2.3 电路中的电能 （教学设计）科学新教材浙教版九年级上册

该初中科学教学设计聚焦电路中的电能，涵盖电功、电功率、电热公式及电能转化与焦耳定律，通过家庭电费单据导入，联系生活实际，承接机械能、内能知识，为后续家庭电路学习搭建支架。 资料亮点在于设计多组探究实验，如伏安法测功率、煤油烧瓶探究焦耳定律，运用控制变量法和转换法，结合电器铭牌、电费计算等实例，培养科学思维与探究实践能力，帮助学生掌握公式应用，为教师提供结构化教学资源。

第3节 电路中的电能（教学设计） 年级 九年级 学科 科学 教师 课题 第3节 电路中的电能 教学 目标 科学观念：掌握电功、电功率、电热相关公式，理解电能转化与焦耳定律内容。 科学思维：运用控制变量法探究功率影响因素，结合电表参数完成定量计算。 态度责任：规范电学实验操作，结合用电实例树立节约用电与安全用电意识。 教材 分析 本节位于九年级上册第二章第三节，是能量守恒板块电学核心内容，分为四个课时循序渐进展开教学。教材从家庭电费账单切入，先介绍电能电功与电能表测量方法，再引入电功率概念与额定功率相关知识，接着通过实验推导电压电流与功率的计算公式，最后探究电流热效应并总结焦耳定律。教材设置多组探究实验，借助灯泡亮度、电表转动快慢等直观现象呈现物理规律，配套生活电器实例、电费计算、电热器应用等内容，将理论知识与日常生活紧密结合。本节承接机械能、内能相关知识，实现能量转化知识体系的完善，同时为后续家庭电路、电磁学内容学习打下坚实基础。 学情 分析 学生此前已经学习内能改变方式、能量转化基础内容，能够识别不同形式能量之间的相互转化，具备基础的能量分析思维。学生熟悉电灯、电热水壶等日常用电器，能直观感知电器耗电快慢差异，但尚未建立电功、电功率的量化概念，容易混淆电功与电功率的物理意义。学生能够正确使用电流表、电压表基础器材，掌握简单串联并联电路连接，但运用控制变量法设计电学探究实验的能力不足，进行电能、电功率综合计算时容易混淆单位。学生对电表读数、电热发热现象兴趣浓厚，但难以从微观层面理解电流做功产生热量的内在逻辑，单位换算、公式选择是高频易错点。 教学重点 掌握电功、电功率、电热计算公式，理解电能表读数与额定功率含义。 教学难点 了解电压电流对电功率的影响，能综合运用多个公式完成电学定量计算。 教学 器材 电能表、小灯泡、滑动变阻器、电流表、电压表、开关、电源、导线、烧瓶、煤油、不同阻值电阻丝、秒表。 教学过程 教师活动 学生活动 新 课 导 入 展示家庭电费单据，提问电费计量依据，引出电能测量与电流做功相关新课内容。 观察电费单据，思考用电计量方式，激发电学知识探究兴趣。 新知讲授 一、电能与电功教学 讲解电能的多种转化形式，阐述电功定义、物理意义与单位换算，演示电能表各参数含义，讲解读数方法并示范电表相关计算题。组织思考与讨论，引导学生结合例题练习电能表参数计算。介绍电子式智能电能表，对比传统转盘电能表的区别。 1、思考与讨论：电能的利用无处不在。照明的电灯、冷藏食物的电冰箱、烧饭的电饭锅、工作中的电脑等，它们都在使用电能。图中，电能分别转化为什么形式的能？ 2、思考与讨论 （1）某家庭4月底、5月底电能表上显示的数字如图所示，这个家庭在5月份用了多少电能？ 3265.4kW·h-3124.1kW·h=141.3kW·h。 （2）一只家用电能表标有“1500r/kW・h”的字样，如果让一台电风扇工作，测得1min内消耗的电能为2.4×104J，则电能表的转盘旋转了多少圈？ 解：已知电能表规格“1500r/kW・h”，电风扇消耗的电能W=2.4×104J ∵W=2.4×104J=1/150kW・h 则转盘转动圈数： n=1500r/kW・h×1/150kW・h=10r 答：该电能表转盘旋转了10圈。 二、电功率与额定功率教学 展示不同功率电器铭牌，讲解电功率定义、物理意义与计算公式，结合电视机用电例题示范电能计算。