15.1 电能与电功（教学设计）物理新教材沪粤版九年级上册

第1节 电能与电功（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第1节 热量 比热容 教学 目标 物理观念 知道电流可以做功，了解电能与其他形式能之间的转化。理解电功的概念，知道电功的单位（焦耳J、千瓦时kW·h）及其换算关系。掌握电功的计算公式 ，并能进行简单计算。 科学思维 能通过观察实验现象，分析电流做功与电压、电流、通电时间的关系。学会使用控制变量法和转换法设计实验方案，培养逻辑推理能力。 科学探究 经历“探究电流做功与哪些因素有关”的实验过程。能正确连接电路，收集数据，并基于证据得出结论。 科学态度 与责任 体会物理与生活的紧密联系，养成节约用电的良好习惯。在实验探究中培养严谨求实、合作交流的科学态度。 教材 分析 本节内容是电学部分的基础，起着承上启下的作用。在此之前，学生已经学习了电路、电流、电压和电阻，为本节学习电功打下了基础；此后将学习电功率，电功是理解电功率的前提。 教材从生活中常见的用电器工作入手，引出“电流做功”的概念，体现了“从生活走向物理”的理念。核心内容包括两部分：一是电能与电功的概念及单位，二是探究电功的大小与哪些因素有关。其中，电功概念的建立较为抽象，需要通过能量转化的视角来理解；而探究实验则是本节课的重点，旨在让学生亲身体验科学探究的过程，理解控制变量法的应用。 学情分析 1. 知识储备分析：学生已掌握欧姆定律，熟悉电流、电压的基本概念，对“功”和“能量转化”在力学中有初步认识，但将“功”的概念迁移到电学中仍存在认知障碍。 2. 思维能力分析：九年级学生具备一定的逻辑思维和实验操作能力，对控制变量法不陌生，但在设计多变量（电压、电流、时间）控制的实验方案时，仍需教师引导。 3. 学习兴趣与态度分析：学生对家用电器耗电情况感兴趣，但对微观的电荷定向移动做功缺乏直观感受，需借助宏观现象（如灯泡发光、电机转动）来辅助理解。 教学重点 电功的概念及单位换算。探究电流做功与电压、电流、通电时间的关系。电功公式 的应用。 教学难点 理解电功实质是电能转化为其他形式能的过程。设计并实施“探究电功影响因素”的实验，特别是如何控制变量和显示电功大小（转换法）。 教学 器材 演示实验：电源、开关、导线、小灯泡（不同规格）、电动机、砝码、细线、滑动变阻器、电压表、电流表、秒表。多媒体：PPT课件，视频《各种用电器中的能量转化》、《电能表的使用与读数》、动画《电流做功微观示意图》。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 1.展示图片： 播放一组生活中用电器工作的图片或视频。 2.提出问题： （1）这些用电器工作时，消耗了什么？得到了什么？ （2）电流通过用电器时，是否也像人推车一样做了“功”？ 【学生活动】 观察思考，回答：消耗了电能，得到了光能、内能、机械能等。 类比力学中的做功，猜测电流也做了功。 【教师引导】 电流通过用电器时，电能转化为其他形式的能，这个过程就是电流在做功，简称电功。今天我们就来研究电能与电功。 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、电能与电功的概念 （1）电功的定义 概念：电流所做的功叫作电功。符号： 。 实质：电流做功的过程，就是电能转化为其他形式能的过程。 电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。 举例分析： 电灯发光：电能 光能 + 内能 电风扇转动：电能 机械能 + 少量内能 给电池充电：电能 化学能 （2）电功的单位 国际单位：焦耳（Joule），简称焦，符号：J。 常用单位：千瓦时（kilowatt-hour），俗称“度”，符号：kW·h。 换算关系： 推导过程： 【例题1】（多选）智能座椅上的蓄电池充电和供电过程中主要能量转化流程如图所示。下列判断正确的是（     ） A．①光能 B．②电能 C．③机械能 D．④化学能 【答案】BC 【详解】蓄电池充电时将电能转化为化学能储存，故①为化学能，蓄电池供电时将化学能转化为电能输出，故②为电能，小风扇工作时主要将电能转化为机械能，故③为机械能，LED灯工作时主要将电能转化为光能，故④为光能，故AD错误，BC正确。 故选BC。 知道电功的概念、符号、单位。 举例分析，讨论电能与其他形式的能量之间的转化。 做例题1， 学习新课 二、电流做功与哪些因素有关 1. 探究：电流做功与哪些因素有关 【提出问题】 电流做功的大小可能与哪些因素有关？ 猜想1：可能与电压有关？（电压越高，推动电荷能力越强？） 猜想2：可能与电流有关？（电流越大，单位时间通过电荷越多？） 猜想3：可能与通电时间有关？（时间越长，做功越多？） 【设计实验】 研究方法：控制变量法（每次只改变一个因素，保持其他因素不变）、转换法（通过观察灯泡亮度或电动机提升重物的高度来反映电流做功的多少）。 实验器材：电源、开关、导线、两个不同规格的小灯泡 、 、电压表、电流表、滑动变阻器、秒表。 【实验步骤与现象】 实验一：探究电功与电压的关系 控制条件：保持电流和通电时间相同。 电路连接：将 、 串联（串联电路电流处处相等）。 操作：闭合开关，观察两灯亮度，并用电压表分别测量 、 两端的电压。 现象记录： 灯泡 电压 亮度（反映电功大小） (电阻大) 较大 较亮 (电阻小) 较小 较暗 结论：在电流和通电时间相同时，电压越大，电流做的功越多。 实验二：探究电功与电流的关系 控制条件：保持电压和通电时间相同。 电路连接：将 、 并联（并联电路各支路电压相等）。 操作：闭合开关，观察两灯亮度，并用电流表分别测量通过 、 的电流。 现象记录： 灯泡 电流 亮度（反映电功大小） (电阻大) 较小 较暗 (电阻小) 较大 较亮 结论：在电压和通电时间相同时，电流越大，电流做的功越多。 实验三：探究电功与通电时间的关系 控制条件：保持电压和电流不变。 操作：对同一盏灯，分别通电 10s 和 20s，观察电能表转盘转过的圈数或灯泡产生的热量累积。 结论：在电压和电流相同时，通电时间越长，电流做的功越多。 【归纳总结】 精确的实验表明：电流在某段电路上所做的功，跟这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间成正比。 2. 电功的计算公式 【分析两个典例】 （1）公式 —— 电功 —— 焦耳（J） —— 电压 —— 伏特（V） —— 电流 —— 安培（A） —— 时间 —— 秒（s） （2）注意事项 公式中的四个物理量必须对应同一段电路或同一个用电器。 单位必须统一使用国际单位制（J, V, A, s）。若时间给的是分钟或小时，需先换算成秒。 常见家用电器消耗1 kW·h电能的大致工作时间: 【例题2】如图中所示电路，已知电阻，电源电压保持不变，闭合开关，电压表示数为4V，电流表示数为。求： (1)电源电压； (2)电阻通电消耗的电能。 【答案】(1)14V (2)1500J 【详解】（1）闭合开关，两电阻串联，电流表测量电路电流，电压表测量两端的电压。电阻两端的电压 电源电压 （2）消耗的电能 思考问题，提出猜想。 设计实验，知道实验方法及实验器材。 进行实验与收集证据，并进行讨论得到结论。 知道电功的计算公式及注意事项。 做例题2并进行展示，知道比热容的概念及其应用。 学习新课 三、电能的测量——电能表 【实物展示】 展示家用电能表图片或实物。 【讲解要点】 作用：测量用户在一段时间内消耗电能（即电流做功）多少的仪表。 读数方法： 计数器最后一位通常是小数位（红色框或不同颜色标识）。 单位是 kW·h。 本月用电量 = 月末读数 - 月初读数。 参数含义（以表盘为例）： “220V”：额定电压。 “10(20)A”：标定电流10A，额定最大电流20A。 “600revs/(kW·h)”：每消耗1kW·h电能，转盘转过600转。 【课堂活动】 请两位同学读出PPT上展示的电能表当前示数，并计算若上月示数为 XXX，本月电费是多少（假设电价0.5元/度）。 【例题3】雯雯想知道家里一个月能用多少电，暑假时她观察自家的电能表，读数为，10天后再次查看电能表，读数如图所示，则这段时间内消耗的电能为____________度=____________J 【答案】 15.5 5.58×107 【详解】由消耗电能等于电能表两次读数之差可知 因 故换算为焦耳是 知道电能表的作用及读数方法，会进行有关的计算。 做例题3。 课 堂 练 习 1．各种形式的能可以在一定的条件下相互转化，请按表中示例完成表格。 能量转化 实例 化学能转化为电能 干电池对外供电 ___________________ 用电熨斗熨衣服 化学能转化为内能 _________________ 【答案】 电能转化为内能 燃料燃烧 【详解】用电熨斗熨衣服时消耗电能，发热产生内能，用来加热熨平衣物，故对应能量转化为电能转化为内能。 燃料燃烧时消耗自身储存的化学能，释放热量获得内能，属于化学能转化为内能。 2．如图所示是某型号手机电池外壳上的说明文字。由说明可知该电池可储存的电能是____________J，合____________。若该手机电池平均待机电流为0.01A，则最多可使用____________h。 【答案】 80 【详解】该电池可储存的电能 因，故换算后电能为 由电功公式得，最长待机时间 3．如图所示为某同学家中的电能表的示意图，下列说法不正确的是（　　） A．此时的读数为8633.5kW•h B．家中干路中的总电流为1A时，该电能表不能工作 C．每消耗1kW•h的电能，电能表的转盘转3600圈 D．转盘每转1圈，对应消耗的电能是1000J 【答案】B 【详解】A．电能表的读数：数字方框中最后一位是小数，单位是kW•h，由图可知，此时电能表的读数为8633.5kW•h，故A正确，不符合题意； B．电能表上的“10A”表示电能表允许通过的最大电流为10A，所以家中干路中的总电流为1A时，该电能表能工作，故B错误，符合题意； CD．电能表上的3600r/（kW•h）表示电路中用电器每消耗1kW•h电能，电能表的转盘转过3600圈，所以转盘每转一圈，用电器消耗的电能为 故CD正确，不符合题意。 故选B。 4．下列关于电功的说法，错误的是（　　） A．家用电器消耗电能的过程，就是将电能转化为其他形式的能的过程 B．家用电器消耗的电能越多，电流做的功越多 C．电流越大，电流做的功就越多 D．电功的单位与电能的单位相同 【答案】C 【详解】A．家用电器消耗电能的过程，本质是电能转化为其他形式的能的过程，这是电流做功的物理意义，故A正确，不符合题意； B．电流做功的过程就是消耗电能的过程，用电器消耗的电能越多，说明电流做的功越多，故B正确，不符合题意； C．根据电功的计算公式可知，电功由电压、电流、通电时间三个因素共同决定，若电压或时间极小，即使电流大，电功也可能很小，故C错误，符合题意； D．电功和电能的国际单位都是焦耳，常用单位还有千瓦时，故D正确，不符合题意。 故选C。 5．在探究“电流做功与哪些因素有关”的实验中，小明用小电动机通过细线将钩码吊起，如图所示。该实验中，可以根据________________来比较电流做功的多少，这里使用到的物理方法是________________。在某次实验时，电流做的功与小电动机克服钩码重力所做的功不相等，造成这种情况的原因是____________________________。（写出一条理由即可） 【答案】 小钩码被吊起的高度 转换法 电机工作过程中有机械摩擦产生热量等情况消耗能量 【详解】电流做功多少无法直接观察，电流做功越多，转化的机械能越多，钩码被提升得越高，因此通过钩码上升高度反映电流做功多少，这种将不易直接测量的物理量转化为容易观测的物理量的方法叫做转换法。 电流通过电动机消耗电能，电能一部分用来提升钩码（机械能），还有一部分会因为机械摩擦产生热量等情况消耗能量，所以电流做的总功大于提升钩码做的机械功。 6．某手机电池的充电电压为4V，电池容量为4000mA·h，手机电池充满电后储存的电能为________J； 【答案】 【详解】手机电池充满电后储存的电能为 7．如图所示，电源电压不变，将定值电阻R1、R2接入电路，。在相同时间内，R1消耗的电能与电路消耗的总电能之比为（     ） A．2:3 B．2:5 C．3:5 D．5:6 【答案】C 【详解】由图可知与并联，。 根据，在和相同时， 则。 故选C。 8．甲、乙两个电阻，电阻之比是2：3，则串联时两电阻的电压之比=____________，电流之比=____________，相同时间内消耗电能之比=____________。 【答案】 2:3 1:1 2:3 【详解】串联电路中电流处处相等，所以电流之比；根据欧姆定律，当电流相同时，电压与电阻成正比。因此串联时两电阻的电压之比 消耗的电能可通过公式计算，甲、乙两个电阻串联，通过电流相同、通电时间相同，消耗的电能与电阻成正比，故 9．小莎利用如图所示的实验装置，探究电流做功多少跟什么因素有关。通过电动机将质量一定的重物提升一段距离来反映电流做功的多少，闭合开关，电动机将重物提升的高度越大，表明电流做的功越多。电路中的电源两端的电压可调，电压表测量电动机两端的电压，电流表测量通过电动机的电流，测得的实验数据如下表所示。 次数 电流表示数I/A 电压表示数U/V 通电时间t/s 重物上升高度h/m 1 0.12 4 10 0.06 2 0.12 4 20 0.12 3 0.14 6 10 0.09 4 0.16 10 10 0.17 (1)实验中，通过调节________来改变电压表和电流表的示数。 (2)比较实验次数1和2，可以归纳出的结论是：电流做功的多少与________有关。 (3)比较实验次数1、3和4，可以归纳出的结论是：在通电时间一定时，电动机两端的电压越________、通过电动机的电流越________，电流做功就越多。 【答案】(1)电源电压 (2)通电时间 (3) 大 大 【详解】（1）由题意可知电路中的电源两端的电压可调，电路没有额外滑动变阻器，因此通过调节电源两端的电压，就能改变电路的电流和电动机两端的电压，从而改变电流表、电压表示数。 （2）对比1、2次实验：电动机的电流、两端电压都完全相同，只有通电时间不同，重物上升高度随通电时间变长而变大（即电流做功变多），说明电流做功多少和通电时间有关，在电压、电流相同时，通电时间越长，电流做功越多。 （3）对比1、3、4次实验：通电时间都为10s保持不变，随着电动机两端电压变大、通过的电流变大，重物上升高度持续增大，说明电流做功越来越多，因此可得：通电时间一定时，电动机两端电压越大、通过的电流越大，电流做功越多。 10．如图所示的电路，电阻为30Ω，闭合开关S，电流表的示数为0.3A，电流表A的示数为0.5A，求： (1)电源电压； (2)电阻在10min内做的功。 【答案】(1) 9V (2) 1080J 【详解】（1）闭合开关S，与并联，电流表测支路电流。并联电路各支路电压等于电源电压，由欧姆定律可得 （2）闭合开关S，与并联，电流表测干路电流。由并联电路干路电流等于各支路电流之和，得通过的电流 通电时间 电阻做的功 板 书 设 计 第1节 电能与电功 一、电能与电功 定义：电流所做的功叫电功（W）。 实质：电能 → 其他形式能。 单位： 国际单位：焦耳 (J) 常用单位：千瓦时 (kW·h), 俗称“度” 换算：1 kW·h = 3.6 × 10⁶ J 二、影响电功大小的因素 电压 (U)：I、t 相同时，U 越大，W 越多。 电流 (I)：U、t 相同时，I 越大，W 越多。 时间 (t)：U、I 相同时，t 越长，W 越多。 三、电功计算公式 W = UIt (W: J, U: V, I: A, t: s) 四、电能的测量 仪器：电能表 读数：末读数 - 初读数 课 堂 小 结 第1节 电能与电功 作 业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $