2.2 电路的基本物理量（2）（课件）-《电工技术基础与技能》（机工版 第4版）同步精品课堂

第二章 直流电路 2.2 电路的基本物理量 《电工技术基础与技能》机工版·第4版 同步精品课堂 1 目录 电功 1 电功率 2 电流的热效应 3 教学目标 能力目标 情感态度与价值观 知识目标 1.能够准确阐述电功和电功率的概念，理解电功、电功率的区别； 2.熟练掌握电功、电功率与电压、电流、时间等相关物理量的关系。 1.能灵活运用电功和电功率公式计算实际电路问题，解决家庭用电等场景中的电能消耗、电器功率选择等问题； 2.学会使用电能表测量电功。 1.引导学生发现电功、电功率在日常生活中的应用，激发对物理学科的学习兴趣；2.通过探究实验，结合家庭用电知识，增强学生的节能意识和社会责任感。 课程导入 在我们的日常生活中，电无处不在。当我们打开明亮的电灯、使用便捷的手机、享受凉爽的空调时，有没有想过：同样使用一个小时，为什么不同的电器电费支出不一样？比如空调耗电明显比风扇多，这背后隐藏着怎样的物理奥秘？ 课程导入 如果我们仔细观察各种家用电器的铭牌，发现都标有额定电压和额定功率等参数。如标有“220V、40W”的白炽灯、“220V、1 500W”的电吹风、“220V、1 000W”的电饭煲等。图2-23所示为某品牌转叶扇铭牌。这些家用电器使用1h需要消耗多少电能？哪个最少？哪个最多？用电器消耗的电能与它的电功率又有何关系？电能是用什么仪表来测量的呢？ 探究新知 一、电功  在电场力的作用下，电荷定向运动形成的电流所做的功称为电功。电流做功过程就是将电能转换为其他形式能的过程。 如果加在导体两端的电压为U，在时间t 内通过导体横向截面的电荷量为Q，则电流所做的功，即电功为W=UQ。由于Q=It，所以W=UIt 式中：W——电能，单位为J（焦[耳]）； U——加在导体两端的电压，单位为V（伏[特]）； I——导体中的电流，单位为A（安[培]）； t——通电时间，单位为s（秒）。 上式表明，电流在一段电路上所做的功，与这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间成正比。 1.电功的定义 探究新知 一、电功  在国际单位制中，电功的单位是焦〔耳〕，简称焦，符号是J。 在实际使用中，电功常用千瓦·时为单位，符号是kW·h，也就是我们常说的“度”。 1 kW﹒h（度）=3.6×106J（焦耳）。 2.电功的单位 探究新知 二、电功率 1.电功率的定义 电功率是描述电流做功快慢的物理量。 电流在单位时间内所做的功叫做电功率。如果单位时间t 内，电流通过导体所做的功为W，则电功率为 式中：P——电功率，单位为W（瓦[特]）； W——电能，单位为J（焦[耳]）； t——通电时间，单位为s（秒） 若电流在1S内所做的功为1J，则电功率就是1W。 探究新知 二、电功率 2.电功率的单位及计算 在国际单位制中电功率的单位是瓦〔特〕，简称瓦，符号是W。电功率的常用单位还有kW（千瓦）和mW（毫瓦），它们之间的关系为： 1 kW=103W 1 W=103mW 不同的灯泡接在同一电源上，它们发出的亮度也是不同的。这是因为电流做功的速度不同。 P= =UI ，由 I= ，有 P= 由 U=IR，有P=I2R 探究新知 二、电功率 对于一段电路或一个元件,当电压 u 与电流 i 取关联参考方向时, u 与 i 的乘积就是此时刻该段电路或元件吸收或释放的电能。p 值为正时,表示该元件吸收电能，为负载; p 值 为负时,表示该元件释放(供给)电能，为电源。 1 度电可供“220 V，25 W”的灯泡发光多少小时？ 解：1 度 =1 kW·h，25 W=0.025 kW由 P= ， 得 t= =  =40 h 探究新知 二、电功率 练习：图中所示为直流电路,其中 U1=5V, U2=-9V, U3=4V, I=5A,求各 元件接收或发出的功率 P1、 P2和 P3,并求整个电路的功率 P 。 解 P1的电压参考方向与电流参考方向相关联,故 P 1= U1 I =5×5=25W(接收25W) P 2和 P 3的电压参考方向与电流参考方向非关联,故 P 2=U 2 I =-(-9)×5=45W(接收45W) P 3=U 3 I =-4×5=-20W(发出20W) 整个电路的功率P,设接收功率为正,发出功率为负,故 P =25+45-20=50W 探究新知 二、电功率 一个铭牌标有“220V、100W”的白炽灯，试求：（1）灯丝的热态电阻和白炽灯允许通过的额定电流？（2）当其两端加110V电压时，其消耗的实际功率为多少？ 解：（1）根据公式可以求出 根据公式P=UI可以求出白炽灯允许通过的额定电流 I= = A0.45A （2）当其两端加110V电压时，其消耗的实际功率为 W=25W 探究新知 二、电功率 如果某电气设备两端加额定电压U 时，其功率为P。当在其两端加上 U、 U、 U……这时电气设备消耗的实际功率分别为多少？ 通过计算，你能发现什么规律？ 探究新知 二、电功率 某教室有“220V、40W”的白炽灯6盏。（1）若平均每天使用4h，一年（365天）用电多少度？（2）若电价为0.56元/（KW·h），每年应付出多少电费？（3）如果改用“220V、11W”的节能灯，每天还是使用4h，一年能节约多少度电？少付多少电费？ 解：（1）根据已知条件 P=40×6W=240W=0.24KW，t=4×365h=1460h，由电功率公式 可得一年所用的电为W=Pt=0.24×1 460 KW·h=350.4 KW·h （2）一年所用的电费为350.4×0.56=196.22元 （3）当改用“220V、11W”的节能灯时，一年所用的电为W`=P`t=0.066×1 460 KW·h=96.36 KW·h 一年能节约ΔW=W- W`=（350.4-96.36 ）KW·h=254.04 KW·h 一年少付的电费为=254.04×0.56=142.26元 探究新知 二、电功率 通过以上计算可知，节约电能可以从两个方面入手： 一是减少用电设备的电功率P，如尽量少用大功率电器； 二是减少用电时间t，如养成人走关灯的好习惯。 探究新知 二、电功率 3. 负载的额定值 在实际使用时，所有电气设备和元件都有一定的使用限额，这个限额就是负载的额定值。负载长时间正常工作时所允许施加的最大电压、流过的最大电流称为负载的额定电压、额定电流。额定电压和额定电流的乘积，称为额定功率。 额定值用带有下标“N”的字母表示，如额定电压 UN。额定值是制造厂综合考虑产品的可靠性、经济性和使用寿命等因素而制定的，它是使用电气设备和元器件的依据。例如，“220 V 12 W”表示该用电器额定电压为 220 V，额定功率为 12 W。电气设备的额定值通常表在铭牌上。 探究新知 二、电功率 通常，当实际使用值等于额定值时，电气设备的工作状态称为额定状态（满载）。当实际功率或电流大于额定值时，电气设备的工作状态称为过载（超载）。当实际功率或电流小于额定值时，电气设备的工作状态称为轻载（欠载）。 探究新知 二、电功率 4. 电能表  计量电能一般用电能表，又称电度表，俗称火表。 电能表的铭牌上都标有一些字母和数字，其中DD228电能表的型号，DD表示单相电能表，数字228为设计序号；一般家庭使用就需选用DD系列的电能表，设计序号可以不同。220V、50Hz是电能表的额定电压和工作频率，它必须与电源的规格相符合。5（20）A表示电能表的标定电流为5A，最大电流值为20A。720r/kWh表示消耗1KW•h的电能，电能表的转盘转720转。 探究新知 二、电功率 空调的匹与功率的关系 空调1匹等于735瓦。 匹原来并不指制冷量。平时所说的空调是多少匹，是根据空调消耗功率估算出空调的制冷量。