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1、物理學(xué)名詞,電流在單位時間內(nèi)做的功叫做電功率。是用來表示消耗電能的快慢的物理量,用P表示,它的單位是瓦特(Watt),簡稱瓦,符號是W。
2、作為表示電流做功快慢的物理量,一個用電器功率的大小數(shù)值上等于它在1秒內(nèi)所消耗的電能。如果在t(SI單位為s)這么長的時間內(nèi)消耗的電能“W”(SI單位為J),那么這個用電器的電功率就是P=W/t(定義式)電功率等于導(dǎo)體兩端電壓與通過導(dǎo)體電流的乘積。
3、(P=U·I)。對于純電阻電路,計算電功率還可以用公式P=I^2*R和P=U^2 /R。
4、每個用電器都有一個正常工作的電壓值叫額定電壓,用電器在額定電壓下正常工作的功率叫做額定功率,用電器在實際電壓下工作的功率叫做實際功率。
(來源:文章屋網(wǎng) )
授課地點:物理實驗室
授課教師:
授課時間:1課時
儀器材料:PZ220-25、PZ220-60、2.5V 0.3A、3.8V 0.3A、學(xué)生電源、開關(guān)、電壓表、電流表、導(dǎo)線等。
【教學(xué)目標(biāo)】
1.知識與技能
(1)知道電功率是表示消耗電能的快慢,理解電功率的概念;
(2)知道電功率的單位有W和KW;
(3)會用電功率的公式進行簡單的計算;
(4)了解電功率的大小是儀器的主要指標(biāo)之一。
2.過程與方法
(1)通過探究電功率與用電器中電流和電壓的關(guān)系,進一步學(xué)習(xí)科學(xué)研究的基本方法——控制變量法,體會探究過程和科學(xué)方法的重要性;
(2)通過電器的銘牌比較它們的功率大小,培養(yǎng)節(jié)能意識。
3.情感、態(tài)度和價值觀
(1)通過實驗探究,培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神,激發(fā)學(xué)習(xí)物理知識的興趣;
(2)通過交流討論,使學(xué)生學(xué)會與人交流自己的見解,學(xué)會傾聽別人的見解,有與他人合作的意識,認(rèn)識到交流合作的重要性;
(3)通過觀察銘牌,計算電功,培養(yǎng)節(jié)能意識。
【教學(xué)重點】
電功率的概念、公式
【教學(xué)難點】
電功率的概念,用電功率的公式進行計算。
【教學(xué)過程】
教師活動設(shè)計
學(xué)生活動設(shè)計
一、引入新課
教師:你家裝修房子采購了兩種不同規(guī)格的燈泡,有60W和25W的;根據(jù)需要客廳、書房的燈要亮些,臥室、廁所里的燈要暗些,如果讓同學(xué)們從中選擇,你會怎么選?為什么?
同學(xué)們根據(jù)已有生活經(jīng)驗進行判斷選擇:客廳、書房安裝60W的燈泡;臥室、廁所里安裝25W的燈泡。
原因:60W的電燈泡比25W的更亮。
二、認(rèn)識電功率
教師:演示60W和25W燈泡正常工作情況;
問1:電燈泡工作時能量是如何轉(zhuǎn)化的?從剛才實驗看出60W的電燈泡比25W的更亮,這說明什么問題呢?
問2:怎樣來比較電流做功的快慢呢?
學(xué)生觀察燈泡亮度
電能轉(zhuǎn)化為光能和熱能;這表明相同時間內(nèi)60W的電燈泡把更多的電能轉(zhuǎn)化為光能和熱能。(也就是說電流做功有快慢之分。)
教師類比啟發(fā):
(1)怎樣比較物體運動的快慢?
(2)怎樣比較力對物體做功的快慢?
(3)可以怎樣來比較電流做功的快慢呢?
學(xué)生思考并回答:
(1)利用物體單位時間內(nèi)通過的路程(即速度);
(2)利用物體單位時間內(nèi)完成的功(即功率);
(3)單位時間電流所做的功。
教師:物理學(xué)中就引進了一個十分重要的物理量來描述電流做功的快慢,它就是電功率。從剛才的比較中得出應(yīng)該怎么來描述電功率呢?
