资源简介

第十五章 电流做功
第一节 电能 电功
一、教学内容分析
《义务教育物理课程标准（2022年版）》对本节提出以下具体要求：从能量转化的角度认识电源和用电器的作用；结合实例，了解电功。课程标准还针对本课给出了两条活动建议：学会读取家用电能表，根据读数计算用电量；调查当地人均用电量的变化情况，并讨论其与当地经济发展的关系。
“电能 电功”是本章的第一节，本章从功和能的观念出发研究电学，主要构建了电能和电功的概念。理解电功的计算公式，是学习功率和焦耳定律的基础。
本节对发展学生核心素养具有以下功能价值：经历类比推理的思维过程，形成能量转化的观念；运用能量转化的观念，将测量电功转化为测量消耗的电能或转化成的其他能量，提升分析推理思维能力；提高解决实际问题的能力，运用电功的概念解决与电路和电器有关的实际问题，例如能使用电能表、计算家庭用电量等；形成可持续发展的意识，认识1 kW·h电能的作用，养成节约用电的习惯。
二、学情分析
初中生的抽象思维水平尚有不足，在建立新概念时存在一定困难。教学中通过引入实验，既能吸引学生的注意力，又能帮助学生理解概念的内涵与外延。在实验过程中，要让学生多猜想、多设计、多动手操作。若学生基础一般，在探究电功影响因素的实验中难以严格控制变量进行探究，可做简单介绍，给出公式让学生进行简单练习即可。
三、学习目标
1.物理观念
（1）了解电能的获取和转化，理解电源和用电器的作用，体会能量转化的观念。
（2）分析不同用电器电流做功的过程，建立“电流做功的过程就是电能转化成其他形式能的过程，转化过程中能量不会凭空消失，但可能耗散”的物理观念。
2.科学思维
（1）回忆水流推动水车做机械功和机械能的变化，类比推理电能和电功的概念。
（2）经历分析综合大量生活中的常见用电器将电能转化为其他形式能的过程。
3.科学探究
（1）经历使用电动机提升重物的实验，建构做功的概念。
（2）会读电能表的读数，会计算家庭用电量和电费。
4.科学态度与责任
（1）了解电能的获取途径、我国新能源发电和使用情况，形成民族自豪感和爱国情怀。
（2）了解1 kW·h的电能的作用、平均用电量与经济发展的关系，形成可持续发展的意识。
四、教学重点难点
教学重点：了解电能的获取和利用，会读电能表的读数；理解电功的概念及建立过程，知道一些常见家庭用电器电流做功时能量的转化情况；理解电功的计算公式并能运用公式解决实际问题。
教学难点：理解电功概念的建立过程，设计实验探究电功的影响因素。
五、教学流程
六、教学过程
环节一：情境引入
情境与问题：小华有一个疑惑，电流通过用电器后，大小不变，电量没有减少，为什么还收电费？节约用电节约的到底是什么？
教师活动1 提出问题：同学们能否思考并回答小华的疑惑呢？ 请同学们讨论并回答问题，尝试消除小华的疑惑。 提示：类比水流推动水车转动的过程进行分析。 结论：用电器工作的过程中，实际上是消耗电能的过程。虽然电流大小不变，但有其他形式的能量产生，根据能量守恒定律，电能减小。 学生活动1 学生讨论并回答：当电流通过用电器时，用电器会将电能转化为其他形式的能。电力公司依据消耗电能的多少来收取电费，节约用电节约的就是电能。 学生讨论并回答：在水流推动水车转动的过程中，虽然水的流量大小不变，但水的机械能减小，转化为水车的动能。 回顾关于能量守恒和转化的知识。
设计意图： 学生基于已学的电路知识，对缴纳电费这一常见生活场景提出问题。通过类比水流推动水车转动时会消耗机械能，帮助学生理解电流通过用电器时会消耗电能。
环节二：电能的转化和获取
情境与问题：用电器用的电能是从哪里来的？消耗的电能到哪里去了？
教师活动2 出示常见家用电器图片，提出问题：用电器又可以将电能转化为其他形式的能。电能转化成了什么形式的能呢？ 鼓励学生大胆作答，教师点拨用电器能量转化的主要方向。 组织学生讨论：你们还能举出更多生活中用电器将电能转化为其他形式能的实例吗？ 提出问题：电路中的哪些元件为用电器提供电能？生活中的电能是从哪里获取的？ 展示图片，简要介绍各种类型的发电站，如火力发电站、水力发电站、太阳能发电站等。 学生活动2 思考、讨论、作出回答： 给手机充电：电能转化为化学能； 洗衣服：电能转化为机械能； 烧开水：电能转化为内能； 驱动电动汽车行驶：电能转化为机械能。 学生积极讨论并相互交流。 观察图片，思考讨论并回答：电源是电路中提供电能的元件，发电机和电池是生活中常见的电源。 阅读教科书。
设计意图： 通过分析生活中常见用电器工作过程中电能的转化情况，学生能理解电能对生活的重要性，电能为生产生活提供了诸多便利。通过了解我国在水力发电、太阳能发电方面的发展成就，能提升学生的民族自豪感。
环节三：电能表及相关计算
情境与问题：电力公司是怎样知道每个家庭消耗了多少电能的呢？电费的收取标准是怎样的？
教师活动3 怎样测量家庭电路中消耗的电能呢？其计量单位是什么？ 教师展示电能表，重点讲解其中几个参数，并示范不同种类电能表的读数方法。 电能表测量的电能的计量单位是千瓦时，符号是kW·h。 日常生活中常说的1度电就是1千瓦时电，千瓦时和焦之间的换算关系是1 kW·h=3.6×106 J。 练习：小华家的电能表计数器月初、月末所显示的数字如图所示，请计算小华家的用电器这个月消耗的电能是多少千瓦时，合多少焦。如果民用电的价格是0.5元/（kW·h），小华家这个月应交多少电费？ 教师展示解题过程，方便学生对比改正，规范答题格式。 提出问题：1 kW·h的电能可以做哪些事情呢？我国的年发电量很大，那么我们平时有没有必要节约用电呢？ 学生活动3 观察电能表，理解电能表中相关参数的意义，学会读取电能表的相关数据。 根据电能表示数变化计算消耗的电能和应交电费。 体会1 kW·h电能的作用。即使我国总发电量非常大，但是节约用电仍然是践行可持续发展的战略所要求的。 与同学讨论交流自己在日常生活中节约用电的小妙招。
