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視頻標(biāo)簽：家庭電路復(fù)習(xí)課,電熱水器中的物理
所屬欄目：初中物理優(yōu)質(zhì)課視頻
視頻課題：教科版九年級(jí)物理下冊(cè)家庭電路復(fù)習(xí)課—電熱水器中的物理-廣西 - 南寧
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課題名 稱 家庭電路復(fù)習(xí)課——電熱水器中的物理
設(shè) 計(jì) 思 路
本節(jié)課安排在九年級(jí)下學(xué)期的家庭電路章節(jié)學(xué)習(xí)完成之后，此時(shí)的學(xué)生對(duì)整個(gè)初中階段的物理涵蓋的知識(shí)點(diǎn)有了更深入的了解，能夠構(gòu)建起物理的知識(shí)框架，但是還欠缺把各部分知識(shí)融會(huì)貫通的能力。安排這樣一節(jié)課，學(xué)生通過(guò)身邊的家庭電路中最常用的電熱水器，應(yīng)用初中物理的電學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、力學(xué)部分的知識(shí)去解釋電熱水器設(shè)計(jì)中涉及的相關(guān)問(wèn)題，在讓學(xué)生感受到物理與生活結(jié)合得非常緊密的同時(shí)，提高學(xué)生的應(yīng)用能力。
教學(xué)目 標(biāo)
1、學(xué)生感受到物理與生活的緊密聯(lián)系。
2、學(xué)生能應(yīng)用物理知識(shí)簡(jiǎn)單地解釋家庭電路中電熱水器設(shè)計(jì)有關(guān)的問(wèn)題。
3、學(xué)生的審題能力得到提高，讀題技巧得到指導(dǎo)。
重難點(diǎn)分析 1、將電熱水器部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成電路模型進(jìn)行分析。 2、實(shí)際問(wèn)題與物理知識(shí)的聯(lián)系。 3、審題能力，讀題技巧的培養(yǎng)。
教學(xué)過(guò) 程 教學(xué)活動(dòng)
設(shè)計(jì)意圖 新課導(dǎo) 入
教師：同學(xué)們，經(jīng)過(guò)一整天的緊張學(xué)習(xí)，放學(xué)
回家后大家想不想洗個(gè)熱水澡放松一下呢？要想洗熱水澡，我們需要用到什么家電呢？大家都答得非常好，電熱水器是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡募矣秒娖鳎o我們生活帶來(lái)了極大的便利。昨天我們學(xué)習(xí)了家庭電路中的相關(guān)物理知識(shí)，今天就讓我們一起走近電熱水器，了解電熱水器中的物理知識(shí)吧。 在課堂開(kāi)始
時(shí)，用設(shè)問(wèn)的方式，快速引起學(xué)生的注意，提起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，喚起學(xué)生的關(guān)于家庭電路的記憶。
新課教 學(xué)
一、電熱水器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
教師：生活中我們常見(jiàn)的電熱水器分為兩種，
一種是儲(chǔ)水式電熱水器，另一種是即熱式電熱水器。（展示各種各樣電熱水器的圖片）
讓學(xué)生們自
己說(shuō)一說(shuō)生活中常見(jiàn)的電熱水器
即熱式電熱水器是一種利用電子加熱元件來(lái)快速加熱熱水，并能通過(guò)電路控制水溫、功率、流速等，使水溫達(dá)到人體適宜溫度的電熱水器。 其優(yōu)點(diǎn)為加熱快速，無(wú)需等待，即開(kāi)即有；沒(méi)有預(yù)熱時(shí)的熱能量散失和剩余熱水的能量消耗，更加節(jié)能省電；大多體積小，重量輕，易安裝；冷水直接通過(guò)加熱體后便被加熱，屬于“活水”，水垢不易逗留，使用壽命更長(zhǎng)。其缺點(diǎn)是功率大，對(duì)線路要求高，在冬天難以保證能提供足夠的熱水。
