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第三章 能量的轉(zhuǎn)化與守恒
第6節(jié) 電能
浙教版 科學(xué)（初中）
九年級上
1
課堂導(dǎo)入
觀察思考
每個用電器都有自己的額定電壓和額定功率
那么用電器工作時，用電器消耗的電功率一定就是額定功率嗎？怎樣測量用電器的電功率呢？
若燈泡超過額定電壓，則有可能燒毀
互動學(xué)習(xí)
2
一、測定小燈泡的電功率
在科學(xué)上用電功率來表示消耗電能的快慢，那么電功率的計算公式有哪些呢？測量小燈泡電功率用哪個公式呢？
電功率的計算公式
P=W/t
P=UI
用公式P=UI，測量出小燈泡兩端的電壓和流過燈泡的電流，就能求出電功率.
1．學(xué)習(xí)使用電流表和電壓表測用電器功率的方法。
2．了解用電器的功率跟用電器兩端的電壓有關(guān)，加深對額定電壓和額定功率的理解。
1、實(shí)驗?zāi)繕?biāo)
2、實(shí)驗原理
P=UI
需測量的物理量：電壓表測小燈泡兩端的電壓U；
電流表測流過燈泡的電流I，
這種測量電功率的方法稱為伏安測量法。
3、實(shí)驗器材:
常用的小燈泡 1 只（標(biāo)明額定電壓2.5V，未標(biāo)明額定功率），電流表、電壓表各 1 只，滑動變阻器 1 只，開關(guān) 1 只，電池組（總電壓高于燈泡的額定電壓）1 只，導(dǎo)線若干。
1．5 ＋
干電池
1．5 ＋
注意：電池組的總電壓高于燈泡的額定電壓。
1．5 ＋
干電池
1．5 ＋
(2)．按正確的電路圖連接電路。
R
A
V
4.實(shí)驗步驟
(1)．畫出實(shí)驗電路圖。
（3）調(diào)節(jié)滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓恰好等于燈泡的額定電壓。讀出此時兩只電表的讀數(shù)，并記錄在表中。
（4）調(diào)節(jié)滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓約為小燈泡額定電壓的1.2倍。觀察小燈泡的亮度變化（相對于額定電壓下的亮度），讀出兩只電表的讀數(shù)，并記錄在表中。
（5）調(diào)節(jié)滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓約為小燈泡額定電壓的0.8。觀察小燈泡的亮度變化（相對于額定電壓下的亮度），讀出兩只電表的讀數(shù)，并記錄在表中。
（6）計算出三種情況下小燈泡的功率。
①、連接電路時，把滑動變阻器的滑片調(diào)到阻值最大處。
②、調(diào)節(jié)小燈泡兩端的電壓使之高于額定電壓時，在看清電流表示數(shù)的前提下，所用時間越短越好，以防損壞小燈泡。
③電流表、電壓表的量程選擇要合適，在不超過量程的前提下，應(yīng)盡可能使電表指針偏轉(zhuǎn)角度大一些，以便減小誤差。
注意：
小燈泡兩端的電壓 電壓U/V 電流I/A 電功率P/w 小燈泡亮度
等于額定電壓
高于額定電壓
低于額定電壓
觀察表中數(shù)據(jù)可見：
小電燈實(shí)際消耗的電功率不一定等于額定功率。
小燈泡的亮度是由小燈泡實(shí)際消耗的功率決定的
2.5
3
2
0.22
0.24
0.2
0.55
0.72
0.4
正常發(fā)光
較亮
較暗
當(dāng)Ｕ實(shí)＝Ｕ額時，則Ｐ實(shí)＝Ｐ額．電燈正常發(fā)光
當(dāng)Ｕ實(shí)＞Ｕ額時，則Ｐ實(shí)＞Ｐ額．電燈亮度較亮
當(dāng)Ｕ實(shí)＜Ｕ額時，則Ｐ實(shí)＜Ｐ額 . 電燈亮度較暗
(4)、實(shí)驗結(jié)論：
1．小燈泡在哪種情況下屬于正常發(fā)光？
2．如果一再降低或一再提高小燈泡兩端的電壓，將會出現(xiàn)什么情形？
小燈泡在額定電壓下的發(fā)光屬于正常發(fā)光。
理論上降低或提高小燈泡兩端的電壓小燈泡的功率將增大或減小，但是當(dāng)電壓增大到一定程度小燈泡將會被燒壞。
你能說出實(shí)驗中出現(xiàn)下面故障的原因嗎？
故障現(xiàn)象 原因
閉合開關(guān)，燈不亮，電流表、電壓表無示數(shù)
閉合開關(guān)燈不亮，電流表幾乎無示數(shù)，電壓表指針偏轉(zhuǎn)較大
導(dǎo)線發(fā)熱冒煙，電流表示數(shù)很大
接線柱接觸不良或?qū)Ь€斷了或電源、電流表電壓表、開關(guān)損壞。
電流表、電壓表的位置接反或燈絲斷了或燈與燈座接觸不良。
發(fā)生了短路。
故障現(xiàn)象 原因
滑動變阻器滑片移動時，電流表的示數(shù)及燈泡亮度不變
電流表、電壓表的指針反方向偏轉(zhuǎn)
滑動變阻器接錯了。
電流表、電壓表的接線柱接反了。
互動學(xué)習(xí)
2
二、實(shí)際功率與實(shí)際電壓
1、實(shí)際功率：我們把用電器在實(shí)際電壓下工作時所對應(yīng)的功率叫做用電器的實(shí)際功率。
2、實(shí)際電壓：用電器實(shí)際工作的電壓。
當(dāng)用電器的工作電壓明顯低于或高于它的額定電壓時，用電器就不能正常工作。
3、實(shí)際功率與額定功率的關(guān)系：
（1）當(dāng)U實(shí)＝ U額，則P實(shí)＝P額，用電器正常工作
（2）當(dāng)U實(shí)＞U額，則P實(shí)＞ P額，用電器容易壞。
（3）當(dāng)U實(shí)＜U額，則P實(shí)＜ P額，用電器不能正常作。
1
課堂導(dǎo)入
觀察思考
電驅(qū)蚊器
電取暖器
你知道哪些用電器是利用電熱來工作的嗎？你知道它們的工作原理嗎？
使用這些用電器時，電能會轉(zhuǎn)化為哪些能量？
電爐
使用這些用電器時，電能會轉(zhuǎn)化為熱能
互動學(xué)習(xí)
2
一、電流的熱效應(yīng)
1、電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。
2、電流熱效應(yīng)的實(shí)質(zhì)：從能量的轉(zhuǎn)化看，電流通過導(dǎo)體發(fā)熱的過程實(shí)質(zhì)上是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（熱能）的過程。
許多用電器接通電源后，都伴有熱現(xiàn)象發(fā)生。
3、電熱器:利用熱效應(yīng)來工作的用電器。
主要元件是發(fā)熱體，由電阻率大、熔點(diǎn)高的電阻絲繞在絕緣體上制成的
電熨斗
電熱毯
電熱壺
電飯煲
你能列舉出哪些利用電流熱效應(yīng)工作的用電器？
電熱水器
電烘箱
熱的快
電取暖器
電流的熱效應(yīng)有什么利和弊？
優(yōu)點(diǎn)：無污染、熱效率高、方便控制和調(diào)節(jié)溫度。
缺點(diǎn)：①在家庭電路中，由于長期的電流熱效應(yīng)，導(dǎo)線外的絕緣層會加速老化，甚至?xí)?燒毀絕緣層而引發(fā)火災(zāi)；
②同時，由于電流熱效應(yīng)，會影響家電的使用性能和壽命。
為了防止電熱的危害你知道電視機(jī)計算機(jī)、電動機(jī)等采取什么措施嗎？
電視機(jī)加散熱窗、計算機(jī)、電動機(jī)等還要加風(fēng)扇來散熱。
二、電流產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)
1、猜想與假設(shè)
(1)可能與導(dǎo)體電阻的大小有關(guān)，R越大，Q越大。
(2)可能與電流的大小有關(guān)，I 越大，Q越大。
(3)可能與通電時間的長短有關(guān)，t 越大，Q越大。
2、實(shí)驗方法：控制變量法、轉(zhuǎn)化法。
3、實(shí)驗器材：煤油、電阻絲R甲反映電器產(chǎn)熱的大小利用什么方法？
轉(zhuǎn)化法，液體受熱升溫而膨脹即玻璃管中液柱上升高的產(chǎn)生熱量多。
實(shí)驗一：研究電熱器電阻的大小對產(chǎn)生熱量的影響
研究電熱器電阻的大小對產(chǎn)生熱量的影響要研究電阻對產(chǎn)生熱量多少的影響，應(yīng)該控制電流和通電時間不變，則可以讓兩個阻值不同的電阻串聯(lián)后接入電路。
1、設(shè)計實(shí)驗：控制變量法
（1）將2根電阻絲串聯(lián)在電路中，標(biāo)出2根玻璃管內(nèi)液面的位置。
（2）閉合開關(guān)，記下電流表的讀數(shù)：0.45A
（3）經(jīng)過一段時間后，標(biāo)出2根玻璃管內(nèi)液面的位置。
2、實(shí)驗步驟
（4）比較2根玻璃管內(nèi)液面上升的高度發(fā)現(xiàn):當(dāng)電流相等，通電時間相同時，電阻大的，液柱升高的多。
3、結(jié)論
在通電電流和通電時間相同的條件下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。
實(shí)驗二：探究電流產(chǎn)生的熱量與電流是否有關(guān)
1、設(shè)計實(shí)驗：控制變量法
要研究電流大小對產(chǎn)生熱量的影響,應(yīng)該控制電阻和通電時間不變，改變電流。 　 　　　　　　　
2、實(shí)驗步驟：（1）、如圖所示，在燒瓶中盛等量的煤油，燒瓶中電阻絲的電阻相同，兩瓶中金屬絲分別接到兩節(jié)電池電池組和四節(jié)電池的電池組的電源上。
（2）閉合開關(guān)經(jīng)過相同的一段時間比較玻璃管內(nèi)液面的位置。
顯然，通電的時間越長，電流產(chǎn)生的熱量就越多。
實(shí)驗結(jié)論:
①在相等的時間內(nèi)，當(dāng)電流相等時，電阻越大，電流產(chǎn)生熱越多。
②在相等的時間內(nèi)，當(dāng)電阻相等時，電流越大，電流產(chǎn)生熱越多。
③通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量就越多。
3．結(jié)論：
在電阻和通電時間相同的條件下，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。
互動學(xué)習(xí)
2
二、焦耳定律
1、焦耳定律： 進(jìn)一步的實(shí)驗可以得出：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時間成正比。
這個規(guī)律叫做焦耳定律，它最先是由英國科學(xué)家焦耳發(fā)現(xiàn)的。
2.公式：Q=I2Rt
3. 熱量Q的單位是焦(J)
電流的單位是安(A)，電阻R的單位是歐( )，時間t的單位是秒(s)。
1J=1A2 Ω s。
電吹風(fēng)機(jī)和電熨斗通電時都會發(fā)熱，哪種用電器可以認(rèn)為是將電能全部轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能？
電吹風(fēng)機(jī)工作時電能轉(zhuǎn)化成熱能和機(jī)械能；
電熨斗工作時電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能， 電熨斗工作時可以認(rèn)為是將電能全部轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能。
電流通過導(dǎo)體時，如果消耗電能全部轉(zhuǎn)化為熱即：Q=W你能推導(dǎo)出焦耳定律嗎？
若電流做的功全部用來產(chǎn)生熱量即:Q = W
又∵W = UIt
根據(jù)歐姆定律U = IR
∴Q = W = UIt = I2Rt
例題：如圖是電飯鍋的電路圖。電飯鍋工作時有兩種狀態(tài)：當(dāng)自動開關(guān) S 接通時，電飯鍋處于加熱狀態(tài)，將鍋內(nèi)的水加熱直到燒開；當(dāng)自動開關(guān) S 斷開時，電飯鍋處于保溫狀態(tài)。圖中 R2 是加熱用的電熱絲，阻值為 55 歐；R1 是電阻，阻值為 145 歐。試求 :
（1）在加熱狀態(tài)下，電飯鍋正常工作 30分鐘產(chǎn)生多少熱量？
R1
R2
220V
（2）在保溫狀態(tài)下，電飯鍋消耗的功率多大？
解：（1）在加熱狀態(tài)下，開關(guān) S 接通，電路中只接入電熱絲R2 ，因此通過R2 的電流：
I= = =4 安
U
R2
220 伏
55 歐
根據(jù)焦耳定律，R2 上產(chǎn)生的熱量：
Q= I2Rt=(4安)2 × 55歐× 30×60秒=1.584×106焦
（2）在保溫狀態(tài)下，開關(guān) S 斷開，電阻 R1 與電熱絲 R2 相串聯(lián)，假設(shè)此時電路中的電流為 I′，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)：U=U1 +U2 =I′R1 +I′R2
R1 +R2
220 伏
145 歐 +55 歐
= 1.1 安
電飯鍋消耗的功率：P′=U I′=220 伏 ×1.1 安 =242 瓦
答：（1） 電飯鍋正常工作 30 分鐘產(chǎn)生的熱量為 1.584×106 焦。
（2）在保溫狀態(tài)下，電飯鍋消耗的功率為 242 瓦。
I′= =
U
上面這個問題還可以用什么方法來求解？
（1）算出電流后，R2 上產(chǎn)生的熱量：Q=W=UIt=220V× 4安焦× 30×60秒=1.584×106焦
（2）電飯鍋消耗的功率:
1、電能全部轉(zhuǎn)化為熱能時，計算焦耳熱時:Q=12Rt=W=Pt=Ult=U2R/t
電能全部轉(zhuǎn)化為熱能時，計算焦耳熱時的公式有哪些，電能沒有全部轉(zhuǎn)化為熱能時計算焦耳熱時的公式是什么？
2、電能沒有全部轉(zhuǎn)化為熱能時，Q=12Rt 此時Q 純電阻電路中，電流做多少功，就是將多少電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。
3
課堂小結(jié)
THANKS
“
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