设计意图： 通过学习电能表的读数方法，学会测量消耗的电能。通过练习题计算一个月家庭的用电量和电费，了解1 kW·h电能的作用，增强节能环保的意识。
环节四：电功及电功的影响因素
情境与问题：机械能转化过程中伴随着做功，那么电能转化过程中是否也有做功呢？
教师活动4 展示汽油机做功冲程的图片，回忆做功冲程：汽油机的做功冲程中内能转化为机械能，能量的转化是通过高温高压的气体对活塞做功完成的。 渗透做功和能量转化的关系：做功的过程总是伴随着能量的转化。 展示：电动机提升重物。 利用如所示的实验装置进行实验，闭合开关，电动机将重物升高。思考在电动机提升重物的过程中，能量是如何转化的？什么在做功？ 结合电能学习过程中各种用电器能量转化情况，引导学生进一步分析总结：电流做了多少功，就消耗多少电能，同时就有多少电能转化为其他形式的能，但能的总量不变。 例如：电动机的电流做了100 J的功，消耗了100 J的电能，就有100 J的电能转化为机械能和内能。 电功：在物理学中，将电能转化为其他形式能的过程称为电流做功的过程，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。电流做的功，叫作电功，用W表示。 提出问题：那么电功与电压、电流和通电时间的定量关系是怎样的呢？ 指导学生阅读教科书，了解相关内容。 学生活动4 观察做功冲程图片，回忆并分析：做功冲程中内能转化成机械能；高温、高压的气体对活塞做功。 学生观察实验现象，分析思考得出：电动机的工作过程中电能转化为机械能，工作过程中电流做了功。 理解消耗的电能等于电流做的功，也等于转化成的其他形式的能。 阅读教科书，知道电流所做的功跟电压、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。 电功的计算公式：W=UIt。 电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J。1 J＝1 V·A·s＝1 N·m
设计意图： 通过引导学生回忆汽油机的做功冲程，在该冲程中内能转化为机械能，且能量的转化是通过气体对活塞做功实现的。帮助学生初步形成“做功的过程总是伴随着能量的转化”的观念。再通过分析电动机提升重物的过程，让学生体会电流通过电动机可以对外做功，进而建立电功的概念，同时将电流做功过程和电能转化为机械能的过程统一起来。随后举例电动机的电流做了100 J的功，消耗了100 J的电能，就有100 J的电能转化为机械能和内能，加深“消耗的电能等于电流做的功，也等于转化成的其他形式的能”的观念。
七、作业设计与学习评价
（一）诊断类作业
1.请举例说出几个常见的电源，并分析其工作时能量的转化情况。
2.请举例说出几个常见的用电器，并分析其工作时能量的转化情况。
（二）巩固类作业
3.把一个用电器接入220 V的电路中，通过它的电流是2 A，通电60 s电流做功多少？消耗电能多少？
4.如图所示，电源两端电压保持不变，电阻R1的阻值为16 Ω，电阻R2的阻值为8 Ω。当开关S闭合时，电压表示数为4 V。求：
（1）通过电阻R2的电流。
（2）电阻R1两端的电压。
（3）通电1 min，电流通过R1做的功是多少？
5.如图所示的电路中，电源电压保持不变，电阻R1的阻值为20 Ω，电阻R2的阻值为30 Ω，闭合开关S，电流表示数为0.6 A。求：
（1）电阻R2两端的电压。
（2）通过电阻R1的电流。
（3）通电5 min，电流通过R1做的功是多少？
（三）建构类作业
6.在日常生活中有哪些节约用电的小妙招？
7.目前的核电站利用的是核裂变反应释放的能量发电，各国正在推进利用核聚变获取能源的相关研究。请查阅相关资料，了解我国在这方面的研究。
（四）参考答案
1.干电池：化学能转化为电能；太阳能电池：太阳能转化为电能。
2.电灯：电能转化为光能和内能；电风扇：电能转化为机械能和内能。
3.电流做功W=UIt=220 V×2 A×60 s=2.64×104 J。
消耗的电能等于电功，为2.64×104 J。
4.（1）R1和R2串联，通过R1和R2的电流相等，R1=16 Ω，R2=8 Ω，R2两端电压U2=4 V。
通过电阻R2的电流I===0.5 A。
（2）电阻R1两端的电压U1=IR1=0.5 A×16 Ω=8 V。
（3）通电1 min，电流通过R1做的功W1=U1It=8 V×0.5 A×60 s=240 J。
5.（1）R1和R2并联，R1和R2两端电压相等，R1=20 Ω，R2=30 Ω，通过电阻R2的电流I2=0.6 A。
电阻R2两端的电压U=I2R2=0.6 A×30 Ω=18 V。
（2）通过电阻R1的电流I1===0.9 A。
（3）通电5 min，电流通过R1做的功W1=UI1t=18 V×0.9 A×5×60 s=4 860 J。
6.避免频繁开关空调；淘汰老旧耗电设备；不用的家电拔掉插头，避免待机耗电；选择LED照明灯等。
7.略
八、书设计
第一节 电能 电功

展开更多......

收起↑