儲(chǔ)水式電熱水器是指將水加熱后，可長(zhǎng)期或臨時(shí)儲(chǔ)存熱水，并具有控制或限制水溫功能的電熱水器。其優(yōu)點(diǎn)是安全性能高，安裝簡(jiǎn)單，可提供多個(gè)用水點(diǎn)同時(shí)用水，使用方便。 其缺點(diǎn)是一般體積較大，占用空間，使用前需要預(yù)熱，不能即開(kāi)即有，加熱水溫較高，易產(chǎn)生水垢，清洗麻煩。
提出問(wèn)題：生活中你有過(guò)利用電熱水器的經(jīng)歷嗎？你觀察過(guò)電熱水器的結(jié)構(gòu)嗎？
學(xué)生：以最簡(jiǎn)易儲(chǔ)水式電熱水器為例，觀察、討論并嘗試分析電熱水器的結(jié)構(gòu)。
教師：你們說(shuō)得都非常不錯(cuò)。儲(chǔ)水式電熱水器最主要的功能是加熱并儲(chǔ)存熱水，其主要由加熱元件、內(nèi)膽、溫度控制器、限壓閥、漏電保護(hù)器五個(gè)部分組成。
1．加熱元件：加熱元件多為電熱管漏水式，不的類型，引導(dǎo)他們往儲(chǔ)水式電熱水器思考。
通過(guò)展示電熱水器的結(jié)構(gòu)示意圖，向同學(xué)們介
紹電熱水器的五個(gè)主要組成結(jié)構(gòu)，
讓學(xué)生感受到課本里的物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用。
論外形如何，其工作原理基本相同。正常使用時(shí)，加熱器完全浸在水里，因此熱效率高。
2．內(nèi)膽：內(nèi)膽是貯水容器，通常使用不銹鋼、鋼板復(fù)合材料（搪瓷、鋼板上涂其他防銹材料）、
塑料（僅限于開(kāi)口式）等。電熱水器的使用壽命主要取決于內(nèi)膽。封閉式、出口敞開(kāi)式、開(kāi)口式熱水器內(nèi)膽所承受的壓力不同。封閉式的閥門(mén)安裝在出水口處，進(jìn)水口始終和水源相通，因?yàn)樽詠?lái)水的壓力≤0.4MPa，所以要求內(nèi)膽長(zhǎng)時(shí)間承受0.6MPa的壓力。出口敞開(kāi)式和開(kāi)口式的閥門(mén)安裝在進(jìn)水口處，一般不要求內(nèi)膽承受壓力。有的在出口敞開(kāi)式熱水器中裝有一只較小壓力的可泄壓的限壓閥。 3．溫度控制器：溫度控制器分為雙金屬片式、蒸汽壓力式（又稱毛細(xì)管式）和微電腦式三種。 4．限壓閥（泄壓閥）：封閉式電熱水器未使用時(shí)，內(nèi)膽相對(duì)封閉。在加熱過(guò)程中，熱脹冷縮和熱氣不斷形成，內(nèi)膽處于受內(nèi)壓的狀態(tài)，如果壓力超過(guò)內(nèi)膽的承受極限，勢(shì)必造成內(nèi)膽開(kāi)裂的嚴(yán)重事故。為此．在熱水器內(nèi)膽上安裝了一個(gè)限壓閥，當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)，限壓閥的泄壓裝置泄壓，以減輕內(nèi)膽的壓力，一般限壓閥的動(dòng)作壓力為0.6MPa～0.7MPa。 出口敞開(kāi)式電熱水器的出水口和大氣相通，其限壓閥的動(dòng)作壓力為O.lMPa～0.2MPa。開(kāi)口式電熱水器的內(nèi)膽有一溢水口和大氣相通，所以不安裝泄壓閥。另外，為了防止停水時(shí)因內(nèi)膽中的水倒流而發(fā)生干燒，在限壓閥中設(shè)計(jì)了一個(gè)單向閥。
以最簡(jiǎn)單常
用的儲(chǔ)水式電熱水器為背景，與學(xué)生一起分析隱含在電熱水器中的物理知識(shí)，讓學(xué)生進(jìn)一步感受從物理走進(jìn)生活。
5．漏電保護(hù)器：為了確保安全，在電熱水器中安裝了漏電保護(hù)器，其動(dòng)作電流為30mA。
二、隱藏在電熱水器里的物理知識(shí)
主題一：電熱水器中的聲、光、熱、力學(xué)知識(shí) 1、電熱水器給水加熱，實(shí)際上是利用了 轉(zhuǎn)化為水的 。加熱一段時(shí)間后，電熱水器會(huì)發(fā)出
“咕嚕咕嚕”的聲音，那是因?yàn)閮?chǔ)水器中的水在做
產(chǎn)生了噪聲。
2、電熱水器中的水溫能保持在一定的溫度，一
是因?yàn)楫?dāng)溫度探測(cè)器探測(cè)到水溫 （選填“上
升”或“下降”）時(shí)，加熱管會(huì)給水進(jìn)行加熱。二
是因?yàn)殡姛崴鞯膬?nèi)箱與外箱之間有厚厚的一層泡
沫材料，防止熱量的 。電熱水器都是金屬
外殼，因此要用三孔插座與 進(jìn)行連接，預(yù)
防漏電事故。
3、一般來(lái)說(shuō)，電熱水器裝在較高的墻面上，需
要通過(guò)遙控器來(lái)控制電熱水器的開(kāi)關(guān)以及水溫的調(diào)
節(jié)，遙控器是利用了 來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控
制的。現(xiàn)在新型的電熱水器還可以連接WiFi達(dá)到預(yù)
設(shè)水溫加熱時(shí)段的目的，這主要是通過(guò) 的
利用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
4、小明家買了一臺(tái)美的電熱水器，產(chǎn)品參數(shù)上
寫(xiě)著商品毛重為25kg，容積為50-60升。現(xiàn)將這臺(tái)
電熱水器安裝在墻面上，（1）問(wèn)裝滿水的時(shí)候，墻
電熱水器設(shè)計(jì)中涉及到的聲、
光、熱、力學(xué)的相
關(guān)知識(shí)是中考的
重要考點(diǎn)，難度不
是很大。
通過(guò)對(duì)電熱
水器的相關(guān)設(shè)計(jì)
進(jìn)行分析，引入學(xué)
生熟知的聲、光、
熱、力學(xué)問(wèn)題，學(xué)
生在教師的引導(dǎo)
下對(duì)考點(diǎn)知識(shí)一
步步深入思考，層
層遞進(jìn)。在找到解
題方法的同時(shí)，讓
學(xué)生感受到物理
是有用的。
這道例題涉及
到的學(xué)科知識(shí)難
面對(duì)這臺(tái)電熱水器的摩擦力為多大？已知，電熱水器對(duì)墻面的壓力為重力的0.2倍，與墻面的接觸面積為25cm2，（2）問(wèn)這臺(tái)電熱水器對(duì)墻面的壓強(qiáng)為多少？（3）剛進(jìn)滿水時(shí)水溫為20℃，電熱水器加熱到60℃時(shí)停止加熱，問(wèn)此時(shí)儲(chǔ)水器中的水吸收了多少熱量？（4）若該電熱水器的熱效率為80%，問(wèn)這臺(tái)電熱水器消耗了多少電能？（水的比熱容[c=4.2×103
J/(kg·℃)]）
解析：（1）該電熱水器裝滿水時(shí)水的質(zhì)量為
m水=ρ
水
V
=1×103
kg/m3
×60103m3
=60kg 電熱水器裝滿水的總質(zhì)量為
m總=m水＋m器=60kg＋25kg=85kg
則將電熱水器安裝在墻上時(shí)，墻對(duì)電熱水器的摩擦力為
F摩=G總=m總g=85kg×10N/kg=850N
（2）電熱水器對(duì)墻面的壓力為重力的0.2倍
F壓=0.2G總=0.2×850N=170N
受力面積為S=25cm2
=2.5×10-3m2
度系數(shù)逐漸增強(qiáng)，涉及到力學(xué)、熱效率的問(wèn)題，學(xué)生較難掌握。
在處理這部分
內(nèi)容的時(shí)候，要鼓勵(lì)學(xué)生快速查找解題的關(guān)鍵信息，同時(shí)請(qǐng)2-3位同學(xué)組織語(yǔ)言大膽的表達(dá)其解題的思路以及組織的文字答案，教師做必要的補(bǔ)充完善。
所選擇的例題
理論聯(lián)系實(shí)際，新穎別致，要求學(xué)生識(shí)其物，明其理，學(xué)以致用，從而提
高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
則電熱水器對(duì)墻面的壓強(qiáng)為
P=F壓/S=170N/2.5×10-3m2=6.8×104
Pa
(3)將電熱水器中的水從20℃加熱到60℃，此時(shí)儲(chǔ)水器中的水吸收熱量 Q吸=cm水(t末－t初)
=4.2×10-3J/(kg·℃)×60kg×(60℃－20℃) =1.008×107J
(4) 電熱水器的熱效率為η=80%這臺(tái)電熱水器消耗了電能由η=Q吸/W×100％得
W=Q吸/η=1.008×107
J/0.8
=1.26×107
J 主題二：電熱水器中的電、電磁學(xué)知識(shí) 1、圖甲是某電熱水器的電路圖。其中U=3V， 為可調(diào)電阻； 為熱敏電阻，其阻值隨溫度變化的關(guān)系如圖乙所示； 為電阻絲加熱器； 和 均置
于水箱中，繼電器線圈電阻忽略不計(jì)。當(dāng)繼電器線圈中的電流達(dá)到0.04A時(shí)，繼電器的銜鐵會(huì)被吸下。
第二個(gè)主題
涉及到的學(xué)科知識(shí)難度系數(shù)增大，
涉及到電路分析、電與電功率、電與電能的問(wèn)題，學(xué)生較難突破，并且考點(diǎn)與生活緊密結(jié)合。這也是近年來(lái)南寧物理中考的趨勢(shì)。
在處理這部分內(nèi)容時(shí)，先讓學(xué)生每題
（1）熱水器中水的溫度升高時(shí)，熱敏電阻的阻值 將 （填“變大”、“變小”或“不變”）。 （2）當(dāng)繼電器線圈中的電流達(dá)到0.04A，指示燈 發(fā)光（填“紅燈”或“綠燈”），線圈下端M的磁極是 極（填“N”或“S”）。
（3）當(dāng)繼電器線圈中的電流達(dá)到0.04A，如果將熱水器中的最高水溫設(shè)置為80℃， 的阻值應(yīng)該調(diào)至多大？
解析：（1）由圖乙可知，熱水器中水的溫度升高時(shí)，熱敏電阻的阻值 將變小；
（2）由題意可知，繼電器線圈中的電流達(dá)到0.04A時(shí)銜鐵會(huì)被吸下，當(dāng)繼電器線圈中的電流達(dá)到0.06A時(shí)，銜鐵早已被吸下，指示燈綠燈接入電路中會(huì)發(fā)光， 由安培定則可知，線圈下端M的磁極是S極；
（3）由圖乙可知，80℃時(shí) 的阻值為15Ω， 當(dāng)熱水器中的最高水溫設(shè)置為80℃時(shí)，繼電器線圈中的電流達(dá)到0.04A，由I=U/R可知，控制電路的總阻值：
R總
=U/I=3V/0.04A=75 Ω， 因串聯(lián)
電路中總電阻等于各分電阻之和，所以， 的阻值：
用3-5分鐘獨(dú)立完成，然后進(jìn)行個(gè)別展示，讓學(xué)生自己分析解題過(guò)程，教師補(bǔ)充，幫助學(xué)生完善解題方法。
R2=R總-R1=75Ω-15Ω=60Ω。
課外拓展：2、甲、乙、丙所示的是一種電熱水器的銘牌、剖面結(jié)構(gòu)示意圖和內(nèi)部簡(jiǎn)單電路圖， 、 均為電熱絲。求：（1）當(dāng)該熱水器裝滿20℃的水時(shí)，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下把水燒開(kāi)，需要吸收多少熱量？（2）裝滿水時(shí)出水口距離底部10cm，則出水口受到水的壓強(qiáng)多大？（g取10N/kg）（3）電熱水器中電阻 的阻值為多大？（4）如果在用電高峰，電熱水器工作的實(shí)際電壓只有198 V，此電熱水器加熱時(shí)的實(shí)際功率為多大？（5）假設(shè)在用電高峰時(shí)電流做功全部用于給水加熱，則燒開(kāi)一壺水需要的時(shí)間是多少？
解析：（1）1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下把水燒開(kāi)，水的沸點(diǎn)為100℃，
裝滿水時(shí)由ρ=m/V得水的質(zhì)量為
m=ρ
V=1×10-3kg/m3×15×10-3m3=15kg
水從20℃升高到100℃需要吸收熱量為 Q吸=cm水(t末－t初)
=4.2×103
J/(kg·℃)×15kg×(100℃－20℃) =5.04×106
J
(2) 裝滿水時(shí)出水口距離底部10cm,則此處
物理中的電路分析部分也是中考中的熱點(diǎn)問(wèn)題。選擇電熱水器主要發(fā)熱結(jié)構(gòu)電路的圖片，增強(qiáng)了學(xué)科的趣味性，更能吸引學(xué)生學(xué)習(xí)。
這道課外拓展題，結(jié)合了家庭電器銘牌參數(shù)的分析、液體內(nèi)部壓強(qiáng)、電能和電功率的求解，題目信息量較大，問(wèn)題的銜接一環(huán)扣一環(huán)，是一道綜合性較強(qiáng)的題目。
設(shè)計(jì)這部分內(nèi)容的主要目的是針對(duì)尖子生的培優(yōu)，培養(yǎng)學(xué)生審題能力，讀題技巧
的，以及培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范、細(xì)心解題過(guò)程。
水深h=0.6m－0.1m=0.5m，則出水口受到水的壓強(qiáng)為 P=ρgh
=1×103
kg/10-3m3×10N/kg×0.5m=5×103
Pa
（3）溫控開(kāi)關(guān)閉合時(shí)， 短路，電熱水器處于加熱狀態(tài)由 =U2/R得
R1=U2
/R總=（220V）2
/2000w=24.2Ω
溫控開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電阻 和 串聯(lián)，電熱水器處于保溫狀態(tài)
P保溫=U2/(R1+R2)得
R2=U2
/P保溫－R1
=（220V）2/40w－24.2Ω =1185.8Ω
（4）如果在用電高峰，電熱水器工作的實(shí)際電壓
U實(shí)=198 V，則此電熱水器加熱時(shí)的實(shí)際功率為 U2額/P額=U2實(shí)/P實(shí)得
（220V)2/2000w=(198V)2/P實(shí) 解得P實(shí)=1620w
（5）假設(shè)在用電高峰時(shí)電流做功全部用于給水加熱，則有W= 吸=P實(shí)t推出燒開(kāi)一壺水需要時(shí)間
t=Q吸/P實(shí)=5.04 ×106J/1620w=3.1×103s 學(xué)生完成之后，選擇有代表性的學(xué)案進(jìn)行展示，并就其中有疑義的部分討論。
以課外拓展題的解題規(guī)范為
標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)生整體解題的規(guī)范以及細(xì)節(jié)的處理部分提出更高的要求。
小結(jié)
及拓展
通過(guò)對(duì)電熱水器中隱藏的物理知識(shí)的挖掘，我
們發(fā)現(xiàn)，一臺(tái)家用電熱水器的設(shè)計(jì)，它不僅涉及到了物理中家庭電路的電學(xué)知識(shí)，還涉及到聲學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)的知識(shí)。物理跟我們生活的聯(lián)系是如此的緊密。
雖然這節(jié)課
的定位是一節(jié)復(fù)習(xí)課，但是，在結(jié)尾設(shè)計(jì)了知識(shí)拓展的部分，為學(xué)生
其實(shí)世界熱水器的使用開(kāi)始于19世紀(jì)末，1895年，世界第一臺(tái)快速燃?xì)鉄崴髟诘聡?guó)博世集團(tuán)誕生，熱水器開(kāi)始進(jìn)入人們的視野，從最初的工業(yè)用途到現(xiàn)在家庭的廣泛使用，由最初的燃?xì)馐綗崴鹘y(tǒng)一天下到現(xiàn)在的電熱水器主導(dǎo)市場(chǎng)，100多年的風(fēng)風(fēng)雨雨，熱水器已經(jīng)成為人們生活和工作中不可或缺的一部分。實(shí)際上，我們現(xiàn)在用的絕大部分電熱水器都是利用集成電路板來(lái)進(jìn)行溫度的控制，而集成電路板中的二極管、限流電容等將在我們高中甚至大學(xué)學(xué)習(xí)中接觸到，感興趣的同學(xué)可以課后深入了解一下。
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