電功率就是電流在單位時間內(nèi)所做的功。
如果用Ρ表示電功率,用W表示電功,用t表示通電時間,用數(shù)學(xué)公式就應(yīng)該這樣表示:
引導(dǎo)學(xué)生說出其物理意義、數(shù)值和單位
教師:但在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的用電器,如起重機上的電動機,功率往往很大,這時就要用更大的單位千瓦(kW)來表示。1kW=1000W
如農(nóng)田灌溉時用來帶動水泵的電動機,功率大約在幾千瓦到幾十千瓦之間。
電功率在數(shù)值上等于電流在單位時間內(nèi)所做的功。
當(dāng)電功的單位是焦(J),時間的單位是秒(S),電功率的單位就是焦/秒(J/S),常用瓦特(W)來表示。
學(xué)生熟悉電功率的常用單位。
平常我們說40W的燈泡、150W的電視機說的就是電功率。電功率是家用電器的一項重要性能指標(biāo),在各種用電器的銘牌和說明書中都有標(biāo)示,請同學(xué)們仔細(xì)觀察課本圖7-2-2并思考討論:
(1)該電視機正常工作時的電功率是多少?表示什么意思?(2)看兩小時電視要消耗多少電能?
教師說明:計算時只要單位配套使用即可,計算日常生活中用電時消耗的電能用此方法更簡便。
學(xué)生觀察后回答:(1)該電視機正常工作時的電功率是140W;表示它1s消耗電能140J
(2)由公式,可得
或:
學(xué)生了解單位的配套使用
(1)P—W,t—S,W—J;
(2)P—KW,t—h,W—KWh.
教師:請同學(xué)們利用所學(xué)知識分析一下,要節(jié)約電能可以從哪些方面著手?
學(xué)生:根據(jù)公式W=Pt,可以在不改變用電時間的情況下,盡可能的減小用電器的功率;也可以在不減小用電功率的情況下,減少用電時間,如養(yǎng)成隨手關(guān)燈的習(xí)慣等。當(dāng)然可以同時考慮。
三、探究電功率跟電流、電壓的關(guān)系。1.提出問題,進行猜想與假設(shè)
教師:不同的用電器工作時其電功率一般不同,請同學(xué)們猜想一下影響電功率大小的因素可能是什么?把你的猜想寫下來,然后與組員討論,提出共同猜想的影響因素。
教師在教室里巡視,引導(dǎo)督促學(xué)生進行猜想,避免學(xué)生盲目猜想。
學(xué)生猜想假設(shè):
(1)可能與兩端的電壓有關(guān);
(2)可能與通過的電流有關(guān);
(3)可能與用電器的電阻有關(guān)
…………
學(xué)生各自猜想后,與小組成員進行討論,提出小組成員共同贊成的猜想,在班級里進行交流,每個小組選出一位代表與全班同學(xué)交流本組的猜想。
教師將學(xué)生主要提出的猜想列在黑板上。幫助學(xué)生排除掉一些不必要的因素,確定出需要探究的猜想。
學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,確定出可能影響的因素。明確只需探究電功率跟電壓、電流的關(guān)系。
2.設(shè)計實驗,進行實驗
教師:以小組為單位進行討論,設(shè)計一個驗證我們提出的猜想的實驗方案,畫出電路圖。
學(xué)生思考討論,設(shè)計實驗方案,畫出電路圖,各小組內(nèi)進行方案交流。
教師:每組派代表與大家交流你們小組的實驗方案。
教師指導(dǎo)學(xué)生交流,強調(diào)研究方法---控制變量法。
學(xué)生交流討論得出實驗方案。
通過觀察燈泡的亮度來判斷燈泡電功率的大小,操作如下:(1)將小燈泡串聯(lián),保持電流相等,測量燈泡兩端的電壓;(2)將小燈泡并聯(lián),保持電壓相等,測量燈泡的電流。
教師:根據(jù)實驗方案,選擇實驗儀器,分小組進行實驗。
教師巡視指導(dǎo)學(xué)生實驗。
學(xué)生進行實驗。
3.收集數(shù)據(jù)、分析論證
教師:請設(shè)計表格,記錄實驗數(shù)據(jù),并且進行分析。
教師對學(xué)生進行適時指導(dǎo)。
學(xué)生設(shè)計表格,收集數(shù)據(jù),進行分析,得出小組結(jié)論。
4.交流討論
教師組織、指導(dǎo)學(xué)生交流討論得出實驗結(jié)果。
小組選出代表匯報實驗結(jié)果,全班進行交流討論,得到結(jié)論:(1)通過用電器的電流相同時,用電器上的電壓越大,電功率越大;(2)用電器兩端的電壓相同時,通過用電器的電流越大,電功率越大。
5.評估
教師:實驗設(shè)計有沒有不合理的地方?操作中有沒有失誤?測量數(shù)據(jù)與所得結(jié)論是否可靠?
學(xué)生審查思考
教師:進一步實驗發(fā)現(xiàn):電功率等于電壓與電流的乘積。
即P=UI公式中I表示電流,單位是安(A),U表示電壓,單位是伏(V),P表示電功率,單位是瓦(W).
學(xué)生領(lǐng)會兩個計算電功率的公式:
(1)
(2)P=UI
推導(dǎo)出公式:W=UIt.
四、例題
教師引導(dǎo)學(xué)生解答課本例1;
教師:有無辦法直接由電壓和電功率求出電阻?
學(xué)生嘗試完成例1和“自我評價”第3題。
教師引導(dǎo)學(xué)生解答課本例2并啟發(fā)學(xué)生完成討論交流----電流過大的原因。
學(xué)生嘗試完成
五、課堂小結(jié)
本節(jié)課我們探究了電功率,知道了電功率的概念、計算公式、單位;并能利用所學(xué)知識進行計算,解決實際問題。
六、課堂練習(xí)
“發(fā)展空間”之“自我評價”剩余部分
七、課后練習(xí)
活動手冊中的練習(xí)。
【實踐活動】
利用電能表和秒表測某家用電器的電功率。提醒學(xué)生一定要注意安全,最好在家長的陪同下完成。
【教學(xué)反饋】
電功率的概念是本節(jié)內(nèi)容重點和難點之一,要巧妙地利用前面所學(xué)“速度”和“功率”的概念進行類比,使概念的得出水到渠成。探究電功率跟電壓和電流關(guān)系的實驗,是一個完整的探究活動,要讓學(xué)生在前面實驗探究基礎(chǔ)上進一步體會探究的各個環(huán)節(jié),讓學(xué)生在科學(xué)探究的過程中體會科學(xué)思想和科學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。本課要根據(jù)實際情境設(shè)計問題讓同學(xué)解答,在解題中激發(fā)興趣。
課型:新授課
教學(xué)目的:
1、理解和掌握電功率的概念、公式和單位;
2、理解額定電壓、額定功率、實際功率及其關(guān)系。
3、能綜合運用學(xué)過的知識簡單的電功率問題。
教學(xué)重點難點:
1、電功率的定義、公式和單位;
2、額定電壓、額定功率、實際功率及其關(guān)系。
教具準(zhǔn)備:
36V40W電燈1只,洗衣機、電動機銘牌若干,電流表、
電壓表各1只,變阻器、電源各1個。
教學(xué)方法:復(fù)習(xí)引入、演示實驗、歸納總結(jié)。
教學(xué)過程:
一、復(fù)習(xí)引入:
1、怎樣比較物體運動的快慢?
2、怎樣比較物體做功的快慢?
3、怎樣比較電流做功的快慢?
[例題1]
電流通過電扇的電動機,通電半小時,電流做功72000J;電流通過起重機的電動機,通電2s,做功40000J,電流通過哪一個電動機做功多?
二、講授新課:
1、電功率
(1)定義:電流在單位時間內(nèi)所做的功叫做電功率。用P表示。
注:電功率是表示電流做功快慢的物理量。
(2)公式:
根據(jù)定義:P=W/t,W=UIt
所以,P=W/t=UIt/t=UI
上式表明:電功率等于電壓與電流的乘積。
(3)單位:瓦、千瓦,1kW=1000W
由公式得W=Pt得
W=Pt=1kW×1h=1kW·h
=1000W×3600s=3.6×106J
即:1kW·h=3.6×106J
[例題2]
一盞電燈邊在電壓是220V的電路中,燈光中通過的電流是68mA,這個燈光的電功率是多少瓦?一個月總共通電100h,電流所做的功是多少焦,多少千瓦時?
(4)演示實驗:(運行課件)
實驗數(shù)據(jù)比較:
2、額定電壓與額定功率:
(1)定義:用電器正常工作時的電壓叫做額定電壓,用電器在額定電壓下的功率叫做額定功率。
(2)額定電壓和額定功率的關(guān)系:
當(dāng)U實=U額,則P實=P額,用電器正常工作
U實>U額,則P實>P額,用電器容易損壞
U實<U額,則P實<P額,用電器不能正常工作
三、小結(jié):電功和電功率的比較
四、作業(yè):
1、課本本節(jié)的練習(xí)3、4。
2、預(yù)習(xí)下節(jié)實驗:
⑴實驗的目的是什么?
⑵必須測出哪些物理量?實驗的原理是什么?
⑶需要哪些實驗器材?
⑷實驗中為何要用滑動變阻器?它和燈泡如何連接?
⑸怎樣組成電路?請畫出實驗電路圖。
摘要:本文討論的是電磁感應(yīng)中導(dǎo)體棒切割磁感線時,應(yīng)以什么為參考系。利用法拉第電磁感應(yīng)定律、電動勢產(chǎn)生機制,對切割現(xiàn)象進行宏觀和微觀的分析,及舉例演算,得出用切割公式求感應(yīng)電動勢及利用安培力功率求電功率時必須以被切割的磁場為參考系,進而提出一個利用安培力功率求電功率的無需考慮參考系的新算法。
關(guān)鍵詞:切割磁感線; 電功率; 克服安培力的功率; 參考系
1 切割速度
當(dāng)導(dǎo)體棒在相對于地面靜止的勻強磁場中做切割磁感線時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=BLv。若其它條件相同,而磁場以速度v0發(fā)生運動呢?(只有導(dǎo)體棒附近存在區(qū)域磁場,回路的其它部分處沒有磁場;且運動過程中導(dǎo)體棒始終在磁場中)
如圖所示,導(dǎo)體棒向左切割的同時區(qū)域磁場以速度v0向右運動,導(dǎo)體棒始終處于磁場中,求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢?
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,設(shè)經(jīng)過時間Δt,則感應(yīng)電動勢應(yīng)為:
上式中的(v+v0)即導(dǎo)體棒相對于磁場的相對切割速度,可見切割公式E=BLv中的速度是以磁場為參考系的。若從微觀角度考察,導(dǎo)體棒向左運動,導(dǎo)體棒中的自由電子也具有向左的速度,每個自由電子都受到沿導(dǎo)體棒向上的洛倫茲力,該洛倫茲力就起到“非靜電力”的作用,在這個非靜電力的作用下導(dǎo)體棒產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。當(dāng)區(qū)域磁場同時以速度v0向右運動時,自由電子相對磁場的速度增加,受到的洛倫茲力增大,即“非靜電力”搬運電荷的本領(lǐng)增大,感應(yīng)電動勢增大,亦可知此時求感應(yīng)電動勢大小需以運動的磁場作為參考系。
2 安培力功率與電功率
如上圖,要使導(dǎo)體棒向左勻速運動,必須施以一個向左的力F。F力做功使導(dǎo)體棒獲得向左的速度,即其中的自由電子獲得向左的相對于磁場的定向速度,該速度的大小決定了自由電子所受的沿導(dǎo)體棒向上洛倫茲力的大小,該洛倫茲力的大小決定了“非靜電力”搬運電荷本領(lǐng)的強弱,即回路電能的產(chǎn)生。而導(dǎo)體棒勻速運動時,F(xiàn)力的功率即克服安培力的功率。說明克服安培力的功率與回路電功率必存在一定關(guān)系,或安培力做功大小與回路電功率必存在一定關(guān)系。
如上圖,磁場靜止,導(dǎo)體棒以速度v切割磁感線,切割過程中導(dǎo)體棒受的安培力,安培力功率;這時回路中的電功率為P電。即切割磁感線時,“克服安培力功率”與回路中“電功率”大小相等,可見我們可以通過計算安培力的功率來獲得回路中的電功率大小。
若同時區(qū)域磁場以速度v0向右運動,則,回路電功率P電;此時導(dǎo)體棒受安培力,安培力功率,克服安培力功率小于回路電功率。但這是以大地為參考系,若以磁場為參考系,則有安培力功率,“克服安培力功率”與回路中“電功率”大小相等,還是可以通過計算安培力的功率來獲得回路中的電功率大小。要以磁場為參考系的原因是,磁場以v0向右運動時,自由電子對于磁場的相對速度增加,受到沿棒向下的洛倫茲力即“非靜電力”增大,產(chǎn)生電能的本領(lǐng)增強了;切割產(chǎn)生電能的根本原因是洛倫茲力,而洛倫茲力大小跟帶電粒子與磁場的相對速度成正比。
同理可證,v0與v同向時,相對于磁場安培力功率大小等于回路中電功率。
由此可見,利用安培力功率求回路電功率時必須選擇磁場作為參考系。
3 綜論舉例
由以上兩點的闡述可知:研究導(dǎo)體棒在勻強磁場中切割磁感線時,應(yīng)以被切割的磁場作為參考系。如果不注意參考系的選擇,當(dāng)磁場不動時還則罷了,若磁場也在運動就可能出錯。
2007上海卷如圖(a)所示,光滑的平行長直金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi),間距為L、導(dǎo)軌左端接有阻值為R的電阻,質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒垂直跨接在導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計,且接觸良好。在導(dǎo)軌平面上有一矩形區(qū)域內(nèi)存在著豎直向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B。開始時,導(dǎo)體棒靜止于磁場區(qū)域的右端,當(dāng)磁場以速度v1勻速向右移動時,導(dǎo)體棒隨之開始運動,同時受到水平向左、大小為f的恒定阻力,并很快達(dá)到恒定速度,此時導(dǎo)體棒仍處于磁場區(qū)域內(nèi)。
(1)求導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒定速度v2;
(3)導(dǎo)體棒以恒定速度運動時,單位時間內(nèi)克服阻力所做的功和電路中消耗的電功率各為多大?(其它小題略去)
(1)誤解:導(dǎo)體棒受到向左的安培力,導(dǎo)體棒又受向左的摩擦力,無從入手,思維停滯;甚至列出等式,。
正解:以磁場為參考系,導(dǎo)體棒以大小為(v1-v2)的相對速度向左切割,E=BL(v1-v2),I=ER,導(dǎo)體棒受到向右的安培力,導(dǎo)體棒速度恒定時有:,可得:導(dǎo)體棒速度。
(3)誤解:此時電路中的電功率為。
而由電功率公式可得:,與以上解法產(chǎn)生矛盾。而且此時導(dǎo)體棒受安培力向右,導(dǎo)體棒的速度方向也是向右,安培力功率竟為正,故“通過計算安培力的功率來獲得回路中的電功率大小”似乎遇到難題。
正解:以磁場為參考系,安培力向右,相對速度向左,安培力功率仍為負(fù),仍有克服安培力功率等于電功率。
但在大多數(shù)的情況下我們都是以大地為參考系,思維容易形成慣性,有時甚至無需文字說明。又,平時所接觸的磁場較少是處于運動狀態(tài)的,于是倉促之下直接拿安培力的大小乘以導(dǎo)體棒的運動速度當(dāng)成是電功率的大小。能否另有一種思維方式,能正確處理回路電功率與安培力功率間的關(guān)系,而無需考慮參考系的選擇?
電磁感應(yīng)切割系統(tǒng)由導(dǎo)體棒回路與磁場組成,磁場是客觀存在的特殊物質(zhì),可以把它看作一個特殊的物體。切割磁感線的過程就是導(dǎo)體棒與磁場這兩個物體的相互作用過程,若磁場對導(dǎo)體棒有向右的安培力作用,則磁場就受到一個向左的反作用力,大小等于導(dǎo)體棒受到的安培力。
安培力可以對導(dǎo)體棒做功,同時也可以對磁場做功;安培力對導(dǎo)體棒做的功與安培力對磁場做的功的代數(shù)和就是切割過程中安培力對電磁感應(yīng)系統(tǒng)做的總功。
對上文中的上海卷考題可作如下解:
安培力對導(dǎo)體棒的功率:大于零;
安培力反作用力對磁場的功率:,小于零;
安培力對該切割系統(tǒng)的功率:,小于零。
即整個系統(tǒng)共克服安培力做功為,等于回路中的電功率。
4 結(jié)論
綜上所述,得出如下結(jié)論:
4.1 研究導(dǎo)體棒切割磁感線現(xiàn)象時,應(yīng)以磁場為參考系,則回路中的電功率等于導(dǎo)體棒克服安培力的功率。
4.2 若不考慮參考系,則回路中的電功率等于該系統(tǒng)克服安培力的總功率,即安培力對該系統(tǒng)(包括導(dǎo)體棒和磁場)做了多少負(fù)功,回路中就產(chǎn)生多少的電能。
小米9配備了3700mAh大電池,有線快充功率為27W,無線快充功率為20W,它是全球首款支持20W無線閃充的手機。
小米9,是小米公司旗下一款手機,內(nèi)部代號是戰(zhàn)斗天使。小米9支持AI防畸變,適合合影拍照,AI識別廣角場景,自動提醒進入超廣角場景,在超廣角模式下支持4cm微距相機。小米9支持超級夜景,并且支持夜間激光對焦。小米9的月亮模式,調(diào)到最大變焦直接拍月亮。小米9使用納米全息紋技術(shù)。支持游戲場景模式,增強觸控模式,顯示增強,配備游戲工具箱2.0。
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