2.3 电路中的电能 第2课时 （培优教学课件）科学新教材浙教版九年级上册

该初中科学课件聚焦电路中的电能，核心知识点包括额定电压与额定功率、实际电压与实际功率，电功率公式P=UI及电功公式W=UIt，还有测量小灯泡电功率的实验。课堂导入从生活中电费缴纳、用电器铭牌数值（如“220V 40W”）等问题切入，衔接电能概念，引导学生探究功率相关知识，搭建清晰的学习支架。 其亮点在于以探究实践为核心，通过“36V 40W”灯泡在24V、36V、40V电压下的亮度对比实验，运用控制变量法和转换法（科学思维），结合伏安法测功率实验（探究实践），帮助学生理解额定与实际功率的科学观念。例题与生活应用结合，培养安全用电意识（态度责任），既让学生深化概念理解，也为教师提供结构清晰、案例丰富的教学支持。

九年级上册•浙教版 第3节 电路中的电能 第二章 能的转化与能量守恒 第2课时 1 导入新课 电能是现代生活和生产中最常用的一种能。生活中每户家庭每月都要向电力公司缴纳电费，电费的多少与用电器消耗电能的多少有关。电灯泡上标有“220V 40W”、电冰箱上标有“220V 120W”，这些数值表示什么意思？同一个用电器在不同电压下工作时，消耗电能的快慢相同吗？让我们带着这些问题进入本课的学习。 学习目标 科学观念 理解额定电压、额定功率与实际电压、实际功率的概念，掌握电功率的计算公式P=UI及电功的计算公式W=UIt。 科学思维 通过探究小灯泡电功率跟电压、电流的关系，体会控制变量法和转换法在实验中的应用。 探究实践 1.能设计并完成测量小灯泡电功率的实验，正确使用电流表、电压表和滑动变阻器。 2.能运用电功、电功率公式进行简单计算，解决实际问题。 态度责任 1.通过实验探究活动，养成严谨细致、实事求是的科学态度。 2.了解用电器的额定功率和实际功率，树立安全用电、节约用电的意识。 重点难点 重点 1.额定电压、额定功率与实际电压、实际功率的区别与联系；电功率的计算公式P=UI。 2.电功的计算公式W=UIt及测量小灯泡电功率的实验。 难点 理解额定功率和实际功率的关系，会判断用电器在不同电压下的实际功率。 1. 额定功率 2. 电功率和电功的计算 3. 测小灯泡电功率 4. 课堂总结 5. 练习与应用 学习内容 一、 额定功率 第3节 电路中的电能 6 一、 额定功率 各种不同的用电器，电功率各不相同。那么，同一个用电器在不同的电压下工作，它的电功率是否一样？ 一、 额定功率 取一只标有 “36V 40W” 的灯泡，把它接在 36V 的电路中，它正常发光；把它接在 24V 电路中，观察它的发光亮度；把它接在 40V 电路中，观察它的发光亮度。 探索活动 8 一、 额定功率 探索活动 一、 额定功率 探索活动 电压 24V 36V 40V 亮度 发光暗淡 正常发光 强烈发光 电功率 小于 40W 40W 大于 40W 额定电压：用电器正常工作时的电压。用电器铭牌上标有的电压值就是额定电压，常用U额表示。 额定功率：用电器在额定电压下工作时的电功率。用电器铭牌上标的电功率值就是额定功率，常用P额表示。 一、 额定功率 探索活动 电压 24V 36V 40V 亮度 发光暗淡 正常发光 强烈发光 电功率 小于 40W 40W 大于 40W 实际电压：用电器实际工作时的电压，常用U实表示。 实际功率：用电器在实际电压下工作时的电功率，常用P实表示。 小灯泡的亮暗由小灯泡实际功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮。 11 一、 额定功率 用电器两端的电压 电功率 用电器工作情况 U实​=U额​ P实​=P额​ 正常工作 U实​>U额​ P实​>P额​ 容易损坏 U实​<U额​ P实​<P额​ 不能正常工作 实际功率和额定功率的关系 用电器的额定电压和额定功率是确定、唯一的，不随实际工作电压的改变而改变。 12 【例1】小萌在更换灯泡时发现灯泡上标有“220V 40W”的字样。下列说法中正确的是（　　） A．该灯泡只能在220V电压下工作 B．该灯泡的实际功率是40W不变 C．该灯泡每秒消耗的电能是40W D．该灯泡正常发光时的功率是40W D 一、 额定功率 13 【答案】D 【解答】解：A、“220V”为灯泡正常工作时的电压，说明其工作时工作电压不能超过220V，可以小于等于220V，故A错误； B、灯的实际功率随实际电压的变化而变化，故B错误； C、若灯正常工作，则由W=Pt可得每秒钟消耗的电能为：W=40W×1s=40J，故C错误； D、灯在220V电压下正常工作，则此时发光功率为40W，故D正确。 故选：D。 一、 额定功率 14 二、电功率和电功的计算公式 第3节 电路中的电能 15 二、电功率和电功的计算公式 探究实践：小灯泡的电功率跟哪些因素有关 目标：设计实验，探究影响小灯泡的电功率的因素。 器材：2 只不同功率的小灯泡，电流表、电压表各 2 只，开关，电池组，导线等。 提出问题：小灯泡的电功率跟哪些因素有关？ 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。 你还能提出什么假设？ 设计实验方案： 若要研究小灯泡的电功率跟电流和电压的关系，需要运用控制变量的方法进行实验研究。 (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 只不同功率的小灯泡按图 2.3-8 所示方式并联在电路上，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。 （配图：图 2.3-8 研究电功率跟电流的关系：两只灯泡\(L_1\)、\(L_2\)并联，分别串联电流表\(A_1\)、\(A_2\)，电源、开关 S） (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 只不同功率的小灯泡按图 2.3-9 所示方式串联在电路上，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。 （配图：图 2.3-9 研究电功率跟电压的关系：两只灯泡\(L_1\)、\(L_2\)串联，电压表\(V_1\)测\(L_1\)电压、\(V_2\)测\(L_2\)电压，电源、开关 S） 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 2.3-2 和表 2.3-3 中。 16 二、电功率和电功的计算公式 探究实践：电功率与电流的关系 设计实验方案： 分别将 2 只不同规格的小灯泡L1、L2按如图所示方式并联在电路中，电流表测量通过小灯泡L1 、 L2的电流。观察小灯泡L1 、 L2的亮暗，在表格中记录电流表的示数。 项目 灯L1​ 灯L2​ 条件控制 (电压关系) 亮度 (亮、暗) 电流 /A 转换法 控制变量法：控制电压一定 17 二、电功率和电功的计算公式 探究实践：电功率与电流的关系 实验结论：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。 18 二、电功率和电功的计算公式 探究实践：电功率与电压的关系 设计实验方案： （2）分别将 2 只不同规格的小灯泡L1 、 L2按如图所示方式串联在电路中，电压表测量加在小灯泡L1 、 L2两端的电压。观察小灯泡L1 、 L2的亮暗，在表格中记录电压表的示数。 项目 灯L1​ 灯L2​ 条件控制 (电流关系) 亮度 (亮、暗) 电压 /V 19 二、电功率和电功的计算公式 探究实践：电功率与电压的关系 实验结论：在电流相等的情况下，加在小灯泡两端的电压越高，小灯泡的电功率越大。 二、电功率和电功的计算公式 电功率的计算 实验表明，用电器的电功率等于用电器两端电压与通过用电器的电流的乘积。 电功率的公式： P=UI（电功率的基本公式，适用于所有电路的计算），1W=1V·A。 电功率的推导公式：P=I2R或P=（只适用于纯电阻电路的计算）。 21 二、电功率和电功的计算公式 电功率的计算 正确理解公式P=I2R 、 P= ①由于欧姆定律只适用于纯电阻电路，所以推导出的两个电功率的公式也只适用于纯电阻电路。 ② P=I2R常应用于串联电路，因为串联电路中的电流处处相等；而P=常应用于并联电路，因为并联电路中各支路两端的电压都相等。 22 二、电功率和电功的计算公式 思考与讨论 根据公式P=I2R得，串联电路中各用电器电功率与电阻成正比，即= 。 根据公式P=得，并联电路中各用电器电功率与电阻成反比，即= 推导串联电路和并联电路中，各用电器电功率与电阻的关系 提示：无论用电器串联或并联，P=P1+P2+……+Pn。 23 P=W=Pt=UIt 电流在某段电路上做的功，等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流，以及通电时间的乘积。 二、电功率和电功的计算公式 电功的计算 电功单位：焦耳 （J） 1J=1V·A·s。 将公式I=代入电功公式，可得W=或W=I2Rt。 同样的，这两个公式只能运用于纯电阻电路中。 24 二、电功率和电功的计算公式 例题 将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？消耗的电能为多少度？ 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== =0.05A 消耗电能：W=Pt=11W2 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。 25 【例2】额定电压均为6V的甲、乙两灯，I﹣U图线如图所示。下列说法正确的是（　　） A．甲、乙两灯的电阻均随电压增大而减小 B．甲、乙两灯的额定功率之比为4：1 C．甲、乙两灯并联接在电压为2V的电源两端时，电阻之比为3：2 D．