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第十三章 电功和电功率
第一节 电能和电功
一、教学背景分析
本节内容有两个特点：一是知识的综合性强，不仅要综合运用前面章节的电学知识，还涉及力学知识；另外一个特点是与生活实际联系比较紧密，从实际问题引入新课，讲了知识后又应用所学知识去解决实际问题。本节所讲的电功，是对初二所学功的知识的延续，而且也是后面继续学习电功率、焦耳定律等知识的基础。
学生有一定的电学知识的基础。而本节课的内容主要是对已有知识的进一步加深。学生可能出现的问题是在研究电功与哪些因素有关的过程中，如：如何控制变量（电压和电流）；如何体现电流做功的多少？可以通过交流讨论引导学生理解实验方案。
二、教学目标
1．知道电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程，初步理解“功是能量变化的量度”。
2．通过实验探究，知道电流做功与电流、电压、通电时间有关，知道电功的公式及单位。
3．知道电能表是测量电功的仪器，会读电能表。通过查电能表，了解家庭用电的情况，树立节约用电的意识。
4．通过实验探究电流做功与哪些因素有关，提高科学探究能力，培养严谨的科研态度，进一步学习控制变量法，体会转化的思想。
5．查找和阅读我国电站的资料，提高获取信息的能力和归纳能力，了解我国的电力发展，提升民族自豪感。
三、教学重点和难点
重点：电功的含义，电功的公式及运用。
难点：实验探究电流做功与哪些因素有关。
在分析电功的实质时，强调电流做功要引起各种变化：或牵引物体运动；或发热、发光；或发生化学反应等。再通过实验、模拟等手段，让学生知道电流做功有多种表现形式。
四、教学过程
1．教学引入
类比，猜想：电流是否也会做功？
图13-1-1
图13-1-2
引导学生分析类比：
（1）打开阀门，涡轮转动，具有什么能？是什么能转化而来的？谁做了功？
（2）闭合开关，灯泡发光，具有什么能？是什么能转化而来的？谁做了功？
2.“知识点”教学
l 电能和电功概念
教师结合生活实例，进一步引导学生分析正在工作的电饭煲、洗衣机和台灯，它们消化了什么能？转化为什么能？谁做了功？
图13-1-3
图13-1-4
图13-1-5
归纳得出：
（1）电能转化为其他形式的能的过程，就是电流通过用电器做功的过程，电流做的功称为电功，用W表示。
（2）电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。
l 实验探究电流做功与哪些因素有关
1．提出问题，进行猜想与假设
让学生说出猜想结果和依据，然后通过几个例子进一步肯定学生的猜想：
（1）一个手电筒和一台21吋彩电工作时电流差不多，工作相同的时间，哪个消耗的电能多？电流通过哪个用电器做的功多？
（2）家庭中，一盏电灯和一台空调工作相同的时间，电流通过哪个用电器做的功多？
（3）为什么我们提倡人走灯灭，夏季把空调的设定温度调高一些？
2．设计实验
提出问题：
（1）探究过程中应采用什么实验方法？
（2）如何衡量电流做功的多少？
（3）按照你的思路，你需要哪些实验器材？要使不同的用电器电流相同而电压不同，应怎样连接用电器？要使不同的用电器电压相同而电流不同，应怎样连接用电器？
通过交流与讨论使学生认识到应当用控制变量法和转化法进行实验，可通过用电器工作时得到的内能或机械能的多少判断电流做功的多少。
要使不同的用电器电流相同而电压不同，可将不同的用电器串联起来；要使不同的用电器电压相同而电流不同，可将不同的用电器并联起来。
实验方案一：利用小电动机提升重物来定性研究。
根据重物被提升的高度，间接地反映消耗电能的多少，即电功的大小。
图13-1-6
实验电路图：
图13-1-8
S
图13-1-7
S
引导学生设计实验步骤和实验记录表格。最后表格确定如下：
电压/V
电流/A
物重/N
时间/s
提升高度/m
做功/J
3．进行实验
师生合作完成演示实验：学生设计电路图，连接电路；教师进行指导，特别要求学生注意两电表量程的选择。
实验按以下步骤进行：
（1）在不改变电压和电流的条件下，改变时间，探究电功与时间的关系；
（2）将两个电动机并联，探究电功与电流的关系；
图13-1-9
（3）将两个电动机串联，探究电功与电压的关系。
实验方案二：利用电热丝给液体加热来定性研究。
利用电阻丝放出的热量给液体加热，由温度计的变化判断消耗电能的多少，即电功的大小。
在图13-1-7和图13-1-8中，用电热丝（图13-1-9）替换电动机。
实验按以下步骤进行：
（1）在不改变电压和电流的条件下，改变时间，探究电功与时间的关系；
（2）将两个电热丝并联，探究电功与电流的关系；
（3）将两个电热丝串联，探究电功与电压的关系。
引导学生设计实验步骤和实验记录表格。最后表格确定如下：
电压/V
电流/A
时间/s
初温/℃
末温/℃
温度变化/℃
4.分析与论证
组织学生讨论表格中的数据，得出结论：
（1）电流电压一定，通电时间越长，钩码升得越高（温度变化越大），表明电流做功越多。
（2）电流及通电时间一定，电压越大，钩码升得越高（温度变化越大），表明电流做功越多。
（3）电压及通电时间一定，电流越大，钩码升得越高（温度变化越大），表明电流做功越多。
l 电功的公式
精确实验数据表明：电流做的功跟电压、电流和通电时间成正比。电功等于电压、电流和通电时间的乘积。
公式：
公式中各物理量的单位：U/V，I/A，t/s，W/J，1J=1V•A•s=1N•m
练习1：一个电加热器所用的电压是220V，工作时通过它的电流为5A，通电20s，电流做了多少功？消耗的电能又是多少？
练习2：一只手电筒的小灯泡正常工作时所用电压是3V，灯丝电阻为15Ω，通电20s，灯丝中电流所做的功为多少？
练习3：通过小灯泡的电流是0.3A，灯丝电阻为10 Ω ，通电100s，灯丝中电流所做的功为多少？
在纯电阻电路中：
l 电能表
演示：把不同用电器接入电路，观察电能表的转盘转动情况。
说明电能表可以记录和显示一段时间内用电器所消耗的电能。在生产生活中，我们消耗电能的多少是利用电能表来计量的，计数特点：累计，一段时间前后两次读数之差就是这段时间消耗的电能。
展示电能表实物，了解电能表的参数（见PPT）。
常用单位：千瓦时（度）
1度=1kW·h（千瓦时）=1kW×1h =1000W×3600s=3.6×106J
如何计算一段时间内消耗的电能和电费？
例题
月初： 478.2 kW·h
月末： 561.2 kW·h
电费：0.50元/度
l 知识拓展
一度电可以做什么？可以让100W白炽灯工作10h。
学生阅读课本材料，了解我国水利发电站的发展现状。
3．课堂小结
（1）电功定义：电能转化为其他形式的能的过程就是电流做功的过程。
有多少电能发生了转化就说电流做了多少功。
（2）计算电流做的功：电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间的长短都有关系。电功的计算W=UIt。
（3）电功和电能单位：焦（J）。
4．小练习
（1）在一段电路中，电流做的功决定于电路中的（ ）
A.电流
B.电流、这段电路两端的电压与电路中的电阻
C.电流、这段电路两端的电压与通电时间；
D.电流与这段电路两端的电压
（2）有一只节能灯接在220V的家庭电路中，通过它的电流为0.09A，计算这只灯使用5h用电多少千瓦时。
（3）一个电烙铁接在220V的电路中，通过的电流是0.4A，问通电1h消耗了多少电能？
（4）小明家2017年10月底与11月底电能表的示数如图所示，
请计算，小明家10月份消耗多少电能？若1kw·h电费为0.52元，应付多少电费？
五、教学反思
本节教学通过学生熟悉的实例出发，认识到生活中各种用电器都是消耗电能的，从能量转化的角度来认识电能。在讲电功、电能的概念，分析到电功的实质时，教师引导学生就生活中的实例思考电流通过用电器时可引起哪些变化：或牵引物体运动；或发光、发热；或发生化学变化等，让学生知道电流做功的多种表现形式。
在研究电功与哪些因素有关时，引导学生尝试去结合实例来分析影响电功大小的三个因素；在实验设计环节体现控制变量的思想，同时本实验设计还使用了转化的思想，把电路消耗的电能转化为电流做功转化为其他形式的能，教学中突出物理方法的重要性，使学生不仅学习了物理知识，还掌握了物理方法。
电能表的认识与读数与生活联系非常紧密，学生对此已经有初步认识，再通过展示电能表与实物投影，把电能表接入实际电路，观察电能表转盘的转动、电能表数字的跳动，了解电能表的参数与读数，使学生实际体验电能表的参数与读数，体现从物理走向社会的理念。
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