145 電功和電功率 一、教學(xué)目標(biāo)1 理解電功、電功率的概念，公式的物理意義。2了解電功和電熱的關(guān)系。3了解公式和的適用條件。.4。知道非純電阻電路中電能與其他形式能轉(zhuǎn)化關(guān)系，電功大于電熱。5能運用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點解決簡單的含電動機的非純電阻電路問題。二、教學(xué)重點、難點分析1教學(xué)重點在于區(qū)別并掌握電功和電熱的計算。2難點主要在學(xué)生對電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系缺乏感性認識，接受起來比較困難。3疑點在于有的學(xué)生認為額定功率大的燈泡一定比額定功率小的亮。4解決辦法通過實物展示，使學(xué)生理解電能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，加強電路中能量轉(zhuǎn)化的感性認識。通過演示實驗，使學(xué)生理解用電器的實際功率和額定功率的區(qū)別。三、教學(xué)方法：實驗演示，啟發(fā)式教學(xué)四、教 具：燈泡“3.8V 0.3A”、燈泡“220V 40W”、燈泡“220V 100W”、伏特表、電流表?；瑒幼冏杵鳎?.5A 50）、電源（6-8V）、電鍵、電吹風(fēng)（帶有“220V 40W”標(biāo)記）幻燈片 投影儀五、教學(xué)過程：（一）新課引入在高一我們已經(jīng)知道，能量是以不同的形式存在的，不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，請同學(xué)們舉出電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的例子。電能機械能，如電風(fēng)扇、電吹風(fēng)電能內(nèi)能，如電熱器電熨斗、電飯堡電能化學(xué)能，如電解槽能量的相互轉(zhuǎn)化是如何實現(xiàn)的？能量的相互轉(zhuǎn)化是通過做功來實現(xiàn)的，功是能轉(zhuǎn)化的量度。對于電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，又是什么力做功來實現(xiàn)的？如何來計算這種功的大小呢？讓我們一起來學(xué)習(xí)電功、電功率這一節(jié)內(nèi)容。（二）新課教學(xué)1電功和電功率什么是電功？其計算公式如何？是如何得到的？在導(dǎo)體的兩端加上電壓，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場。自由電子在電場力的作用下定向移動，電場力對自由電子做了功，這個功簡稱為電功，通常說成電流做的功。對一段導(dǎo)體而言，兩端的電勢差為U，把電荷q從一端搬到另一端，電場力做功W=qU，若在導(dǎo)體中形成電流I，則q=It（在時間t內(nèi)，搬運的電量為q）W=qU=UIt就是電功的表達式說明（1）表達式的物理意義電流在一段電路上的功跟這段電路兩端的電壓、電路中的電流強度和通電時間成正比。（2）適用條件 I、U不隨時間變化恒定電流（3）單位 W、U、I、t單位分別為焦耳、伏特、安培、秒即1J=1V·A·s（4）實質(zhì) 電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過電功來實現(xiàn)的。電流做了多少功，就有多少的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。什么是電功率，電功率的計算公式如何？是如何得到的？電功率是表示電流做功快慢的物理量。即 p=W/t=UIt/t=UI說明（1）表達式的物理意義一段電路上的電功率跟這段電路兩端的電壓和電路中的電流成正比。（2）適用條件 U、I不隨時間變化（3）單位 P、U、I單位分別為瓦特、伏特、安培即 1W=1J/s（4）實質(zhì) 表示電能轉(zhuǎn)化為其他能的快慢程度。由公式P=UI可知，隨著U、I的增大，P也將增大，P是否可以無限增大呢？首先我們要弄清額定功率和實際功率的概念。額定功率 是指用電器在額定電壓下工作的功率，是用電器正常工作的最大功率。實際功率 是指用電器在實際電壓下工作的實際的功率。電路圖中各元件，小燈泡標(biāo)有“3.8V 0.3A”標(biāo)記。出示畫有右圖的幻燈片，引導(dǎo)學(xué)生按電路圖接好電路（提醒學(xué)生注意伏特表、安培表的正負極及滑動變阻器的接法）講清實驗?zāi)康氖菧y量小燈泡在不同的電壓下工作的實際功率。調(diào)節(jié)滑動變阻器，使伏特表讀數(shù)分別為2.0V、3.0V和3.8V觀察燈泡亮度的變化，并在圖中記下安培表的對應(yīng)值，請計算這三次的小燈泡的電功率P1、P2、P3即 P1=U1I1=2.0×0.22W=0.44WP2=U2I2=3.0×0.28W=0.84WP3=U3I3=3.8×0.30W=1.14wP1、P2、P3是小燈泡在U1=2.0V、U2=3.0V、U3=3.8V的電壓下工作的實際功率，在這三種情況下，燈泡都能正常工作。由計算可知P1P2P3，而燈泡的亮度也逐漸變亮，可見燈泡的亮度由實際功率判斷。小燈泡上的標(biāo)記“3.8V 0.3A”指的是小燈泡的額定電壓和額定電流?？梢奝3是這只小燈泡的額定功率，當(dāng)U=3.8V時，燈泡的實際功率等于額定功率。出示220V 100W、220V、40W燈泡，并說明“100W、40W”分別是它們的額定功率。說明一般家用電器的額定功率，如電吹風(fēng)“220V 400W”、白熾燈“220V 60W”、空調(diào) “220V 800 W 3000 W”，飲水機（制冷500W、制熱100W），電飯褒“220V 1200W”等，提醒學(xué)生節(jié)約用電、節(jié)約電能。是不是額定功率大的燈泡比額定功率小的燈泡一定亮呢？出示“3.8V 0.3A”燈泡和“2.5V 0.3A”小燈泡，計算它們額定電功率分別為P1=3.8×0.3W=1.14W，P2=2.5×0.3W=0.75W。把“3.8V 0.3A”的燈泡接入電路，使伏特表示數(shù)為2.0V。再把“2.5V 0.3A”的小燈泡接入電路，使伏特表示數(shù)2.5V，觀察燈泡的明亮程度。燈泡明亮程度由其實際功率決定，與額定功率無關(guān)。加給用電器的電壓，可不可以超過額定電壓呢？繼續(xù)做上述實驗，減少變阻器的阻值，觀察伏特表、安培表的示數(shù)和小燈泡的亮度，當(dāng)伏特表的讀數(shù)約為5.2V時，小燈泡熄滅。加在小燈泡的電壓比額定電壓大不多時，隨著電壓的增大，燈泡越來越亮，說明燈泡的實際功率超過了額定功率，并在逐漸增大。當(dāng)電壓增到一定值時，燈絲被燒斷。實驗說明，加給用電器的電壓不應(yīng)超過額定電壓，否則就有可能使用電器損壞。從這個實驗中我們得到什么啟示？我們在使用電器的時候，一定要先檢查實際電壓是否符合額電電壓，保證用電安全。2電功率和熱功率電流在通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體要發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。這就是電流的熱效應(yīng)，描述它的定量規(guī)律是焦耳定律。學(xué)生一般認為，W=IUt，又由歐姆定律，U=IR，所以得出W=I2Rt，電流做這么多功，放出熱量Q=W=I2Rt。這里有一個錯誤，可讓學(xué)生思考并找出來。錯在Q=W，何以見得電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能增量？有無可能同時轉(zhuǎn)化為其他形式能？英國物理學(xué)家焦耳，經(jīng)過長期實驗研究后提出焦耳定律。（1）內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流強度的平方、導(dǎo)體電阻和通電時間成正比。（2）表達式：Q=I2Rt對于純電阻導(dǎo)體而言，根據(jù)歐姆定律，U=IR，所以Q=I2Rt=I·IRt=IUt=W，電流做功完全用來生熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。說明：焦耳定律表明，純電阻電路中電流做功電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，且電熱Q=I2Rt。（3）簡單介紹產(chǎn)生焦耳熱的原因：金屬中自由電子在電場力作用下定向移動，由于電場力做功，電子動能增加，但不斷地與晶格（原子核點陣）碰撞，不斷把能量傳給晶格，使晶格中各粒子在平衡位置附近的熱運動加劇，從而溫度升高。（4）純電阻電路中的電功和電功率電功W=Q= I2Rt，對所有電路中電阻的生熱都適用。結(jié)合純電路電路歐姆定律UIR，IQIUt電功率P，對所有電路中電阻的電熱功率都適用。結(jié)合純電阻電路歐姆定律U=IRPUI（5）非純電阻電路中的電功和電功率（以含電動機電路為例）非純電阻電路中，電能與其他形式能轉(zhuǎn)化的關(guān)系非常關(guān)鍵。以電動機為例，電動機電路如圖所示，電動機兩端電壓為U，通過電動機電流為I，電動機線圈電阻為R，則電流做功或電動機消耗的總電能為W=IUt，電動機線圈電阻生熱Q=I2Rt，電動機還對外做功，把電能轉(zhuǎn)化為機械能，W=W-Q=IUt-I2Rt，W是電動機輸出的機械能。這是一個非純電阻電路，可滿足U=IR，且W0，則有UIR?？紤]每秒鐘內(nèi)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，即功率，只要令上述各式中t=1s即可，可得總功率P總=IU，電熱功率P熱=I2R，輸出功率P出，三者關(guān)系是P總=P熱+P出，即P出=IU-I2R。（三）例題精講【例】某一用直流電動機提升重物的裝置如上圖所示，重物質(zhì)量m=50kg，電源提供恒定電壓U=110V，不計各處摩擦，當(dāng)電動機以v=0.90ms的恒定速度向上提升重物時，電路中電流強度I=5A，求電動機線圈電阻R（g=10ms2）。（4）（四）布置作業(yè)1把課本158頁練習(xí)三（2）、（3）、（5）題做在作業(yè)本上。2把課下完成練習(xí)三（1）、（4）題做在課本上。說明：1利用常用電器的展示，使學(xué)生回到日常生活，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和注意力。2引導(dǎo)學(xué)生觀察演示實驗，參與讀數(shù)、記數(shù)，學(xué)會如何分析數(shù)據(jù)，處理問題得出結(jié)論。