开展探索活动，更换不同电压连接同一灯泡，引导学生观察亮度变化，讲解额定电压、额定功率与实际功率的关系，结合电热水壶例题讲解额定功率计算方法。 1、思考与讨论：观察节能灯的铭牌，我们往往会发现铭牌上标有“220V11W”等数字，如图所示，这些数字表示什么意思? 220V是额定电压，11W是额定功率。 2、【例题】某电视机的电功率是250W，每天使用3h，一个月（按30天计算）用电量是多少？ 解：已知P=250W=0.25kW，t=3h×30=90h 由P=W/t变形得W=Pt 则一个月消耗的电能： W=Pt=0.25kW×90h=22.5kW・h 答：用电量是22.5kW・h。 3、思考与讨论：如图是某型号全自动洗衣机的铭牌，你能读懂哪些内容？ ①额定工作条件：额定电压220V、频率50Hz； ②额定洗涤/脱水容量：洗涤、脱水最大负载均为5.5kg； ③不同工况额定输入功率：离心洗500W，波轮洗390W，脱水210W； ④其他信息：防水等级IPX4，可防溅水，产地杭州。 4、探索活动：取一只标有“6V2W”的灯泡，把它接在6V的电路中，它正常发光；把它接在4V电路中，观察它的发光亮度；把它接在8V电路中，观察它的发光亮度。 接在4V电路中灯泡偏暗，接在8V电路中灯泡偏亮。 5、【例题】某品牌电热水壶在220V的额定电压下工作，4min加热一壶水至沸腾共消耗了4.32×105J的电能，该电热水壶的额定功率是多少？ 解：P=W/t=4.32×105J/(4×60s)=1800W 三、电功率推导与伏安法测功率教学 提出探究问题，引导学生建立电功率影响因素假设，设计串联并联对照实验，组织学生分组实验收集数据，分析数据得出功率与电压电流的关系，推导P=UI、W=UIt公式，结合节能灯例题开展综合计算。组织探究实践，讲解伏安法测小灯泡功率实验器材、电路连接与操作规范，指导学生记录三组不同电压下的实验数据并计算功率。开展思考与讨论，对比定义式与推导式的区别，分析LED灯节能原理。 1、探究实践：小灯泡的电功率跟哪些因素有关？ （1）提出问题：小灯泡的电功率跟哪些因素有关？ （2）建立假设： ①小灯泡的电功率跟电压有关，电压越高，电功率就越大。 ②小灯泡的电功率跟电流有关，电流越大，电功率就越大。 （3）设计实验方案： ①研究小灯泡的电功率跟电流的关系，就要控制小灯泡两端电压不变。为此，我们可以把2只不同的小灯泡并联在电路上，从而控制它们两端电压相等，用电流表分别测量通过小灯泡的电流。通过观察小灯泡的亮度来判断小灯泡电功率大小，分析电功率大小跟电流有什么关系。 ②研究小灯泡的电功率跟电压的关系，就要控制通过小灯泡的电流不变。为此，我们可以把2只不同的小灯泡串联在电路上，从而控制通过它们的电流相等，用电压表分别测量小灯泡两端的电压。通过观察小灯泡的亮度来判断小灯泡电功率大小，分析电功率大小跟电压有什么关系。 （4）进行实验，收集证据：请按照上面设计的方案进行实验，并把收集到的数据和观察到的现象分别记录在表中。 （5）分析与论证： 小灯泡的电功率大小跟小灯泡两端的电压、通过小灯泡的电流有关。在电压相等的情况下，通过小灯泡的电流越大，小灯泡的电功率越大；在电流相等的情况下，小灯泡两端的电压越高，小灯泡的电功率越大。 （6）反思与评价： ①实验运用的科学方法是什么？ 控制变量法、转换法。 ②实验中判断小灯泡电功率大小的依据是什么？ 小灯泡的亮度。 2、思考与讨论：公式P=W/t与P=UI有什么不同？ ①P=W/t是定义式，从功和时间的角度定义功率，反映功率的本质——做功的快慢； ②P=UI反映了电功率的大小由电压和电流决定，方便通过电表测量的电压和电流求功率。 3、【例题】将如图所示的节能灯接在220V的电路中，通过灯泡的电流有多大？这只节能灯正常工作2h消耗多少电能？消耗电能为多少度？ 解：节能灯的额定电压为220V，额定功率为11W。当节能灯接在220V的电路中时，电流： I=P/U=11W/220V=0.05A 消耗电能： W=Pt=11W×2×3600s=79200J； W=Pt=0.011kW×2h=0.022kW・h=0.022度 答：当节能灯接在220V的电路中时，通过灯泡的电流为0.05A，节能灯消耗的电能为79200J，即为0.022度。 4、探究实践：测定小灯泡的功率 一、目标 学习使用电流表和电压表测定用电器功率的方法；了解用电器的功率跟用电器两端的电压有关，加深对额定电压和额定功率的理解。 二、器材 常用的小灯泡1只(标明额定电压，未标明额定功率)，电流表、电压表各1只，滑动变阻器1只，开关1只，电池组(总电压高于灯泡的额定电压)1只，导线若干。 三、过程 （1）实验要求。用滑动变阻器来调节小灯泡两端的电压，分别观察下列三种情况小灯泡的亮度，测量它的电功率： ①使小灯泡两端的电压等于额定电压； ②使小灯泡两端的电压低于额定电压； ③使小灯泡两端的电压高于额定电压的(约1.2倍)。 （2）根据实验要求，以小组为单位，设计电路，画出实验电路图。设计电路时应思考：如何连接滑动变阻器与小灯泡？电流表、电压表分别接在什么位置？对电池组的电压有什么要求？ （3）实验中需要测量哪些量？如何设计实验记录表？ ①需要测量小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流； ②实验记录表。 （4）检查所给的器材是否符合实验要求，然后连接电路，进行实验。连接电路时，应连接滑动变阻器的哪两个接线柱？开关闭合前，滑动变阻器的滑片应放在什么位置？ ①一上一下；②滑片应放在阻值最大处。 （5）把实验数据记录在表格中。计算出三种情况下小灯泡的功率。当小灯泡两端的电压高于或低于额定电压时，它的实际功率各是多大？它的亮度如何变化？ 5、思考与讨论 （1）小灯泡在哪种情况下属于正常发光？ 当小灯泡两端的电压等于额定电压时，小灯泡的实际功率等于额定功率，小灯泡正常发光。 （2）选择亮度与灯泡大致相当的LED灯，比较它两端的电压与电功率，哪一种灯的电功率较小？为什么？ LED灯的电功率较小。因为LED灯发光效率远高于白炽灯，同等亮度下LED把电能转化为光能的比例更高，热能损耗更少，因此需要的输入电功率更小。 四、电流热效应与焦耳定律教学 以电热水壶导线发热差异创设问题，讲解电流热效应概念，介绍电热器利弊。开展探索活动，将不同电阻丝串联放入煤油烧瓶，对比液面高度变化，改变电流重复实验，总结实验现象推导焦耳定律，书写Q=I2Rt公式，区分纯电阻电路电能与电热等量关系。结合电热器、电饭锅两道例题分步讲解电热综合计算，梳理多种电热计算公式。介绍焦耳生平与热功当量实验，拓展电热在生产生活中的应用与安全隐患。 1、思考与讨论 （1）还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的？ 白炽灯、电热水器、电烙铁、电炉、电饼铛、电暖器等。 （2）电流的热效应有什么利和弊？ ①利：制作各种电热器；保险丝靠过热熔断保护电路； ②弊：电器发热浪费电能；高温易损坏设备、甚至引发火灾。 2、探索活动如图所示，2只烧瓶内装有煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙。 （1）将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置。 （2）闭合开关，记下电流表的读数：0.2A。 （3）经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置。 （4）比较2根玻璃管内液面上升的高度，可以推测得出：当电流相等时，电阻越大，电流产生的热越多。 （5）当2根玻璃管中的液面降回到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关，记下电流表的读数：0.4A。 （6）经过与第一次相同时间的通电后，标出甲瓶（或乙瓶）玻璃管内液面的位置。 （7）与上一次该玻璃管内液面上升的高度相比，可以推测得出：当电阻相等时，电流越大，电流产生的热就越多。 3、思考与讨论 （1）焦耳定律是在实验的基础上总结出来的，可以用电功率公式把它推导出来吗？ 把欧姆定律的变形式U=IR带入电热公式，Q=W=UIt=IR·It=I²Rt。 （2）电吹风和电熨斗通电时都会发热，哪种用电器可以认为是将电能全部转化成了内能？ 电熨斗内部是电热丝，工作时将电能几乎全部转化为内能；电吹风内部有电热丝和电动机，工作时还有一部分电能转化为机械能。 4、电热的计算 【例1】某电热器接入220V的电路中正常工作时，其电阻丝的电阻为55Ω，则该电热器在20min内会产生多少热量？ 解：已知电压U=220V，电阻R=55Ω，时间t=20min=1200s 通过电阻丝的电流I=U/R=220V/55Ω=4A 电热器产生的热量Q=I²Rt=(4A)²×55Ω×1200s=1.056×106J 答：电热器在20min内产生的热量为1.056×106J。 【例2】如图是电饭锅的电路图，电饭锅工作时有两种状态：当自动开关S接通时，电饭锅处于加热状态，将锅内的水加热直到烧开；当自动开关S断开时，电饭锅处于保温状态。图中R2是加热用的电热丝，阻值为55Ω；R1是电阻，阻值为145Ω。试求： （1）在加热状态下，电饭锅正常工作30min产生多少热量？ （2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率多大？ 解：（1）在加热状态下，开关S接通，电路中只接入电热丝R2 因此通过R2的电流： I=U/R2=220V/55Ω=4A 根据焦耳定律，R2上产生的热量： Q=I²R2t=(4A)²×55Ω×30×60s=1.584×106J （2）在保温状态下，开关S断开，电阻R1与电热丝R2相串联 假设此时电路中的电流为I'，根据串联电路的电压特点：U=U1+U2=I'R1+I'R2 I'=U/(R1+R2)=220V/(145Ω+55Ω)=1.1A 电饭锅消耗的功率： P=UI'=220V×1.1A=242W 5、思考与讨论：上面的问题还可以用什么方法来求解？ 因为电饭锅是电热器，电能全部转化为内能，所以Q=W=Pt=UIt=U²t/R=I²Rt （1）Q=W=U²t/R2=(220V)²×30×60s/55Ω=1.584×106J （2）P=U²/(R1+R2)=(220V)²/(145Ω+55Ω)=242W 梳理各类用电器能量转化形式，熟记电功单位换算关系。读取电器铭牌参数，区分额定与实际电压功率，完成功率计算练习。分组完成对照实验，记录电压电流数据，绘制实验记录表格。观察烧瓶液面升降，记录实验现象，套用焦耳定律完成计算题。 课堂练习 1．下列电流做功的实例中，主要是电能转化为化学能的过程是(  ) A．电流流过电炉 B．电流流过白炽灯泡 C．给蓄电池充电 D．电流流过喇叭的线圈，喇叭发声 【答案】C 【解析】A．电流流过电炉，电炉丝发热，此过程中电能转化为内能，故A不符合题意； B．电流流过自炽电灯，电灯发热发光，此过程中电能转化为内能，故B不符合题意； C．给蓄电池充电是消耗了电能转化为了化学能，故C符合题意。 D．电流流过喇叭的线圈，喇叭发声，此过程中电能转化为声能，故D不符合题意。 2．2025年我国新增可再生能源发电量5193亿千瓦时。其中“5193亿千瓦时”描述的是（　　） A．电流 B．电压 C．电阻 D．电能 【答案】D 【解析】A．电流的单位是安培（A），所以“5193亿千瓦时”肯定不是电流，故A不符合题意； B．电压的单位是伏特（V），“5193亿千瓦时”不是电压，故B不符合题意； C．电阻的单位是欧姆（Ω），“5193亿千瓦时”不是电阻，故C不符合题意； D．电能的国际单位是焦耳（J），常用单位是千瓦时，所以“5193亿千瓦时”描述的就是电能，故D符合题意。 3．如图所示是小金家的电能表，下列说法正确的是（　　） A．每小时该电能表表盘转过600转 B．该电能表显示消耗了电能3765度 C．该电能表是测量电路电功率的仪器 D．该表转盘转6转说明消耗电能0.01度 【答案】D 【解析】A．电能表表盘标识600r/kW⋅h，表示每消耗1kW⋅h的电能，电能表的转盘转600转，不是每小时该电能表表盘转过600转，故A错误； B．电能表读数时，最后一位为小数，所以该电能表显示消耗了电能为376.5度，故B错误； C．电能表是用来测量电路中用电器消耗电能多少的仪表，故C错误； D．该表转盘转6转，说明电路中用电器消耗电能为，即0.01度，故D正确。 4．下列家用电器中，在正常工作时电功率为1000W的可能是（　　） A．空调机 B．节能灯 C．电视机 D．笔记本电脑 【答案】A 【解析】家用空调制冷功率通常在700～1500W之间；节能灯功率一般为5～40W；液晶电视功率约100～300W，大尺寸高端机型或等离子电视可能达500W；笔记本电脑整机功耗通常为30～90W，游戏本满载可能接近200W。故选A。 5．下列关于电功率的说法中正确的是（   ） A．电流做功越多，电功率越大 B．电流做功时间越短，电功率越大 C．在相等时间内，消耗电能越多的用电器电功率越大 D．电功率越大的用电器，消耗电能越多 【答案】C 【解析】A．由P=W/t可知，电功率大小与用电器消耗的电能和所用的时间有关，因通电时间未知，不能得出用电器消耗的电能越多电功率越大，故A错误； B．由P=W/t可知，电功率大小与用电器消耗的电能和所用的时间有关，不知道用电器消耗的电能的多少，只根据时间无法判定电功率的大小，故B错误； C．由P=W/t可知，在相等时间内，消耗的电能越多，用电器功率越大，故C正确； D．由P=W/t可知，电功率大，但是工作时间不知道，则消耗的电能不确定，故D错误。 6．白炽灯泡的亮度是由下列哪个物理量决定的（　　） A．通过灯泡的电流大小 B．灯泡两端的电压 C．灯泡的额定电功率 D．灯泡的实际电功率 【答案】D 【解析】灯泡工作时，消耗电能转化为光能，比较灯泡的亮度就是要比较在一定时间内消耗电能的多少，即实际电功率的大小。故D符合题意，ABC不符合题意。 7．某品牌电冰箱功率为120瓦，那么该冰箱正常使用一天的耗电量是（   ） A．0.12度 B．2.88度 C．1.44度 D．1.2度 【答案】B 【解析】由P=W/t知道，该冰箱正常使用一天的耗电量是 W=Pt=120W×24×60×60s=1.04×107J=2.88kW·h 8．现有两只标有“6V、1.5W”的小灯泡，通过它们的电流随两端电压变化的关系如图所示，若把这两只灯泡串联接在8V的电源两端，其中一只灯泡的电阻及电路的总功率分别为（　　） A．20Ω、1.6W B．24Ω、0.8W C．20Ω、0.8W D．24Ω、3W 【答案】A 【解析】两只完全相同的灯泡串联，根据串联电路规律：电流处处相等，总电压等于各部分电压之和，因此每个灯泡两端的电压相等，总电压为8V，可得每个灯泡两端电压U=8V/2=4V，从I-U图像可知，当灯泡两端电压U=4V时，电路电流I=0.2A。一只灯泡的电阻R=U/I=4V/0.2A=20Ω，电路总功率P总=U总I=8V×0.2A=1.6W，故选A。 9．两个白炽灯L1上标着“220V  80W”，L2上标着“220V  40W”。现把它们并联后接入220V的电路，下列说法正确的是（　） A．L1和L2的电流之比是1:2 B．电路的总功率大于40W小于80W C．L1的实际功率大于L2的实际功率 D．若将两只灯泡串联，灯L1会比L2更亮 【答案】C 【解析】A．将L1、L2并联接入220V的电路中，由于并联电路电压相等，两个灯泡两端的电压都等于220V，两个灯泡的功率都为额定功率，由I=P/U得，电流之比I1/I2=P1/P2=80W/40W=2/1，故A错误； B．将L1、L2并联接入220V的电路中，电路总功P总=P1+P2=80W+40W=120W大于80W，故B错误； C．将L1、L2并联接入220V的电路中，P1实=80W>P2实=40W，L1的实际功率更大，故C正确； D．两只灯泡的额定压相同，L1的额定功率大于L2的额定功率，由R=U额²/P可知，两灯泡的电阻R1<R2；若将两只灯泡串联，通过灯泡的实际电流相同，由P实=I²R可知，灯泡L1的实际功率小于L2的实际功率，即灯L1会比L2更暗，故D错误。 10．用电烤箱烤面包时，电烤箱上的电热管会发烫发红。下列用电器的工作原理与电烤箱的工作原理相同的是（　　） A．电饭锅 B．洗衣机 C．电风扇 D．电冰箱 【答案】A 【解析】用电烤箱烤面包时，电烤箱上的电热管会发烫发红。电烤箱是利用电流的热效应工作的。 A．电饭锅是电热器，是利用电流的热效应工作的，故A符合题意； BCD．洗衣机、电风扇、电冰箱都是利用电动机工作的，原理是通电导体在磁场中受力运动，与电烤箱的工作原理不同，故BCD不符合题意。 11．小明用如图装置进行实验：①闭合开关，1分钟后记录温度计示数；②断开开关，待瓶中液体冷却至室温，减小滑动变阻器阻值并重复操作①。该实验探究的是（　　） A．电热与电阻大小的关系 B．电热与电流大小的关系 C．电热与通电时间的关系 D．电热与发热材料的关系 【答案】B 【解析】根据题意可知，实验中控制电阻丝的电阻和通电时间不变，通过改变变阻器接入电路的电阻来改变通过电阻丝的电流，因此该实验探究的是电热与电流大小的关系。 12．阻值为R的电热丝，接到电源上6min烧开一壶水，现在将两根同样的阻值为R的电热丝串联起来，还接在原来的电源上，烧开同样一壶水，需要的时间是（　　） A．12min B．4min C．8min D．6min 【答案】A 【解析】阻值为R的电阻丝，接到电源上6min烧开一壶水，根据公式Q=U²/Rt可知，烧开一壶水需要的时间t=QR/U²；两根同样的电阻丝串联起来，电阻为一根的2倍，烧开一壶水需要的热量不变，电压不变，所以需要的时间t'=Q×2R/U²=2×QR/U²=2t，故需要的时间是12min，故A符合题意，BCD不符合题意。 课 堂 小 结 一、电能与电功 1、电能：可转化为光能内能机械能化学能。 2、电功 （1）电流做功等于消耗电能； （2）单位：J、kW・h，1kW・h=3.6×106J； （3）测量：电能表两次读数差值为消耗电能。 二、电功率 1、定义式P=W/t，推导式P=UI； 2、额定电压下功率为额定功率；U实=U额，正常工作； 3、伏安法测小灯泡功率 三、电流热效应与焦耳定律 1、电流热效应 （1）电流通过导体发热，电能转化为内能； （2）运用和弊端：电热可用于电热器，过量发热易引发火灾。 2、焦耳定律 （1）公式：Q=I²Rt； （2）纯电阻电路Q=W=UIt。 板 书 设 计 作 业 设 计 教学反思 本节课依托生活电器、电费账单等素材开展教学，多组电学探究实验提升学生课堂参与度，学生能够掌握电功电功率基础公式，区分额定功率与实际功率。多数学生容易混淆电功与电功率概念，单位换算计算时常出现数值错误，伏安法实验连接电路时滑动变阻器操作不规范。学生运用焦耳定律进行多公式综合计算时，难以根据电路类型选择合适公式，忽略纯电阻电路特殊等量关系。后续教学增加公式对比专项训练，强化单位换算练习，细化电学实验操作步骤讲解，增加生活用电计算题，结合实例强化节约用电与电热安全相关知识。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $