18.1 电能 电功（培优教学课件）物理新教材人教版九年级全一册

人教版 九年级全一册 18.1 电能 电功 第十八章 电功率 导入新课 巨大的门式起重机通电后正常工作，就能够将集装箱吊起，再准确地放到列车上。 门式起重机 集装箱被吊起后重力势能增加，增加的重力势能从何而来? 学习目标 物理观念 结合生产生活实例，从能量转化的角度认识电能和电功，能利用电能、电功知识解决生活中的实际问题。从电的角度认识功能关系，发展能量观念。 科学思维 通过定性分析电流做功跟电流、电压和通电时间的关系，培养科学推理能力。 科学探究 通过电能表的学习，发展观察能力。 科学态度 与责任 通过了解电能表的使用，感受科技进步为人类生活带来的巨大变化。 重点难点 重点 通过生产生活实例从能量转化的角度认识电能。 难点 电功概念的建立。 学习内容 1. 电能 2. 电功 3. 课堂小结 4. 练习与应用 5. 提升训练 一、电能 第1节 电能 电功 一、电能 干电池 这些电池的电能来源于化学能 转化 化学能 电能 1. 电能的来源与能量转化 蓄电池 锂电池 （1） 化学电池：干电池、蓄电池、锂电池等都可以提供电能。 一、电能 （2）水力发电 电能来源于水的机械能 转化 机械能 电能 一、电能 （4）火力发电 （3）风力发电 内能 机械能 电能 电能 转化 转化 这些电能来源于 一、电能 （5）太阳能发电 电能来源于太阳能 转化 光能 电能 一、电能 （6）核能发电 转化 核能 电能 一、电能 把其他形式的能 你知道电能是 怎么来的吗？ 电能 转 化 一、电能 想一想：你知道这些电用到哪里去了吗？ 根据能量的转化与守恒，我们可以进行推理，用电器在工作时消耗的电能一定转化为其他形式的能量。 2. 电能的利用与能量转化 我们看看电能是怎样转化为其他形式的能量的？ 一、电能 （1）电灯 内能光能 电能 转化 （2）笔记本电脑 光能 电能 转化 一、电能 （3）电扇、无人机 机械能 电能 转化 一、电能 （4）电饭锅煮饭、电热水器 内能 电能 转化 一、电能 小结：电能的来源与利用 其他形式的能 电源 其他形式的能 用电器 电能的来源 电能的利用 电能 转化 转化 一、电能 （1）国际单位：焦耳，简称焦，用字母 J 表示。 （2）生活中常用单位： 千瓦时，字母符号为 kW·h，也叫“度”。 （3）单位换算关系： 1度=1kW·h=1×103 W×3600s= 3.6×106 J 3. 电能的单位 1kW·h=3.6×106 J 一、电能 4. 电能表 （1）电能表的作用：测量用电器消耗电能多少的仪表。 （2）认识电能表： 智能电能表 普通电能表 一、电能 （3）普通电能表的参数 电能的单位为千瓦时 10（20）A 表示这个电能表的标定电流为10A，额定最大电流为20A。电能表工作时的电流不能超过额定最大电流。 220V 表示该电能表正常工作电压为220伏。 3000r/kW·h 表示接在这个电能表上的用电器，每消耗1 kW · h时的电能，电能表上的转盘转过3000转。 50Hz 指这个电能表在频率为50Hz的交流电路中使用。 一、电能 电子式电能表的参数 电子式电能表没有铝盘，但是表盘上有一个指示灯，工作时，该指示灯会闪烁。 如右图所示的表盘上标有3200imp/kW·h字样，指电能表上的指示灯闪烁3200次，接在电路里的用电器消耗的电能是1kW·h. 一、电能 （4）电能表的读数 电能表当前的示数为 3023.6 kW·h 最后一位是小数 一、电能 ①电能表计数器上前后两次的示数之差就是用电器在这段时间内消耗的电能： W=W后-W前 （5）通过电能表求用电器消耗电能的方法 甲 乙 例如，小华同学家今年一月新安装了电能表，安装时电能表的示数为0。九月初的读数如图甲所示，九月末读数如图乙所示，从安装本电能表到九月初她家共用了_______度的电能，九月份她家共用______度电能。 从安装电能表到九月初她家共用1120.9度的电能。 这个月用电量为 W=1282.9kW·h-1120.9kW·h =162kW·h=162度 162 1120.9 一、电能 ②测出一定时间内电能表上转盘的转数，再算出电能值。此种方法的关键是要明确电能表转1转时消耗的电能值。 例如，一电能表表盘上标有“1200r/kW·h”，将某用电器单独接在该表上。当用电器工作4min后，电能表转盘转过60r，求该用电器消耗的电能。 【解析】电能表表盘上标有“1200r/kW·h”，表示用电器消耗1 kW·h的电能，转盘转动1200圈。当电能表转盘转过60r时，消耗的电能 W＝ =0.05 kW·h 一、电能 视频讲解——《电能的概念》 视频讲解——《传统电能表的使用及读数》 一、电能 【例题1】（多选题）如图所示是一种太阳能背包。它的前面有一个太阳能电池板，里面有一个蓄电池，可以给手机、小风扇或小台灯等电子产品供电。下列说法正确的是（　　） A．太阳能电池板将光能转化为化学能 B．给蓄电池充电将电能转化为化学能 C．小台灯工作时将光能转化为电能 D．小风扇工作时将电能转化为机械能 BD 【解析】A．太阳能电池板是将太阳能转化为电能，故A错误； B．给蓄电池充电是将电能转化为化学能储存起来，故B正确； C．小台灯工作时是将电能转化为光能，故C错误； D．小风扇工作时将电能转化为机械能，故D正确。故选BD。 一、电能 【例题2】小茗同学学习电能表后，回家仔细观察了她家的电能表如图所示，下列她针对此电能表的说法中正确的是（　 ） A．“10（20）A”是说这电能表的标定电流是20安 B．“10（20）A”是说这电能表的额定最大电流是10安 C．此电能表应该接在220V的电路中使用 D．“600revs/(kW·h)”是表示这电能表上的转盘，每转过1转， 消耗的电能是600kW·h C 【解析】AB．“10（20）A”表示电能表的标定电流是10A，额定最大电流是20A，故AB错误； C．家庭电路的电压是220V，220V表示电能表应该在220V的电路中使用，故C正确； D．“600revs/(kW·h)”是表示这电能表上的转盘，每转过600转，消耗的电能是1kW·h，故D错误。故选C。 二、电功 第1节 电能 电功 二、电功 其他形式的能 电能 我们知道：电能可以转化为其他形式的能量。各类用电器是如何将电能转化为其他形式的能呢？ 下面我们分析用电器是如何将电能转化为其他形式能的。 转化 二、电功 蓄电池 （1）以电动自行车为例分析： 电动自行车的核心部件：蓄电池、电动机。 电动机 1. 电功的概念 二、电功 机械能增加 电流做功 电能减少 ①电动车运动时，电流通过电动机使其转动，电流做功。 ②蓄电池中的电能减少；电动车的机械能在增加。 这个能量转化的过程是通过电流做功来实现的。有多少电能发生了转化就说电流做了多少功，即电功是多少。 二、电功 （2）烧水为例分析 对电水壶里的水加热，水温度升高，如果水增加了105焦耳的内能，若忽略热损失，则一定消耗了105焦耳的电能，在这过程中，电流做功105焦耳。 = 电流做功105焦耳 有105焦耳电能转化为内能 二、电功 总结：电功 （1）电能转化为其他形式能的过程是电流做功的过程，有多少电能发生了转化就说电流做了多少功，即电功是多少。 电能 转化为其他形式能 电流做功 （2）对电功的理解 ①各类用电器都是以电流做功的形式将电能转化为其他形式的能。 ②用电功的大小来量度用电器消耗的电能的多少。 二、电功 【提出问题】电流做功多少与哪些因素有关? 【猜想与假设】 ①可能与电流有关； ②可能与电压有关； ③可能与通电时间有关。 下面我们通过实验探究“影响电功大小的因素”。 2. 探究“影响电功大小的因素” 二、电功 【设计实验】 （1）实验方法 ①控制变量法： 保持电流、通电时间一定，探究电功与电压的关系；保持电压、通电时间一定，探究电功与电流的关系。 ②转化法： 比较电灯的亮度判断电功的大小：小灯越亮，电流做功越多。 二、电功 【进行实验】 （1）探究电功与电压的关系 ①把两盏规格不同的小灯串联在电路中，用电压表分别测量它们两端的电压，同时观察比较小灯的发光情况。 二、电功 电压（V） 发光情况 甲灯 2.0 亮 乙灯 1.0 暗 ②实验记录 二、电功 （2）探究电功与电流的关系 如图所示，把两盏规格不同的小灯并联，用电流表分别测量通过它们的电流，同时观察比较小灯的发光情况。 二、电功 电流（A） 发光情况 甲灯 0.6 亮 乙灯 0.26 暗 ②实验记录 二、电功 【分析论证】 （1）在通过用电器的电流与通电时间相同时，用电器两端的电压越大，电流做功就越多。 （2）在用电器两端的电压与通电时间相同时，通过用电器的电流越大，电流做功就越多。 进一步实验可得出： 电流所做功的大小与电压、电流、通电时间成正比。 二、电功 （1） 电功：物理学规定：电功等于电压、电流与通电时间的乘积。 （2）公式： 电功=电压×电流×通电时间 W = UIt （3）单位：国际单位：焦耳（J） 1J =1V × 1A × 1s 常用单位：千瓦时（kW·h） 1kW·h=3.6×106J 3. 电功 二、电功 由W＝UIt 和欧姆定律 I＝ 可得电功的两个推导公式: W = t W＝I2Rt （5）提示： ①电功变形公式的适用条件：只适用于纯电阻电路； ②利用电功公式及其变形公式时，要注意各物理量的同一性和同时性； ③ W＝UIt 是普遍适用的公式。 （4）电功的推导公式 二、电功 说明 举例 电路的 同一性 单位的 统一性 W、U、I、t 必须是同一个导体在同一时间对应的四个物理量。 甲灯与乙灯连接在电路中，计算电流通过甲灯做的功，应该等于甲灯两端电压、通过甲灯的电流和甲灯通电时间的乘积。 W、U、I、t 的单位必须是国际单位，分别为：焦、伏、安、秒。 某灯两端电压是6V，通过的电流是0.2A，求通电1min电流做的功。 正确：W=UIt=6V×0.2A×60s=72J 若不经单位换算，就计算得出 W=UIt=6V×0.2A×1min=1.2J，是错误的。 （6）应用W = UIt 的注意问题 二、电功 二、电功 【例题3】在做“探究影响电流做功多少的因素”实验时，如图是进行该探究的电路之一。 （1）可以根据_____________比较相同时间内电流做功的多少； （2）由如图所示电路，可探究电流做功多少与_______的关系； （3）小明正确操作，验证了实验的结论，支持该结论的实验现象是________________； 电压表示数大的灯泡更亮 灯泡亮暗程度 电压 二、电功 【解析】 （1）灯泡将电能转化为光能和热能，故可以根据灯泡的亮暗程度来比较相同时间内电流做功的多少。 （2）由电路图可知，两灯泡串联，流过灯泡的电流与通电时间均相等，故可探究电流做功多少与电压的关系。 （3）因灯泡两端的实际电压越大，灯泡的实际功率越大，故可知支持该结论的实验现象是电压表示数大的灯泡更亮。 二、电功 【例题4】如图甲是一款车载电热水杯，其简化电路如图乙所示。利用车上的12V电压即可以正常工作，正常工作时通过发热电阻的电流为5A。求： （1）发热电阻R的阻值； （2）工作10秒，发热电阻R消耗的电能。 600J 2.4Ω 二、电功 【解析】 （1）发热电阻与指示灯并联，发热电阻两端的电压U=12V 发热电阻的阻值 （2）发热电阻工作10秒消耗的电能 W=UIt=12V×5A×10s=600J 三、课堂总结 第1节 电能 电功 三、课堂总结 ●发电机或电池等电源把其他形式的能转化为电能。 ●用电器把电能转化为其他形式的能。 ●国际单位是焦（J）；常用单位是千瓦时（kW·h） 换算关系： 1kW·h=3.6×106J ●计量：电能表（也叫电度表），单位是kW·h， 测量用电器一段时间内消耗的电能。 ●电功：电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的 过程，有多少电能发生了转化就说电流做了多少功。 ●电功的计算：W=UIt ●电功的单位：焦（J） 、千瓦时（kW·h）。 电能 电功 电能 电功 电能的来源与利用 三、课堂总结 四、练习与应用 第1节 电能 电功 四、练习与应用 【解析】电能表的单位是kW·h ，所以上周一中午电能表的示数为781.5kW·h ，本周一中午电能表的示数为823.3 kW·h，故该同学家本周消耗的电能为W= 823.3 kW·h- 781.5kW·h =41.8 kW·h 一周需要付出的电费为 0.6元/kW·h×41.8 kW·h =25.08元 一个月的电费为（ 25.08元/7d）×30d=107.5元 1. 某同学家中一周前、后电能表示数如图所示，他家所在地区每度电的电费是0.6元，请你估算他家每个月需要付多少电费。 记下你家电能表今天的示数，和一周后的示数对比。根据你家所在地的电费标准，估算一个月应交多少电费。 四、练习与应用 【解析】根据W=UIt 可知电流做的功为 W=UIt= 2.5V×0.3A×2×60s=90J 因为灯泡消耗的电能与电流通过灯泡做的功相等，故消耗的电能也为90J。 2. 一个小灯泡的两端加2.5V电压时电流是0.3A，它在这种情况下通电2min，电流做了多少功？消耗的电能是多少？ 四、练习与应用 【解析】充满电后，储存的电能可以做功 W=UIt= 3.7V×4.6A×3600s=6.1×104J 即大约储存了6.1×104J的电能。 如果我们要了解一块锂电池充满电后所储存的电能，应该从铭牌上寻找电压、电流和通电时间。 3. 有一块手机用的锂电池，铭牌上面标明电压为3.7V，容量为4600mA·h（可以在4600mA电流下工作1h），它充满电后，大约储存了多少焦耳的电能？如果我们要了解一块锂电池充满电后所储存的电能，应该从铭牌上寻找哪些信息? 四、练习与应用 【解析】t=30 min=1.8×103s 台灯正常工作30min，电流所做的功为 W=UIt=220 V×0.04A×1.8×103s =1.6×104J 即消耗了1.6×104 J的电能。 4. 某台灯正常工作时的电压为220V，通过台灯的电流为0.04A。台灯正常工作30 min，将消耗多少电能? 五、提升训练 第1节 电能 电功 五、提升训练 1. 下列关于电能与电功的说法中正确的是（ ） A．只有把电能转化为机械能时电流才做功 B．电流做功的过程，实际上是把其他形式的能转化为电能的过程 C．用电器消耗的电能等于电流通过该用电器所做的功 D．电流通过导体时所做的功取决于导体两端的电压、通过导体的电流和导体的电阻 C 【解析】AB．电流做功的本质是电能转化为其他形式的能，电能除了可以转化为机械能，还可转化为内能、光能等多种形式，故AB错误； C．电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，所以用电器消耗的电能总量，就等于电流通过该用电器所做的功，故C正确； D．由电功公式W=UIt可知，电流做功取决于导体两端的电压、通过导体的电流和通电时间，与导体电阻无直接决定关系，故D错误。故选C。 五、提升训练 2. 如图是一个电能表，对其中的重要参数，下列说法错误的是（ ） A．“220V”是说这个电能表应该在220伏的电路中使用 B．“10（20）A”是说这个电能表使用时允许通过的电流为20安 C．“50Hz”是说这个电能表应在50赫兹的交流电路中使用 D．“600revs/kW•h”是说，接在这个电能表上 的用电器，每消耗1千瓦时电能，转盘转过600转 B 五、提升训练 【解析】A．220V是电能表的正常工作电压，适用于220V的电路，故A正确； B．“10（20）A”表示标定电流为10A，短时间允许最大电流20A，故B错误； C．