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視頻標簽：家庭電路復習課,電熱水器中的物理
所屬欄目：初中物理優質課視頻
視頻課題：教科版九年級物理下冊家庭電路復習課—電熱水器中的物理-廣西 - 南寧
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課題名 稱 家庭電路復習課——電熱水器中的物理
設 計 思 路
本節課安排在九年級下學期的家庭電路章節學習完成之后，此時的學生對整個初中階段的物理涵蓋的知識點有了更深入的了解，能夠構建起物理的知識框架，但是還欠缺把各部分知識融會貫通的能力。安排這樣一節課，學生通過身邊的家庭電路中最常用的電熱水器，應用初中物理的電學、熱學、聲學、光學、力學部分的知識去解釋電熱水器設計中涉及的相關問題，在讓學生感受到物理與生活結合得非常緊密的同時，提高學生的應用能力。
教學目 標
1、學生感受到物理與生活的緊密聯系。
2、學生能應用物理知識簡單地解釋家庭電路中電熱水器設計有關的問題。
3、學生的審題能力得到提高，讀題技巧得到指導。
重難點分析 1、將電熱水器部分結構簡化成電路模型進行分析。 2、實際問題與物理知識的聯系。 3、審題能力，讀題技巧的培養。
教學過 程 教學活動
設計意圖 新課導 入
教師：同學們，經過一整天的緊張學習，放學
回家后大家想不想洗個熱水澡放松一下呢？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，電熱水器是我們日常生活中不可或缺的家用電器，給我們生活帶來了極大的便利。昨天我們學習了家庭電路中的相關物理知識，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吧。 在課堂開始
時，用設問的方式，快速引起學生的注意，提起學生學習興趣，喚起學生的關于家庭電路的記憶。
新課教 學
一、電熱水器結構簡介
教師：生活中我們常見的電熱水器分為兩種，
一種是儲水式電熱水器，另一種是即熱式電熱水器。（展示各種各樣電熱水器的圖片）
讓學生們自
己說一說生活中常見的電熱水器
即熱式電熱水器是一種利用電子加熱元件來快速加熱熱水，并能通過電路控制水溫、功率、流速等，使水溫達到人體適宜溫度的電熱水器。 其優點為加熱快速，無需等待，即開即有；沒有預熱時的熱能量散失和剩余熱水的能量消耗，更加節能省電；大多體積小，重量輕，易安裝；冷水直接通過加熱體后便被加熱，屬于“活水”，水垢不易逗留，使用壽命更長。其缺點是功率大，對線路要求高，在冬天難以保證能提供足夠的熱水。
儲水式電熱水器是指將水加熱后，可長期或臨時儲存熱水，并具有控制或限制水溫功能的電熱水器。其優點是安全性能高，安裝簡單，可提供多個用水點同時用水，使用方便。 其缺點是一般體積較大，占用空間，使用前需要預熱，不能即開即有，加熱水溫較高，易產生水垢，清洗麻煩。
提出問題：生活中你有過利用電熱水器的經歷嗎？你觀察過電熱水器的結構嗎？
學生：以最簡易儲水式電熱水器為例，觀察、討論并嘗試分析電熱水器的結構。
教師：你們說得都非常不錯。儲水式電熱水器最主要的功能是加熱并儲存熱水，其主要由加熱元件、內膽、溫度控制器、限壓閥、漏電保護器五個部分組成。
1．加熱元件：加熱元件多為電熱管漏水式，不的類型，引導他們往儲水式電熱水器思考。
通過展示電熱水器的結構示意圖，向同學們介
紹電熱水器的五個主要組成結構，
讓學生感受到課本里的物理知識在生活中的應用。
論外形如何，其工作原理基本相同。正常使用時，加熱器完全浸在水里，因此熱效率高。
2．內膽：內膽是貯水容器，通常使用不銹鋼、鋼板復合材料（搪瓷、鋼板上涂其他防銹材料）、
塑料（僅限于開口式）等。電熱水器的使用壽命主要取決于內膽。封閉式、出口敞開式、開口式熱水器內膽所承受的壓力不同。封閉式的閥門安裝在出水口處，進水口始終和水源相通，因為自來水的壓力≤0.4MPa，所以要求內膽長時間承受0.6MPa的壓力。出口敞開式和開口式的閥門安裝在進水口處，一般不要求內膽承受壓力。有的在出口敞開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，內膽相對封閉。在加熱過程中，熱脹冷縮和熱氣不斷形成，內膽處于受內壓的狀態，如果壓力超過內膽的承受極限，勢必造成內膽開裂的嚴重事故。為此．在熱水器內膽上安裝了一個限壓閥，當壓力過高時，限壓閥的泄壓裝置泄壓，以減輕內膽的壓力，一般限壓閥的動作壓力為0.6MPa～0.7MPa。 出口敞開式電熱水器的出水口和大氣相通，其限壓閥的動作壓力為O.lMPa～0.2MPa。開口式電熱水器的內膽有一溢水口和大氣相通，所以不安裝泄壓閥。另外，為了防止停水時因內膽中的水倒流而發生干燒，在限壓閥中設計了一個單向閥。
以最簡單常
用的儲水式電熱水器為背景，與學生一起分析隱含在電熱水器中的物理知識，讓學生進一步感受從物理走進生活。
5．漏電保護器：為了確保安全，在電熱水器中安裝了漏電保護器，其動作電流為30mA。
二、隱藏在電熱水器里的物理知識
主題一：電熱水器中的聲、光、熱、力學知識 1、電熱水器給水加熱，實際上是利用了 轉化為水的 。加熱一段時間后，電熱水器會發出
“咕嚕咕嚕”的聲音，那是因為儲水器中的水在做
產生了噪聲。
2、電熱水器中的水溫能保持在一定的溫度，一
是因為當溫度探測器探測到水溫 （選填“上
升”或“下降”）時，加熱管會給水進行加熱。二
是因為電熱水器的內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 進行連接，預
防漏電事故。
3、一般來說，電熱水器裝在較高的墻面上，需
要通過遙控器來控制電熱水器的開關以及水溫的調
節，遙控器是利用了 來實現遠程控
制的�，F在新型的電熱水器還可以連接WiFi達到預
設水溫加熱時段的目的，這主要是通過 的
利用來實現的。
4、小明家買了一臺美的電熱水器，產品參數上
寫著商品毛重為25kg，容積為50-60升�，F將這臺
電熱水器安裝在墻面上，（1）問裝滿水的時候，墻
電熱水器設計中涉及到的聲、
光、熱、力學的相
關知識是中考的
重要考點，難度不
是很大。
通過對電熱
水器的相關設計
進行分析，引入學
生熟知的聲、光、
熱、力學問題，學
生在教師的引導
下對考點知識一
步步深入思考，層
層遞進。在找到解
題方法的同時，讓
學生感受到物理
是有用的。
這道例題涉及
到的學科知識難
面對這臺電熱水器的摩擦力為多大？已知，電熱水器對墻面的壓力為重力的0.2倍，與墻面的接觸面積為25cm2，（2）問這臺電熱水器對墻面的壓強為多少？（3）剛進滿水時水溫為20℃，電熱水器加熱到60℃時停止加熱，問此時儲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%，問這臺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水的質量為
m水=ρ
水
V
=1×103
kg/m3
×60103m3
=60kg 電熱水器裝滿水的總質量為
m總=m水＋m器=60kg＋25kg=85kg
則將電熱水器安裝在墻上時，墻對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
度系數逐漸增強，涉及到力學、熱效率的問題，學生較難掌握。
在處理這部分
內容的時候，要鼓勵學生快速查找解題的關鍵信息，同時請2-3位同學組織語言大膽的表達其解題的思路以及組織的文字答案，教師做必要的補充完善。
所選擇的例題
理論聯系實際，新穎別致，要求學生識其物，明其理，學以致用，從而提
高學生解決實際問題的能力。
則電熱水器對墻面的壓強為
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℃，此時儲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、電磁學知識 1、圖甲是某電熱水器的電路圖。其中U=3V， 為可調電阻； 為熱敏電阻，其阻值隨溫度變化的關系如圖乙所示； 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。當繼電器線圈中的電流達到0.04A時，繼電器的銜鐵會被吸下。
第二個主題
涉及到的學科知識難度系數增大，
涉及到電路分析、電與電功率、電與電能的問題，學生較難突破，并且考點與生活緊密結合。這也是近年來南寧物理中考的趨勢。
在處理這部分內容時，先讓學生每題
（1）熱水器中水的溫度升高時，熱敏電阻的阻值 將 （填“變大”、“變小”或“不變”）。 （2）當繼電器線圈中的電流達到0.04A，指示燈 發光（填“紅燈”或“綠燈”），線圈下端M的磁極是 極（填“N”或“S”）。
