1、第第 14 讲讲 电功和电功率电功和电功率(电热电热) 课标要求 考试细则 【课程内容】 1.电功 通过实验探究，知 道影响电流热效应 的因素。 (1)理解电功的概念；知道决定电功大小的因素。 (2)会用公式 WUIt 进行简单计算。 (3)知道电功的国际单位制单位：焦耳；知道 1 度1 千瓦时。 (4)会使用电能表。 2.电功率 (1)理解电功率的概念。 (2)知道电功率的国际单位制单位：瓦特。 (3)会用 P UI 或 PU 2 R 进行电功率的计算。 (4)会对额定功率和实际功率进行区别。 3.实验：测定小灯泡的电功率 (1)知道测小灯泡的电功率需用的器材。 (2)会画实验电路图。 (3
2、)会根据实验电路图进行实物的连接。 (4)能做分别测定小灯泡的额定功率和实际功率的实验。 (5)会正确地记录实验数据和得出的实验结论。 4.电热器 (1)理解焦耳定律的内容。 (2)会用焦耳定律公式 QI2Rt 进行简单计算和解决简单问题。 (3)知道电热器的原理和应用。 1电功与电能的计算 电流在某段电路上所做的功， 等于这段电路两端的电压、 电路中的电流和通电时间的乘积。 计算公式：WUItUQPt(适用于所有电路)。 对于纯电阻电路可推导出：WI2RtU 2t R 。 (1)串联电路中常用公式：WI2Rt；W1W2R1R2。 (2)并联电路中常用公式：WU 2t R ；W1W2R2R1。
3、 (3)无论用电器串联或并联， 计算在一定时间所做的总功， 常用公式 WW1W2Wn。 2电功率的计算 (1)定义式：PUI，即电功率等于用电器两端的电压和通过它的电流的乘积，该公式是电 功率的普适公式，适用于所有的用电器。 P 表示电功率，单位是 W；U 表示某段电路两端的电压，单位是 V；I 表示通过这段电路 的电流，单位是 A。 (2)导出式：PI2R，PU 2 R 。这两个公式只适用于纯电阻电路，即能将电能全部转化为内 能的用电器，如电炉子、电饭煲就属于纯电阻电路。 (3)分析比较用电器的电功率 首先考虑公式 PUI 分析，如果不好使，可以考虑： 对于串联电路，因为电流到处相等，用 P
4、I2R 较为便利。串联电路中电功率与电压、 电阻的关系：P1 P2 U1 U2 R1 R2(电功率之比等于它们所对应的电压、电阻之比)。 对于并联电路，因为各并联电路两端电压相等，用 PU 2 R 较为便利。并联电路中电功 率与电流、电阻的关系：P1 P2 I1 I2 R2 R1(电功率之比等于它们所对应的电流之比，等于它们所对应 电阻的反比)。 (4)计算用电器的电功率：计算每个用电器的电功率，无论串联、并联电路，都可以用 P I2R 计算，也都可以用 PU 2 R 计算。选用哪个公式就看题目已知的是哪些量。 3焦耳定律的计算公式及其应用 (1)电热与电功的关系 应用公式 电功 电功率 焦耳
5、定律 适用范围 基本公式 WUIt PUI QI2Rt 普遍适用 导出公式 WU 2 R tI2Rt PU 2 R I2R QU 2 R tUIt 纯电阻电 路 WQ (2)公式 QI2Rt 是电流产生热效应的公式， 与 WUIt 不能通用。WUIt 是电流做功 的计算公式，如果电流做功时，只有热效应，则两公式是等效的；如果电流做功时，同时有其 他能量转化，像电动机工作时，电能既转化为热能，也转化为动能，则 QI2Rt 只是转化为电 热的部分，WUIt 则是总的电功。只有对纯电阻电路才有 WQ，对非纯电阻电路 QW。 1. (2018 杭州)小金对玩具汽车的电动机很感兴趣，他拆下电动 机，测得
6、它的内阻为 1.5。为测量电动机工作时的电流，利用身边现 有器材，设计了如图所示的电路(符号表示数值可读的变阻器)。 已知电源电压为 12V， 当变阻器的阻值为 6 时， 电压表的读数为 3V。 计算此时： (1)通过电动机的电流； (2)电动机消耗的电功率。 解：(1)由图知，电动机 M 与变阻器串联，电压表测电动机 M 两端的电压，根据串联电路 电压的规律知，变阻器的电压：URUUM12V3V9V； 由欧姆定律可得，通过变阻器的电流：IRUR R 9V 61.5A； 因串联电路中电流处处相等，则通过电动机的电流：IMIR1.5A； (2)电动机消耗的电功率：PMUMIM3V1.5A4.5W
7、。 【命题意图】 本题通过定量思想进行电功率的计算。电动机是非纯电阻电路，不能直接 运用欧姆定律，因此先根据串联电路电压的规律算出变阻器两端的电压，再根据欧姆定律和串 联电路电流的规律算出通过变阻器的电流，从而得出通过电动机的电流。 2. (2020 杭州)小金用如图甲所示的电路来研究滑动变阻器消耗的电功率与变阻器接入 电路电阻之间的关系。已知电源电压恒为 3V，定值电阻 R0的阻值为 3，滑动变阻器 R1上标 有“2A 5”字样。实验数据如下表所示。 实验次数 1 2 3 4 5 6 电流表示数/A 0.38 0.43 0.50 0.60 0.75 电压表示数/V 1.86 1.71 1.5
8、0 1.20 0.75 0.00 变阻器电功率 /W 0.71 0.74 0.75 0.72 0.56 0.00 (1)用笔画线代替导线，完成图乙的电路连接。 【答案】见解析图。 (2)表中第 6 次实验时，电流表示数如图丙所示，则表中数据是_1.00A_。 (3)根据实验数据可知，此电路中，滑动变阻器消耗的电功率随着变阻器接入电路电阻的 变化的规律是_随着滑动变阻器接入电路电阻值的增大(或减小)，其电功率先增大后减小_。 【试题解析】(1)由图甲知，电流表、定值电阻 R0应串联入电路中，由此连接实物图，如 图所示： (2)由图丙知，电流表量程为 03A，分度值为 0.1A，则表中数据是 1.
9、00A， (3)由表中数据， 由 RU I 计算 6 次实验中滑动变阻器接入电路的阻值分别为： 4.89、 3.98、 3、2、1、0，变阻器连入电路的阻值从 0 到 5 的范围内，随着滑动变阻器接入电路 的电阻的增大，滑动变阻器消耗的电功率先增大后减小。 【命题意图】 本题是探究变阻器功率与其连入电路阻值变化规律的实验，考查了根据电 路图连接实物图和电流表的读数。通过表格中的实验数据的分析，由欧姆定律知滑动变阻器连 入电路的阻值变化特点，从而分析其电功率随接入电阻的变化的关系。本题对学生的实验分析 能力和科学探究能力方面进行考查，难度适中。 3. (2017 杭州)如图是小金研究电动机转动是
10、否对小灯泡的亮度有影响的电路图。开始小 金先抓住转轴合上开关，观察小灯泡的亮度；接着放开转轴让电动机转动，继续观察小灯泡亮 度的变化(已知：小灯泡的电阻为 R，电动机线圈电阻为 r，电源电压为 U)。由此请你回答： (1)在电动机未转动时，t 时间内电流在电路中产生的热量为_ U2 Rrt_(填写表达式)。 (2) 在电动机转动时，电流所做的功_大于_(填“大于”“等于”或“小于”)电流在电 路中产生的热量。 (3)小金判断电动机转动后小灯泡会更亮，你认为小金的判断正确吗？并根据学过的知识 给予解释。 【答案】 错误； 电动机转动后， 电动机会消耗一部分能量， 使得电功转化而成的内能减小， 故
