1、第15课时电功与电功率学生用书P133一、电功(c)1电流通过某段电路所做的功叫电功。电流做功的过程，实际就是电能转化为其他形式能量(消耗电能)的过程；电流做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，就消耗了多少电能。电流通过各种用电器使其转动、发热、发光、发声等都是电流做功的表现。2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：WUItPt(适用于所有电路)。电功的单位：国际单位是焦耳(J)，常用单位：千瓦时(kWh)，俗称“度”。1度1千瓦时1kWh3.6106J对于纯电阻电路可推导出：WI2RtU2t/R串联电路中常用公式：WI2RtW1W2R1
2、R2并联电路中常用公式：WU2t/RW1W2R2R1无论用电器串联或并联，计算在一段时间内所做的总功都可用公式：WW1W2 。3电功或电能测量电能表是测量电功或电能的仪表。电能表上“220V”“5(10)A”“3000r/kWh”分别表示：该电能表应该接在220V的电路上使用；额定电流为5A，在短时间内使用时电流可允许大一些，但不能超过10A；用电器每消耗1kWh的电能，电能表的转盘转过3000转。读数注意最后一位有红色标记的数字表示小数点后一位。电能表前后两次读数之差，就是这段时间内电路消耗的电能。二、电功率(c)1电功率是电流在单位时间内做的功。电功率是表示电流做功快慢的物理量。灯泡的亮度
3、取决于灯泡的实际功率(而不是其额定功率)。2电功率计算公式：PW/tUII2RU2/R。电功率的国际单位： 瓦特(W)，常用单位：千瓦(kW)。串联电路中常用公式：PI2RP1P2R1R2并联电路中常用公式：PU2/RP1P2R2R1无论用电器串联或并联，计算总功率可用公式：PP1P2 。3额定功率和实际功率额定电压是用电器正常工作时的电压，额定功率是用电器在额定电压下消耗的电功率。P额U额I额U/RR U/P额某灯泡上所标“PZ220V25”字样表示：普通照明，额定电压220V，额定功率25W的灯泡。三、伏安法测量小灯泡的额定功率(b)测量原理：测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流，利用公
4、式PUI可计算出小灯泡的功率。电路原理图如图所示。图151选择和连接实物时需注意：连接电路时断开开关，先把除电压表以外的其他器材按串联方式进行首尾连接，滑动变阻器“一上一下”接入电路后调到最大值，最后在小灯泡两端并联电压表。电压表和电流表连接时均需注意“”“”接线柱以及量程。多次测量观察小灯泡在不同功率时的亮度变化。计算额定功率时要选取额定电压那一组数据进行计算。伏安法测功率不需要计算三次实验的平均功率，这一点与伏安法测电阻不同。四、电热器(c)1电流的热效应的探究实验该实验可探究电流通过导体产生的热量的影响因素。实验原理是根据煤油在玻璃管里上升的高度来判断电流通过电阻丝通电产生热量的多少。实
5、验采用煤油的原因是煤油比热容小且绝缘。2焦耳定律电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。计算公式：QI2Rt(适用于所有电路)，对于纯电阻电路可推导出：Q UIt U2t/RWPt。3电热器利用电流的热效应制成的发热设备。电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。五、电动机(非纯电阻电路)的计算(b)所谓纯电阻电路指的是工作时将电能全部转化为内能的电路。电动机属于典型的非纯电阻电路，电动机工作时将电能主要转化为机械能，少量转化为内能。电动机的耗电功率即为总功，计算公式：P总UI。发热功率指电动机在工作时将电能转化为内能的功率，计
6、算公式：P热I2R(此处的R指电动机的纯电阻)。电动机的机械功率不能直接求得，只能通过前两者相减：P有P总P热UII2R。类型一电功和电功率典例 下列有关电功、电功率、电能、热量的说法中正确的是(D)A电流通过一段电路做的功越多，这段电路消耗的热量就一定越多B电流通过一段电路做的功越多，这段电路产生的电能就一定越多C电流通过一段电路做的功越多，电流做功的功率就一定越大D用电器两端的电压一定，通过电阻越小的用电器消耗的电功率就越大【解析】 电流通过一段电路做的功越多，说明转化为其他形式的能多，消耗的电能越多，但这段电路产生的热量不一定越多；电功率与做功的多少和时间有关，由于不确定做功时间的长短，
7、因此仅凭做功的多少无法确定功率大小；根据PU2/R可知，用电器两端的电压一定，通过电阻越小的用电器，消耗的电功率就越大。跟踪训练 电能表又称千瓦时计，是最常用的测量电功或电能的仪表。请分析完成下列各题：图152(1)小刘家电能表10月尾的示数为8433.5kWh，11月尾的示数如图，若每度电的电费为0.7元，他家11月要交电费_140_元。(2)从表盘信息可知，小刘家的用电器总功率不能超过_2200_W。(3)当家里只有电磁炉工作时，电能表的铝盘在3min内转60转，则电磁炉的电功率为_2000_W。(4)把一只“220V24W”的节能灯和一个“220V484W”的电炉分别单独接在家庭电路中，
8、发现电炉接入电路时，电能表铝盘转动较_快_(选填“快”或“慢”)。(5)“220V484W”的电炉正常工作时，电阻丝的电阻为_100_，在用电高峰期，小刘家中实际电压降低到200V，若电阻丝的电阻不变，这时电炉的实际功率是_400_W。【解析】 (1)11月消耗的电能W8633.5kWh8433.5kWh200kWh，则应缴纳的电费为0.7元/(kWh)200kWh140元。(2)电能表允许接的最大电功率PUI220V10A2200W。(3)电能表的转盘转60转消耗的电能W0.1kWh，用电器的总功率P电W/t0.1kWh/0.05h2kW2000W。(4)因为电炉的功率大于节能灯的功率，所以
9、将它们单独接在家庭电路中，电炉接入电路时，电能表铝盘转动较快。(5)电炉正常工作时的电阻RU2/P额(220V)2/484W100，电阻丝的电阻不变，则当电炉两端电压为200V时，电炉的实际功率：P实U/R(200V)2/100400W。类型二电功率的测量典例 如图甲所示，是测量小灯泡电功率的实验，小灯泡的额定电压为2.5V。图153(1)请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整，要求：滑片向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大。(2)闭合开关后，灯泡发光微弱，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，小灯泡亮度不变，其原因可能是将滑动变阻器的_C、D_(选填“A、B”或“C、D”)接线柱接入了
10、电路。(3)某次实验，电压表示数如图乙所示，欲使小灯泡正常发光，则滑动变阻器的滑片应向_D_(选填“C”或“D”)端滑动。(4)实验测量数据如表所示，则小灯泡的额定功率为_0.7_W。小灯泡的亮度跟实际电功率的关系是_小灯泡的亮度是由实际电功率决定的，实际电功率越大，小灯泡越亮_。数据序号1234发光情况较暗较亮明亮特亮电压U(V)1.32.12.53.0电流I(A)0.210.260.280.31电功率P(W)0.270.550.93【答案】 (1)如答图所示。典例(1)题答图【解析】 (1)要求滑片向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，则应接滑动变阻器右下接线柱。(3)图乙电压表示数为
11、2.1V，电压表示数小于灯泡额定电压，要测小灯泡正常工作时的电功率，应减小滑动变阻器阻值直到电压表示数为2.5V。(4)由表格可知，小灯泡正常工作电流为0.28A，则额定功率PUI2.5V0.28A0.7W。跟踪训练 2018金华丽水小科想知道标有“3.8V”字样的小灯泡正常工作时的电功率，于是连接了如图所示的实图154验电路。电源电压6V恒定不变，滑动变阻器规格为“501A”。(1)请你用笔画线代替导线，将电路连接完整。(2)正确连接电路，闭合开关，发现小灯泡不亮。小科观察到两电表的示数情况是_电压表有示数，电流表无示数(或电压表示数为6V，电流表示数为0)_，由此判断故障是小灯泡断路。(3
12、)排除故障后，小科进行了正确操作，观察到的现象和测得的数据如下：实验次数12345发光情况很暗较暗较亮亮很亮电压U(V)1233.84.5电流I(A)0.2 0.220.250.300.34由表中数据可得，小灯泡的额定功率是_1.14_W。(4)小科根据表中数据，计算了各次实验的灯丝电阻，分析后认为，闭合开关前灯丝的阻值小于5，小科的理由是_小灯泡灯丝电阻随着温度的降低而减小，第1次实验中灯丝电阻为5，没有通电时，温度更低，所以电阻会更小_。【答案】 (1)如答图所示。跟踪训练(1)题答图类型三电功率的分析计算典例 如图是某电器设备内的一部分电路，电源电压恒为12V，R1为定值电阻，R2为标有
13、“1000.5A”字样的滑动变阻器，R3为标有“3V0.9W”字样的定值电阻。图155(1)当闭合S、S1、S2时，电流表的示数为0.3A，求R1的阻值及这种情况下整个电路可能消耗的最小功率。(2)当闭合S，断开S1、S2时，为保证整个电路安全，求滑动变阻器接入电路的阻值范围。【答案】 (1)当闭合S、S1、S2时，R1、R2并联，等效电路如图所示，电流表测R1支路的电流，R1U/I112V/0.3A40。当滑动变阻器接入电路的电阻最大时整个电路消耗的最小功率，R1消耗的电功率P1UI112V0.3A3.6W，R2消耗的最小功率P2U2/R2(12V)2/1001.44W，电路的总功率PP1P
14、33.6W1.44W5.04W。(2)当闭合S，断开S1、S2时，R2、R3串联，等效电路如图所示，R3允许通过的最大电流IP3/U30.9W/3V0.3A，R2允许通过的最大电流为0.5A，为保证整个电路安全，电路中的最大电流为0.3A，则R3 U3/I33V/0.3A10，电路的最小电阻R总 U/I312V/0.3A40，滑动变阻器接入的最小阻值R2R总R3401030，所以滑动变阻器接入电路的阻值范围30100。跟踪训练 如图所示，电源电压U6V且保持不变，电阻R10，滑动变阻器R的铭牌上标有“201A”字样，在从左往右移动滑动变阻器滑片的过程中，下面表示滑动变阻器所消耗的功率P与其接入
15、电路的电阻R关系的图像正确的是(A)图156 A BCD【解析】 此类题可从三点进行快速分析：当滑动变阻器阻值为0时，根据 PI2R可知其功率为0，因此图像的起点在坐标的原点；当RR10时，即两电阻等值时，R的功率最大；若R再增大，电路的电流减小更多，反而功率要减小，但不为0。即可分析出A图合理。类型四电热典例 2018杭州拱墅区二模如图所示是探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，右侧U形管中液面高度差比左侧的大。下列说法正确的是(C)图157A左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大B该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟电流
16、大小的关系C该装置可以用来探究电流通过导体产生热量跟通电时间的关系DU形管中液面高度发生变化是因为U形管中液体的热胀冷缩造成的【解析】 观察装置图可知，右侧液柱高度差更大，右侧升温更高，所以右侧电阻更大。该装置是串联的，电流相等，所以该装置可用来探究电流通过导体产生的热量跟电阻大小的关系，也可通过控制通电时间不同来观察升温情况。U形管中液面高度发生变化是因为密闭容器中空气的热胀冷缩造成的。跟踪训练 如图甲所示是一种常见的电热水袋，图乙是它的结构示意图，其性能指标如表所示。请完成下列各题：图158额定电压额定加热功率指示灯功率袋内充水自动断电温度220V500W0.2W1L65(1)给电热水袋通
17、电达到断电温度时，水共吸收了2.1105J的热量，袋内水的初温是多少？(2)电热水袋此次在额定电压下通电10min指示灯熄灭，则电热水袋的发热效率是多少？【答案】 (1)根据Qcm(tt0)可得袋内水的初温t0tQ/cm6515。(2)电热水袋在额定电压下通电10min消耗的电能WPt500W1060s3105J，电热水袋的发热效率100%100%70%。类型五关于电动机的综合计算典例 2018杭州拱墅区二模如图甲所示电路，电动机内阻 r00.5；电源电压U3V，内阻r1(电源可以等效为图乙中的理想电源和电阻的串联)；闭合开关后，通过电动机线圈的电流为0.2A，则电动机工作1min 时间内：图
18、159(1)电流通过电动机线圈产生的热量。(2)整个电路消耗的电能。(3)电动机产生的机械能。【答案】 (1)线圈产生的热量QI2r0t(0.2A)20.560s1.2J。(2)整个电路消耗的电能WUIt3V0.2A60s36J。(3)由于电源内部有电阻，则电源内部电阻产生的热量QI2rt(0.2A)2160s2.4J，产生的机械能E机械WQQ36J1.2J2.4J32.4J。跟踪训练 一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表：规格后轮驱动直流电机车型26英寸额定输出功率120W整车质量30kg额定电压40V最大载量120kg额定电流4.0A请根据上表计算：(1)此车电机的内阻。(2)在额
19、定电压下，电机突然卡死时，电机的总功率。【答案】 由表格读出电机的额定电压U40V，额定电流I4A，额定输出功率即有用功率为P有120W。(1)电机的总功率即电功率P总UI40V4A160W，电机发热功率P热P总P有，P热I2R，则P总P有I2R，R(P总P有)/I2(160W120W)/(4A)22.5。(2)若电机突然卡死，则电能全部转化为内能，此时电机电路是纯电阻电路，欧姆定律成立，电机的总功率PU2/R(40V)2/2.5640W。12018聊城小明同学家的电能表上标有“3000r/(kWh)”的字样，他将家中的其他用电器都与电源断开，仅让电水壶在额定电压下工作，观察1min内电能表的
20、转盘转了45r，则下列说法不正确的是 (B)A电水壶是利用电流的热效应来工作的B烧水过程中消耗的电能为5.4105JC电水壶的额定功率为900WD当实际电压只有额定电压的90%时，电水壶的实际功率为729W【解析】 所有的电热器都是利用电流的热效应来工作的。烧水过程中消耗的电能W45r/3000r/(kWh)0.015kWh0.0153.6106J5.4104J；电水壶的额定功率PW/t5.4104J/60s900W；因为PU2/R，设R为定值，则P额/P实U/U，代入数据可得P实729W。22018淄博如图所示，电源电压不变，只闭合开关S1，灯泡L发光，电压表有示数，再闭合开关S2，电路中出
21、现的情况是 (D)图1510A电压表的示数变小B电路的总电阻不变C灯泡L的亮度不变D电路的总功率变大【解析】 只闭合开关S1，电路为串联电路，电压表测量的是R两端的电压，根据串联电路的电压特点可知，电压表示数要小于电源电压；开关S2闭合时，灯泡被短路，灯泡不发光，电路中只有R，总电阻减小；电压表测量的是电源电压，故电压表示数变大；开关S2闭合后电路总电阻R总变小，电流变大，电阻R两端的电压变大，根据PUI可知，电路的总功率变大。32018深圳如图为“探究焦耳定律”的实验装置。两个相同的烧瓶中密封初温相同、质量相等的煤油，通电一段时间后，右侧玻璃管中液面比左侧高。下列说法正确的是图1511(D)
22、A通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少，这种方法是控制变 量法B右侧电阻丝的阻值比左侧小C通过右侧电阻丝的电流比左侧小D该装置用于探究电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系【解析】 该实验采用了控制变量法，所要控制的是相同的电流、相同煤油的量、相同的通电时间等，而通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少是利用了转换法。从煤油上升的高度可以判断右侧电阻丝的电阻应该更大。两个电阻丝采用串联，通过的电流是相等的。42018福建A卷新的国家标准对延长线插座配用电缆的导线横截面积要求进行了修改，额定电流16A的延长线插座，导线最小标称横截面积由1mm2提升到1.5mm2。增大导线横截面积
