人教版初中物理九年級(jí)下冊(cè)課時(shí)36 全部課程 能量守恒 效率（三）（電學(xué)部分） 教案

電學(xué)中有關(guān)能量守恒及效率教學(xué)設(shè)計(jì)幻燈片1同學(xué)們好，我是來(lái)自廣州市第二中學(xué)的陳思勤老師，今天我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容是電學(xué)中有關(guān)能量守恒及效率。這是我們的學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：幻燈片2問(wèn)題導(dǎo)入：幻燈片3首先，我們研究一下生活中最常見的用電器：燈泡。我們來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題：兩盞不同的燈泡的實(shí)際功率一樣時(shí)，由于單位時(shí)間內(nèi)消耗相同的電能，所以兩燈的亮度就相當(dāng)？（實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于測(cè)量?jī)x器精確度不足等原因，我們很難把兩盞燈泡的實(shí)際功率調(diào)到完全相同，所以我們觀察的是兩盞燈泡實(shí)際功率接近時(shí)，觀察其亮度是否相當(dāng)？）實(shí)驗(yàn)演示：幻燈片4接下來(lái)看我們的實(shí)驗(yàn)：兩節(jié)干電池為一盞燈供電，使其發(fā)光。我們測(cè)得燈兩端的電壓為2.7V，通過(guò)燈的電流為0.02A。根據(jù)公式可以算出這時(shí)燈的實(shí)際功率大概為0.054W燈的發(fā)光情況?；脽羝?接下來(lái)我們用兩節(jié)干電池為一盞白熾燈小燈泡供電，電路中串聯(lián)了一個(gè)滑動(dòng)變阻器，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值，使小燈泡的實(shí)際功率與剛才的燈實(shí)際功率相當(dāng)，如圖：我們測(cè)得小燈泡兩端的電壓為0.7V，通過(guò)小燈泡的電流為0.08A。根據(jù)公式可以算出這時(shí)小燈泡的實(shí)際功率大概為0.056W，與剛才的燈功率非常接近。我們幾乎無(wú)法看到小燈泡發(fā)光，放大后發(fā)現(xiàn)小燈泡發(fā)出微弱光芒。這是在晚上關(guān)掉其他所有光源后，小燈泡的發(fā)光情況。與剛才同樣關(guān)掉其他光源后的進(jìn)行對(duì)比，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)兩燈的實(shí)際功率非常接近，相同的時(shí)間內(nèi)兩燈消耗的電能基本相當(dāng)，但燈明顯比白熾燈（小燈泡）亮得多，說(shuō)明相同時(shí)間內(nèi)燈產(chǎn)生了更多的光能。這是為什么呢？小結(jié)：幻燈片6我們一起從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)對(duì)比一下白熾燈和燈有何不同。如圖，白熾燈工作時(shí)，是通過(guò)燈絲的電流熱效應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，隨著燈絲溫度升高了，有部分的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為光能，而大部分的內(nèi)能都散失到周圍的環(huán)境中了。而燈工作時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的半導(dǎo)體晶片直接把電能大部分都轉(zhuǎn)化為光能，但這過(guò)程也無(wú)可避免的產(chǎn)生少量的內(nèi)能，散失到環(huán)境中。兩燈的亮度取決于相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光能多少。兩燈的實(shí)際功率非常接近，相同的時(shí)間內(nèi)兩燈消耗的電能基本相當(dāng)，但相比白熾燈，燈把更高比例無(wú)論是白熾燈還是燈，在這個(gè)能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中：有用的能量是光能，總的能量是輸入的電能，我們班兩者之比稱為燈泡的發(fā)光效率。燈泡的發(fā)光效率為燈的發(fā)光效率明顯高于白熾例題計(jì)算：幻燈片7學(xué)生看題）問(wèn)題思考：幻燈片8接下來(lái)我們來(lái)研究第二個(gè)用電器：電熱水壺。我們來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題：兩個(gè)不同功率的電熱水壺把質(zhì)量相同、初溫相同的水燒開，兩壺水需要吸收的熱量相同，則兩個(gè)電熱水壺消耗的電能是否一樣？實(shí)驗(yàn)中，我們用兩個(gè)功率不一樣的電熱水壺（A電熱水壺銘牌上標(biāo)注的額定功率為1000WB電熱水壺銘牌上標(biāo)注的額定功率為1800W容量為380ml的水。接下來(lái)我們來(lái)看看實(shí)際的實(shí)驗(yàn)情況?；脽羝?如圖：實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，我們用溫度計(jì)測(cè)量水的初溫為22℃，兩個(gè)電熱水壺分別倒入兩瓶的水，利用電力節(jié)能測(cè)試儀直接直接測(cè)出兩個(gè)電熱水壺的實(shí)際功率。發(fā)現(xiàn)A電熱水壺的實(shí)際功率為970.6W，B電熱水壺的實(shí)際功率為1670W，與銘牌上標(biāo)注的額定功率有一定出入。同學(xué)們，思考一下為什么會(huì)消耗的電能W一定等于額定電壓乘以時(shí)間?；脽羝^續(xù)實(shí)驗(yàn)，待水燒開后，我們測(cè)出兩壺水此時(shí)的溫度都為100℃，此時(shí)可以利用電力節(jié)能測(cè)試儀直接讀出此過(guò)程消耗的電能分別為0.101kWh和0.089kW·。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：兩個(gè)不同功率的電熱水壺把質(zhì)量相同、初溫相同的水燒開，兩壺水需要吸收的熱量雖然基本相當(dāng)，但兩個(gè)電熱水壺消耗的電能差異較大。思考：為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢？：幻燈片我們利用能量流向圖分析一下這個(gè)過(guò)程：電熱水壺通過(guò)電流熱效應(yīng)，把輸入的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。但轉(zhuǎn)化出來(lái)的內(nèi)能并不是全部被水吸收的，有部分內(nèi)能會(huì)被壺身吸收后散失到空氣中，另外水吸AB兩電熱水壺用于使水升溫的這部分內(nèi)能基本相當(dāng)，但熱量散失的部分不一樣，所以到時(shí)消耗的電能不一樣了。此過(guò)程有用的能量是使水溫度上升的這部分內(nèi)能，我們可以用Q=cmΔt計(jì)算，總的能量是消耗的電能，所以此過(guò)程的加熱效率為。例題計(jì)算：幻燈片出AB兩個(gè)電熱水壺大概的加熱效率？幻燈片通過(guò)計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)B電熱水壺的加熱效率更高。要把質(zhì)量相同、初溫相同的水燒開，使用B電熱水壺更省電。拓展思考：幻燈片接下來(lái)我們一起來(lái)看這個(gè)模型，把一個(gè)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)起來(lái)。首先，向發(fā)電機(jī)輸入機(jī)械能，使其轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；電能傳輸給電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)通過(guò)這時(shí)，哪怕不再向這個(gè)系統(tǒng)輸入能量，此裝置也可以永遠(yuǎn)保持轉(zhuǎn)動(dòng)并且對(duì)外實(shí)際真的是如此嗎？幻燈片老師提前找了一些學(xué)生來(lái)分析這個(gè)裝置。所有學(xué)生都回答不可能，因?yàn)橛绖?dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)。但我們來(lái)仔細(xì)看看部分同學(xué)的回答，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一些有趣的想法。幻燈片幻燈片我們一起用能量流向圖再來(lái)仔細(xì)分析這個(gè)過(guò)程涉及到的能量轉(zhuǎn)化：發(fā)電機(jī)其實(shí)只能把一部分輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，還有一部分由于機(jī)械摩擦和電流熱效應(yīng)會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；這部分的電能輸入給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)同樣只能把一部分的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出，還有一部分同樣由于機(jī)械摩擦和電流熱效應(yīng)會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；這一部分機(jī)械能再回到發(fā)電機(jī)時(shí)，已經(jīng)遠(yuǎn)少于原來(lái)輸入的機(jī)械能了。如此循環(huán)，只要不再對(duì)此裝置輸入能量，原來(lái)的能量其實(shí)就會(huì)逐漸的轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終使此裝置停下來(lái)。這里的能量轉(zhuǎn)化，就涉及到能量利用的效率問(wèn)題。我們把有用的能量和總的能量的比值稱為效率。這里的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的效率，實(shí)際上都無(wú)法達(dá)到100%?；脽羝蠋煵贾靡粋€(gè)課后作業(yè)：我們知道了電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程是這樣的，也知道了電動(dòng)機(jī)的效率如何定義了。我們能否設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的效率？如果用圖中的實(shí)驗(yàn)，我們還需要添加什么實(shí)驗(yàn)儀器？（時(shí)間不足就展開總結(jié)：幻燈片最后，我們總結(jié)一下這節(jié)課的內(nèi)容。通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道各種用電器實(shí)現(xiàn)了不同的