11、灯泡的亮度会变暗。 【试题解析】(1)在电动机未转动时，该电路为两个电阻串联的电路，则此时电路中的电 流为：I U Rr；根据焦耳定律可知，t 时间内电流在电路中产生的热量即电流所做的功为： WQUItU U Rrt U2 Rrt； (2)在电动机转动时，电流所做的功主要有两个利用：一个是转化为电动机的机械能，另 一个是转化为灯泡和电动机的内能。故电流在电路中产生的热量要小于电流所做的功； (3)电动机转动后，电动机会消耗一部分能量，使得电功转化而成的内能减小，故灯泡的 亮度会变暗，所以小金的判断是错误的。 【命题意图】 本题在考查纯电阻电路与非纯电阻电路的同时考查了焦耳定律的计算公式 及其应
12、用。在电动机未转动时，该电路为纯电阻电路，两个电阻串联的电路，根据焦耳定律的 公式写出表达式；在电动机转动时，为非纯电阻电路，消耗的电能一部分转化为机械能，另一 部分转化为内能。 4. (2019 杭州)如图是一电动机提升物体的示意图，电源电压为 120 伏。电动机将一个质 量为 50 千克的物体 1 秒内匀速上提 0.9 米，电路中的电流为 5 安培。(g 取 10 牛/千克) (1)求该电动机工作 1 秒钟所产生的电热。 (2)求电动机线圈的阻值。 (3)当该重物上升到一定高度时，电动机的转子突然被卡住，为什么这种情况下电动机容 易被烧坏？ 解：(1)由题意可知电动机 1s 消耗的电能：W
13、UIt120V5A1s600J， 消耗电能转化成的机械能对物体做功，所以转化成的机械能：W 机Ghmgh 50kg10N/kg0.9m450J， 所以转化成的内能，即产生电热：QWW机600J450J150J； (2)由 QI2Rt 可得，电动机线圈的阻值： R Q I2t 150J （5A）21s6；(3)电动机被卡住时，电动机可看成是纯电阻电路，通过电动 机的电流过大，将电能全部转化为内能，所以电动机温度过高，容易烧坏。 【命题意图】 本题考查了电功、电热的计算公式的应用。关键是知道电动机正常工作时 是非纯电阻电路，欧姆定律不成立；当电动机不转时，是纯电阻电路，欧姆定律仍成立。当电 动机工
14、作时将电能转化为机械能和内能， 由此根据 WUIt 和 WGhmgh 可计算得到电动机 产生的热量；再由焦耳定律公式计算电动机线圈的阻值；当电动机被卡住时，电动机可视为纯 电阻，从能量转化的角度分析电动机容易被烧坏的原因。 5. (2020 杭州)如图电路中，电源电压恒为 9V，灯泡 L 规格为“6V 3W”。闭合开关， 灯泡正常工作。求： (1)电阻 R 的阻值。 (2)灯泡工作 5 分钟消耗的电能及电阻 R 产生的热量。 解：(1)由电路图知，L 与 R 串联，电压表测灯泡两端的电压，闭合开关，灯泡正常发光， 由串联电路特点和 PUI 可得，此时电路中电流： IIRILP 额 U额 3W
15、6V0.5A， 因串联电路电源电压等于各用电器两端电压之和，所以，电阻 R 两端电压： URUUL9V6V3V， 由欧姆定律得，电阻 R 的阻值： RUR I 3V 0.5A6； (2)由 PW t 可得，灯泡工作 5 分钟消耗的电能： WP额t3W560s900J； 5 分钟电阻 R 产生的热量： QI2Rt(0.5A)26560s450J。 【命题意图】 本题由图判断灯泡与定值电阻串联，电压表测灯泡两端的电压，灯泡正常 发光，根据 PUI 求出电路中电流，由串联电路特点和欧姆定律求出电阻 R 的阻值；再根据 WPt 计算灯泡工作 5 分钟消耗的电能；利用 QI2Rt 求出电阻 R 产生的热量。本题考查了串 联电路特点、欧姆定律、电功率以及焦耳定律公式的灵活应用，难度不大。
