焦耳定律教案.docx

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焦耳定律教案

焦耳定律教案

焦耳定律教案1

　　教学目标

　　知识目标

　　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、

　　能力目标

　　知道科学研究方法常用的方法等效替代法和控制变量法在本节实验中的运用方法、

　　情感目标

　　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、

　　教学建议

　　教材分析

　　教材从实验出发定性研究了电热与电流、电阻和时间的关系，这样做的好处是体现物理研究问题的方法，在实验过程中学生能更好地体会的一些科学研究的方法，避免了一开始就从理论上推导给学生造成理解的困难和对纯电阻电路的理解的困难、在实验基础上再去推导学生更信服、同时启发学生从实验和理论两方面学习物理知识、

　　做好实验是本节课的关键、

　　教法建议

　　本节课题主题突出，就是研究电热问题、可以从电流通过导体产生热量入手，可以举例也可以让学生通过实验亲身体验、然后进入定性实验、

　　对焦耳定律内容的讲解应注意学生对电流平方成正比不易理解，可以通过一些简单的数据帮助他们理解、推导中应注意条件的交代、定律内容清楚后，反过来解决课本中在课前的问题、

　　教学设计方案

　　提问：

（1）灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡，有什么感觉？

为什么？

（2）电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机部分有什么感觉？

为什么？

　　学生回答：

发烫、是电流的热效应、

　　引入新课

（1）演示实验：

　　1、介绍如图9—7的实验装置，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各装一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大，串联起来，通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高，体积膨胀，煤油在玻璃管里会上升，电流产生的热量越多，煤油上升得越高、观察煤油在玻璃管里上升的情况，就可以比较电流产生的热量、

　　2、三种情况：

　　第一次实验：

两个电阻串联它们的电流相等，加热的时间相同，甲瓶相对乙瓶中的电阻较大，甲瓶中的煤油上升得高、表明：

电阻越大，电流产生的热量越多、

　　第二次实验：

在两玻璃管中的液柱降回来的高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做实验，让通电的时间与前次相同，两次实验比较甲瓶前后两次煤油上升的高度，第二交煤油上升的高，表明：

电流越大，电流产生的热量越多、

　　第三次实验：

如果加长通电的时间，瓶中煤油上升越高，表明：

通电时间越长，电流产生的热量越多、

（2）焦耳定律

　　英国物理学家焦耳做了大量的实验于1840年最先精确地确定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，这个规律叫做焦耳定律、

　　焦耳定律可以用下面的公式

　　表示：

Q=I2Rt

　　公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆（Ω），通过的时间t的单位要用秒（s）这样，热量Q的单位就是焦耳（J）、

　　例题一根60Ω的电阻丝接在36V的电流上，在5min内共产生多少热量、

　　解：

I=U/R=36V/60Ω=0、6A

　　Q＝I2Rt＝（0、6A）2×60Ω×300s＝6480J

　　在一定的条件下，根据电功公式和欧姆定律公式推导出焦耳定律公式如果电流通过导体时，其电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，也就是电流所作的功全部用来产生热量、那么，电流产生的热量Q就等于电流做的功W，即Q=W、W=UIt，根据欧姆定律U=IR推导出焦耳定律Q=I2Rt，

　　（3）总结

　　在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多、

　　在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多，进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成正比、

　　在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多、

　　探究活动

　　【课题】“焦耳定律”的演示

　　【组织形式】学生分组或教师演示

　　【活动方式】

　　1、提出问题

　　2、实验观察

　　3、讨论分析

　　【实验方案示例】

　　1、实验器材：

干电池四节，玻璃棒，若干电阻丝，蜡烛，火柴棒、

　　2、制作方法

　　把同一根电阻丝分别绕在玻璃棒的两端，绕线匝数比例为1∶8，两线圈相距5ｃｍ左右，然后在这两个线圈上滴上同样多的蜡，使线圈被蜡均匀地包住、点着火柴立即吹灭，靠其余热将两根火柴杆粘在两个线圈上，如图1所示、

　　图1

　　3、实验步骤

（1）用两节干电池给玻璃棒上的电阻丝通电，可看到匝数多的线圈（电阻大）上的火柴杆比匝数少的线圈（电阻小）上的火柴杆先掉、这就表明：

在电流强度和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量就越多、

（2）经过较长时间后，匝数少的线圈（电阻小）上的火柴杆也会掉下来、这就说明：

通电时间越长，电流产生的热量越多、

　　（3）用四节电池（增大电源电压）重做上述实验，可看到两根火柴杆都先后很快掉下来、在线圈的温度不太高时，可认为总电阻不变，电压增大时，通过它们的电流增大、这就表明：

电流越大，电流产生的热量越多、

焦耳定律教案2

　　1.教学目标

　　1.知道电流的热效应。

　　2.知道焦耳定律。

　　3.知道利用和防止电热的场合和方法。

　　2.教学重点/难点

　　通过实验探究电流热效应跟哪些因素有关。

　　3.教学用具

　　4.标签

　　教学过程

　　一、引入新课

　　播放视频：

电炉烧水电热取暖器电熨斗

　　［师］这些用电器工作时有一个什么共同特点？

　　［生］都要消耗电能。

　　［生］都会产生热。

　　［师］同学们根据自己的生活经验，一定能举出许多电流通过导体时，导体会发热的例子

　　这种现象这叫电流的热效应.

　　板书：

电流的热效应

　　［师］在前面课程小灯泡的发光实验中，同学们曾有意地去触摸过小灯泡，感觉小灯泡（同学们一起说）热.有没有同学触摸过导线，如小灯泡连接的导线热不热.［生］我摸过，没感觉到热.

　　［生］我也在家里摸过做饭的电饭锅，饭都熟了，导线也没感觉到热.

　　［师］同学们有没有考虑过这样的问题：

导线和用电器中流过的电流相同吗？

　　［生］相同.

　　［师］导线和用电器中流过了相同的电流，用电器发热而导线却几乎不发热，这是为什么？

今天同学们就来一起探讨电流经过用电器时产生的热量与什么有关.

　　二、进行新课

　　电流的热效应

　　［想想做做］方法一：

　　［师］刚才我们已经知道了，电流的热效应与电阻的关系了，那跟电流有什么关系呢？

同学们能否设计出实验来验证呢？

　　［生］讨论后得到实验方案

　　［强调］控制变量的重要。

　　［演示］P49演示实验

　　［师］这个实验又说明了什么问题呢？

　　［生］在通电时间一定、电阻相同的情况下，通过电流越大，导体产生的热量越多。

［师］同学们再来思考一下，电流的热效应还跟什么因素有关？

　　［生］时间，比如电视机通电越久，机身就越热。

　　［师］刚才我们从第一个实验也可以看到，铜丝或镍铬合金通电时间越久，煤油的温度升高得越多，说明产生的热量也越多。

　　焦耳定律

　　［师］从刚才的几个实验我们知道了电流通过导体时产生热的多少跟导体的电阻、电流和通电时间都有关系。

其实早在1840年英国物理学家焦耳就精确地确定了它们的关系，得到了焦耳定律。

　　（学生阅读焦耳定律的内容）

　　板书：

Q=I2Rt

　　Q——热量——焦耳（J）.

　　I——电流——安培（A）

　　R——电阻——欧姆（Ω）

　　t——时间——秒（s）

　　引导学生利用电功率的表达式P=IU和欧姆定律推导出焦耳定律。

　　［强调］在说到两个物理量“成正比”“成反比”的时候，一定要注意条件：

关系式中其他物理量的大小不变.

　　［投影］

　　例题：

某导体的电阻是2Ω，通过2A的电流时，在1min内产生多少热量？

　　（教师引导学生分析、演算、要求一名学生板演）

　　解：

由题知：

R=2ΩI=2At=1min=60s

　　Q=I2Rt=（2A）2×2Ω×60s=480J

　　（同学们在演算过程中，教师要提醒大家注意：

代入计算的时候，要将电流的单位“A”一起平方，同时要注意单位的统一。

）

　　［师］我们通过实验、观察、利用公式推导得出了电流热效应跟什么因素有滚.同学们现在能不能回答本节开始时的问题？

　　［生］导线和用电器（电炉或电饭锅或电灯）中通过的电流相同，但是导线的电阻较小，而那些电器的电阻较大，所以，那些电器发热，而导线几乎感觉不到热.

　　［师］生活中有些电热我们要利用，有些电热我们是要防止的.

　　三．电热的利用和防止

　　［师］关于电热的利用，同学们已经了解了许多，比如…

　　［生］电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉、电炉…

　　［师］同学们举出的都是利用电来加热的设备，都是常见的电热器.

