13.1电功（教学课件）物理新教材沪科版（五四学制）九年级上册

物理九年级上册 •沪科版（五•四学制） 第13章 电功率 第 1 节 电 功 章首寄语 电能的利用遍及生产生活的各个领域，利用电能驱动汽车，能量利用效率更高，也更环保。近年来，我国的电动汽车产业发展迅猛。本章我们将学习电路中功能转化的基本规律。 通过本章内容的学习，你将了解电功、电功率的基本概念和焦耳定律;用焦耳定律说明生产生活中的有关现象;知道家庭电路的组成，增强安全用电和节约用电的意识，体会践行绿色低碳生活的重要性。 免责声明 视频版权归原作者，如涉及版权问题，请联系删除。 01 物理观念 1.知道电源和用电器工作过程中能量的转化。 2.学习电功的概念、表示、单位； 3.会用公式W＝UIt进行电功的简单计算。 02 科学思维 通过电能表的学习，培养学生观察、分析和初步的综合能力。 03 科学探究 通过电能表的应用，培养学生用理论知识解决简单实际问题的能力。 04 科学态度与责任 1.通过了解1 kW·h的电能的作用，对节约用电有进一步的认识。2.了解物理学知识对人类生活和社会发展的影响，培养学生正确的科学价值观。 学习目标——物理学科素养 教学难点 教学重点 1.电源与用电器的能量转化； 2.电能表的用途及其相关参数的物理含义； 3.电功的概念、计算公式等。 教学重难点 1.电功的推导计算公式及其适用范围； 2.电功的综合应用。 各式各样的电器已经成为人们便捷生活的必需品。扫地机器人(图13-1-1)游走在家中清洁各处地面，工作结束后自动回到固定位置充电。此时，我们摸一下机身，会感到有些热。 导入新课 扫地机器人的机械能和内能是从哪里来的呢? 13.1电功 知识点1 电功与电能 探索新知 一、电功与电能 1. 电能的来源与能量转化 （1） 利用电池获取电能：干电池、蓄电池、锂电池等。这些电源都可以提供电能。 这些电源提供电能时把化学能 电能。 蓄电池 锂电池 干电池 太阳能电池把太阳能（光能）→电能。 （2）发电厂获取电能： 把其他形式的能→机械能→电能。 核能发电 风力发电 探索新知 2. 电能的利用与能量转化 我们知道，用电器是消耗电能的电器。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。 机械能 用电器举例：扫地机器人 内能 电能 + 电视机 电能 光能、声能 内能 + 电能利用的过程就是电能转化为其他各种形式能量的过程。 用电器 能量转化形式 电风扇 日光灯 电烤箱 给手机充电 电能转化为 能 电动车 电能主要转化为 能 电能转化为 能和 ； 电能转化为 能和 ； 电能转化为 能 化学 机械 机械 内能 光 内 内能 2. 电能的利用与能量转化实例 在电能转化为其他形式的能量过程中，我们说电流做了功。 例如，通过某电扇的电流每秒做功150 J，表明每秒有150 J电能转化为机械能和内能。 3.电功的概念 物理学中，把电流通过用电器所做的功称为电功，用 W 表示， 单位是焦（J）。 电功和电能的关系： 电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。 简言之：电功是电能转化的量度。 蓄电池 （1）电流做功的实例 电动自行车：电动自行车的核心部件是蓄电池、电动机。 电动机 3.电功的概念 电动车运动时，电流通过电动机使其转动，电流做功。在这过程中，蓄电池的电能转化为电动车的机械能。 电池工作时，电流在做功，电能减少，电动机的机械能增加。 电流就做了多少功 电池减少了多少电能 其他形式的能量增加多少（此例主要为机械能） 这个过程是通过电流做功来实现的。 蓄电池 探索新知 4. 电能的单位 1kW·h=3.6×106 J ②生活中常用单位：千瓦·时，符号是 kW·h, 俗称 “度”。 ③单位换算： 1度=1kW·h=1×103 W×3600s= 3.6×106 J ①电能的国际单位：焦耳，简称焦，用字母 J 表示。 想一想 你知道家里一个月要交多少电费吗? 供电部门怎样来确定用户的用电量? 13.1 电功 知识点2 如何用电能表计量电能? 二、电能表 图13-1-2 普通电能表 拓展：720r/kW∙h表示接在这个电能表上的用电器，每消耗1KW∙h的电能，电能表上的转盘转过720转 1. 电能表 （1）电能表的作用：计量家庭电路消耗的电能，也就是用电量。 （2）认识电能表：常见的电能表有普通电能表和智能电能表。 智能电能表 （3）认识不同的电能表 IC卡式电能表 电子式电能表 机械式电能表 随着电子技术和互联网技术的发展，目前家庭电路基本采用图13-1-3所示的智能电能表。 该类电能表靠专用的芯片计量电能，每计量一定量的电能会输出一个脉冲，对应的脉冲指示灯闪烁一次。智能电能表利用网络回传数据，实现了远程抄表。电能表技术的迭代也显示了科技进步对生活的影响和促进作用。 智能电能表 智能电能表 （4）普通电能表的参数 普通电能表示意图 “10（20）A”表示这个电能表的标定电流为10A，通过的电流不能超过额定最大电流20A. “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1kW·h电能，电表转盘转过3000转. “50Hz”指这个电能表在频率为50Hz的交流电路中使用. 上周用电： 823.3kw.h-781.5kw.h=41.8kw.h ①.数字表盘有5位数字，最后一位红框里表示小数位。 ②.读数方法：一段时间电能表计数器前后两次读数差，就是这段时间用去的电能。 如：某电能表在一周内的示数变化为： （5）普通电能表的读数 机械式电能表 W=W后-W前 （1）利用计数器计算 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 2. 通过电能表求用电器消耗电能 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。 【解析】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 （2）利用电能表上转盘计算 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圈时消耗的电能值。 例如，一电能表表盘上标有“3000r/kW·h”，将某一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120r，即可以计算出该用电器消耗的电能。 【解析】电能表表盘上标有“3000r/kW·h”，表示用电器消耗1kW·h的电能，转盘转动3000圈。 当电能表转盘转过120r时， 消耗的电能 W= kw·h = =0.04 kW·h （3）智能电能表 闪烁时证明正在工作中，脉冲灯闪烁越快，耗电速度越快。 当跳闸或欠费时指示 灯亮起。 图13-1-3中表盘上的“220V"和“50Hz”表示电能表所接家庭电路中交流电的电压和频率。 切换显示屏信息。 显示累计电量信息。 如图所示的表盘，该表的标定电流为5A，允许通过的最大电流不超过60A。 表盘上标有1200imp/kw·h字样，表示每消耗1kW·h电能，脉冲灯闪烁3000次。 　　电能表可以显示从表开始计数到读数时为止用户消耗的电能。 （3） 利用智能电表计量电能 上周消耗的电能＝本周一示数－上周一示数 ＝1 795.22 kW·h－1 773.62 kW·h＝21.6 kW·h 上周一　中午： 本周一　中午： 电能表前后两次示数之差，是这段时间内的用电量。 　　如果某同学家所在地区每度电的电费是 0.6 元，这一周应交电费多少元？ 电费的计算：上周消耗的电能＝21.6 kW·h 这一周应支付的电费为： 电费＝21.6 kW·h×0.6 元/(kW·h)＝12.96 元 1kW · h电的作用 电炉炼钢约1.6kg 采掘原煤约100kg 洗衣机工作约2.7h 电脑工作约5h 电车行驶约1.5km 节约用电 从我做起！ 典型例题 【解析】图中电能表的示数为9866.8kW·h； 从电能表的参数可知，电路中的用电器消耗1kW·h的电能，指示灯闪烁1600次，现在它闪烁了400次，消耗的电能为0.5kW·h，故电能表的示数为 9866.8kW·h+0.5kW·h=9867.3kW·h 【例题1】如图所示是小明家的电能表，电能表的示数为__________kW·h，此时小明家接入了大功率的用电器，小明站在电能表前观察指示灯闪烁了800次，那么电能表的示数应为__________kW·h。 9866.8 9867.3 典型例题 【例题2】电能表是测量______________ 的仪表。小明家3月末和4月末电能表表盘示数如图所示，则小明家4月份用电_______kW⋅h，若以当地电价0.5元/度计算，小明家4月份应缴纳电费_______元。将某用电器单独接在该表上工作一段时间后，电能表转盘转了1200转，该用电器在上述时间内消耗的电能为__________J。 1.44×106 消耗电能多少 240 120 解：当电能表转盘转过1200r时， 消耗的电能 W= kw·h = =0.4kw·h =0.4×3.6×106J=1.44×106 J 知识点3 电功的计算 电流做功与哪些因素有关? 提出问题 1.影响电功大小的因素 三、电功的计算 同一用电器的使用时间越长，消耗的电能越多，意味着电流做功越多。可见，电流做功的多少与用电器的通电时间有关。此外，电流做功的多少还与电压、电流有关。 电流做功的多少 电流 电压 通电时间 2.电功的计算公式 三、电功的计算 电流通过用电器所做的功 W 等于用电器两端的电压 U、通过用电器的电流 I 和通电时间 t 的乘积，即 公式：W = UIt 电功=电压×电流×通电时间 W---电功 单位 焦耳（J） U---用电器两端的电压 单位 伏特（V） I---电流 单位 安培（A） t---通电时间 单位 秒 （s） 它们之间的关系 1J =1V×1A×1S 3.电功的推导公式 由W=UIt 和欧姆定律 I= 可得电功的两个推导公式: W = t W＝I2Rt 注意： ①电功变形公式的适用条件：只适用于纯电阻电路（即电能全部转化为内能的电路：例如：电热器 、定值电阻）； ②利用电功公式及其变形公式时，要注意各物理量必须是同一个导体在同一时间对应的四个物理量。 ③W＝UIt是普遍适用的公式。 示例 如图 13-1-4 所示，一电熨斗工作时 内部电热丝的阻值为 40 Ω,接在电压为 220 V 的家庭电路中。 （ 1 ）通过该熨斗电热丝的电流是多大？ （2）该电熨斗工作 10 min 消耗多少电能？ 解：（ 1 ）已知熨斗电热丝的阻值 R = 40 Ω, 两端电压 U = 220 V，根据欧姆定律，通过电热丝的电流 （2）时间 t = 10×60s =600 s，根据电功的表达式，电流做功W = UIt = 220 V×5.5 A ×600s = 7.26 × 105J 即该电熨斗工作 10 min 消耗的电能是7.26×105J。 I= = 5.5 A 图13-1-4 电熨斗 练习：有一盏荧光灯接在 220 V 的家庭电路中，通过它的电流为 0.2 A，计算这盏灯工作 1 h，电流做了多少功？消耗的电能是多少？ 解：1 h＝3 600 s 　W＝UIt＝220 V×0.2 A×3 600 s＝1.584×105 J 　　答：电流做功 1.584×105 J，消耗电能 1.584×105 J。 学以致用 STSE 自古以来，对热与电的利用促成了人类社会发展的两次重大飞跃。 有趣的是，无论是原始时期使用火还是 18 世纪运用蒸汽动力，对热的研究基本滞后于热的应用。而电的情况恰恰相反，直到 19 世纪法拉第 （M. Faraday ，1791— 1867）和麦克斯韦（ J.C. Maxwell ，1831— 1879 ） 在电磁领域取得了突破性的研究成果后，人类才真正开始大规模利用电能。 图13-1-5 “零能耗”生态示范楼 在法拉第发明简易电动机和发电机之后，涌现了一大批发明家和实业家，在电能的产生、传输、使用等方面锐意创新，不仅制造业在电动机的轰鸣声中迅猛发展，人们的日常生活也因电灯、电报、电话、电车等 的发明变得便捷。 进入信息时代，电能在人类生活中的重要地位依然不可撼动，而且人类对电能的需求还在不断提升。人们除了积极践行节约用电、推动绿色低碳的生活方式外，也不断积极探索获取电能的新途径。图13-1-5所示的国内首座“零能耗”生态示范住宅在 2010 年上海世博会期间展示，“零 能耗”建筑采用各种技术降低能耗， 并利用各类可再生能源，实现建筑能源自给自足。 拓展提升 2 4. 串、并联电路中电功的计算 （1）推导：串联电路中总功与各用电器做功之间的关系 如图所示，电阻R1、R2串联在电压为U的电路中，设它们两端的电压分别为U1、U2，电路中的电流为I，则在时间t内电流所做的功分别是: W总=Uit W1=U1It W2=U2It 因 U= U1+U2 故 W总=UIt=（U1+U2）It = U1It+U2It W总= W1+W2 结论：串联电路中电流所做的总功等于各用电器做功之和。 如图所示，电阻R1、R2并联在电压为U的电路中，设通过它们的电流分别为I1、I2 ，干路中的电流为I，则在时间t内电流所做的功分别是: W总=UIt， W1=UI1t W2=UI2t 因 I= I1+I2 故 W总=UIt=U（I1+I2）t = UI1t+UI2t W总= W1+W2 结论：并联电路中电流所做的总功等于各用电器做功之和。 （2）推导：并联电路中总功与各用电器做功之间的关系 拓展提升 归纳小结 当R1和R2串联时，电流通过导体做功的比与导体的电阻成正比。 = 通过以上分析说明：无论是串联电路还是并联电路，电流所做的总功都等于电流通过各用电器（或各支路）做功之和，表示为 W总= W1+W2 +W2 … … +Wn 当电阻R1和R2并联时，通过R1和R2的电流做功与电阻大小成反比。 = 课堂小结 ①电功：物理学中，把电流所做的功称为电功。 电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。 ②影响因素：电功与电压、电流和通电时间成正比。 ③计算：W=UIt ③单位：焦（J） 、千瓦·时（kW·h）。1J= 1V·A·s 换算：1kw·h=3.6×106J， 无论是串联电路还是并联电路，电流所做的总功都等于电流通过各用电器（或各支路）做功之和，即 W总= W1+W2 +W2 … … +Wn 当R1和R2串联时，电流通过导体做功的比与导体的电阻成正比。 当电阻R1和R2并联时，通过R1和R2的电流做功与电阻大小成反比。①作用：计量家庭电路消耗的电能。单位是kW·h。 ②表盘常见参数：电压“220V”和频率“50Hz”。 ③测算电费：在一段时间内前后两次示数的差值，就是这 段时间内所消耗的电能。 电功 电功 电能表 串、并联电路电流、电压、电阻、电功的特点总结： 串联电路 并联电路 电流 I＝I1＝I2 I＝I1＋I2 电压 U＝U1＋U2 U＝U1＝U2 电阻 R总＝R1＋R2 分压或 分流 电功 = = 课堂练习 课堂练习 1.关于电功，下列说法正确的是（　　） A．电流通过电灯做功时，电能只转化为光能 B．电流做功的多少可能大于电能转化为其他形式能的多少 C．电流做了多少功，就相当于有多少电能转化为其他形式的能 D．电功就是电能，两者只是名称不同而已 C 课堂练习 2 ．下列家用电器主要将电能转化为机械能的是（　　） A． LED灯 B． 电饭锅 C． 电风扇 D． 电烤箱 C 3.一块手机用的锂电池上标有电压3.7V，容量1000mA·h充满电后这块锂电池约存储的电能是（　 　） A．0.37J B．3.7×103J C．3.7kW·h D．3.7×10−3kW⋅h D 【详解】储存的电能 W=UIt=3.7V×1A×3600s=1.332×104J=1.332×104×13.6×106kW⋅h=3.7×10−3kW⋅h 故D正确，ABC错误。故选D。 课堂练习 课堂练习 4.（2025·天津河东·一模）甲、乙两电热丝的电阻之比为4︰3，两端的电压之比为2︰1，则相同时间内消耗电能之比为（     ） A．1︰3 B．3︰1 C．2︰3 D．3︰2 B 5.图甲是小汇家安装的电能表，该电能表的标定电流为______A。图乙分别是他家上月初和本月初电能表的示数，则他家上月用电______kW•h。   10 104.6 2138.2 6.（小红家的电能表写有3000r/（kW·h），2月底和3月底的示数如图所示，2月底的示数为 kW·h，则他家3月份共用电为 kW·h，若电能表在10min内转了300转，则用电器消耗的电能是 kW·h。 40 0.1 课堂练习 7.如图所示的电路中，电源电压恒为9V，、为定值电阻，，只闭合开关时，电流表的示数为0.2A。求闭合开关、后： (1)通过定值电阻的电流 (2)整个电路在100s内消耗的电能 (1)0.3A    (2)450J 详解：（1）由图知，当S1、S2同时闭合时，R1与R2并联，R2两端的电压等于电源电压为9V， 则通过R2的电流为I2=U2/R2=9V/30Ω=0.3A （2）当只闭合S1时，是只有R1的简单电路，此时电流表示数为0.2A，即通过R1的电流为0.2A。S1、S2同时闭合后两电阻并联工作，由于并联电路各支路互不影响，通过R1的电流仍为0.2A，由前述计算可得两电阻并联工作时通过R2的电流为0.3A。则干路电流为 I=I1+I2=0.2A+0.3A=0.5A 则整个电路在100s内消耗的电能为W=UIt=9V×0.5A×100s=450J 课后思考： 练一练 1.移动电源为电子设备充电时，电能转化成哪些形式的能量? 2.某款节能灯接人220V家庭电路中，正常工作时电流约为0.05A，该节能灯工作2h耗电多少千瓦·时? 电能转化为 能 化学 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 课后作业 谢谢聆听 谢谢聆听 $