23、的目的是 (D)A增大导线的电阻 B减小通过导线的电流C增大导线的电压 D减小导线发热的功率【解析】 在导体的长度和材料一定时，导体的电阻与其横截面积成反比，即导线越粗，电阻越小。再根据PI2R可知，减小电阻可减小导线发热的功率。52018宁波如图甲所示，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器滑片从b点滑到a点过程中，两个电压表示数随电流表示数变化的图像如图乙所示。图1512(1)图乙中_dc_(选填“dc”或“ec”)表示电压表的示数随电流表示数变化的 图像。(2)该过程中电路消耗的总功率最大值为_36_W。【解析】 从图甲中可知，两电阻串联，电压表测滑动变压器R两端的电压，R减小时其分压
24、减小，但由于整个电路电阻减小，所以电流增大，因此图乙中dc表示电压表随电流表示数变化的图像。分析图乙可知，电源电压为10V2V12V，当滑动变阻器阻值与电阻R0相等时，此时电路消耗的总功率也最大，P最大UI12V3A36W。62018湖州小华家新买了电动自行车，说明书上的部分内容摘录在图甲中(注：“电池容量10Ah”可理解为“若以10A的电流放电可使用1h”)。请回答：最高车速：25km/h 电池容量：10Ah一次充电行驶里程：3040km 充电器输入电压：220V额定电压：36V 频率：50Hz额定功率：180W 一次充电时间：58h甲图1513(1)该电动自行车的额定电流多大？(2)若该电
25、动自行车行驶的平均车速为20km/h，使用50%的电池容量(按额定电流放电，不计放电时能量损失)，能行驶多长路程？(3)某天小华想在自家的小车库内充电，发现车库内只安装了电灯，没有插座，于是小华想在如图乙所示的原有线路上安装一个双孔插座，应在a、b、c三处中哪两处之间安装才合理？_C_。Aa和b Bb和c Ca和c【答案】 (1)I5A。(2)t1h(或“据题意，自行车行驶时间t1h”)，svt20km/h1h20km。7小明用如图1所示的实验器材探究焦耳定律：在质量相同的两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，甲烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，乙烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大。温度计显示煤油
26、的温度。图1514(1)电路中将两金属丝串联的目的是_控制电流相等_。闭合开关后，观察到乙烧瓶中温度计的示数升高快，这表明：_电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多_。(2)在探究电热与电流大小的关系时，可以通过_移动滑片_来改变电流的大小，通电相同时间，观察比较_同一根电阻丝_(选填“不同的电阻丝”或“同一根电阻丝”)所在烧瓶中煤油温度的变化。(3)小聪觉得以上的实验操作太繁琐，为此他设计了如图2所示的电路(三个烧瓶中装有质量相同的煤油，三个金属丝电阻大小关系是：R甲R丙R乙)，这样只要连接一次电路就能完成实验探究。在小聪的设计中，探究电热的多少与电流的关系，应该对比_甲、丙_两个烧瓶中的煤油上升的温度；探究电热的多少与电阻的关系，应该对比_甲、乙_两个烧瓶中的煤油上升的温度。若闭合开关通电一段时间后，三个烧瓶中煤油的温度从高到低依次是_丙、甲、乙_。(4)在他们俩设计的实验中都运用了_控制变量法(或转换法)_的科学研究方法(至少写出一个)。【解析】 (1)根据串联电路中电流处处相等可知，将两根不同的电阻丝串联起来接入电路，主要是为了控制电流相同。(3)由QI2Rt可得：要比较电热的多少与电流的关系，应使电阻相等；要比较电热与电阻的关系，应使电流相等。
