《利用自制家庭电路演示版复习电功电功率》课堂实录

《利用自制家庭电路演示版复习电功电功率》课堂实录
1、利用电能表测量电功。
2、理解电功和电功率。
3、区分用电器的额定功率与实际功率。
4、电功与电功率在串联电路和并联电路中的简单应用。
5、电热的利用与防治。
【难点】
电功与电功率在串联电路和并联电路中的简单应用。
【复习过程】
这节课我们利用我做的家庭电路演示版来复习电功与电功率。
师：首先我们先看一下它的组成及作用它组成与书上的稍微有点区别，书上的家庭电路组成是比较传统的，我做的这个是现代家庭电路中经常用到的。它主要由进户线（带有插头）、电能表、空气开关（相当于总开关和断路器）、漏电断路器（当发生漏电时，比如人触电，会自动切断电路，确保安全）、两个带开关的灯座（并联）、两空插座、三孔插座以及特意增加的两个串联的灯座。
电能表用来测量某一段时间电路消耗的电能，用电器消耗电能的过程也就是电流做功的过程，电流做多少功，就意味着消耗多少电能，因为也可以说电能表是用来测量电功的；它的计量单位是kw·h，俗称“度”，一度电，或者说1kw·h相当于多少？
生：3.6×106J。
师：我们如何能知道这一个月消耗的电能？
生：看月末和月初电能表的的示数差。这个插值就代表了这个月消耗的电能。
师：非常正确。我们在读数时还要注意电能表最后一位，即红色框里面的数字表示的小数。练习：小明家的电能表月初的数字是月末表盘的示数如图所示。若按0.5元1kW·h的标准收费，他家本月应缴纳电费________元。
生：本月消耗的电能W=1469.5kw·h-1385.5kw·h=84kw·h；所交电费84×0.5=42（元）
师：我们在看一下电能表上的一些参数。电压220V显然是指使用于220V的家庭电路中。电流10（40）A表示什么意思呢？
生：10A是基本电流，40A是允许通过的最大电流。
师：没错，可以这样理解。那么大家说使用这个定能表时，家庭电路中的最大功率不应该超过多少？
生：额定电压是220V，最大电流师40A，所以最大功率P=UI220V×40A=8800W。
师：非常正确。计算电功率，我们主要有两种方法。一个是电功与电功率的关系，另一个就是刚才这个同学用到的电功率计算式P=UI，及相应的变形公式。那么根据欧姆定律，大家再练习推导一些，电功率还可以写成什么？
生1：
生2：
师：非常好，这些变形公式一般只用于电能全部转换为内能的纯电阻电路中，使用变形公式可能会给我们带来方便。下面标有3200imp/kw·h是电能表常数，他表示的是意思是什么？
生：电路消耗1kw·h的电能，指示灯闪3200次。
师：对，这是一个电子式电能表，如果是感应式电能表，里面有个可以转动的铝制表盘，表盘转一圈相当于指示灯闪一次。现在指示灯为什么不闪呢？
生：电路没有消耗电能。
师：那现在打开一个40W的白炽灯和一个60W的灯，大家看指示灯是否闪？
生：咦，也不闪？
（过10秒左右）
生：闪了，闪了。
（过10秒左右再次闪一下）
师：大家思考一下，我们能不能计算出指示灯多长时间闪一下。我们要解答这个问题可以整理一下已知条件，已知电路消耗总功率是40W+60W=100W指示灯闪烁的次数为1，求时间。
生：指示灯闪烁一次表示消耗的电能是
kw·h=×3.6×106J=1125J
所用时间=11.25S
师：这个计算结果与我们的感觉是相符的。这两个灯一个40W，一个是60W，现在我吧他们取下来，谁能上来认一下，那个是40W，那个是60W。
生2：这个是60W的，因为他的灯丝比较粗。
师：为什么灯丝粗的就是瓦数大的。
生2：因为灯丝粗的电阻小，根据可知，电阻越小，相应的功率就越大。
生3：可是根据公式可知，是电阻大的，相应的电功率大呀。
师：究竟谁的说法更有道理呢？这的确是一个容易混淆的问题。应该是电阻小的，相应电功率大，我们现在说的40W与60W指的是它的额定功率，即接在220V家庭电路中正常工作是的电功率，我们这道家庭电路的用电器都是并联的，因此他们正常工作时的电压是一样的，但二者的电流并不相同，因此公式中电阻和电流都不一样，我们不能直接判断电功率与电阻的关系。现在将它们接入电路中，使他们正常发光，观察二者的亮度。
生：60W的要亮一些。
师：为什么60W的灯会亮一些？灯泡亮度取决于什么？
生：取决于实际功率。因为现在他们都正常发光，实际功率都等于各自的额定功率，60W的实际功率大，比较亮。
师：非常好，我们可以总结一下并联电路中，电功与电功率分配的关系
我现在把他们两个串联在220V的家庭电路中，大家再观察二者的亮度情况。
生：40W的要亮。
师：首先我们要明确，他们串联起来都不是正常功率，所以他们的实际功率也不在是40W与60W了，那为什么40W灯要亮一些呢？
生：因为他们连个是串联的，串联电路电流相等。根据，电流相等时，电阻越大，电功率也越大。
师：对，这次因为是串联电路，电流相等，我们用方便地做出判断。我们可以总结一下串联电路中，电功与电功率分配的关系
师：同时我们注意到，这两个灯在串联时的亮度远远不及在并联时的亮度，这是怎么回事？
生1：并联时电压大，串联时电压小
师：说的不太完整，准确地说，并联时，每个灯泡都可以获得220V的电压，但串联时，二者的电压之和220V，显然每个灯泡的电压都不到220V，因此串联时每个灯泡的实际电压小，相应的实际功率就小。
生2：还可以从电阻的角度考虑。串联的两个灯看做一个整体，那么无论是串联还是并联，大家都接在220V的电路中，因为串联的总电阻变大，大于期中任意一个灯泡的电阻，所以串联起来的总功率小，而且是小于任何一个正常工作时的功率。
师：非常正确，这是从更好的一个角度理解这一问题。我还带来了一个电热水壶和一个量杯以及温度计，现在我想测量一下电热水壶的加热效率，大家想一想我们可以怎么操作。我们首先要明确电热水壶的加热效率指的的是什么？我们总结过所谓效率就是用于的能量与总的能量的比值，那么用电热水壶烧水，有用的能量指的是什么？
生：水吸收的热量。
师：总的能量呢？
生：消耗的电能。
师：用公式表达出来就是。那如何能够知道水吸收的热量呢？
生：
师：为了测量水吸收的热量，我们需要测量那些物理量？
生：水的质量m、水的初始温度t0和末温t
师：测量质量需要天平。可我没有带天平，带来了量筒，我们可以利用密度公式得出相应的质量。如何测量消耗的电能呢？
生1：利用电能公式
师：电压可以认为是220V，时间可以用秒表测，但电流我们却无法测量，因为是交流电。
生2：可以利用电能表上前后示数的差值表示电能
师：烧水的过程消耗的电能比较少，用前后示数差值表示误差非常大。
生3：我们可以借助电能表常数，数出烧水过程中指示灯闪烁的次数，就能知道消耗的电能。
师：嗯，这是一个切实可行的方法。现在我们量杯量取500ml的水，用温度计测出水初始温度t0=16℃。接通电源后至水烧开后自动断电，大家数出指示灯闪烁的次数。
（进行实验）
生：指示灯共闪了198次
师：用温度计测出沸水的温度t=98℃。大家计算一下水壶的加热效率
水的质量=1g/cm3×500cm3=500g=0.5kg
水吸收的热量=4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×（98℃-16℃）
=1.722×105J
消耗的电能kw·h=×3.6×106J=2.2275×105J
加热效率
师：我们对这个测量过程进行反思有延伸：我们发现接入电热水壶是，指示灯闪烁的很快，二接入两个灯泡时，指示灯闪烁的比较慢，这是什么原因？
生：因为电热水壶的功率比较大，所以指示灯闪烁的比较快。
师：如果我们需要测量刚才烧水过程中电热水壶的功率，还需要怎么做？
生：还需要测量加热时间，通过公式可以计算电功率。
师：我们知道沸腾条件是温度达到沸点且持续吸热，刚才实验中我们观察到，开关断开了，水还会沸腾一小会，这是怎么回事？原因在于电热水壶断电都还有余热。着类似于我们同学吃砂锅时，有时候砂锅端上了桌子，里面的谁还在沸腾，就是因为砂锅上还有余热。我们也看到水沸腾后，壶嘴“冒出”大量“白汽”，这些“白汽”是怎么样产生的？
生：是因为水沸腾汽化为水蒸气，水蒸气遇到冷空气又液化成小水滴
师：很正确，那为什么壶嘴附近的“白汽”却很少？
生：因为液化要放热。壶嘴附近温度较高，水蒸气不容易液化。
师：我们说水的沸点是100℃，而我们测量的只有98℃，原因是什么？
生：因为我们这个地方的气压低于标准大气压，所以水的沸点就低于100℃。
师：非常正确。那为什么我们这地区气压对低于标准大气压？
生：我们这海拔较高，空气比较稀薄，气压低于标准大气压。
师：非常完整。