50Hz表示适配我国50Hz的交流电路中使用，故C正确； D．“600revs/kW•h”表示消耗1kW•h电能， 转盘转600圈，故D正确。 本题选择描述错误的，故选B。 五、提升训练 3. 如图是一种新型风光互补太阳能路灯，它“头顶”风力发电机，“肩扛”太阳能电池板，两者产生的电能均可存储于蓄电池中，用于夜间为LED路灯供电。关于节能路灯下列说法正确的是（ ） A．风力发电机工作时电能转化为机械能 B．太阳能电池板将太阳能转化为机械能 C．白天蓄电池充电时化学能转化为内能 D．夜间蓄电池放电时化学能转化为电能 D 五、提升训练 【解析】A．风力发电机的作用是利用风的机械能带动设备发电，是将机械能转化为电能，故A错误； B．太阳能电池板的功能是吸收太阳能得到电能，是将太阳能转化为电能，故B错误； C．白天蓄电池充电时，是风力发电机、太阳能电池板输出的电能转化为蓄电池内部的化学能储存起来，是电能转化为化学能，故C错误； D．夜间蓄电池为LED路灯供电时，储存的化学能释放出来转化为电能供路灯工作，故D正确。 故选D。 五、提升训练 4. 在“比较两个灯泡的亮暗”活动中，同学们设计了如图所示的电路。用这个电路可以初步探究电流做功与哪些因素有关，下列有关说法中正确的是（ ） A．用电流表示数反映电流做功多少 B．两个灯泡的电阻应该相等 C．两灯并联、开关在干路中只是为了控制灯泡两端的电压相等 D．滑动变阻器可方便实现多次实验探究 D 五、提升训练 【解析】A．灯泡的亮暗反映电流做功的多少，电流表示数反映电流的大小，故A错误； B．探究电流做功与电流的关系，需控制电压和通电时间相同，改变电流，由I=U/R可知，两灯泡电阻应不相等，故B错误； C．两灯并联控制灯泡两端电压相等，开关在干路中控制通电时间相等，故C错误； D．滑动变阻器可以改变电路中的电流和电压，方便实现多次实验探究，寻找普遍规律，故D正确。 故选D。 五、提升训练 5. 小致乘飞机外出旅游时，携带了一部手机和一个充电宝，充电宝的铭牌上标有“电池容量20000mA⋅h　3.7V”字样。看到机场有规定：“严禁携带额定能量超过160W⋅h的充电宝搭乘飞机。” （1）充电宝充满电后储存的电能为___________J。当充电宝给手机电池充电时，手机电池相当于电路中的___________。 （2）手机芯片的主要材料是___________材料，小致所带的充电宝___________（选填“能”或“不能”）带上飞机。 2.664×105 用电器 半导体 能 五、提升训练 【解析】（1）充电宝充满电后储存的电能 W=UIt=3.7V×20000×10-3A×3600s=2.664×105 J 因充电宝给手机充电时手机电池消耗电能，故相当于电路中的用电器。 （2）半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，是制造手机芯片的主要材料。 由题意得，充电宝的额定能量W=UIt=3.7V×20A⋅h=74W⋅h 因74W⋅h<160W⋅h，故该充电宝能带上飞机。 五、提升训练 6. 如图所示的电路中，电源两端电压保持不变，电阻R1的阻值为10Ω。当开关S闭合后，电压表的示数为2V，电流表的示数为0.4A。求： （1）电阻R2的阻值； （2）电源两端的电压； （3）通电10s电阻R1消耗的电能。 5Ω 6V 16J 五、提升训练 【解析】 （1）根据欧姆定律，可直接求得电阻R2的阻值为 （2）首先计算串联电路中电阻R₁两端的分压为 U1=IR1=0.4A×10Ω=4V 串联电路的电源总电压等于各部分电压之和，故电源两端电压为 U=U1+U2=4V+2V=6V （3）电阻R₁消耗的电能为W1=U1It=4V×0.4A×10s=16J Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $