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課題第四章直流電路第三節(jié)電功電功率2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.了解電功和電功率的概念;2.理解焦耳定律;3.知道電流做功時(shí)能量的轉(zhuǎn)化與守恒。能力目標(biāo)1.通過(guò)對(duì)電功的學(xué)習(xí),能估算家庭的月耗電量;2.通過(guò)對(duì)電功率的學(xué)習(xí),會(huì)估算常用電器的電功率;3.通過(guò)對(duì)焦耳定律的學(xué)習(xí),能計(jì)算用電器產(chǎn)生的熱量。情感目標(biāo)1.通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí),使學(xué)生意識(shí)到科學(xué)對(duì)技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的影響;2.通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí),增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)。重點(diǎn)電功和電功率的概念;焦耳定律難點(diǎn)電功與熱功的區(qū)別教具多媒體展示系統(tǒng)主要教學(xué)過(guò)程學(xué)生活動(dòng)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)一、引入課題用多媒體展示系統(tǒng)展示教材圖4-22所示的家用電能表。提問(wèn):每個(gè)家庭每個(gè)月都依照上面顯示的數(shù)字向供電局繳納電費(fèi)。你知道這個(gè)電能表測(cè)量的是什么嗎?(雖然學(xué)生在初中時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)相關(guān)內(nèi)容,但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)又大多想不起來(lái)。大多數(shù)學(xué)生回答不出來(lái)。)引入課題:要想弄清這個(gè)問(wèn)題,我們就要學(xué)習(xí)有關(guān)電功的知識(shí)——第三節(jié)電功電功率。二、電功在導(dǎo)體的兩端加上電壓,導(dǎo)體內(nèi)就形成了電場(chǎng)。導(dǎo)體內(nèi)的電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng),電場(chǎng)力對(duì)電荷做了功。我們把電路中電場(chǎng)力所做的功,叫作電流做的功,簡(jiǎn)稱(chēng)電功。如果導(dǎo)體兩端的電壓為U,通過(guò)導(dǎo)體的電流為I,通電時(shí)間為t,則電流做的功W為W=UIt電流流過(guò)一段電路時(shí)所做的功,等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電的時(shí)間三者的乘積,其中W,U,I,t的SI單位分別是J、V、A、s。日常生活中,常用的電功的單位還有kW·h(千瓦·時(shí)),即“度”。1度=1kW·h=3.6×106J功是能量轉(zhuǎn)化的量度,電流做功的過(guò)程實(shí)際上就是電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過(guò)程。例如,電流通過(guò)電爐時(shí),電能轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)能;電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)時(shí),大部分電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,小部分電能轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)能;電流通過(guò)電解槽時(shí),電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和熱力學(xué)能。電流做功消耗的電能是由電源供給的。電流流過(guò)電路時(shí)做了多少功,電源就提供了多少電能。所以,家用電能表顯示的就是家庭消耗的電能。(這部分內(nèi)容一定要講清楚,這是為后面更好地理解焦耳定律打基礎(chǔ)。)用多媒體展示系統(tǒng)展示教材圖4-23。目前很多地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始使用IC卡式電能表,如圖所示。安裝了這種電能表的用戶(hù),需要到供電部門(mén)購(gòu)買(mǎi)電能,購(gòu)買(mǎi)的電能值被“寫(xiě)”到IC卡上,將IC卡插入自家的電能表即可使用相應(yīng)的電能。電能用完后需要再去購(gòu)買(mǎi)。用多媒體展示系統(tǒng)展示教材圖4-24。還有一種新式電能表,靠?jī)?nèi)部的電子電路計(jì)算電能,讀數(shù)由液晶板顯示。三、電功率電流所做的功跟完成這些功所用時(shí)間的比值叫作電功率,通常用P表示。即將W=UIt代入上式,可得P=UI上式表明,一段電路上的電功率等于這段電路兩端的電壓和電路中的電流的乘積。電功率的SI單位是W(瓦):1W=1J/s=1V·A用多媒體展示系統(tǒng)展示教材圖4-25。一般用電器的銘牌上都標(biāo)明額定功率和額定電壓,如圖所示。用電器只有以額定電壓工作時(shí)才能達(dá)到額定功率。如果把用電器接到高于它的額定電壓的電路上,用電器消耗的電功率會(huì)超過(guò)它的額定功率,就有被燒壞的危險(xiǎn);而接到低于它的額定電壓的電路上,它消耗的實(shí)際功率就比額定功率小,如果電壓過(guò)低,用電器也不能正常工作。所以,在把用電器接入電路之前,必須注意電路實(shí)際電壓與用電器的額定電壓是否一致。例題1有一個(gè)額定值為“1kW,220V”的電暖器,正常工作時(shí)的工作電流是多大?如果由于供電緊張,電壓下降到160V,它的實(shí)際功率將是多少?解根據(jù)電功率公式P=UI,電暖器正常工作時(shí)的工作電流為由部分電路的歐姆定律,電暖器的電阻為當(dāng)把電暖器兩端的電壓為160V時(shí),電阻不變,根據(jù)歐姆定律得電暖器的實(shí)際功率是四、焦耳定律電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體要發(fā)熱,這就是電流的熱效應(yīng)。英國(guó)物理學(xué)家焦耳(1818—1889)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出這樣的結(jié)論:電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量,等于電流的平方、導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間三者的乘積。這就是焦耳定律。用公式表示為Q=I2Rt上式中Q表示熱量,I表示電流,R表示電阻,t表示時(shí)間,它們的SI單位分別是J、A、Ω、s。如果電路中只含有電阻,即純電阻電路,根據(jù)歐姆定律U=IR,有Q=I2Rt=UIt。在這種情況下,電流所做的功UIt跟產(chǎn)生的熱量I2Rt是相等的,電能完全轉(zhuǎn)化為電路的熱力學(xué)能。這時(shí),計(jì)算電功也可以用下面的公式:如果不是純電阻電路,例如電路中還包括電動(dòng)機(jī)、電解槽等用電器,那么,電能除有一部分轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)能外,還要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等。這時(shí)電流所做的功總是大于它所產(chǎn)生的熱量,在這種情況下,歐姆定律不成立,就不能再用I2Rt或來(lái)計(jì)算電功。例題2一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī),額定電壓是220V,線圈電阻為1.0Ω,正常工作時(shí)通過(guò)的電流是5.0A。求它的額定電功率和工作1h電流做的功及產(chǎn)生的熱量。解根據(jù)電功率的公式,可得電動(dòng)機(jī)的額定電功率P=UI=220×5.0W=1.1×103W由電功和電功率的關(guān)系可知,1h內(nèi)電流做的功W=Pt=1.1×103×3.6×103J=4.0×106J由焦耳定律可知,1h內(nèi)電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=5.02×1.0×3.6×103J=9.0×104J(由計(jì)算結(jié)果可以看出,電動(dòng)機(jī)這種非純電阻用電器,電流所做的功遠(yuǎn)大于電流產(chǎn)生的熱量,即大部分電能轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能。)提問(wèn):大家知道為什么要用高壓輸電嗎?(電能由發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)發(fā)出,沿著導(dǎo)線輸送到幾百千米甚至幾千千米之外。電流沿著導(dǎo)線流動(dòng)時(shí),能量會(huì)有損失,主要損失是由電流的熱效應(yīng)引起的。由焦耳定律Q=I2Rt可知,為了減少輸送過(guò)程中電能的損失,一種方法是盡量減小導(dǎo)線的電阻。由于輸電距離不能改變,只能使用電阻率較小的銅導(dǎo)線并使其橫截面更大一些來(lái)減小電阻,但導(dǎo)線過(guò)粗不但會(huì)消耗大量的金屬材料,而且給架線帶來(lái)困難。減小電能損失的另一種方法是減小導(dǎo)線中的電流。由P=UI可知,在輸送電功率不變的前提下,要減小電流,必須提高電壓。所以,遠(yuǎn)距離輸電大多采用高壓輸電。)觀看圖片學(xué)生思考并嘗試回答板書(shū)板書(shū)教師講解板書(shū)板書(shū)學(xué)生觀看學(xué)生觀看板書(shū)板書(shū)板書(shū)學(xué)生觀看板書(shū)板書(shū)板書(shū)板書(shū)板書(shū)學(xué)生思考并嘗試回答小結(jié)電功電功率1.電功導(dǎo)體內(nèi)的電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng),因此電場(chǎng)力做了功。這個(gè)功叫作電流做的功,簡(jiǎn)稱(chēng)電功。W=UIt2.電功率電流所做的功跟完成這些功所用時(shí)間的比值叫作電功率。=UI3.焦耳定律Q=I2Rt只有在純電阻電路中,計(jì)算電功可以用下面的公式:回顧本節(jié)知識(shí);體會(huì)思考方法;感受情感態(tài)度。隨堂練習(xí)練習(xí)4-31.解100W的白熾燈一年內(nèi)的總花費(fèi):2元+0.1kW×2h×360×0.5元/(kW·h)=38元20W的節(jié)能燈一年內(nèi)的總花費(fèi):12元+0.02kW×2h×360×0.5元/(kW·h)=19.2元

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