第十五章 电功和电热 电能表与电功.docx
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第十五章电功和电热电能表与电功
第十五章电功和电热
一、电能表与电功
教学目标
1、知识与技能
认识电能表是测量电能大小的仪器，知道电能的常用单位。
知道电功的大小跟哪些因素有关，知道电功的单位，知道生活中电功的单位“度”与“焦耳”之间的关系。
2、过程与方法
能用电能表是测量电能大小，会计算电费。
能根据电功的公式计算电流所做的功。
3、情感、态度与价值观
初步认识电能的转化以及电能对社会、生活的影响，具有节能的意识。
教学资源分析
学生对电力较为熟悉，对电能的利用和转化也有一定的了解，所以用课文的导图引入新课比较自然。
对于家用电能表的教学，可以利用学生在家里的感性认识，要求学生会读电能表，会算电费。
由于供电设备的更新，教学中可以对新型电能表作一些介绍。
在探究电功的大小跟哪些因素有关时，要根据前面学生学过的串联和并联电路中电流和电压的特点，按课文要求做好灯泡串联和并联的分组实验来研究电功跟电流、电压的关系。
教学策略分析
1、将物理知识来源于生活并服务于生活的宗旨作为本节教学的基本思路。
2、学以致用，认识电能表—使用电能表—计算家庭电费。
3、在探究实验中采用控制变量法研究电功的大小跟哪些因素有关，先定性研究后定量计算。
教学重、难点
重点：
电能表的使用和电功（电能）的计算
难点：
探究影响电流做功的因素
课前准备
电能表的实物与图片，投影仪
分组器材：
灯泡（不同规格）、直流电源、开关、导线、电流表、电压表
课时建议1课时
教学过程设计
引入新课
本章导图：
（如图15-1所示）
学生一分钟演讲：
“我所认识的家用电能表”
新课教学
（一）电能表
演示实验：
单相电能表
投影说明电能表各项技术指标的意义：
1、电压值220V表示额定电压。
2、电流规格”表示额定电流。
指标括号中的数字表示允许在短时间内通过电流表的最大电流。
“每千瓦时转数”表示用1度电电能表水平转盘转动的圈数。
3、电能表的示数有四位整数和一位小数组成。
4、电能的计量单位为千瓦时，俗称度符号为kw·h
5、换算关系：
1kw·h=3.6╳106J
图15-2
例题1
小明家1月底与2月底电能表的示数如图15-2所示
（1）计算2月份共用了多少电能？
（2）如果1kw·h的电费为0.52元，他家应付多少电费？
解：
2月份共用电106.6kw·h，
供电部门一般按度的整数收费
故他家应付电费为107kw·h╳0.52元/（kw·h）=55.64元
（二）电功
阐述：
电流所做的功叫电功，电流所做功的过程是电能转变为其它能的过程，例如电流通过灯泡，电流做功使电能转变为内能和光能。
提出问题：
电流做功的大小跟哪些因素有关呢？
猜想：
电流做功的大小可能跟哪些因素有关？
探究实验：
探究影响电功大小的因素
实验器材：
每组灯泡二只（不同规格）、直流电源、开关、导线、电流表和电压表各二只
实验1：
探究电功与电压的关系
电路图
根据控制变量法，应保持电路中电流一定，故采用串联电路。
实验与结果
1、按照电路图15-3连接电路
2、接通电源开关，观察二只灯泡的亮度和二只电压表的示数
3、因为二只灯泡串联，所以通过二只灯泡的电流（相同/不同）。
实验发现（甲/乙）灯两端的电压较大，灯较亮，这说明在相同的情况下，电压大的灯泡电流做的功（多/少）
实验2：
探究电功与电流的关系
电路图
根据控制变量法，应保持电路电压一定，故采用并联电路
实验与结果
1、按照电路图15-4连接电路
2、接通电源开关，观察二只灯泡的亮度和二只电流表的示数，
