时,则P实>P额,较亮
【拓展延伸】　实验探究是学习物理的一种重要方法,而实验离不开测量,对某个物理量往往需要进行多次测量,虽然多次测量的目的各不相同,却是有规律可循的.物理实验探究中多次测量主要有两个目的:一是为了求平均值减小误差;二是为了寻找普遍性规律.由于不同物理量之间内在联系的多样性和复杂性以及少数几次测量往往具有一定的偶然性、片面性,如果仅仅通过少数几次测量就轻易做出结论,结论往往是不科学、不全面甚至是错误的,所以为了全面科学地探究各物理现象的规律,要求我们必须进行多次测量.比如测量小灯泡的电功率中多次测量就是第二个目的,而“伏安法”测电阻多次测量则是为了减小误差.
1.实验要求
2.实验原理
3.设计实验
4.记录数值
次数
要求
亮度
电流
电压
电功率
1
U=U额
2
U>U额
3
U>U额
　　5.完成实验报告
1.某同学利用如图所示电路,测量额定电压为2.5 V的小灯泡的额定功率,下列说法错误的是 (　　)
A.闭合开关前,滑片P应滑到B端
B.闭合开关后,小灯泡不发光,一定是小灯泡灯丝断了
C.当电压表示数为2.5 V时,测出通过小灯泡的电流,可算出小灯泡的额定功率
D.实验还可得知,小灯泡的实际功率越大,小灯泡越亮
解析:闭合开关前,滑动变阻器应滑到B端,即电阻最大位置,A正确;闭合开关后,小灯泡不发光的原因有很多,不一定是小灯泡灯丝断了,B错误;当电压表示数为2.5 V时,测出通过小灯泡的电流,可算出小灯泡的额定功率,C正确;小灯泡的亮度取决于小灯泡的实际功率,实际功率越大,小灯泡越亮,D正确.故选B.
2.下列电路图中电源电压U保持不变,小灯泡的额定电压为U0,且U>U0,定值电阻的阻值为R.在不改变电路连接的情况下,能测出小灯泡额定功率的是 (　　)
解析:A图中S2闭合S3断开时,电流表把小灯泡短路,小灯泡不发光;S2断开S3闭合时,电流表把电阻短路;两个都闭合或断开时,电流表均无示数,测不出小灯泡的额定电流,A错误;B图中S2闭合S3断开,电压表测小灯泡两端的电压,其上端为正接线柱,下端为负接线柱;S3闭合S2断开,电压表测定值电阻R两端的电压,其上端为负接线柱,下端为正接线柱,电压表的两次接线方法相反,在不改变电路连接方式的情况下,无法进行测量,B错误;C图中开关处于1的位置时,电压表测量小灯泡和电阻串联后的两端电压U',开关处于2的位置时,电压表测量小灯泡两端电压U0,则小灯泡的额定电流为I=U'-U0R,小灯泡的额定功率表达式是P=U0I=U'-U0RU0;D图中开关处于1的位置时,电流表把小灯泡和电阻短路,电流表测量滑动变阻器的电流;开关处于2的位置时,电流表把小灯泡短路,测量通过电阻的电流,测不出小灯泡的额定电流,D错误.故选C.
3.在“测定小灯泡的功率”的实验中,小明应用的是如图所示的电路,当开关S闭合时,可能出现的现象如下表所示,下列判断正确的是 (　　)
A.表明电流表断路
B.表明小灯泡断路
C.表明电压表短路
D.表明小灯泡断路
电流表示数
电压表示数
小灯泡发光情况
A
无
有
发光
B
无
有
不发光
C
有
无
发光
D
有
无
不发光
　　A.A　　　B.B　　　C.C　　　D.D
解析:电流表无示数,电压表有示数,小灯泡发光,则电流表被短路,A错误;电流表无示数,电压表有示数,小灯泡不发光,灯泡断路,B正确;电流表有示数,电压表无示数,小灯泡发光,说明电压表两端断路或电压表损坏,C错误;电流表有示数,电压表无示数,小灯泡不发光,说明电压表或小灯泡被短路,D错误.故选B.
4.在测定额定电压为2.5 V的小灯泡的电功率实验中,电流表和电压表的示数如图所示.则通过小灯泡的电流为　　　　A,两端所加电压为　　　　V,灯丝电阻为　　　　Ω,此时小灯泡的电功率为　　　　W.(设灯丝电阻不变)?
解析:由图看出,电流表量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,示数为0.24 A;电压表量程为0~3 V,分度值为0.1 V,示数为2.4 V,所以:R=UI=2.4 V0.24 A=10 Ω;P=UI=2.4 V×0.24 A=0.576 W.
【答案】　0.24　2.4　10　0.576
测量小灯泡的电功率
目的:测量小灯泡的电功率.
方法:伏安法
原理:P=UI
电路图:如图所示.
实验结论:灯泡的功率越大,灯泡越亮,额定电压下才有额定功率.
一、教材作业
【必做题】　
教材第97页动手动脑学物理的1,2,3,4题.
【选做题】　
教材第97页动手动脑学物理的5题.
二、课后作业
【基础巩固】
1.在“测定小灯泡额定功率”的实验中,当手移动变阻器滑片时,眼睛应观察 (　　)
A.小灯泡的发光情况
B.变阻器滑片的位置
C.电压表的示数
D.电流表的示数
2.如图是小红在测量小灯泡电功率时连接实验器材的情况,其中错误的是 (　　)
A.电流表没有串联接入电路中
B.电压表没有与灯泡并联
C.滑动变阻器的接线柱的连接
D.开关没有串联接入电路中
3.在“测定小灯泡的功率”的实验中,某同学电路连接正确,闭合开关,小灯泡发光,但无论怎样调节滑动变阻器,电压表的示数虽然有变化,却始终达不到灯泡的额定电压.其原因可能是下述的哪一种 (　　)
A.电压表的量程太大
B.电流表的量程太大
C.电源电压太低
D.变阻器的电阻太大
4.如图,是测定小灯泡的额定功率的实验电路图,在实际操作时,闭合开关前,滑动变阻器滑片P应位于　　　　端(填“a”或“b”),闭合开关后,应调节滑动变阻器使电压表的示数等于小灯泡的　　　　.?