　　出示电炉（可用投影仪投影放大）

　　［师］电热器的主要部分是发热体.同学们观察电炉由什么组成？

　　［生］主要是炉丝即电阻丝.

　　［生］还必须有炉盘，电炉盘是绝缘材料做成的.

　　［师］从实际考虑，电炉丝应该有什么要求？

　　［生］电炉就是要靠电炉丝发热的，所以炉丝的电阻应该很大.

　　［生］炉丝还应有较高的熔点，这样它在发热时才不容易烧断.

　　［师］同学们以电炉为例说明发热体是什么做的？

　　［生］发热体是由电阻（率）大，熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上做成的.

　　（播放视频：

电熨斗开壳看电热体或出示“热得快”、电饭锅等电热器，并能将电饭锅、电熨斗的发热板取出让学生观察，向学生说明，其他的电热器也都需要用电阻大、熔点高的金属导体作为发热体）

　　［师］我们了解了电热器，大家能不能说说使用电热有什么好处？

　　［生］电热清洁卫生，没有环境污染.

　　［生］热效率高，使用方便.

　　［生］能方便地调节，如控制温度，操作简单.

　　［生］…

　　［师］同学们知道了利用电热的好处.但有些时候，有些地方的电热我们是不需要的，还要设法防止.有关的内容，大家了解的有哪些呢？

　　［生］电机使用过程中会发热，如果连续使用时间过长，还会烧坏电机.

　　［生］有些导体上的绝缘材料会因温度过高，使绝缘材料迅速老化，甚至烧坏.［生］电视机开的时间长了会发热.电视机后盖上有许多孔，就是为了能通风散热.［生］电脑中还装有风扇，也是为了散热，减少电热的危害.

　　［生］老师用的投影仪上也装有小风扇，也是为了快点散热.

　　［生］农村抽水、磨面用的电动机连续工作一段时间后要休息一会，等凉了再用，是为了防止电热可能造成的危害.

　　播放视频：

电动机散热窗或录音机散热窗，加深学生印象。

　　［师］同学们对电热的危害及防止了解的还真不少.老师这儿有一份电器的说明书，请大家仔细阅读，并分析说明其中的道理.

　　［投影］

　　教师引导学生着重注意以下内容：

将电器置于通风良好处；勿使电器淋雨或受潮，长期不用的电器隔一段时间应该通电一次.

　　［生］电器工作时，置于通风良好的地方，是为了能使电器更好地散热、防止电热产生的危害.

　　［生］电器淋雨或潮湿会降低绝缘性能，使电路工作失常，影响用电器的使用.长期不用的电器隔一段时间要通电，是为了利用电热来驱潮，是电热的利用.

　　［师］同学们分析得很好，大家一起来小结本节内容.

焦耳定律教案3

　　一、教材分析

　　焦耳定律是重要的物理定律，它是能量守恒定律在电能和热能转换中的体现，本节在电学中是重要的概念之一。

　　二、教学目标

（一）知识与技能

　　1、理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。

　　2、理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。

　　3、知道电功率和热功率的区别和联系。

（二）过程与方法

　　通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养学生的分析、推理能力。

　　（三）情感、态度与价值观

　　通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步渗透辩证唯物主义观点的教育。

　　三、教学重点难点

　　【教学重点】电功、电功率的概念、公式;焦耳定律、电热功率的概念、公式。

　　【教学难点】电功率和热功率的区别和联系。

　　四、学情分析

　　学生学好这节知识是非常必要的，A.重点：

理解电功和电功率和焦耳定律。

B.难点：

帮助学生认识电流做功和电流通过导体产生热量之间的区别和联系是本节的教学难点，防止学生乱套用公式。

C.关键：

本节的教学关键是做好通电导体放出的热量与哪些因素有关的实验。

在得出了焦耳定律以后介绍焦耳定律公式及其在生活、生产上的应用

　　五、教学方法

　　等效法、类比法、比较法、实验法

　　六、课前准备

　　灯泡（36V，18W）、电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键、导线若干、投影仪、投影片、玩具小电机

　　七、课时安排

　　八、教学过程

（一）预习检查、总结疑惑

（二）情景引入、展示目标

　　教师：

用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。

　　学生：

（1）电灯把电能转化成内能和光能;

（2）电炉把电能转化成内能;

　　（3）电动机把电能转化成机械能;

　　（4）电解槽把电能转化成化学能。

　　教师：

用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。

电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢?

