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课题 第四章 直流电路 第三节 电功 电功率 2课时
教 学 目 标 知识目标 1. 了解电功和电功率的概念； 2. 理解焦耳定律； 3. 知道电流做功时能量的转化与守恒。
能力目标 1. 通过对电功的学习，能估算家庭的月耗电量； 2. 通过对电功率的学习，会估算常用电器的电功率； 3. 通过对焦耳定律的学习，能计算用电器产生的热量。
情感目标 1. 通过本节的学习，使学生意识到科学对技术进步和社会发展的影响； 2. 通过本节的学习，增强环境保护和可持续发展的意识。
重点 电功和电功率的概念；焦耳定律
难点 电功与热功的区别
教具 多媒体展示系统
主要教学过程 学生活动
教 学 过 程 设 计 一、引入课题 用多媒体展示系统展示教材图4-22所示的家用电能表。 提问：每个家庭每个月都依照上面显示的数字向供电局缴纳电费。你知道这个电能表测量的是什么吗？ （虽然学生在初中时学习过相关内容，但在实际应用时又大多想不起来。大多数学生回答不出来。） 引入课题： 要想弄清这个问题，我们就要学习有关电功的知识——第三节 电功 电功率。 二、电功 在导体的两端加上电压，导体内就形成了电场。导体内的电荷在电场力的作用下发生定向移动，电场力对电荷做了功。我们把电路中电场力所做的功，叫作电流做的功，简称电功。如果导体两端的电压为U，通过导体的电流为I，通电时间为t，则电流做的功W为 W = UIt 电流流过一段电路时所做的功，等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电的时间三者的乘积，其中W，U，I，t的 SI 单位分别是J、V、A、s。 日常生活中，常用的电功的单位还有kW·h （千瓦·时），即“度”。 1度 = 1 kW·h = 3.6×106 J 功是能量转化的量度，电流做功的过程实际上就是电能转化成其他形式能的过程。例如，电流通过电炉时，电能转化为热力学能；电流通过电动机时，大部分电能转化为机械能，小部分电能转化为热力学能；电流通过电解槽时，电能转化为化学能和热力学能。电流做功消耗的电能是由电源供给的。电流流过电路时做了多少功，电源就提供了多少电能。所以，家用电能表显示的就是家庭消耗的电能。（这部分内容一定要讲清楚，这是为后面更好地理解焦耳定律打基础。） 用多媒体展示系统展示教材图4-23。 目前很多地区已经开始使用IC卡式电能表，如图所示。安装了这种电能表的用户，需要到供电部门购买电能，购买的电能值被“写”到IC卡上，将IC卡插入自家的电能表即可使用相应的电能。电能用完后需要再去购买。 用多媒体展示系统展示教材图4-24。 还有一种新式电能表，靠内部的电子电路计算电能，读数由液晶板显示。 三、电功率 电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫作电功率，通常用P表示。即 将W = UIt代入上式，可得 P = UI 上式表明，一段电路上的电功率等于这段电路两端的电压和电路中的电流的乘积。 电功率的SI单位是W（瓦）： 1 W = 1 J/s = 1 V·A 用多媒体展示系统展示教材图4-25。 一般用电器的铭牌上都标明额定功率和额定电压，如图所示。用电器只有以额定电压工作时才能达到额定功率。如果把用电器接到高于它的额定电压的电路上，用电器消耗的电功率会超过它的额定功率，就有被烧坏的危险；而接到低于它的额定电压的电路上，它消耗的实际功率就比额定功率小，如果电压过低，用电器也不能正常工作。所以，在把用电器接入电路之前，必须注意电路实际电压与用电器的额定电压是否一致。 例题1 有一个额定值为“1 kW，220 V”的电暖器，正常工作时的工作电流是多大？如果由于供电紧张，电压下降到160 V，它的实际功率将是多少？ 