【能力提升】
5.在测定小灯泡功率的实验中,已知小灯泡的额定电压为2.5 V,秀秀同学通过正确实验得到的数据如下表.分析数据得到的下列结论,正确的是 (　　)
电压U/V
1.5
2
2.5
3
电流I/A
0.25
0.29
0.32
0.35
A.灯丝的电阻随电压增大而减小
B.小灯泡的额定功率为0.8 W
C.小灯泡的额定功率为四次功率的平均值
D.通过小灯泡的电流与它两端的电压成正比
6.李明同学为了探究“电功率与电阻的关系”,他找来额定电压均为6 V的L1,L2两只灯泡.将两灯串联起来,按照如图所示的电路开始实验探究,闭合开关后,看见灯L2微微发光,灯L1几乎不发光,则关于两灯的电阻R1和R2、两灯的额定功率P1和P2的大小关系成立的是(不考虑灯丝电阻值随温度的变化) (　　)
A.R1>R2,P1>P2　　B.R1>R2,P1>P2
C.R1>R2,P1>P2 D.R1>R2,P1>P2
7.小明应用如图甲所示的电路“探究定值电阻R0的发热功率P0、滑动变阻器R消耗的电功率PR和电源总功率PU随电流I变化的关系”,将得到的数据绘成a,b,c三条图线画在了同一坐标系中,如图乙所示,b图线表示定值电阻R0的发热功率P0随电流I变化的关系,则表示“电源总功率PU随电流I变化的关系”的图线是　　　　.如电源电压U保持不变,则由图像可知:电源电压U为　　　　V,定值电阻R0的阻值为　　　　Ω.?
【拓展探究】
8.小明为了弄清楚“用久了的白炽灯发光变暗”的原因,他将家里一盏标有“220 V　40 W”的旧白炽灯打开后,跑到楼道里观察电能表,并用手表配合测出用电功率为1200 W.
(1)“咦!灯泡的功率怎么会有这么大呢?”小明检查读数和计算均无误,且电能表和手表均准确.在爸爸的帮助下,小明又测得了白炽灯两端的电压为220 V.请你分析小明在测量过程中,导致测量结果有这么大差异的原因.
(2)弄清原因后,小明重新测出了这盏白炽灯的电功率是36 W,导致白炽灯实际功率低于所标额定功率的原因是什么?请你对此进行解释.
【答案与解析】
1.C[解析:额定功率是指用电器在额定电压下的功率,“测定小灯泡额定功率”正确的操作步骤应该是:移动滑片时,同时观察电压表的示数,直到等于小灯泡的额定电压,记下此时电流表的示数,然后根据P=UI计算出小灯泡的额定功率.故选C.]
2.C[解析:电流表与小灯泡串联,电流表接线正确;电压表与小灯泡并联,电压表接线正确;滑动变阻器没有按照“一上一下”的原则进行接线,滑动变阻器接线错误;开关与小灯泡串联,开关接线正确.故选C.]
3.C[解析:电压表量程的大小,不会影响小灯泡两端的电压,A错误;电流表量程的大小,也不会影响小灯泡两端的电压,B错误;如果电源电压太低,即使变阻器阻值最小,也有可能达不到小灯泡的额定电压,C正确;变阻器是可以调节的,而且最小可调节至阻值为零,因此它不是电压过低的原因,D错误.故选C.]
4.b　额定电压[解析:由图可知,滑动变阻器左端接在a处,在闭合开关前应将滑片移至b端,使其阻值最大;闭合开关后,应调节滑动变阻器使电压表的示数等于小灯泡的额定电压,此时小灯泡的电功率等于额定功率.]
5.B[解析:由表中数据可知,灯丝电阻随电压增大而增大,A错误;由表中数据可知,小灯泡额定电压U=2.5 V对应的电流I=0.32 A,小灯泡的额定功率:P=UI=2.5 V×0.32 A=0.8 W,B正确;小灯泡在额定电压下的功率为额定功率,不能把四次功率的平均值作为灯泡的额定功率,C错误;由A可知灯丝电阻R随电压U的增大而增大,不是定值,则通过小灯泡的电流与它两端的电压不成正比,故D错误.故选B.]
6.D[解析:灯泡的亮度由灯泡的实际功率决定,因为灯L2微微发光,灯L1几乎不发光,所以L2的实际功率比L1的实际功率大.由于两灯是串联,根据P=I2R可知,在电流相同的情况下,用电器的电功率与阻值成正比,所以R2>R1.因为两灯的额定电压U相同,根据P=U2R可知,电功率与电阻成反比,由于R1>R2,所以P1>P2.故选D.]
7.a　3　1[解析:电源总功率PU与电流I成正比,图像是一条倾斜的直线,由图像可知,电源总功率PU随电流I变化的关系图线是a.由图像可知,当电源功率PU=9 W时,电流I=3 A,则电源电压:U=PUI=9 W3 A=3 V;由图像可知,定值电阻R0的功率P0=9 W时,电路电流I=3 A,电阻阻值:R0=P0I2=9 W(3 A)2=1 Ω.]
8.(1)没有关闭白炽灯之外的其他用电器.　(2)白炽灯钨丝受热会升华而变细,在材料、长度不变时,钨丝变细造成电阻变大,根据公式P=UI=U2R可知:在电压不变时,电功率随电阻增大而减小,功率变小,灯泡变暗.[解析:(1)在读数和计算无误,电能表和手表准确并且电压不变时,只有一种可能:没有关闭白炽灯之外的其他用电器;(2)白炽灯长时间使用,灯丝因升华逐渐变细,在材料、长度不变时,导体越细,电阻越大,所以长时间使用后灯丝电阻要增大,由P=U2R可知,电压不变的情况下,电功率随着电阻增大而减小,故长时间使用后灯泡的实际功率低于所标的额定功率.]
　　本节课是电学中最重要的一个学生实验,它涉及的器材多、操作步骤复杂,如果完全放手让学生去操作完成,对学生来说难度不小,所以在课堂上,教师要适时给予适当的引导、启发,对一些关键性的问题给予必要的提示,这样学生的正确率能得到明显提高,实验也能够比较顺利地完成.
很多学生的实验失误主要出现在对电表的使用上,包括电表的连接、量程的选取、数值的读取等,所以练习对电表的使用,仍然是实验成功的关键.
对电路故障的排除,尽量让学生自己去解决,教师只提供可能的位置和方法,让学生学会根据现象排除故障,进一步加深对电路方面通路、短路和断路的体会.
动手动脑学物理(教材第97页)
1.错误之处:(1)滑动变阻器接线错误,都接在下面两个接线柱上了;(2)电流表量程选大了.纠正方法:(1)一上一下连接;(2)电流表量程选择0~0.6 A.电路图如图所示.
2.(1)连接电流表时应选用0~0.6 A这个量程.　(2)如图甲所示.
(3)电路图如图乙所示.[提示:先估算电流I=PU=1.2W3.8V≈0.32 A>0.6 A.]
3.解:由3000 revs/(kW·h)可知,电能表转盘转一转,用电器消耗电能为13000 kW·h.1 min内该用电器所消耗电能为W=15×13000 kW·h=0.005 kW·h=1.8×104 J.该用电器额定功率P额=Wt=1.8×104J60s=300 W.
4.解:由P=U2R,得R=U2P=(220V)21000W=48.4 Ω,P实=U实2R=(220V×80%)248.4Ω=640 W.
5.解法1:都使用60 W的普通照明灯泡每天消耗电能W1=P1t=100P1't=100×60×10-3 kW×4 h=24 kW·h.都改用40 W的日光灯,每天消耗电能W2=P2t=100P2't=100×40×10-3 kW×4 h=16 kW·h.都改用40 W的日光灯,每天节约电能W=W1-W2=24 kW·h-16 kW·h=8 kW·h.一年可节约电能W总=365×8 kW·h=2920 kW·h.所以,该校一年(365天)可节约2920度电.解法2:每盏灯每天节能W'=W1'-W2'=P1't-P2't=(P1'-P2')t=(60×10-3 kW-40×10-3 kW)×4 h=0.08 kW·h.100盏灯一年节能W总=100×365×0.08 kW·h=2920 kW·h.所以,该校一年(365天)可节约2920度电.
　　1.小实验:用电能表测量家用电器的电功率.
电能表铭牌上标的“3000 r/kW·h”的物理意义是,电路中每消耗1度电,电能表的铝盘转动3000转.那么该如何利用电能表测量家用电器的电功率呢?
实验器材:根据公式P=Wt分析可知,除了测电能的电能表,还需要测量时间的秒表.
实验方法:先在电路中只接入一个家用电器,设电能表上标有N r/kW·h,让这个用电器工作一段时间,记下所用的时间t(用小时作单位),并记下电能表所转的圈数n,则用电器的电功率为:P=nNt(单位是千瓦).
2.如果有标识已经模糊不清的灯泡,如何辨别它们额定功率的大小呢?
方法一:看灯丝的外观.导体的电阻与导体的材
料、长度、横截面积有关.导体越长,电阻越大;横截面积越小,电阻越大.所以如果观察灯泡的灯丝,它们有长短粗细之别.灯丝短而粗的,电阻就小,其额定功率就大.反之灯丝长而细的电阻大,其额定功率就小.
方法二:将灯泡串联.把灯泡串联后,由于通过它们的电流相同,根据P=I2R可知,电阻大的,实际功率就大.实际功率越大,灯泡越亮.所以将两灯泡串联后,灯泡越亮的电阻越大,其额定功率越小.灯泡越暗的电阻越小,其额定功率越大.
方法三:将灯泡并联.把灯泡并联后,由于它们的电压都相同,根据P=U2R可知,电阻大的实际功率小,灯泡越暗.所以将灯泡并联后,灯泡越暗的电阻越大,其额定功率越小.灯泡越亮的电阻越小,其额定功率越大.
第4节　焦耳定律
1.知道电流的热效应.
2.理解焦耳定律的内容、公式、单位及其运用.
3.了解电热在生产和生活中的应用.
1.通过探究“电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关”初步培养学生发现、研究、解决问题的能力.
2.知道等效替代法和控制变量法在本节实验中的运用.
1.通过对焦耳生平的介绍培养学生热爱科学,勇于克服困难的信念.
2.通过对所学知识的应用,体会物理知识来源于生活,服务于社会的理念.
【重点】　理解焦耳定律.
　　【难点】　焦耳定律的运用.
【教师准备】　数字温度计、各种电热器(比如电炉、电饭锅、白炽灯、电风扇等)、实物投影仪、多媒体课件等.
【学生准备】　铁架台、学生电源、试管、温度计、导线若干、量筒、煤油、电阻丝(5,10,15欧各一根,课前用电炉丝截取并焊好导线).
导入一:问题导入
师:出示电饭锅、白炽灯、电风扇.这几种电器各有什么功能?
生:煮饭、照明、吹风.
师:这些电器虽然功能不同,有没有共同点?
演示实验:请三位同学上来各拿一个用电器,同时通电实验1分钟,并请他们触摸用电器和电扇的电动机部分.
生:它们工作时都会发热.
师:对!电流通过任何电器或导体,电器和导体都会发热,这种现象叫电流的热效应.
师:在这种现象中能量是怎样转化的?
生:电能转化为内能.
师:它们产生的热量有什么不同?
生:它们产生的热量有多有少.
师:既然电流通过用电器产生的热量不同,同学们会想到什么问题?
生:电流通过导体产生的热量与什么因素有关?
师:你们觉得与什么因素有关?
生:可能与电压、电流、电阻、时间或其他因素有关.
　　[过渡语]　同学们讨论得很热烈!那么猜想对不对呢?让我们用实验来验证!
导入二:情境导入
多媒体展示家庭电路中使用大功率用电器引起火灾的图片和视频.指明:11月9日是我国“消防日”,据有关资料表明,城市火灾中的大部分火灾是因为使用大功率用电器,使电线发热而引起的.家庭电路中使用大功率用电器为什么会引起火灾?
学生观看、思考后回答:这是由于电流的热效应.
　　[过渡语]　电流通过导体都要产生热量,有些设备要利用电流通过导体产生的热量;有些设备在工作时电流通过导体产生的热量是有害的.为了更好地让电热为人类服务,又要减少电热对人类造成的危害,今天我们就来研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关,它们之间存在着什么样的规律.
一、电流的热效应
思路一
1.电流产生的热量跟哪些因素有关
(1)引导学生根据日常生活中的现象进行分析:
电热Q→电流　　I
　　(2)用实验进行研究.学生讨论研究方法:控制变量法.
①当电流I、通电时间t相同时,研究电热Q与电阻R的关系.
②当电阻R、通电时间t相同时,研究电热Q与电流I的关系.
③当电流I、电阻R相同时,研究电热Q与通电时间t的关系.
(3)介绍实验器材:
学生电源一个、开关一个、导线若干、滑动变阻器一个、量热器一个(5欧一个,15欧一个)、温度计两只、打孔的橡胶塞两个、秒表一个.
(4)实验原理:
给量热器内的电阻丝通电,电阻丝通电后放出的热量被量热器内的空气吸收,量热器内的空气吸收热量后温度升高,电流通过电阻丝做功放出的热量越多,量热器内空气的温度升高得越高.用温度计测量量热器内空气温度上升的多少,就可以比较电流通过电阻丝做功放出的热量的多少.
(5)实验设计:
①电路图:通过学生讨论设计出实验电路如图所示.
②实物连接图:
③实验探究:小组同学分工合作进行实验探究,并记录实验数据.
④归纳实验结论:四位同学共同探讨,归纳实验结论.
(6)交流探究结果:请一位同学将本组的实验数据写在黑板上,并阐述本组得到的结论.
(7)
电阻
电流
时间t
温度高低
R大=15欧
电流I1=0.2 A
2 min
R小=5欧
电流I1=0.2 A
2 min
R大=15欧
电流I2=0.4 A
2 min
R大=15欧
电流I1=0.2 A
4 min
　　①研究电热Q跟电阻R的关系:电流I、通电时间t相同,电阻R越大,电热Q越多.
②研究电热Q跟电流I的关系:电阻R、通电时间t相同,电流越大,电热Q越多.
③研究电热Q跟通电时间t的关系:电流I、电阻R相同,通电时间越长,电热Q越多.
【拓展延伸】　电阻式电热器具直接利用电流的热效应.这种电器的核心部分是发热体,是由电阻率大、熔点高的材料制成的.电流通过发热体后产生热,这些热再以热传递方式(传导、对流、辐射)传送到被加热物体.这种加热方式是目前使用最广泛的一种形式.比如电熨斗、电烙铁、电炉子、电饭煲(电饭锅)、电热水器、暖风机、电暖器等.充油式电暖器又称电热油汀,机体内充有高温炼制的导热油,发热量比较大,也是利用了电流的热效应.
思路二
实验原理:电流通过电阻产生的热量与电流、电阻和通电时间都有关,利用控制变量的方法来研究这三者对电热的影响.实验中把电热的多少转换成加热空气受热膨胀的大小(加热物体温度升高的多少).
实验器材:焦耳定律实验探究装置.
1.研究电热与电阻的关系
(1)电路图如图所示.(控制电流和通电时间相同)
(2)实验数据记录表格.
电流I/A
电阻R/Ω
R1
R2
5
10
产生热量(多/少)
　　(3)实验步骤:
①检查两个U形管中液柱的高度是否相平,如果不平,需要进行调整.把两个密闭容器中的电阻丝串联.
②断开开关,根据电路图连接实物,如图所示.检查电路,把滑动变阻器滑片P移到阻值最大处.
③闭合开关,调节滑片P到达合适位置,读出此时电流的大小(如果想要缩短实验时间,电流可适当大一些).
④观察两U形管中液柱高度的变化,把实验数据填入表中.
2.研究电热与电流的关系
(1)电路图如图所示.(控制电阻和通电时间相同).
(2)实验数据记录表格.
电阻R/Ω
R1
R2
电流I/A
产生热量(多/少)
　　(3)实验步骤:
①检查两个U形管中液柱的高度是否相平,如果不平,需要进行调整.把两个密闭容器中的电阻丝串联.
②断开开关,根据电路图连接实物,如图所示.检查电路,把滑动变阻器滑片P移到阻值最大处.
③闭合开关,调节滑片P到达某位置,读出此时电流的大小(要想缩短实验时间,电流可适当大一些),此时电流表的示数等于电阻R1中电流大小,电阻R2中的电流等于电流表读数的一半.
④观察两U形管中液柱高度的变化,把实验数据填入表中.
(4)实验完毕,整理实验器材.
3.分析论证
(1)在研究电热与电阻关系的实验中,两个电阻串联电流相等,电阻大的密闭容器中的U形管中液面高,说明容器内空气受热膨胀较大,温度更高,电流通过电阻产生热量多.即在电流和通电时间相同时,电阻越大,电流通过电阻产生的热量越多.
(2)在研究电热与电流关系的实验中,在电阻R2两端再并联一个相同的电阻,并联分流,所以R2的电流就是干路R1电流的一半.分析实验数据可知,电阻R1所在容器液柱上升得较高,说明R1放出热量较多.在电阻和通电时间相同时,电流越大,电流通过电阻产生的热量越多.
(3)电热与通电时间的关系可以通过实验过程体现出来,对于某一个电阻丝所在的容器,通电时间越长,液柱上升得越高,说明通电时间越长,电流通过电阻产生的热量越多,没有必要再单独通过实验来探究.
(4)通过本次实验可以得出电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关.电流越大、电阻越大、通电时间越长,电流通过电阻产生的热量越多.
【拓展延伸】　红外式电热器是利用红外线的热作用工作的.其加热原理就是在电热元件——电阻发热丝通电后,使电能转化为热能来加热某种红外线辐射物质,使其辐射出红外线来加热物体.红外式电热器具是利用辐射加热方式,具有节约能源、升温迅速、穿透力强、设备简单、没有污染的优点.浴霸的工作原理是通过红外灯泡的热辐射来升高光照区域内的温度.电烤箱也是以远红外辐射来加热食品的.
　　[过渡语]　实验得出的结论只是定性分析,那么这些物理量之间有没有更具体的定量关系呢?
二、焦耳定律
焦耳简介:英国物理学家焦耳在实验条件非常简陋的情况下,重复试验几千次,得出了伟大的焦耳定律,阐明了电热和电流、电阻、时间的定量关系,为人类作出巨大贡献.我们不仅要学习他发现的定律,而且要学习他的刻苦钻研的精神.
1.内容:电流通过导体时产生的热量,跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比.
注意:“电流产生的热量Q与电流的平方I2成正比”的含义是:当I1=2I2时,Q1=4Q2.
2.公式:Q=I2Rt.
3.单位:I-安,R-欧,t-秒,Q-焦.
4.说明:焦耳定律是从实验中总结出来的规律,适用于任何情况下的电热计算.
　一电热水器电阻丝的阻值为50 Ω,正常工作时的电流为4 A,工作10 min放出的热量为多少焦?
解:工作10 min放出的热量是:Q=I2Rt=(4 A)2×50 Ω×10×60 s=4.8×105 J.
【拓展延伸】
1.焦耳定律是从实验中总结出来的规律,它适用于任何情况下的电热的计算.
2.当满足条件,电能全部转化为内能(电热)时,有Q=W.此时:W=UIt,而且U=IR,则Q=W=UIt=I2Rt.
　　[过渡语]　生活和生产中,经常接触“电热”这个词,有时我们要利用电热;有时又不希望电热过多,你知道哪些情况下要利用电热,哪些情况下要防止电热吗?
三、电热的利用和防止
1.展示常见的一些用电器:比如电熨斗、电视机散热孔、取暖器、电饭锅、电脑主板风扇、笔记本散热孔、电动机外壳.给这些用电器进行分类,哪些是利用电热,哪些是防止电热造成危害的.
利用电热的有:电熨斗、取暖器、电饭锅等.
防止电热的有:电视机散热孔、电脑主板风扇、笔记本散热孔等.
2.总结:电热在实际中有利用也有防止的.我们要利用辩证的态度来对待电热.
【拓展延伸】　根据Q=U2Rt可知,额定电压相同,电阻越小,正常工作时单位时间内产生的热量越多.可是按照焦耳定律Q=I2Rt,电阻越大,单位时间内产生的热量越多.二者似乎有矛盾,这是怎么回事?其实这两种情况下变量不同,前者是在电压一定时,电阻越小,电流越大,电热与电流是平方的关系,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,所以不矛盾.
研究电热跟哪些因素有关:
1.猜想:电热Q跟电流I、电阻R和通电时间t有关.
2.研究方法:控制变量法
(1)研究电热Q跟电阻R的关系.
条件:电流I、通电时间t相同.
结论:电阻R越大,电热Q越多.
(2)研究电热Q跟电流I的关系.
条件:电阻R、通电时间t相同.
结论:电流越大,电热越多.
(3)研究电热Q跟通电时间t的关系.
条件:电流I、电阻R相同.
结论:通电时间越长,电热越多.
焦耳定律
1.内容:
2.公式:Q=I2Rt
3.单位:I-安,R-欧,t-秒,Q-焦.
1.如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验,下列分析正确的是 (　　)
A.甲、乙两次实验都应用了控制变量法
B.甲实验通电一段时间后,左侧容器内空气吸收的热量更多
C.乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
D.乙实验通电一段时间后,右侧U形管中液面的高度差比左侧的大
解析:甲、乙两次实验中用到的研究方法是控制变量法和转换法,A正确;甲实验两电阻丝串联,通过电阻丝的电流和通电时间相同,右侧电阻阻值大,由焦耳定律可知,右侧电阻产生热量多,右侧容器内空气吸收的热量多,B错误;乙实验,右侧电阻丝与另一电阻丝并联,左右空气盒中电阻丝阻值和通电时间相同,通过电阻的电流不同,所以研究电流产生的热量与电流的关系,C错误;乙实验,右侧电阻丝与另一电阻丝并联,左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同,由焦耳定律可知,左侧电阻产生热量多,则左侧容器内空气吸收的热量多,气体压强大,即左侧U形管中液面的高度差比右侧的大,D错误.故选A.