本节课我们学习关于电功和电功率的知识。

　　（三）合作探究、精讲点播

　　1、电功和电功率

　　教师：

请同学们思考下列问题

（1）电场力的功的定义式是什么?

（2）电流的定义式是什么?

　　学生：

（1）电场力的功的定义式W=qU

（2）电流的定义式I=

　　教师：

投影教材图2.5-1（如图所示）

　　如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?

　　学生：

在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。

　　教师：

这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。

在这个过程中，电场力做了多少功?

　　学生：

在这一过程中，电场力做的功W=qU=IUt

　　教师：

在这段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称电功。

　　电功：

（1）定义：

在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功.

（2）定义式：

W=UIT

　　教师：

电功的定义式用语言如何表述?

　　学生：

电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U，电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。

　　教师：

请同学们说出电功的单位有哪些?

　　学生：

（1）在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J.

（2）电功的常用单位有：

千瓦时，俗称度，符号是kWh.

　　教师：

1kWh的物理意义是什么?

1kWh等于多少焦?

　　学生：

1kWh表示功率为1kW的用电器正常工作1h所消耗的电能。

　　1kWh=1000W3600s=3.6106J

　　说明：

使用电功的定义式计算时，要注意电压U的单位用V，电流I的单位用A，通电时间t的单位用s，求出的电功W的单位就是J。

　　教师：

在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。

例如，在相同时间里，

　　电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。

电流做功不仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念。

（1）定义：

单位时间内电流所做的功叫做电功率。

用P表示电功率。

（2）定义式：

P==IU

　　（3）单位：

瓦（W）、千瓦（kW）

　　[说明]电流做功的快慢与电流做功的多少不同。

电流做功快，但做功不一定多;电流做功慢，但做功不一定少。

　　教师：

在力学中我们讲功率时有平均功率和瞬时功率之分，电功率有无平均功率和瞬时功率之分呢?

　　学生分组讨论。

　　师生共同总结：

（1）利用P=计算出的功率是时间t内的平均功率。

（2）利用P=IU计算时，若U是某一时刻的电压，I是这一时刻的电流，则P=IU就是该时刻的瞬时功率。

　　教师：

为什么课本没提这一点呢?

　　学生讨论，教师启发、引导：

　　这一章我们研究的是恒定电流，用电器的构造一定，通过的电流为恒定电流，则用电器两端的电压必是定值，所以U和I的乘积P不随时间变化，也就是说瞬时功率与平均功率总是相等的，故没有必要分什么平均功率和瞬时功率了。

　　[说明]利用电功率的公式P=IU计算时，电压U的单位用V，电流I的单位用A，电功率P的单位就是W。

　　2、焦耳定律

　　教师：

电流做功，消耗的是电能。

电能转化为什么形式的能与电路中的电学元件有关。

在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热。

　　设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。

　　学生：

求解产生的热量Q。

　　解：

据欧姆定律加在电阻元件两端的电压U=IR

　　在时间t内电场力对电阻元件所做的功为W=IUt=I2Rt

　　由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q。

　　产生的热量为

　　Q=I2Rt

　　教师指出：

这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律，同学们在初中已经学过了。

　　学生活动：

总结热功率的定义、定义式及单位。

　　热功率：

（1）定义：

单位时间内发热的功率叫做热功率。

（2）定义式：

P热==I2R

　　（3）单位：

瓦（W）

　　[演示实验]研究电功率与热功率的区别和联系。

　　（投影）实验电路图和实验内容：

　　取一个玩具小电机，其内阻R=1.0，把它接在如图所示的电路中。

（1）先夹住电动机轴，闭合电键，电机不转。

调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为0.50V，记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。

（2）再松开夹子，使小电机转动，调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为2.0V（此电压为小电机的额定电压），记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。

　　[实验结果]

（1）电机不转时，U=0.50V，I=0.50A，

　　P电=UI=0.500.50W=0.25W

　　P热=I2R=0.5021.0W=0.25W

　　P电=P热

（2）电机转动时，U=2.0V，I=0.40A，

　　P电=UI=2.00.40W=0.80W

　　P热=I2R=0.4021.0W=0.16W

　　P电P热

　　学生：

分组讨论上述实验结果，总结电功率与热功率的区别和联系。

　　师生共同活动：

总结：

（1）电功率与热功率的区别

　　电功率是指输入某段电路的全部功率或在这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压U和通过的电流I的乘积。

　　热功率是在某段电路上因发热而消耗的功率，决定于通过这段电路的电流的平方I2和电阻R的乘积。

（2）电功率与热功率的联系

　　若在电路中只有电阻元件时，电功率与热功率数值相等。

即P热=P电

　　教师指出：

上述实验中，电机不转时，小电机就相当于纯电阻。

　　若电路中有电动机或电解槽时，电路消耗的电功率绝大部分转化为机械能或化学能，只有一少部分转化为内能，这时电功率大于热功率，即P电P热。

　　教师指出：

上述实验中，电机转动时，电机消耗的电功率，其中有一部分转化为机械能，有一部分转化为内能，故P电P热。

　　教师活动：

让学生概括总结本节的内容。

请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

　　学生活动：

认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

　　（四）反思总结、当堂检测

　　（五）发导学案、布置作业

　　课后作业：

P57问题与练习2、3、4、5

　　九、板书设计

　　1、电功和电功率

（1）定义：

在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功.

（2）定义式：

W=UIT

　　2、焦耳定律

（1）定义：

单位时间内发热的功率叫做热功率。

（2）定义式：

P热==I2R

　　（3）单位：

瓦（W）

　　十、教学反思

　　教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

　　（四）实例探究

　　☆求两点间的电势差

　　【例1】不考虑温度对电阻的影响，对一个220V，40W的灯泡，下列说法正确的是

　　A.接在110V的电路上时的功率为20W

　　B.接在110V的电路上时的功率为10W

　　C.接在440V的电路上时的功率为160W

　　D.接在220V的电路上时的功率为40W

　　解析：

正确选项为BD。

　　（法一）由得灯泡的电阻=1210

　　电压为110V时，W=10W

　　电压为440V时，超过灯炮的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P=0.

　　（法二）由。

可知R一定时，PU2，

　　当U=110V=，P=P额/4=10W

　　说明：

灯泡是我们常用的用电器，解题时一般不考虑温度对其电阻的影响。

用电器的标称值，指其额定值，即用电器在正常工作时的电压、功率以及电流值，由P额=U额I额可知，P、U、I有同时达到、同时超过、同时不满足的特点。

　　【例2】一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，电流为0.3A。

松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作。

求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少?

电动机的机械功率是多少?

　　解析：

电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：

　　电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为

　　P入=I1U1=0.82W=1.6W

　　电动机的机械功率

　　P机=P入-I12r=1.6-0.821W=0.96W

　　说明：

在非纯电阻电路里，要注意区别电功和电热，注意应用能量守恒定律。

①电热Q=I2Rt。

②电动机消耗的电能也就是电流的功W=Iut。

③由能量守恒得W=Q+E，E为其他形式的能，这里是机械能;④对电动机来说，输入的功率P入=IU;发热的功率P热=I2R;输出的功率，即机械功率P机=P入-P热=UI-I2R。

　　【例3】潮汐发电是利用涨落潮的水位差来工作的，潮差越大，海水流量越大，发电功率也越大。

我国潮汐能的可供开发的总装机量为3.6107kW。

1980年8月，在浙江江厦建成第一座潮汐电站，装机量为3103kW，平均年发电量为1.7107kWh，其规模居世界第二位。

（1）试根据上文中给出的数据，计算我国建造的江厦潮汐电站平均每天满负荷工作几

　　小时?

（2）设江厦潮汐电站涨潮和落潮时的平均潮差为6m，计算每次涨潮时流量是多大?

（设潮汐电站的总能量转换效率为50%）

　　解析：

（1）江厦潮汐电站功率为3103kW，年发电量为1.07107kWh，由公式W=Pt可算出每天满负荷工作的时间为

　　s=9.8h

（2）由文中给出数据及每天涨、落潮的次数可知，平均每次的发电量为

　　J

　　因为

　　所以每次涨潮的平均流量为

　　m3/次

　　说明：

本题涉及到潮汐这种自然现象，涨潮和落潮时均有水流的机械能转化为电能。

　　【例4】如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r=0.6，R=10，U=160V，电压表的读数为110V