（3）當繼電器線圈中的電流達到0.04A，如果將熱水器中的最高水溫設置為80℃， 的阻值應該調至多大？
解析：（1）由圖乙可知，熱水器中水的溫度升高時，熱敏電阻的阻值 將變��；
（2）由題意可知，繼電器線圈中的電流達到0.04A時銜鐵會被吸下，當繼電器線圈中的電流達到0.06A時，銜鐵早已被吸下，指示燈綠燈接入電路中會發光， 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 的阻值為15Ω， 當熱水器中的最高水溫設置為80℃時，繼電器線圈中的電流達到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
電路中總電阻等于各分電阻之和，所以， 的阻值：
用3-5分鐘獨立完成，然后進行個別展示，讓學生自己分析解題過程，教師補充，幫助學生完善解題方法。
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、剖面結構示意圖和內部簡單電路圖， 、 均為電熱絲。求：（1）當該熱水器裝滿20℃的水時，1標準大氣壓下把水燒開，需要吸收多少熱量？（2）裝滿水時出水口距離底部10cm，則出水口受到水的壓強多大？（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，電熱水器工作的實際電壓只有198 V，此電熱水器加熱時的實際功率為多大？（5）假設在用電高峰時電流做功全部用于給水加熱，則燒開一壺水需要的時間是多少？
解析：（1）1標準大氣壓下把水燒開，水的沸點為100℃，
裝滿水時由ρ=m/V得水的質量為
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問題。選擇電熱水器主要發熱結構電路的圖片，增強了學科的趣味性，更能吸引學生學習。
這道課外拓展題，結合了家庭電器銘牌參數的分析、液體內部壓強、電能和電功率的求解，題目信息量較大，問題的銜接一環扣一環，是一道綜合性較強的題目。
設計這部分內容的主要目的是針對尖子生的培優，培養學生審題能力，讀題技巧
的，以及培養學生規范、細心解題過程。
水深h=0.6m－0.1m=0.5m，則出水口受到水的壓強為 P=ρgh
=1×103
kg/10-3m3×10N/kg×0.5m=5×103
Pa
（3）溫控開關閉合時， 短路，電熱水器處于加熱狀態由 =U2/R得
R1=U2
/R總=（220V）2
/2000w=24.2Ω
溫控開關斷開時，電阻 和 串聯，電熱水器處于保溫狀態
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，電熱水器工作的實際電壓
U實=198 V，則此電熱水器加熱時的實際功率為 U2額/P額=U2實/P實得
（220V)2/2000w=(198V)2/P實 解得P實=1620w
（5）假設在用電高峰時電流做功全部用于給水加熱，則有W= 吸=P實t推出燒開一壺水需要時間
t=Q吸/P實=5.04 ×106J/1620w=3.1×103s 學生完成之后，選擇有代表性的學案進行展示，并就其中有疑義的部分討論。
以課外拓展題的解題規范為
標準，對學生整體解題的規范以及細節的處理部分提出更高的要求。
小結
及拓展
通過對電熱水器中隱藏的物理知識的挖掘，我
們發現，一臺家用電熱水器的設計，它不僅涉及到了物理中家庭電路的電學知識，還涉及到聲學、光學、力學、熱學的知識。物理跟我們生活的聯系是如此的緊密。
雖然這節課
的定位是一節復習課，但是，在結尾設計了知識拓展的部分，為學生
其實世界熱水器的使用開始于19世紀末，1895年，世界第一臺快速燃氣熱水器在德國博世集團誕生，熱水器開始進入人們的視野，從最初的工業用途到現在家庭的廣泛使用，由最初的燃氣式熱水器統一天下到現在的電熱水器主導市場，100多年的風風雨雨，熱水器已經成為人們生活和工作中不可或缺的一部分。實際上，我們現在用的絕大部分電熱水器都是利用集成電路板來進行溫度的控制，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學習中接觸到，感興趣的同學可以課后深入了解一下。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