在电工学上，1匹是指735W，在空调行业上，1匹空调的最原始的意思是用735W的电功率制出来的冷量的空调。空调的理想能效比一般是3.0-3.6左右，也就是制冷量与输入功率之比值。因此1匹机的空调的制冷量约在2500W左右。但空调行业上制冷量2300到2700W的空调都可以叫1匹机。2000到2300W的叫小一匹；2700到2900W的叫大一匹。 探究新知 三、电流的热效应 电流流过导体时使导体发热的现象，称为电流的热效应。 利用电流的热效应制成了很多电器，如电烤箱、电暖气等。但电流的热效应有时又会带来不利的一面，如电动机使用时线圈会发热、影响电机的使用寿命等。 探究新知 三、电流的热效应 实验表明：电流流过导体产生的热量与导体的电流的平方、导体的电阻、通电时间成正比，这一定律称为焦耳定律，即 Q=I2Rt 式中，Q 为导体产生的热量，J ；I 为导体中的电流，A ；R 为导体中的电阻，Ω ；t 为导体通电时间，s。 探究新知 三、电流的热效应 某厂有一电烤箱，它的电阻为 50 Ω，把它接在 220 V 的电源上，10 min 能放出多少热量？ 解：Q= Q= ·t = ×60×10=580 800 J 想一想：电流通过电路时要做功，电流通过导体使也要产出热量，那么电流做的功与它产生的热量相等吗？为什么？ 探究新知 四、总结 物理量 文字符号 单位及换算 公式及含义 方向 电流 I kA A mA µA 1kA=103 A 1A=103 mA=106µA 正电荷定向移动的方向为电流的方向 电压 U kV V mV µV 1kV=103 V 1V=103 mV=106µV = AB两点间的电位差 电压的方向为高电位指向低电位 电位 V 同电压的单位 = 该点指向参考点的电压方向 电动势 E 同电压的单位 只存在于电源内部 电源负极指向正极 电功 W J (焦耳) kW·h（千瓦时，度） 电功率 P W kW 巩固练习 一、抢答 序号 问题 1 节约用电是每一位公民的责任，请你应用所学的知识列举节约用电的措施？ 2 结合教室空调铭牌，计算空调7小时的用电量是多少？ 巩固练习 二、实战演练——器材和工具 测量电路的基本参数： （1）MF47 型万用表 1 块。 （2）直流电源（0 ～ 30 V）。 （3）交流电源（0 ～ 220 V）。 （4）导线若干。 巩固练习 二、实战演练——要求 具体要求： 以小组为单位，进行电路基本参数的测量与计算等训练，整个过程要求团队协作、安全规范操作、严谨细致、精益求精。 巩固练习 二、实战演练——测量   1. 测量直流电压 （1）将 MF47 型万用表转换到直流电压（V）挡，并选择合适的量程。若不清楚被测电压的大小，则选择最大量程。 （2）将万用表表笔并接在直流电源两端，红表笔接电源正极，黑表笔接电源负极。读出电压值，填入表 。 巩固练习 二、实战演练——测量   2. 测量交流电压 （1）将 MF47 型万用表转换到交流电压（V）挡，并选择合适的量程。若不清楚被测电压的大小，则选择最大量程。 （2）将万用表表笔并接在交流电源两端。读出电压值，填入表。 巩固练习 二、实战演练——测量   3. 计算 根据已知电流数值I=0.5A，计算相应的电功率大小，填入表。 电压/V 5 10 15 20 40 80 功率/W 课堂小结 本节课主要学习了电功、电功率及电流的热效应相关知识。明确了电功、电功率的区别和关系，同时掌握了额定功率和实际功率的区别。对于电流的热效应，理解了焦耳定律知道电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间的联系。认识到这些知识在生活中的广泛应用，如电能表计量、电器铭牌解读，也明白了合理用电和安全用电的重要性，希望同学们能将所学知识与生活实际紧密结合，体会物理学科的实用价值 。 感谢观看 $$