3、因为二只灯泡并联，所以二只灯泡两端的电压（相同/不同）。
实验发现（甲/乙）灯中的电流较大，灯较亮，这说明在相同的情况下，电流大的灯泡电流做的功。
（多/少）
实验结果和你的猜想一致吗？
如果，通电时间越长，电流做的功。
（多/少）
归纳结论
进一步研究可证明：
如果通过用电器的电流为I，加在用电器两端的电压U，通电时间为t，电流对用电器所做的功：
W=UIt
当用电器两端的电压为1V，通过用电器的电流为1A，则1S内电流做的功为1J，即用电器消耗的电能为1J
例题2：
电能表表盘上标明“1200r/（kw·h）”,将某用电器单独接在该表上，当用电器工作4min后，电能表水平转盘转过55r，若用电器额定电压为220V，求通过该用电器的电流。
解：
4min后，电能表水平转盘转过55r，说明该用电器消耗的电能为：
W=55r/〔1200r/（kw·h）〕=（55/1200）kw·h=55╳3.6╳106J/1200
因为W=UIt
所以I=W/Ut=55╳3.6╳106J/1200/〔220V╳240S〕=3.125A
本题说明，通过观察电能表转盘的转动情况，可估算出用电器在一段时间内所消耗的电能，或电流对用电器所做的功。
布置作业
板书设计
第十五章电功和电热
一、电能表与电功
（一）电能表
电能表：
测量电能的仪器
技术指标
使用方法
1kw·h=3.6╳106J
例题1（略）
（二）电功
电流所做的功叫电功
电流做功使电能转变为其它形式能
电功的计算公式
W=UIt
各量单位：
U（V），I（A），t（S）
W（J）
例题2（略）
资源库
新型电能表
DDS22-Z单相电子式载波电能表
准确度等级：
1.0级2.0级
功耗（W）：
≤1W/6VA
参比电压（V）：
220V
基本电流（A）：
2（10）5（25）10（50）20（80）
工作环境温度：
-20℃～+55℃ 特殊要求时 -35℃～+65℃
产品简介：
主要功能
1、具有独立的微机处理机、不挥发性存储器，能自动按设置对电量进行跟踪计数、处理、记忆、发送。
2、实时监控，有效扼制超容、窃电。
3、实现同时亥刻电量冻结，保证了对电表抄收的同时性，为线损统计提供准确数据。
4、台变低压侧集抄器可通过电力线对电表信号的传输自动完成所有表的抄录，也可用手抄电脑在断电情况下完成对集抄器的统抄。
5、可根据用户要求在表内加装继电器，实现远程控制功能。
主要特点
1、电力载波表与台变低压侧集抄器及管理中心计算机构成自动抄表系统。
2、载波通信终端模块安装在表内，不改变外部接线，全部通信通过低压电力线完成。
3、生产工艺采用SMT表面贴装和热风回流焊，进口芯片，可靠性高，体积小，抄收准确。
4、台变低压侧的新装表采用模糊识别，判定相序，完成并建立信息管理。
5、中心计算机管理软件界面友好，操作简便，各数据库与其它系统共享。
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推荐习题
1、如图15-5所示，为了进一步了解电冰箱，小强和小红认真阅读了冰箱说明书，并对两家冰箱的性能进行了比较和研究，下面是这个冰箱的主要参数，请你比较后说出你获得的两条信息：
（１） （２）
表一（摘自小强家冰箱的说明书） 表二（摘自小红家冰箱的说明书）
2、如图15-6所示，四个电路，电源电压相同，电阻R1＜R2,且通电时间相同，则电路中电流所的总功由大到小的排列顺序是 （ ）
A.甲、乙、丙、丁B.丁、丙、乙、甲
C.丁、甲、乙、丙 D.丙、乙、甲、丁
习题答案
1、
（1）小强家的冰箱连续工作每月平均消耗的电能的度数为：
0．7度／天×30天＝21度．
（2）小强家冰箱每月比小红家冰箱少用电的度数．
（3）根据耗电量的不同，进一步思考，可以得出“可能小红家的冰箱密封不好”，或“小红家冰箱保温性能不好”．
2、C．
二、电功率
教学目标
1、知识与技能
理解电功率的概念，理解额定功率，能区别额定功率与实际功率。
理解电功率的单位和换算，会根据用电器的电压和电流测定和计算电功率。
2、过程与方法
能通过实验探究电功率的大小跟哪些因素有关。
能正确选用器材设计电路和记录表格，熟练地使用电流表、电压表和滑动变阻器测量小灯泡的电功率。
3、情感、态度与价值观
能列举实例，使学生对电流通过用电器做功的快慢和用电器铭牌中电功率的知识产生兴趣，对额定功率与实际功率的区别，对用电器怎样才能正常工作引起关注。
能调动学生的热情，产生动手、动脑设计电路，产生测出用电器电功率的愿望，体会实际操作对理解物理知识和培养能力的重要性。
经历科学探究和物理实验的过程，能发现问题和解决问题，参与实验中合作交流，体会合作学习的愉悦。
教学资源分析
在前面学习电功知识的基础上，可以通过家用电器的实例说明电流做功有快慢之区别。
教学中要重视前后知识的联系，利用学过的机械功率定义过渡到电功率的定义，借助于欧姆定律和串、并联电路的特点帮助分析和解决问题。
在探究电功率的大小跟哪些因素有关的过程中，需要用到学过的热学方面的知识，进行热量的计算，这样一方面有助于实现热学和电学知识的综合运用。
另一方面可以使学生的科学探究能力得到进一步增强。
在学习额定功率与实际功率的知识时，可以通过各种家用电器的铭牌商标或实物，配合适当的演示实验克服教学的这一难点。
在测量小灯泡的电功率的实验中，要利用前面学生测量小灯泡电阻实验的经验，熟练地使用电流表、电压表和滑动变阻器，并进行实验相同点与不同点的对比，找到解决问题的正确方法。
教学策略分析
1、针对前后知识的有机联系，运用知识的迁移学习和掌握新的知识。
例如采用类比法引入新课，运用比例法、综合法解决电功率的的问题。
2、以能量为主线，以科学探究为手段，不仅得到了电功率跟电流、电压的关系，而且培养了学生（热学与电学）知识整合的能力。
3、结合物理知识的应用，解决生活中的实际问题。
4、分组实验与演示实验相结合，用分组实验突出教学重点，演示实验帮助克服教学难点。
教学重、难点
重点：
电功率的概念，公式的运用以及电功率的测量
难点：
额定功率与实际功率的区别
课前准备
分组实验仪器：
电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、导线、低压直流电源、开关；玻璃瓶、温度计、煤油、导线夹等
演示实验仪器：
各种家用电器的铭牌商标或实物、投影仪、两只白炽灯泡（规格相同）电路示教板（串联和并联）
课时建议2课时
教学过程设计
第一课时
通过前面的学习，我们知道，不同的用电器在相同的时间内消耗的电能是不相等的，思考一下，你们能提出什么问题吗？
学生提问：
电流做功有快慢之分吗？
怎样表示电流做功的快慢？
那么我们类比力学中的方法，用电功率来表示电流做功的快慢。
请大家回忆一下，机械功率可以如何表示？
学生回答：
功率等于功除以所花费的时间即P=W/t
类比前面所学的机械功率可知，电功率的大小也可写为：
P=W/t
电功率的国际单位是瓦特，简称瓦，符号是“W”。
常用的电功率单位还有千瓦（KW）和毫瓦（mW），换算关系为：
1KW=1000W1W=1000mW
根据上一节课学习的电功的知识，请你来猜想一下，电功率可能与哪些因素有关？
学生回答：
可能与电压、电流有关。
探究活动：
电流做功快慢与哪些因素有关？
图15-7
电路图如图15-7所示：
实验器材：
天平、低压直流电源、开关、烧瓶、煤油、电阻丝、温度计、电压表、电流表、导线若干
进行实验与收集证据
