教科版物理九年级下册 本章复习教案

课题名 称

家庭电路复习课——电热水器中的物理

执教者

设 计

思 路

本节课安排在九年级下学期的家庭电路章节学习完成之后，此时的学生对整个初中阶段的物理涵盖的知识点有了更深入的了解，能够构建起物理的知识框架，但是还欠缺把各部分知识融会贯通的能力。安排这样一节课，学生通过身边的家庭电路中最常用的电热水器，应用初中物理的电学、热学、声学、光学、力学部分的知识去解释电热水器设计中涉及的相关问题，在让学生感受到物理与生活结合得非常紧密的同时，提高学生的应用能力。

教学目 标

1、学生感受到物理与生活的紧密联系。

2、学生能应用物理知识简单地解释家庭电路中电热水器设计有关的问题。

3、学生的审题能力得到提高，读题技巧得到指导。

重难点分析

1、将电热水器部分结构简化成电路模型进行分析。

2、实际问题与物理知识的联系。

3、审题能力，读题技巧的培养。

教学过 程

教学活动

设计意图

新课导 入

教师：同学们，经过一整天的紧张学习，放学回家后大家想不想洗个热水澡放松一下呢？要想洗热水澡，我们需要用到什么家电呢？大家都答得非常好，电热水器是我们日常生活中不可或缺的家用电器，给我们生活带来了极大的便利。昨天我们学习了家庭电路中的相关物理知识，今天就让我们一起走近电热水器，了解电热水器中的物理知识吧。

在课堂开始时，用设问的方式，快速引起学生的注意，提起学生学习兴趣，唤起学生的关于家庭电路的记忆。

新课教 学

一、电热水器结构简介

教师：生活中我们常见的电热水器分为两种，一种是储水式电热水器，另一种是即热式电热水器。（展示各种各样电热水器的图片）

即热式电热水器是一种利用电子加热元件来快速加热热水，并能通过电路控制水温、功率、流速等，使水温达到人体适宜温度的电热水器。 其优点为加热快速，无需等待，即开即有；没有预热时的热能量散失和剩余热水的能量消耗，更加节能省电；大多体积小，重量轻，易安装；冷水直接通过加热体后便被加热，属于“活水”，水垢不易逗留，使用寿命更长。其缺点是功率大，对线路要求高，在冬天难以保证能提供足够的热水。

储水式电热水器是指将水加热后，可长期或临时储存热水，并具有控制或限制水温功能的电热水器。其优点是安全性能高，安装简单，可提供多个用水点同时用水，使用方便。 其缺点是一般体积较大，占用空间，使用前需要预热，不能即开即有，加热水温较高，易产生水垢，清洗麻烦。

提出问题：生活中你有过利用电热水器的经历吗？你观察过电热水器的结构吗？

学生：以最简易储水式电热水器为例，观察、讨论并尝试分析电热水器的结构。

教师：你们说得都非常不错。储水式电热水器最主要的功能是加热并储存热水，其主要由加热元件、内胆、温度控制器、限压阀、漏电保护器五个部分组成。

1．加热元件：加热元件多为电热管漏水式，不论外形如何，其工作原理基本相同。正常使用时，加热器完全浸在水里，因此热效率高。  　　

2．内胆：内胆是贮水容器，通常使用不锈钢、钢板复合材料（搪瓷、钢板上涂其他防锈材料）、塑料（仅限于开口式）等。电热水器的使用寿命主要取决于内胆。封闭式、出口敞开式、开口式热水器内胆所承受的压力不同。封闭式的阀门安装在出水口处，进水口始终和水源相通，因为自来水的压力≤0.4MPa，所以要求内胆长时间承受0.6MPa的压力。出口敞开式和开口式的阀门安装在进水口处，一般不要求内胆承受压力。有的在出口敞开式热水器中装有一只较小压力的可泄压的限压阀。  　　

3．温度控制器：温度控制器分为双金属片式、蒸汽压力式（又称毛细管式）和微电脑式三种。 

4．限压阀（泄压阀）：封闭式电热水器未使用时，内胆相对封闭。在加热过程中，热胀冷缩和热气不断形成，内胆处于受内压的状态，如果压力超过内胆的承受极限，势必造成内胆开裂的严重事故。为此．在热水器内胆上安装了一个限压阀，当压力过高时，限压阀的泄压装置泄压，以减轻内胆的压力，一般限压阀的动作压力为0.6MPa～0.7MPa。  　　出口敞开式电热水器的出水口和大气相通，其限压阀的动作压力为O.lMPa～0.2MPa。开口式电热水器的内胆有一溢水口和大气相通，所以不安装泄压阀。另外，为了防止停水时因内胆中的水倒流而发生干烧，在限压阀中设计了一个单向阀。  　　