解 根据电功率公式P = UI，电暖器正常工作时的工作电流为 由部分电路的欧姆定律，电暖器的电阻为 当把电暖器两端的电压为160 V时，电阻不变，根据欧姆定律得 电暖器的实际功率是 四、焦耳定律 电流通过导体时，导体要发热，这就是电流的热效应。英国物理学家焦耳（1818—1889）通过实验得出这样的结论：电流通过导体时产生的热量，等于电流的平方、导体的电阻和通电时间三者的乘积。这就是焦耳定律。用公式表示为 Q = I2Rt 上式中Q表示热量，I表示电流，R表示电阻，t表示时间， 它们的SI单位分别是J、A、Ω、s。 如果电路中只含有电阻，即纯电阻电路，根据欧姆定律U = IR，有Q = I2Rt = UIt。在这种情况下，电流所做的功UIt 跟产生的热量 I2Rt是相等的，电能完全转化为电路的热力学能。这时，计算电功也可以用下面的公式： 如果不是纯电阻电路，例如电路中还包括电动机、电解槽等用电器，那么，电能除有一部分转化为热力学能外，还要转化为机械能、化学能等。这时电流所做的功总是大于它所产生的热量，在这种情况下，欧姆定律不成立，就不能再用 I2Rt或来计算电功。 例题2 一台直流电动机，额定电压是 220 V，线圈电阻为 1.0 Ω，正常工作时通过的电流是5.0 A。求它的额定电功率和工作1 h电流做的功及产生的热量。 解 根据电功率的公式，可得电动机的额定电功率 P = UI = 220×5.0 W = 1.1×103 W 由电功和电功率的关系可知，1 h内电流做的功 W = Pt = 1.1×103×3.6×103 J = 4.0×106 J 由焦耳定律可知，1 h内电流通过电动机产生的热量 Q = I2Rt= 5.02×1.0×3.6×103 J = 9.0×104 J （由计算结果可以看出，电动机这种非纯电阻用电器，电流所做的功远大于电流产生的热量，即大部分电能转化成了机械能。） 提问：大家知道为什么要用高压输电吗？ （电能由发电厂中的发电机发出，沿着导线输送到几百千米甚至几千千米之外。电流沿着导线流动时，能量会有损失，主要损失是由电流的热效应引起的。由焦耳定律Q = I2Rt可知，为了减少输送过程中电能的损失，一种方法是尽量减小导线的电阻。由于输电距离不能改变，只能使用电阻率较小的铜导线并使其横截面更大一些来减小电阻，但导线过粗不但会消耗大量的金属材料，而且给架线带来困难。减小电能损失的另一种方法是减小导线中的电流。由P = UI可知，在输送电功率不变的前提下，要减小电流，必须提高电压。所以，远距离输电大多采用高压输电。） 观看图片 学生思考并尝试回答 板书 板书 教师讲解 板书 板书 学生观看 学生观看 板书 板书 板书 学生观看 板书 板书 板书 板书 板书 学生思考并尝试回答
小 结 电功 电功率 1．电功 导体内的电荷在电场力的作用下发生定向移动，因此电场力做了功。这个功叫作电流做的功，简称电功。 W = UIt 2．电功率 电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫作电功率。 = UI 3．焦耳定律 Q = I2Rt 只有在纯电阻电路中，计算电功可以用下面的公式： 回顾本节知识；体会思考方法；感受情感态度。
随 堂 练 习 练习4-3 1．解 100 W的白炽灯一年内的总花费： 2元＋0.1 kW×2 h×360×0.5元／（kW·h）= 38元 20 W的节能灯一年内的总花费： 12元＋0.02 kW×2 h×360×0.5元／（kW·h）= 19.2元 因此，购买节能灯更合算。 2．解 由电功率公式可知 所以，不能选用熔断电流为10 A的保险丝。 3．解 由于灯泡为纯电阻，利用电功率的公式可计算40 W灯泡的电阻为 同理，60 W灯泡的电阻为 100 W灯泡的电阻为 思考并回答
课 后 作 业 练习4-3 4．解 由于电热水器为纯电阻，利用电功率的公式得 要求学生独立完成

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