在实验探究的过程中，首先测出瓶中煤油的质量m（由于时间关系，可给出煤油的质量），在闭合电路开关之前要读出插入煤油中的温度计示数t1，在闭合电路开关的同时按下秒表开始计时，并读出电流表和电压表的示数。
约两分钟左右断开开关，按表停止计时，观察温度计，待温度计内的液柱不再上升时，记下温度计的示数t2，然后多次改变电源电压，重复以上实验过程，并收集数据。
实验次数
煤油的比热容
c/J·kg-1·℃-1
煤油质量
m/kg
温度变化值
t2-t1/℃
通电时间
t/s
电压
U/V
电流
I/A
1
2.1x103
2
3
教师巡视，指导实验。
学生完成实验，收集数据，进行分析论证。
分析与论证
根据记录的实验数据，进行分析与论证。
1、煤油在t（s）吸收的热量Q=_________J
2、煤油吸收热量的过程中，内能增加了。
从能量转化的观点看，煤油增加的内能是从电能转化来的。
因而电流通过电阻丝所作的功W=Q=_______J。
3、根据电功率的定义，电流通过电阻丝的功率为P=W/t=_______W。
4、比较记录的实验数据，看电功率P跟电阻丝两端的电压U、通过电阻丝的电流I之间有何关系？
将学生的实验学案在实物站台上展示，请学生根据实验报告自主分析。
得出结论：
学生讨论后得出结论：
电功率跟_______、_______成正比。
根据功率公式P=W/t和电功公式W=UIt可得电功率：
P=UI
当用电器两端的电压为1V，通过用电器的电流为1A时，此用电器的电功率为1W。
物理知识都是用来解决实际问题的，那么我们就用所学的电功率的知识来解决具体的问题。
例题1：
小明家有一只电熨斗，接入220V的电路中工作时，通过的电流为4.5A。
这只电熨斗的电功率多大？
熨烫一件衣服需10min，电流作了多少功？
合多少kW·h?
学生自主解答，后在实物投影上展示。
解电熨斗的电功率为：
P=UI=220V·4.5A=990W
熨烫一件衣服电流做的功为：
W=Pt=990W·600s=5.94·105J=0.165kW·h
图15-8
用电器的额定功率
在电器设备的铭牌和使用说明书上，均标有该电器设备正常工作时的额定电压和额定功率，请大家看“WP700型微波炉”的铭牌。
用电器在额定电压下正常工作时的功率为额定功率。
请大家观察“WP700型微波炉”的铭牌，说出它的额定电压、额定功率。
学生观察后回答：
额定电压为220V，额定输入功率为1180W，微波输出功率为700W。
不同的用电器的额定功率一般不同，即使是同一种用电器，由于规格、型号不同，额定功率也不同。
请大家观察下面的常见用电器的铭牌，比较它们电功率的大小。
学生从生活经验出发，判断图15-19中用电器电功率的大小。
观察用电器的铭牌，具体比较用电器额定功率的大小。
功率大说明单位时间做功多，电功率表示了电流通过用电器做功的快慢程度，大家能不能举例说出生活中的用电器在相同时间内的做功本领谁大谁小。
学生举例说明1500W的电炉比500W的发热快，100W的电灯比40W的发光强
用电器只有在额定电压下工作，其功率才是额定功率，只有在这种情况下使用，用电器工作才是正常的。
例如电灯在额定电压下正常发光，若电压低于额定电压，就发光暗淡，高于额定电压就发光强烈，时间长了就容易烧坏，若远高于额定电压，就立即烧毁；因此，使用用电器时，一定不要使电压高于额定电压。
学到了什么
这节课我们理解了电功率的概念，通过实验探究了电功率的大小跟哪些因素有关，学习了电功率的单位和换算，知道什么是用电器的额定功率，并会根据用电器的电压和电流计算电功率。
布置作业
第二课时
测量小灯泡的功率
实验目的
测量小灯泡的额定功率和实际功率
实验原理
根据P=UI可知，为了测量小灯泡的功率，应测量的物理量是和。
实验设计
实验器材：
额定电压为2.5v的小灯泡一个、电源、开关、滑动变阻器、电流表、电压表、导线等
电路图（如图15-10所示）
实验步骤：
1、断开开关，按电路图连接电路
2、将滑动变阻器的滑片放在电阻最大的位置，
3、调节滑动变阻器的滑片的位置，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，将实验数据填入下表：
小灯泡的规格
电压表示数/V
电流表示数/A
小灯泡的亮度
小灯泡功率/W
额定电压
U=2.5v
实验结论：
小灯泡的额定电功率为。
当U实>U额时，P实（大于/等于/小于）P额；
当U实=U额时，P实（大于/等于/小于）P额；
当U实评价与思考
1、有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，请分析电路中可能出现的故障。
2、另有一位同学连接好电路后，在闭合开关时发现小灯泡特别亮，这说明他在闭合开关前没有。
例题2：
仔细观察图15-11中白炽灯灯泡上的铭牌，它所标出的“PZ220—100”是什么意思？
它的额定电流是多大？
若将两个这样的灯泡串联接入220V的电路中，每个灯泡消耗的实际功率是多大？
解：
“PZ”意思为普通照明灯泡，“220—100”表示额定电压为220V时，额定功率为100W，这时的电流为额定电流。
P额=U额I额
I额=P额/U额=100W/220V≈0.45A
两个灯泡串联接入220V的电路中，每个灯泡消耗的实际功率可以按照如下方法解得：
设灯泡的电阻均为R，串联接入220V的电路中后，灯泡两端的电压为U实，通过灯泡的电流强度为I实，消耗的电功率P实，则由电功率公式：
P实=U实I实，
由欧姆定律：
I实=U实/R，
可得电功率：
P实=U2实/R，
同理额定功率为P额=U2额/R
实际功率与额定功率之比为：
P实/P额=（U2实/R）/（U2额/R）=U2实/U2额，
本题中U实/U总=1/2
得：
P实=P额U2实/U2额=P额/4=100W/4=25W
想一想你还有其它的解法吗？
布置作业
板书设计
第一课时
二、电功率
一、电功率
1、电功率表示电流做功的快慢。
2、定义式：
P=W/t
电功率的国际单位是瓦特，简称瓦，符号是“W”。
常用的电功率单位还有千瓦（KW）和毫瓦（mW），换算关系为：
1KW=1000W,1W=1000mW
3、影响电流做功快慢的因素
电功率跟电压、电流大小成正比
P=UI
当用电器两端的电压为1V，通过用电器的电流为1A时，此用电器的电功率为1W
例题1：
略
第二课时
测量小灯泡的功率
实验目的：
测量小灯泡的额定功率和实际功率
实验原理：
根据P=UI可知，为了测量小灯泡的功率，应测量的物理量是小灯泡两端电压和通过小灯泡电流。
实验设计：
电路图（如图15-12所示）
实验器材：
额定电压为2.5v的小灯泡一个、电源、开关、滑动
变阻器、电流表、电压表、导线等
实验步骤：
略
实验记录：
小灯泡的规格
电压表示数/V
电流表示数/A
小灯泡的亮度
小灯泡功率/W
额定电压
U=2.5v
实验结论：
小灯泡的额定电功率为。
当U实>U额时，P实大于（大于/等于/小于）P额；
当U实=U额时，P实等于（大于/等于/小于）P额；
当U实评价与思考：
例题2：
略
资源库
测量电功率的多种方法
现有下列器材：
额定电压为U0的小灯泡，电源（电压未知），一个阻值为R0的电阻，一个滑动变阻器，一只电流表，一个单刀双掷开关和若干导线，实验时不能忽略灯丝的电阻随温度而发生变化。
（1）设计的实验电路图如图15-13所示