5．漏电保护器：为了确保安全，在电热水器中安装了漏电保护器，其动作电流为30mA。

二、隐藏在电热水器里的物理知识

主题一：电热水器中的声、光、热、力学知识

1、电热水器给水加热，实际上是利用了    转化为水的     。加热一段时间后，电热水器会发出“咕噜咕噜”的声音，那是因为储水器中的水在做         产生了噪声。

2、电热水器中的水温能保持在一定的温度，一是因为当温度探测器探测到水温       （选填“上升”或“下降”）时，加热管会给水进行加热。二是因为电热水器的内箱与外箱之间有厚厚的一层泡沫材料，防止热量的         。电热水器都是金属外壳，因此要用三孔插座与         进行连接，预防漏电事故。

3、一般来说，电热水器装在较高的墙面上，需要通过遥控器来控制电热水器的开关以及水温的调节，遥控器是利用了              来实现远程控制的。现在新型的电热水器还可以连接WiFi达到预设水温加热时段的目的，这主要是通过         的利用来实现的。

4、小明家买了一台美的电热水器，产品参数上写着商品毛重为25kg，容积为50-60升。现将这台电热水器安装在墙面上，（1）问装满水的时候，墙面对这台电热水器的摩擦力为多大？已知，电热水器对墙面的压力为重力的0.2倍，与墙面的接触面积为25cm2，（2）问这台电热水器对墙面的压强为多少？（3）刚进满水时水温为20，电热水器加热到60时停止加热，问此时储水器中的水吸收了多少热量？（4）若该电热水器的热效率为80%，问这台电热水器消耗了多少电能？（水的比热容[c=4.2×103J/(kg·)]）

解析：（1）该电热水器装满水时水的质量为

m水=V

=1×103kg/m3×60103m3 =60kg

电热水器装满水的总质量为

m总=m水＋m器=60kg＋25kg=85kg

则将电热水器安装在墙上时，墙对电热水器的摩擦力为

F摩=G总=m总g=85kg×10N/kg=850N

（2）电热水器对墙面的压力为重力的0.2倍

F压=0.2G总=0.2×850N=170N

受力面积为S=25cm2=2.5×10-3m2

则电热水器对墙面的压强为

P=F压/S=170N/2.5×10-3m2=6.8×104Pa

(3)将电热水器中的水从20加热到60此时储水器中的水吸收热量

Q吸=cm水(t末－t初)

=4.2×10-3J/(kg·)×60kg×(60－20)

=1.008×107J

(4) 电热水器的热效率为η=80%这台电热水器消耗了电能由η=Q吸/W×100％得

W=Q吸/η=1.008×107J/0.8 =1.26×107J

主题二：电热水器中的电、电磁学知识

1、图甲是某电热水器的电路图。其中U=3V，为可调电阻；为热敏电阻，其阻值随温度变化的关系如图乙所示；为电阻丝加热器；和均置于水箱中，继电器线圈电阻忽略不计。当继电器线圈中的电流达到0.04A时，继电器的衔铁会被吸下。

（1）热水器中水的温度升高时，热敏电阻的阻值将      （填“变大”、“变小”或“不变”）。 

（2）当继电器线圈中的电流达到0.04A，指示灯       发光（填“红灯”或“绿灯”），线圈下端M的磁极是       极（填“N”或“S”）。

（3）当继电器线圈中的电流达到0.04A，如果将热水器中的最高水温设置为80℃，的阻值应该调至多大？

解析：（1）由图乙可知，热水器中水的温度升高时，热敏电阻的阻值将变小；

（2）由题意可知，继电器线圈中的电流达到0.04A时衔铁会被吸下，当继电器线圈中的电流达到0.06A时，衔铁早已被吸下，指示灯绿灯接入电路中会发光， 由安培定则可知，线圈下端M的磁极是S极；

（3）由图乙可知，80℃时的阻值为15Ω， 当热水器中的最高水温设置为80℃时，继电器线圈中的电流达到0.04A，由I=U/R可知，控制电路的总阻值：

 R总=U/I=3V/0.04A=75  Ω， 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，的阻值：R2=R总-R1=75Ω-15Ω=60Ω。

课外拓展：2、甲、乙、丙所示的是一种电热水器的铭牌、剖面结构示意图和内部简单电路图，、均为电热丝。求：（1）当该热水器装满20℃的水时，1标准大气压下把水烧开，需要吸收多少热量？（2）装满水时出水口距离底部10cm，则出水口受到水的压强多大？（g取10N/kg）（3）电热水器中电阻的阻值为多大？（4）如果在用电高峰，电热水器工作的实际电压只有198 V，此电热水器加热时的实际功率为多大？（5）假设在用电高峰时电流做功全部用于给水加热，则烧开一壶水需要的时间是多少？

解析：（1）1标准大气压下把水烧开，水的沸点为100℃，

装满水时由ρ=m/V得水的质量为

m=ρV=1×10-3kg/m3×15×10-3m3=15kg

水从20℃升高到100℃需要吸收热量为

Q吸=cm水(t末－t初)

=4.2×103J/(kg·)×15kg×(100－20)

=5.04×106J

(2) 装满水时出水口距离底部10cm,则此处水深h=0.6m－0.1m=0.5m，则出水口受到水的压强为

P=ρgh

=1×103kg/10-3m3×10N/kg×0.5m=5×103Pa

（3）温控开关闭合时，短路，电热水器处于加热状态由=U2/R得

R1=U2/R总=（220V）2/2000w=24.2Ω

温控开关断开时，电阻和串联，电热水器处于保温状态

P保温=U2/(R1+R2)得

R2=U2/P保温－R1

 =（220V）2/40w－24.2Ω

 =1185.8Ω

（4）如果在用电高峰，电热水器工作的实际电压

U实=198 V，则此电热水器加热时的实际功率为

U2额/P额=U2实/P实得

220V)2/2000w=(198V)2/P实

解得P实=1620w

（5）假设在用电高峰时电流做功全部用于给水加热，则有W=吸=P实t推出烧开一壶水需要时间

t=Q吸/P实=5.04 ×106J/1620w=3.1×103s

学生完成之后，选择有代表性的学案进行展示，并就其中有疑义的部分讨论。

让学生们自己说一说生活中常见的电热水器的类型，引导他们往储水式电热水器思考。

通过展示电热水器的结构示意图，向同学们介绍电热水器的五个主要组成结构，让学生感受到课本里的物理知识在生活中的应用。

以最简单常用的储水式电热水器为背景，与学生一起分析隐含在电热水器中的物理知识，让学生进一步感受从物理走进生活。

电热水器设计中涉及到的声、光、热、力学的相关知识是中考的重要考点，难度不是很大。

通过对电热水器的相关设计进行分析，引入学生熟知的声、光、热、力学问题，学生在教师的引导下对考点知识一步步深入思考，层层递进。在找到解题方法的同时，让学生感受到物理是有用的。

这道例题涉及到的学科知识难度系数逐渐增强，涉及到力学、热效率的问题，学生较难掌握。

在处理这部分内容的时候，要鼓励学生快速查找解题的关键信息，同时请2-3位同学组织语言大胆的表达其解题的思路以及组织的文字答案，教师做必要的补充完善。

所选择的例题理论联系实际，新颖别致，要求学生识其物，明其理，学以致用，从而提高学生解决实际问题的能力。

第二个主题涉及到的学科知识难度系数增大，涉及到电路分析、电与电功率、电与电能的问题，学生较难突破，并且考点与生活紧密结合。这也是近年来南宁物理中考的趋势。

在处理这部分内容时，先让学生每题

用3-5分钟独立完成，然后进行个别展示，让学生自己分析解题过程，教师补充，帮助学生完善解题方法。

物理中的电路分析部分也是中考中的热点问题。选择电热水器主要发热结构电路的图片，增强了学科的趣味性，更能吸引学生学习。

这道课外拓展题，结合了家庭电器铭牌参数的分析、液体内部压强、电能和电功率的求解，题目信息量较大，问题的衔接一环扣一环，是一道综合性较强的题目。

设计这部分内容的主要目的是针对尖子生的培优，培养学生审题能力，读题技巧的，以及培养学生规范、细心解题过程。

以课外拓展题的解题规范为标准，对学生整体解题的规范以及细节的处理部分提出更高的要求。

小结及拓展

通过对电热水器中隐藏的物理知识的挖掘，我们发现，一台家用电热水器的设计，它不仅涉及到了物理中家庭电路的电学知识，还涉及到声学、光学、力学、热学的知识。物理跟我们生活的联系是如此的紧密。

其实世界热水器的使用开始于19世纪末，1895年，世界第一台快速燃气热水器在德国博世集团诞生，热水器开始进入人们的视野，从最初的工业用途到现在家庭的广泛使用，由最初的燃气式热水器统一天下到现在的电热水器主导市场，100多年的风风雨雨，热水器已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。实际上，我们现在用的绝大部分电热水器都是利用集成电路板来进行温度的控制，而集成电路板中的二极管、限流电容等将在我们高中甚至大学学习中接触到，感兴趣的同学可以课后深入了解一下。

虽然这节课的定位是一节复习课，但是，在结尾设计了知识拓展的部分，为学生搭建从初中走向高中的桥梁，让学生感受到知识的连贯性而不是割裂的，也为对电热水器相关知识感兴趣的同学留下了课后拓展的空间。