2.如图所示电路中,已知R1>R2,闭合开关S后 (　　)
A.电流通过R1,R2产生的热量Q1>Q2
B.通过R1,R2的电流I1>I2
C.R1,R2两端的电压U1>U2
D.R1,R2消耗的电功率P1>P2
解析:由Q=W=U2Rt可知,Q1>Q2,A正确;因为R1>R2,所以I1>I2,B错误;由图可知R1,R2并联,并联电路中各支路两端电压相等,所以U1=U2,C错误;由P=UI可知P1>P2,D错误.故选A.
3.一根阻值为50 Ω的电阻丝,两端加上100 V的电压时,通电1 min所产生的热量为　　　　J,电阻丝消耗的电功率为　　　　W.?
解析:通过电阻丝的电流:I=UR=100 V50 Ω=2 A;通电1 min产生的热量:Q=W=UIt=100 V×2 A×1×60 s=1.2×104 J;电阻丝消耗的电功率:P=UI=100 V×2 A=200 W.
【答案】　1.2×104　200
4.家庭浴室中常用的暖灯型浴霸由四只标有“220 V　750 W”的同规格发热灯组成,当四只灯泡同时正常工作100 s时,发热灯产生的热量是　　　　J,此过程能使浴室内10 kg空气的温度从10 ℃上升到25 ℃,空气的比热容为1.0×103 J/(kg·℃),则浴霸加热浴室内空气的能量转化率是　　　　%.?
解析:四只灯泡同时正常工作时的功率:P=P额×4=750 W×4=3000 W;它们同时正常工作100 s时,产生的热量是:Q=W=Pt=3000 W×100 s=3×105 J.浴室内空气吸收的热量:Q吸=cmΔt=1.0×103 J/(kg·℃)×10 kg×(25 ℃-10 ℃)=1.5×105 J;浴霸加热浴室内空气的能量转化率:η=Q吸Q×100%=1.5×105J3.0×105J×100%=50%.
【答案】　3×105　50
1.电流的热效应与哪些因素有关?
2.焦耳定律
3.电功与电热的关系
4.电热的利用和防止
一、教材作业
【必做题】　
教材第102页动手动脑学物理的1,2,3,4,6题.
【选做题】　
教材第102页动手动脑学物理的5题.
二、课后作业
【基础巩固】
1.如图所示,A,B,C,D是四个装了等温、等量水的相同容器,每个容器内放入同样材料、粗细相同的电阻丝绕成的线圈,各线圈的圈数如图所示,合上开关,经过一段时间水温最高的是 (　　)
A.A　　　　B.B　　　　C.C　　　　D.D
2.为研究通电导体产生热量的多少与电阻的关系,小明找来了如图所示的实验器材,小红问小明“水比较容易获得,干嘛不用水代替煤油”.对于这个问题,小明给出的下列四种答案中合理的是 (　　)
A.因为煤油有颜色便于观察
B.因为煤油有比较大的热值
C.因为煤油有比较小的比热容
D.因为煤油有比较小的密度
3.把两根电阻丝串联接到电源上,发出热量较多的一定是 (　　)
A.通过电流较大的 B.两端电压较大的
C.电阻较小的 D.都有可能
4.热熔胶在室温下为固体,加热变为较强粘性的液体,冷却后将坚固地粘在一起,如图是热熔胶枪的外形,在枪嘴内有电热丝,电热丝的电阻是1000 Ω,当通过的电流是0.2 A时,10 s产生的热量是　　　　J.?
【能力提升】
5.如图甲所示是一种常见的电热水袋,图乙是它的结构示意图,其性能指标如表所示.有关电热水袋,下列说法正确的是 (　　)
额定电压
额定加
热功率
指示灯
功率
袋内充水
自动断
电温度
220 V
500 W
≤0.2 W
1 kg
65 ℃
A.电热水袋的发热效率约为90%
B.指示灯L的电阻比发热体R的电阻大得多
C.若水的初温是15 ℃,加热10 min指示灯就熄灭了,则消耗的电能是2.1×103J
D.为了使用安全,电热水袋使用双重温控开关,也就是把两个温控开关并联起来使用
6.用“220 V　800 W”的电热壶烧水,若不考虑能量损失,当把它接入110 V的电源上时,在32分钟内可将一壶水烧开,若将该壶接在220 V电源上时,烧开同样一壶水所用时间为 (　　)
A.12分钟 B.16分钟
C.24分钟 D.8分钟
7.如图,小华家电能表的示数是　　　　度,他只让某电水壶工作,发现在10分钟内电能表盘转过了600转,则该电水壶的实际功率为　　　　W.不计能量损失,如果该电水壶正在给2 L水加热,水温升高40 ℃时,加热时间为　　　　s.?
【拓展探究】
8.小聪和小明在家中做了一次实验:第1步,把家庭电路里其他用电器关掉,只让一只100 W的灯泡发光,过一会儿去摸一摸总闸刀外面的绝缘壳,外壳不热;第2步,关掉电灯,单独将一只1500 W的电炉插入灯座,过一会儿再去摸一下总闸刀外壳,发现外壳微热;第3步,使家中的电炉(1500 W)、空调(1500 W)、电饭锅(800 W)、电热水器(1500 W)同时工作,过一会儿再去摸一下总闸刀外壳,发现外壳很热,线路发热.请问:
(1)总闸刀外壳很热的原因是什么?
(2)为了安全,应进行“线路改造”,“线路改造”的对象是什么?
【答案与解析】
1.D[解析:因为线圈的材料、粗细都相同,长度越大,电阻越大,所以D容器中的线圈电阻最大;由公式Q=I2Rt可知,在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多,水温升高得越多.故选D.]
2.C[解析:根据热量公式:Q=cmΔt,因为煤油的比热容比水的比热容小,相同质量的煤油和水比较,吸收相同的热量,煤油温度升高得多,用煤油做实验效果更明显.故选C.]
3.B[解析:串联电路电流处处相等,通过两电阻丝的电流相等,A错误;发出热量多的说明发热功率大,根据P=UI可知,电流相等时,电压大的功率大,B正确;根据焦耳定律Q=I2Rt可知,在电流相等情况下,电阻越大产生的热量越多,C,D错误.故选B.]
4.400[解析:电热丝工作过程中,10 s产生的热量:Q=I2Rt=(0.2 A)2×1000 Ω×10 s=400 J.]
5.B[解析:温度从15 ℃升高到65 ℃,此过程中水吸收的热量:Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1 kg×(65 ℃-15 ℃)=2.1×105 J,电热水袋消耗的电能:W=Pt=500 W×10×60 s=3×105 J;该电热水袋的发热效率:η=QW×100%=2.1×105J3×105J×100%=70%,A,C错误;由电路图可知,指示灯和发热体并联,两端电压相等,由表格数据可知,指示灯功率远小于额定加热功率,由R=U2P可知,指示灯L的电阻比发热体R的电阻大得多,B正确;因为电热水袋使用双重温控开关,也就是说只有这两个开关都闭合时,电热袋才工作,因此这两个开关是串联的,D错误.故选B.]
6.D[解析:设电热壶的电阻为R,因为烧开同样一壶水消耗的电能相等,则W1=W2,U12Rt1=U22Rt2,解之得:t2=8 min.故选D.]
7.1362.5　1.2×103　280[解析:电能表示数W=1362.5 kW·h.电能表转盘转动600 r,电路消耗的电能为:W'=600 r3000 r kW·h=0.2 kW·h=7.2×105 J,电水壶消耗的实际功率:P=W't=
0.2 kW·h1060h=1.2 kW=1200 W.水的质量:m=ρV=1.0×103 kg/m3×2×10-3m3=2 kg;因为W=Q,所以由W=Pt和Q=cmΔt可得,Pt=cmΔt,即1200 W×t=4.2×103J/(kg·℃)×2 kg×40 ℃,解得t=280 s.]
8.(1)总闸刀串联接在干路中,各用电器工作时,通过闸刀的电流等于各用电器的电流之和,由于通过闸刀的电流I较大,由Q=I2Rt可知,在相等时间内,闸刀电阻产生的热量较多,从而使闸刀外壳很热;　(2)“线路改造”的对象是输电线,换用电阻小的输电线,可以减小电能损失,使导线温度不太高.[解析:总闸刀串联在电路中,用电器工作时,通过闸刀的电流等于各用电器电流之和,由焦耳定律可知,电流通过导体产生的热量跟电流的平方、导体电阻大小和通电时间成正比,换用电阻较小的输电线,可以减小导线产生的热量,据此分析解题即可.]
　　通过展示各种电热器,让学生们感受到知识源于生活,培养他们在生活中从看到的现象中学会思考,从中提炼出电流通过用电器会产生热——电流的热效应.观察电热器,提出疑问,导线和电热器是串联的关系,通过的电流相同,为什么导线不发热?让学生猜想电流产生热与哪些因素有关,在此过程中,帮助他们排除不必要因素,感受焦耳在最初研究问题时的艰辛,鼓励让学生根据要探究的因素,结合以前学过的知识,学习焦耳合理设计实验.通过多媒体演示辅助完成实验,最终得出实验结论.
教材中设计了演示实验,但是实验装置比较复杂,而且演示实验不能使每一位学生都参与,教学效果并不理想,可以把这个实验用课件在大屏幕上展示,由学生自己模拟动手,学生很快就能自己得出“电流的热效应与导体电流、电阻、通电时间有关”的实验结论.还可以利用生活视频和Flash将需要很多环境和时间的知识与探究过程在短短一节课内让学生如同亲临,极大地提高了学生的认知范围.在这个过程中不仅教给学生知识,而且教给学生学习知识的方法,提高了课堂教学的效率.
动手动脑学物理(教材第102页)
1.解:Q=I2Rt=(2 A)2×2 Ω×60 s=480 J.
2.解:Q=W=Pt=450 W×60 s=27000 J.
3.解:P额定=U额定2R=(220V)21210Ω=40 W,Q=W=P额定t=40 W×10×60 s=24000 J.
4.解:P=Wt=Qt=6.6×104 J60s=1.1×103 W,R=PI2=1.1×103W(5A)2=44 Ω.
5.提示:电暖气、电烙铁、电热毯等都利用了电流的热效应;防止电热的方法多种多样,例如电动机利用翼状散热片增大散热面积,电冰箱在放置时后背要与墙壁保持一定距离使热量通过空气散失.
6.导线相互连接的位置接触电阻比较大,因而电能转化为热的功率也较大,造成此处比别处更容易发热,加速老化,甚至引起火灾.
　　1.电功与电热的联系与区别:
纯电阻电路中W=Q;非纯电阻电路中W>Q.
电热公式:Q=I2Rt;其他形式的能:E=W-Q.