（2）以上实验电路测定小灯泡额定功率的主要步骤和需要测量的物理量是：
第一步：
计算R两端的电压为U0时，通过它的电流为U0/R；第二步：
S掷向接线柱1，调节滑动变阻器，使电流表读数为U0/R；
第三步：
保持滑动变阻器的滑片不动，S掷向接线柱2，读出电流表读数I，小灯泡额定功率的表达式为U0（I—U0/R）
（3）若在给出的器材中只将其中的一只电流表改为一只电压表，设计测量小灯泡的额定功率实验电路图如图15-14：
本节相关网址：
推荐习题
1、小名同学在做“测小灯泡额定功率”的探究实验时，已知某小灯泡的额定电压为3V，电功率小于1w。
（1）在连接电路时，小名同学有几根导线没有连接上，如图15-15所示，请你用笔画线作为导线，在实物图上帮他连接好电路（电流表和电压表要量程选择正确）；
（2）而另一实验小组中的小强同学连接电路完毕并闭合电路开关，当移动变阻器滑片时，发现灯泡变亮时，电压表示数反而减小，灯泡变暗时，电压表示数反而增大（器材是完好的），想一想，小强怎样连接电路才会出现这种现象？
请将小强所连接电路的电路图画在虚线框中。
（3）若小名在实验过程中，仔细对小灯泡对应的电流、电压值进行了数据记录，记录表格如下：
实验次序
1
2
3
4
5
6
7
8
灯泡两端的电压U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.60
3.00
通过灯泡的电流/A
0.020
0.060
0.100
0.140
0.170
0.190
0.200
0.205
灯泡发光的情况
不亮微亮逐渐变亮正常发光
从表中数据分析可以看出，在通过灯丝的电流逐渐增大的过程中，灯丝的电阻的变化情况是是；该小灯泡的额定功率应为W。
图15-15
2、现有两根“220V400W”的电热管（用电阻符号表示）、开关及导线如图15-16所示，设计三个可以调温的电路：
图15-16
（1）先按要求完成电路的连接；
（2）再设计一个具有上述三种功能的调温电路（最多使用三个开关），并将电路图画在虚线框内。
3、下表是我国市场上某种双桶洗衣机所用电动机的技术参数。
该洗衣机在额定电压下工作时，求：
（1）洗涤电动机和脱水电动机同时转动时，通过洗衣机电源线上的电流多大？
（2）分别求出洗涤电动机和脱水电动机工作时的电功率。
（3）某次洗衣服时，洗涤时间是11min，脱水时间是2min，在洗涤时间内，洗涤电动机按图15-17所示的程序进行工作，求本次洗衣机共消耗了多少电能？
图15-17
4、如图15-18所示电路，是测定额定电压为3.8V小灯泡额定功率的电路图。
现测得5组实验数据，记录在表中，并同时记录了小灯泡亮度变化情况。
请仔细分析实验的数据和实验现象，回答以下问题：
（1）小灯泡的额定功率是W；
（2）小灯泡的亮度变化规律是；
（3）除了表中列出的数据和现象外，你还能发现的问题是。
次数
1
2
3
4
5
U/V
3.0
3.5
3.8
4.0
4.5
I/A
0.28
0.30
0.31
0.32
0.34
亮度
增加→
]习题答案
1、
（1）电路连接图如图15-19所示。
（2）如电路图15-20所示
（3）灯丝的电阻变化情况是：
先保持不变，后逐渐增大。
当小灯泡正常发光时的电功率为额定功率。
小灯泡在第8次正常发光，电压为3V，电流为0.205A，所以，根据P=UI，可知小灯泡额定功率P=UI=3V×0.205A=0.615W。
图15-19图15-20
2、（图略）3、1.3A110W176W3.049×104J4、1.178W随电流增大亮度增大
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