聚焦物理核心素养考查基本工具使用 ——兼评(3)

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4.4 判断电能表计数是否准确

例4：小丽家新安装了一个如图5所示的电能表，从表盘上可知，电路中允许接入用电器的最大总功率为____W；为了证明这只电能表的准确性，小丽断开了家中其它用电器，只让一个200 W的电热杯正常工作，他在3 min里记下转盘转了24圈，说明这只电能表的计数____(选填“偏大”、“偏小”或“准确”)。

图5 例4图

解析：本题就考查了判断电能表计数是否准确的问题。要判断电能表计数是否准确，可以求出200 W的电热杯正常工作3 min时电能表转盘转过的圈数应该是多少，然后与题目中的实际转的圈数相比，如果一样多，就说明该电能表计数准确；如果比实际转的圈数大，就说明该电能表计数偏小；如果比实际转的圈数小，就说明该电能表计数偏大。

一个200 W的电热杯正常工作3 min时消耗的电能：W=Pt=0.2 kW×h=0.01 kW·h；电能表应该转过的圈数：圈=25圈。25圈>24圈，显然这只电能表的计数偏小。

1 问题的提出图1 某家用电子式电能表的表盘2019年甘肃省武威市物理中考试题的第12题是一道考查电能表的读数及消耗电能和电功率的有关填空式计算题，是一道考查学生利用基本测量工具解决实际问题的好题目。这类试题通过引导学生阅读仪器仪表说明书，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。这类题目可以给学生在实际生活中展现自我的机会，使学生获得成就感，并产生进一步学习的兴趣。题目：图1是某家用电子式电能表的表盘，该表盘上显示已用电____kW·h。若将某用电器单独接在该电能表上正常工作3 min，电能表指示灯闪烁了32次。该用电器在上述时间内消耗的电能为______kW·h，它的实际电功率是____W。2 电能表的相关知识2.1 电能表的作用电能表是测量家庭电路中消耗电能多少的专用测量工具。苏科版教材在9年级下册第15章的第1节引入“电能表”的目的有2个：(1)电子式电能表的技术参数在“读一读”栏目中呈现，是为了培养学生的自学能力。物理教学要求我们在全面提高学生学习水平的同时，更加强调学生的自主学习，即要求学生学会学习，在学习中发挥学生的主体能动性，积极主动地去掌握知识，该栏目的设计与物理学科核心素养的培养目标是一致的。(2)“电能表”是为引入“电功”服务的，电能表示数变化，说明电流做了功。学生都有这样的生活经验:用电器工作一段时间，电能表的示数会发生变化，表明用电器消耗了电能，使学生形成用能量转化的观点分析问题的意识，真正领会到做功的过程总是伴随着能量?电能表的分类在家庭电路中，电能表有2种类型：一种是如图2所示的电子式电能表，一种是如图3所示的感应式电能表。图2 电子式电能表图3 感应式电能表2.3 电能表的技术参数比较2种电能表的参数可以发现，2种电能表的电压、频率、单位均相同。下面笔者以电子式电能表为例来说明电能表的技术参数所表示的意义。如图2所示的电子式电能表，其主要技术参数的含义如下：(1)额定电压220 V：表示该电能表长时间正常工作时的最佳电压为220 V，该电能表应该在220 V的电路中使用。(2)电流规格5(20) A：括号外的电流值“5 A”表示基本电流，它是确定电能表有关特性的电流值；括号内的电流值“20 A”是电能表能够满足测量准确要求，且能长期正常运行的最大电流值。(3)频率50 Hz：表示所接家庭电路的交变电流频率为50 Hz。(4)电能表常数：衡量电能表是否正常工作的重要参数。该电能表中的3 200 imp/(kW·h)表示电路中每消耗1 kW·h电能，电能表指示灯闪烁的次数是3 200 次。感应式电能表如图3所示，其电能表常数1 440 r/(kW·h)表示的含义是：电路中每消耗1 kW·h电能，电能表的转盘转动的圈数是1 440?电能表的单位2种电能表的表盘上都标有kW·h的字样，这是指电能表所用单位是kW·h。教材通过“信息快递”栏目指出了电能表示数的单位是千瓦时(kW·h)，俗称“度”。它与国际单位制中能量的单位焦耳(J)的关系是：1度=1 kW·h=3.6×106J。这个换算关系不仅说明电能的单位与机械能的单位相同，还蕴涵着自然界不同形式能量的等价性与相互转化的可能性电能表的读数方法电能表的读数虽然比较简单，但它是学生必需掌握的生活技能之一。电能表上有相应的示数框(示数框上最后一位红色框内的数字代表小数)，2种电能表的示数都是由几位整数和一位小数组成。在利用电能表测量用户消耗电能的多少时，如果测量用户消耗电能较多，通常用电能表前后两次的读数差表示该用户在这段时间内消耗的电能；在测量用户消耗电能较少时，则采用一定时间内计数的方法，根据电能表常数及电子式电能表指示灯闪烁的次数(或者是感应式电能表转盘转过圈数)进行计算。3 甘肃省武威市物理中考试题第12题深度剖析3.1 试题特点试题注重基本仪器的使用与读数。基本仪器的使用类试题主要考查仪器的构造、原理、操作技能、读数方法等。这类题型主要以填空、选择为主。目前的考查趋势已由单纯考查变为综合考查，如该题除考查了电能表的读数外，还考查了如何运用电能表和秒表测算用电器的电功率试题剖析在家庭电路中，电能表是用来测量用户消耗电能多少的一种专用测量工具，电能表的示数框上显示的数字反映该家庭电路从装表之初到此时总共消耗的电能是多少。所以本题第(1)问的答案是：5 546.7。解答第(2)问的关键是弄清电能表常数的含义。在测量用户消耗电能较少时，采用一定时间内计数的方法，根据电能表常数及电子式电能表指示灯闪烁的次数进行计算。该题中电子式电能表的常数是1 600 imp/(kW·h)，它所表示的含义是：电路中每消耗1 kW·h电能，电能表的指示灯闪烁的次数是1 600次，则电能表的指示灯闪烁的次数是1次，表示电路中消耗的电能是本题中电能表指示灯闪烁了32次，就可以计算出这段时间该电路消耗的电能为本题第(3)问是在第(2)问的基础上，已知电流通过电路所做的功和电流做功所用时间，根据电功率的计算公式算出电功率，本题电流做功所用时间t=3 min=0.05 h,则该题的后两问实质可以看成是苏科版教材第15章的综合实践活动“对家庭用电的调查研究”的第二部分内容：估测各用电器的实际功率。《义务教育物理课程标准》(2011年版)也提出要“加强课外实践活动”，综合实践活动的选题能够将物理与自然、生活、社会、技术、环境联系起来。这种活动有利于对学生进行“科学、技术、社会、环境”教育，提高学生的探究意识和能力，有利于提高学生的物理核心素养，所以该题对初中物理教学起到了一个很好的导向作用。4 与电能表有关的题型拓展电能表作为电学中的3个测量工具之一(还有2个是：电流表、电压表)，是初中学生必须要掌握的。电能表在电学中起到了非常重要的作用。一是通过电能表示数的变化说明电流做了功；二是通过电能表将电功和电功率综合起来，有利于提高学生的分析能力。学会这类题目的分析、解答是培养学生物理核心素养的重要途径之一。与电能表有关的题型，还有以下若干举例说明测量用户在某段时间内消耗的电能及缴纳电费例1：月初和月末小明家电能表计数器所显示的数字如图4所示，小明家这个月消耗了多少电能？如果民用电的价格是0.40元/度，小明家这个月应交多少电费？图4 例1图题析：利用电能表测量电能时，如果用户消耗电能较多时,通常用电能表前后两次的读数差表示该用户在这段时间内消耗的电能的多少。另外在利用电能表时还要注意在实际生活中，供电部门仅记录电能表示数的整数部分，并按前后两次记录的数据之差计算电费。因此小明家这个月消耗的电能为：561.6 kW·h-478.2 kW·h=83.4 kW·h，应缴纳电费为：83度×0.40 元/度=41.5 ?会计算电能表所在电路允许的最大总功率例2：小华发现家里电能表的示数在40 min内变化了1.2 kW·h，则他家用电器的实际功率是多大?如果电能表能正常工作的最大电流为10 A，那么电路中还能不能再接入一个额定功率为800 W的电饭锅？题析：该题是苏科版物理课本9年级下册第15章第2节“电功率”书后的题目。其中第(2)问就考查了电能表和电功率的综合应用。题目中的电能表能正常工作的最大电流为10 A,在电能表上对应的是括号内的电流值。所以在考虑电能表所在电路允许的最大总功率时，应该将括号内的电流值代入公式P=UI计算。根据公式可以算出小华家的实际电功率为1 800 W。P=UI=220 V×10 A=2 200 W，小华家中的还能接的用电器的总功率最大不能超过2 200 W-1 800 W=400 W。400 W<800 W，所以不能接指示灯闪烁或转盘转动的快慢问题例3：小悦家的电能表上标有“600 r/(kW·h)”的字样,她让电水壶单独工作,观察到1min内电能表的表盘转过18圈,则它的电功率为______kW。当她把家中空调也接入时,发现电能表表盘转得更快,此时电路中电流做功将_______(选填：“多”或“快”)一些。题析：本题属于指示灯闪烁或转盘转动的快慢问题反映电流做功多还是快的问题。相同规格的电子式电能表指示灯闪烁得越快或感应式电能表转盘转动得越快，说明在相同时间内电能表所在电路指示灯闪烁的次数越多或转盘转动的圈数越多，电流做功就越多，根据越大，电功率P也越大，而电功率是反映电流做功快慢的，电功率越大，说明电流做功越快。当她把家中空调也接入时，电路中同时工作的用电器的总功率变大，结果发现电能表表盘转得更快，说明此时电路中电流做功将快一?判断电能表计数是否准确例4：小丽家新安装了一个如图5所示的电能表，从表盘上可知，电路中允许接入用电器的最大总功率为____W；为了证明这只电能表的准确性，小丽断开了家中其它用电器，只让一个200 W的电热杯正常工作，他在3 min里记下转盘转了24圈，说明这只电能表的计数____(选填“偏大”、“偏小”或“准确”)。图5 例4图解析：本题就考查了判断电能表计数是否准确的问题。要判断电能表计数是否准确，可以求出200 W的电热杯正常工作3 min时电能表转盘转过的圈数应该是多少，然后与题目中的实际转的圈数相比，如果一样多，就说明该电能表计数准确；如果比实际转的圈数大，就说明该电能表计数偏小；如果比实际转的圈数小，就说明该电能表计数偏大。一个200 W的电热杯正常工作3 min时消耗的电能：W=Pt=0.2 kW×h=0.01 kW·h；电能表应该转过的圈数：圈=25圈。25圈>24圈，显然这只电能表的计数偏小。

聚焦物理核心素养 考查基本工具使用 ——兼评(3)