2.本节实验用到的两种实验方法:
(1)等量替换法:因为热量很难直接测量,所以在研究电流产生的热量时,让空气来吸收电流放出的热,空气吸收的热等于电流产生的热量,空气吸收的热可以通过密封空气的膨胀情况显示出来.这就是等量替换法,即让一个容易测量的量去等量替换很难测量的量.
(2)控制变量法:在研究电流通过导体产生的热量实验中,为了研究热量与电阻的正比关系,采用电阻R1,R2串联,让电流和时间相同.为了研究热量与电流的关系,采用电阻R2,R3并联再与R1串联,让电阻和时间相同.为了研究热量与时间的关系,可比较同一个电阻(电流与电阻相同)的情况.这就是控制变量法,即在研究某物理量与它的某个影响因素的关系时,必须让其他影响因素相同或不变.
1.通过复习知道电能的单位以及它们之间的换算关系;知道用电能表可以测量电能,了解电能表几个重要参数的含义,会读电能表的读数.
2.通过复习知道电功率的意义,电功率的单位以及电能单位千瓦时的来历.
3.通过复习理解电功率和电流、电压之间的关系,并能进行简单计算.
4.通过复习会测算小灯泡的电功率,进一步熟悉电压表、电流表的使用方法.
5.通过复习知道电流具有热效应、理解焦耳定律,知道电热的利用和防止.
6.熟悉中考考点在这部分知识的考查题型、考查形式.
1.通过探究电流通过导体产生热量的相关因素,熟悉转化法和控制变量法.
2.通过测量电功率探究实验,学习间接测量法.
3.通过典型例题分析,提高灵活运用知识能力,规范熟练物理解题过程,提高分析解决问题的能力.
4.通过复习和归纳,学会梳理知识的方法.
1.通过计算家庭电费,有节约用电的意识.
2.通过对电热的利用和防止的学习,学会辩证地看待问题.
3.通过实验探究用电器正常工作和不正常工作时的情况,培养学生使用用电器的安全意识.
4.通过对本章知识的系统复习,将所学知识应用到实践中去,培养学生热爱科学的品质.
【重点】
1.用电能表测量电功
2.电功率的计算
3.实验探究小灯泡的电功率
4.理解焦耳定律
【难点】
1.理解电功率的定义
2.区分额定功率和实际功率
专题一　电能电功
项目
内容
电能
电能的转化:其他形式的能→电能→其他形式的能
电能
的计
量　
国际单位:焦耳(J)
常用单位:千瓦时(kW·h)
换算关系:1 kW·h=3.6×106 J
电能表
作用:测量用电器在一段时间内消耗的电能
读数:前后两次读数之差
参数意义:“220 V”是指该电能表要接在220 V的电路中使用;“10(20)A”中“10 A”表示这个电能表的标定电流,“20 A”是额定最大电流;600 revs/(kW·h)表示每消耗1 kW·h的电能,转盘转600转.
　　【专题分析】
在本专题中,电能表参数的意义、电能表的读数方法、结合电能表读数计算消耗电能、电费等是中考常考内容.其中电能表参数的意义、结合电能表读数计算是这个专题的难点.题型主要有选择题、填空题、计算题.
　如图所示是某家庭用的电能表及某月月初、月末的两次读数,则该月这个家庭所消耗的电能为　　　　kW·h.若电能表在10 min内转了300转,则接在该电能表上的用电器消耗的电能为　　　　kW·h,则该用电器的电功率为　　　　W.?
解析:本月消耗的电能:W=1469.5 kW·h-1387.5 kW·h=82 kW·h.电能表的转盘转300转消耗的电能为:W=300 r3000 r/(kW·h)=0.1 kW·h,用电器的功率:P=Wt=0.1 kW·h1060h=0.6 kW=600 W.
【答案】　82　0.1　600
[规律方法]　电能表最后一位示数是小数位,读出月初与月末电能表的示数,月末与月初电能表示数之差就是本月消耗的电能.3000 r/(kW·h)表示每消耗1 kW·h的电能,电能表的转盘转3000转,据此求出10 min内消耗的电能,再根据P=Wt求出该电能表上用电器的总功率.
专题二　电功率
电功率
意义
是表示消耗电能快慢的物理量.
定义
等于电功与时间之比.
单位
瓦(W)、千瓦(kW);1 kW=1000 W
计算
P=Wt;P=UI
额定功率
用电器在额定电压下正常工作时的功率
实际功率
用电器在实际电压下工作时的功率
电功率与电
压的关系
U实>U额,P实>P额;
U实=U额,P实=P额;
U实>U额,P实>P额.
　　【专题分析】
在本专题中,电功率的计算公式、变形公式以及推导公式的应用是中考常考内容.其中电功率与欧姆定律、力学等知识的综合计算是这个专题的难点.题型主要有选择题、填空题、计算题.
　把标有“2 V　0.4 W”字样的小灯泡和标有“20 Ω　1 A”字样的滑动变阻器连接在如图所示的电路中,已知电源电压为3 V,电流表的量程为“0~0.6 A”,那么滑动变阻器接入电路的最小阻值是　　　　Ω.(灯丝电阻不变)?
解析:小灯泡灯丝电阻:RL=U额2P额=(2 V)20.4 W=10 Ω,由P=UI可得灯正常工作电流:I=P额U额=0.4 W2 V=0.2 A,则电路中最大电流I最大=0.2 A,此时滑动变阻器连入的最小电阻为R最小,则I最大=URL+R最小=3 V10 Ω+R最小=0.2 A,解得R最小=5 Ω.
【答案】　5
专题三　测量小灯泡的电功率
测量小灯泡的电功率
原理
P=UI
器材