甲、乙两灯串联接在电压为8V的电源两端时，实际功率之比为1：3 D 二、电功率和电功的计算公式 26   二、电功率和电功的计算公式 27 三、测小灯泡电功率 第3节 电路中的电能 28 三、测小灯泡电功率 探究实践 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。 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。 过程 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（约 1.2 倍）。 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？（右侧空白方框用于画电路图） 实验中需要测量哪些量？如何设计实验记录表？ 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？电流表、电压表的正负接线柱连接是否正确？量程选择是否合适？连接电路后，先检查电路，确定无误后再开始实验。 把实验数据记录在你设计的表格中。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？ 29 三、测小灯泡电功率 探究实践 实验原理：P=UI 过程和步骤 ①按正确的电路图连接电路 。 ②调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压恰好等于小灯泡的额定电压。读出此时两只电表的示数，并记录在下表中。 ③调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的1.2倍。观察小灯泡的亮度变化 (相对于额定电压下的亮度)，读出两只电表的示数，并记录在下表中。 30 三、测小灯泡电功率 探究实践 ④调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的0.8。观察小灯泡的亮度变化 (相对于额定电压下的亮度)，读出两只电表的示数，并记录在下表中。 ⑤计算出三种情况下小灯泡的电功率；分析小灯泡的亮度和实际功率的关系。 序号 电压 /V 电流 /A 电功率 /W 小灯泡的亮度变化 1 2.5 0.30 0.75 正常 2 3.0 0.38 1.14 变亮 3 2.0 0.25 0.50 变暗 31 三、测小灯泡电功率 探究实践 三、测小灯泡电功率 实验结论：小灯泡的电功率随着它两端的电压而改变。小灯泡两端的电压越高，它的实际功率越大，发光越亮。 三、测小灯泡电功率 交流与讨论 本次实验和伏安法测电阻的实验中，三次测量作用一样吗？ 本实验的三次测量与电阻的三次测量不同，电阻的三次测量是为了求平均值减小误差，电功率的三次测量是为了测不同电压下的实际功率并比较小灯泡的亮度，故不能取平均值。取平均值没有实际意义。 34 三、测小灯泡电功率 思考与讨论 1.小灯泡在哪种情况下属于正常发光？ 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？ 1.路中小灯泡两端的电压等于其额定电压时正常发光。 2. LED 灯的电功率较小 因为 LED 灯光电转化效率较高，相同亮度下耗电更少、发热更少。 35 三、测小灯泡电功率 交流与讨论 1.若缺少电流表，给你一个已知阻值的定值电阻，如何测定小灯泡的功率？ (1) 闭合S，移动滑片，使电压表的示数为U额 (2) 滑片不动，把电压表改接到R定的两端，没有改变电路中用电器的连接，读出此时电压表的示数U定，利用公式I额=IR定= 求出I额，计算额定功率P额=U额I额= 36 三、测小灯泡电功率 交流与讨论 2.若缺少电压表，给你一个已知阻值的定值电阻，如何测定小灯泡的功率？ 闭合S，移动滑片，使电流表的示数为IR定= (2) 滑片不动，把电流表改接到小灯泡所在的支路，读出此时电流表的示数，即为I额，计算额定功率P额=U额I额 37 【例3】为了测量一只额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率，某同学设计了如图所示的电路，实验中电源电压保持3V不变，闭合开关，调节滑动变阻器，得到的实验数据如表。下列说法正确的是（　　） A．多次实验的目的是为了减小误差 B．小灯泡的额定功率为0.48W C．实验前未闭合开关时，小灯泡的电阻可能为6Ω D．第1、2两次实验，滑动变阻器电阻的改变量大于小灯泡电阻的改变量 D 三、测小灯泡电功率 38 【答案】D 【解答】解：A、在测量小灯泡电功率实验中，多次测量的目的是为了寻找普遍规律，故A错误； B、小灯泡的电压为额定电压2.5V时，流过的电流为0.28A， 则小灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.28A=0.7W，故B错误； C、由表中数据可知，灯泡不亮时，电压为0.5V，电流为0.1A，此时灯泡的电阻为： R₁=U₁/I₁=0.5V/0.1A=5Ω，故C错误； D、当灯泡两端的电压为0.5V时，通过电路的电流约为0.10A， 滑动变阻器两端的电压为：UH1=U−UL1=3V−0.5V=2.5V， 滑动变阻器此时接入电路的电阻：RH1=UH1/IL1=2.5V/0.1A=25Ω， 此时灯泡的电阻为： R₁=U₁/I₁=0.5V/0.1A=5Ω； 当灯泡两端的电压为1V时，通过电路的电流约为0.14A， 滑动变阻器两端的电压为：UH=U−UL2=3V−1V=2V， 此时滑动变阻器接入电路的电阻：RH2=UH2/IL2=2V/0.14A≈14.3Ω， 此时灯泡的电阻为： R₂=UL2/IL2=1V/0.14A≈7.1Ω； 通过电路的电流由0.1A变为0.14A，滑动变阻器的电阻由25Ω变为14.3Ω，电阻变化量为25Ω−14.3Ω=10.7Ω； 灯泡的电阻由5Ω变为7.1Ω，电阻的变化量为7.1Ω−5Ω=2.1Ω，故小灯泡电阻的变化量ΔR₂小于滑动变阻器电阻的变化量ΔR₁，故D正确。 故选：D。 三、测小灯泡电功率 39 四、课堂总结 第3节 电路中的电能 40 四、课堂总结 五、练习与应用 第3节 电路中的电能 1. A灯泡标有“6V 3W”、B灯泡标有“4V 4W”，按如图所示甲、乙两种方式连接，已知电源电压相同，下列分析正确的是（　　） A．图甲中A灯比B灯暗 B．图乙中A灯比B灯亮 C．图甲中A灯比图乙中A灯暗 D．图甲中的总功率比图乙中的总功率要大 C 五、练习与应用 43   五、练习与应用 44 2.如图所示，是电路元件甲和标有“2.5V1.25W”字样的元件乙的电流与两端电压关系的图像。若把甲和乙并联后接在电压为2V的电源两端，乙的实际功率是　 　 W，电路工作10分钟消耗的电能是　 　 J；若把甲和乙串联在电源电压为3V的电路中，电路中的电流为　 　 A，甲的实际功率是　　 W。 0.4 720 0.2 0.2 五、练习与应用 45 【答案】0.4；720；0.2；0.2。 【解答】解：若把甲和乙并联后接在电压为2V的电源两端，则甲、乙两端的电压均为2V，此时通过乙的电流为0.2A，所以P乙＝U乙I乙＝2V×0.2A＝0.4W； 通过甲的电流为0.4A，所以甲的功率为：P甲＝U甲I甲＝2V×0.4A＝0.8W，电路中的总功率为：P＝P甲+P乙＝0.8W+0.4W＝1.2W； W＝UIt＝Pt＝1.2W×10×60s＝720J； 若甲、乙串联，则通过的电流相等，总电压等于甲、乙两端的电压和，由图知，当电源电压为3V时，电路中的电流为0.2A，甲两端的电压为1V，乙两端的电压为2V； 此时甲的实际功率为：P甲′＝U甲′I甲′＝1V×0.2A＝0.2W。 故答案为：0.4；720；0.2；0.2。 五、练习与应用 46 3.小湖利用图甲电路来研究小灯泡的电学性质，已知小灯泡额定电压2.5V，电源电压4V保持不变。 （1）实验过程中，要求滑片向右滑动时滑动变阻器接入电路的阻值变小，导线a端应接滑动变阻器　 　 接线柱。 （2）闭合开关，将滑动变阻器滑片移动到某一位置时，发现电压表的示数如图乙所示，此时读数为　 　 。 D 1.6 五、练习与应用 47 （3）记录数据并绘制小灯泡的I﹣U图像如图丙，则小灯泡的额定功率为　 　 W。 （4）小湖想直接利用该电路探究电流与电压的关系，能否完成实验，请说明理由　 　 。 0.5 不能，因为小灯泡的电阻随温度的变化而变化，不是一个定值 五、练习与应用 48 【答案】（1）D； （2）1.6； （3）0.5； （4）不能，因为小灯泡的电阻随温度的变化而变化，不是一个定值。 【解答】解：（1）实验要求滑片向右滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变小。滑动变阻器应采用“一上一下”的接法。为了使滑片向右移动时接入电路的电阻丝长度变短，应将下方的 D 接线柱接入电路。因此，导线a端应接滑动变阻器的 D 接线柱。 （2）小灯泡的额定电压为2.5V，因此电压表应选用0～3V的量程。在此量程下，表盘的分度值为0.1V。观察图乙，所以电压表的读数为1.6V。 五、练习与应用 49 （3）小灯泡的额定功率是指其在额定电压下工作时的功率。已知额定电压U额＝2.5V。从图丙的I﹣U图像中可以查到，当电压U＝2.5V时，通过小灯泡的电流I＝0.2A。根据电功率公式P＝UI，可得小灯泡的额定功率：P额＝U额×I额＝2.5V×0.2A＝0.5W。 （4）不能完成实验。理由：探究电流与电压的关系，需要控制导体的电阻保持不变。而小灯泡的灯丝电阻会随着温度的变化而改变（温度升高，电阻增大），不是一个定值电阻。从图丙的I﹣U图像是一条曲线而非过原点的直线也可以看出，其电阻是变化的。因此，不能用该电路来探究电流与电压的定量关系。 故答案为：（1）D； 五、练习与应用 50 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $