第十七章 電功率

第十七章電功率命題點一電功、電能表命題點四實驗：探究影響電流熱效應的因素命題點二電功率及相關計算考點一

電能考點三

電功率考點二

電功考點研讀考點四焦耳定律命題探究

命題點三焦耳定律的理解及相關計算命題點五實驗：測量小燈泡的電功率考點一

電能1.定義:電流所具有的能量稱為電能?？键c研讀2.單位及換算:在國際單位制中,電能的單位是①

焦耳

,簡稱焦,符號

是J。電能的另一個單位是②

千瓦時

,又稱“度”,符號是kW·h。1

kW·h=③

3.6×106

J,1kW·h=④

1

度。3.測量工具:用電器在一段時間內(nèi)消耗的電能,可以通過⑤

電能表

(也叫電度表)計量出來。(1)讀數(shù)方法:電能表的計數(shù)器上前后兩次讀數(shù)⑥

之差

就是這段時

間內(nèi)用電的度數(shù)。(2)電能表有幾個重要的參數(shù)應該注意:a.“220V”是指這個電能表應該在220V的電路中使用;b.“10(20)A”是指這個電能表的標定電流為10A,⑦

額定最大電流

為20A;c.“50Hz”是指這個電能表在50Hz的⑧

交流

電路中使用;d.“600revs/(kW·h)”是指接在這個電能表上的用電器⑨

每消耗1

kW·h電能

,電能表上的轉盤轉過600轉。考點二

電功1.定義:⑩

電流所做的功

,用符號W表示。2.公式:

W=UIt

,即電流在一段電路上所做的功跟這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時間成正比。推導公式:

W=

t

、

W=I2Rt

、

W=UQ

。3.單位:在國際單位制中,電功的單位也是

焦耳

,符號是J。常用的電功單位是度也叫

千瓦時

,符號是kW·h。適時總結

公式W=UIt,適用于任何電路,而它的變形式W=I2Rt和W=

t只適用于純電阻電路,即將電能全部轉化為內(nèi)能的電路?？键c三

電功率1.定義:在物理學中,用電功率表示

電流做功的快慢

。電功率用P表示,它的單位是瓦特,簡稱瓦,符號是W。2.公式(1)定義式:

P=

,其中W——電流做的功(用電器所消耗的電能),單位是焦(J);t——做功所用的時間,單位是秒(s);P——用電器的電功率,

單位是瓦(W)。(2)計算式:

P=UI

,即一段電路上的電功率跟這段電路兩端的電壓和電路中的電流成正比。(3)推導式:P=I2R=

。3.單位:

瓦

、

千瓦

,且1kW=103W。4.額定功率與實際功率(1)額定電壓(U0)用電器

正常

工作時的電壓。(一般都標在用電器的銘牌上)(2)額定功率(P0)用電器在

額定電壓

下的功率。(一般都標在用電器的銘牌上)(3)實際功率用電器在實際工作時的電功率。用電器的實際功率可以等于額定功率,

也可以不等于額定功率。適時總結

(1)實際功率P與額定功率P0的關系:a.當U>U0時,

P>P0

,用電器易損壞;b.當U<U0時,

P<P0

,用電器不能正常工作;c.當U=U0時,

P=P0

,用電器正常工作。(2)額定功率與實際功率的區(qū)別:a.用電器的額定電壓和額定功率只有一個值,它們在生產(chǎn)制造時已確定

下來了,用電器不論是否工作都存在額定電壓和額定功率;b.用電器的實際電壓和實際功率有無數(shù)個值,使用時有相應的實際功率,

不使用時就無實際功率?？键c四

焦耳定律1.電流的熱效應電流通過導體時由電能轉化為

內(nèi)能

,這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應。2.實例:電流通過電爐絲時,電爐絲會熱得發(fā)紅;電流通過燈泡內(nèi)的鎢絲

時,鎢絲會發(fā)熱至白熾狀態(tài)等。3.焦耳定律:電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟

電流的二次方

成正比,跟

導體的電阻

成正比,跟

通電時間

成正比。4.公式:Q=I2Rt。式中熱量Q、電流I、電阻R、時間t的單位分別是

J、

A

、

Ω

、

s

。命題探究命題點一

電功、電能表例1

(2017河南,7,2分)某水電站的年發(fā)電量在8億千瓦時以上,“千瓦

時”是下列哪個物理量的單位

()A.電能

B.電功率C.電流

D.時間典題精練答案

A解析電能的單位是焦,常用單位是千瓦時,所以A項正確;電功率的單

位是瓦,B項與題意不符;電流的單位是安培,C項與題意不符;時間的單

位是秒,D項與題意不符。1-1

(2017河北,23,2分)一天小明家中的IC卡電能表上的金額用完了,電

能表便切斷了電路。小明的父親將有300元的IC卡插入電能表,電路又

接通了,此時電能表的示數(shù)為

。小明家所在地每度電的電費是0.6元,300元電費可用電

kW·h。為防止電能表再

次切斷電路,小明家應在電能表的示數(shù)為

前為IC卡電能表充值。對點專練答案500

解析300元電費可用電W=

=500kW·h,500kW·h+518kW·h=1018kW·h,由于電能表示數(shù)的最后一位為小數(shù)點的后一位,故應在電

能表示數(shù)為

前充值。超級總結

根據(jù)電能表轉盤的轉數(shù)可以求出通過家用電器的電流在某段時

間內(nèi)做的功(或家用電器在該段時間內(nèi)消耗的電能)。在計算時通常

有兩種方法:(1)先根據(jù)1kW·h的轉數(shù)求出轉盤轉一轉所消耗的電能,

再看轉盤在一段時間內(nèi)轉了多少轉,用上面兩個數(shù)據(jù)相乘,所得乘積就

是用電器在這段時間內(nèi)消耗的電能。(2)由于電能表轉盤的轉數(shù)與電

流做的功(或用電器消耗的電能)成正比,因此可以先統(tǒng)一單位,然后列

出比例式,再求解。命題點二

電功率及相關計算典題精練例2

(2016河南,5,2分)在如圖所示的電路中,定值電阻的阻值R0和電源

電壓U均為已知。在a、b間接入一個未知電阻Rx,閉合開關,電壓表的示

數(shù)為Ux,則由已知量和測得量可以推出:Rx=

,Rx的電功率Px

=

。

答案

解析題圖中將未知電阻Rx接入a、b間后兩電阻串聯(lián)在電路中,電壓表

測Rx兩端的電壓。根據(jù)串聯(lián)電路的特點可知:R0兩端的電壓U0=U-Ux,電

路中的電流I=I0=

=

,根據(jù)歐姆定律得:Rx=

=

=

,Rx的電功率Px=UxI=

。2-1某元件(阻值不變)標有“6V6W”字樣,它正常工作的電流是

A,它的電阻R是

Ω。將該元件與燈L接入電路中,如圖

甲所示。通過燈L的電流隨電壓變化的圖像如圖乙所示,電流表量程為

“0~0.6A”,電壓表量程為“0~3V”,閉合開關,在保證電路各元件都

安全的情況下,燈L消耗的最大電功率可達到

W。對點專練答案161解析根據(jù)元件正常工作的已知條件,即元件標有“6V6W”字樣

可知,I1=

=1A,R=

=6Ω。由電路圖可知,燈泡與元件串聯(lián),電壓表測量元件兩端的電壓,所用量程為0~3V;電流表測電路中的電流,所用

量程為0~0.6A;元件兩端的電壓最高為U2=3V,此時電路中的電流I2=

=

=0.5A;根據(jù)題圖中通過L的電流隨電壓變化的圖像可知,當電路中電流為I=0.5A時,小燈泡兩端的電壓為U=2V,此時小燈泡的功率為P=

UI=2V×0.5A=1W。超級總結

命題點三

焦耳定律的理解及相關計算典題精練例3

(2017河南,12,2分)如圖所示,從甲地通過兩條輸電線向乙地用戶

供電,若甲地電源電壓恒為U,輸電線的總電阻為r,當乙地用戶用電時,下

列說法正確的是

()A.用戶使用的用電器兩端電壓為UB.輸電線上消耗的電功率為

C.當用戶使用的用電器增多時,用電器兩端的電壓升高D.當用戶使用的用電器增多時,輸電線上因發(fā)熱而損失的功率增大答案

D解析家庭電路的輸電過程中,距離較長的輸電線自身電阻不能忽略不

計,當電流通過時,輸電線自身會分得部分電壓U線=Ir。甲地提供的總電

壓為U,乙地的用戶使用的用電器兩端電壓U乙=U-U線,所以A項錯。輸電

線上消耗的電功率P線損=U線I=

/r,所以B項錯。家庭電路中的用電器是并聯(lián)的,所以當用戶使用的用電器增多時,電路總電阻變小,根據(jù)歐姆定

律I=U/R可知總電流變大,輸電線分壓會增大,由U乙=U-U線可知用電器兩

端的電壓會變小,所以C項錯。由焦耳定律可知輸電線損失的功率P線損=

Q/t=I2rt/t=I2r,總電流增大時,輸電線因發(fā)熱損失的功率會變大,故D項正

確。3-1

(2017福建,22,2分)如圖所示,是某種電熱保暖鞋的工作原理示意

圖。供電電壓6V,R1、R2的阻值分別為3Ω、6Ω,通過旋轉扇形開關S,接觸不同觸點,實現(xiàn)高、中、低三個擋位的轉換。保暖鞋在低溫擋工作

時的電功率是

W,它在高溫擋工作1min產(chǎn)生的熱量是

J。

對點專練答案61080解析根據(jù)電路圖可知,旋轉開關與b、c觸點接觸,電路中只有R2工作;

旋轉開關與c、d觸點接觸,兩個電阻并聯(lián),總電阻小于任何一個分電阻;

旋轉開關與d、e觸點接觸,電路中只有R1工作。根據(jù)P=

可知,兩個電阻并聯(lián)時為高溫擋,單接R2時為低溫擋,單接R1時為中溫擋;由此可知低

溫擋的電功率為:P2=

=

=6W高溫擋的功率為:P=P1+P2=

+P2=

+6W=18W在高溫擋工作1min產(chǎn)生的熱量:Q=W=Pt=18W×60s=1080J命題點四

實驗:探究影響電流熱效應的因素例4

(2016河南鄭州外國語中學模擬,19)在探究“影響電流熱效應的

因素”實驗中:(1)為了探究電流通過電阻產(chǎn)生的熱量與電流的關系,小明設計了甲圖

裝置,在裝有煤油的燒瓶內(nèi)安裝一根電阻絲,插入一支溫度計,該實驗通

過比較

來判斷相同時間內(nèi)不同電流產(chǎn)生的熱量多少,下面的典題精練探究實例中,也是采用這種研究方法的是

。A.探究電流與電壓、電阻的關系B.用總電阻表示同一段電路中串聯(lián)的兩個電阻C.在探究影響動能大小因素的實驗中,小車動能的大小通過木塊移動的

距離來比較(2)小明測量燒瓶內(nèi)煤油的溫度后,閉合開關,通電30s再測量燒瓶內(nèi)煤

油的溫度,得到溫度的升高量填入表中;然后移動滑動變阻器滑片改變

電流大小。重復上述操作,獲得第二組數(shù)據(jù)(見表)實驗次數(shù)電流/A通電時間/s電阻/Ω溫度升高量/℃10.330101.520.630106.0由此得出:同一導體,在通電時間相等時,電流

,其產(chǎn)生的熱量

。(3)若要探究電流通過電阻產(chǎn)生的熱量與電阻的關系,可選擇乙圖中

(選填“A”或“B”)燒瓶中的電阻絲與甲圖燒瓶中的電阻絲

(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)。(本題中,三個燒瓶中的煤油質(zhì)量相等)答案(1)溫度計示數(shù)的變化

C(2)越大越多(3)B串聯(lián)解析(1)電流產(chǎn)生的熱量可以使煤油溫度升高,所以可通過溫度計示

數(shù)的變化判斷電流產(chǎn)生熱量的多少。這種方法是轉換法,C項也采用了

這種方法。(2)分析表中數(shù)據(jù)可知同一導體產(chǎn)生的熱量與電流的關系。

(3)要探究電阻產(chǎn)生的熱量與電阻的關系,應控制電流相同用不同阻值

的電阻絲進行比較,所以應串聯(lián)入不同阻值的電阻絲。4-1

(2017湖北武漢,19,3分)如圖所示是探究電流通過導體時產(chǎn)生熱量

的多少與哪些因素有關的實驗裝置,兩個透明容器中密封著等量的空

氣,通電一段時間后,右側U形管中液面高度差比左側的大,下列說法正

確的是

()對點專練A.左側容器中電阻絲的阻值比右側容器中的大B.該裝置用來探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流大小的關系C.該裝置可以用來探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟通電時間的關系D.U形管中液面高度發(fā)生變化是因為U形管中液體的熱脹冷縮造成的答案

C解析電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察,但可通過U形管中

液面高度差的變化來反映;根據(jù)裝置可知,兩個電阻絲串聯(lián),通過兩個電

阻絲的電流和通電時間相同,左、右兩側U形管中液面的高度差不同,左

側的小于右側的,說明左側電阻絲產(chǎn)生的熱量少,右側電阻絲產(chǎn)生的熱

量多,由此可知左側的電阻小于右側的電阻,本實驗是探究導體產(chǎn)生熱

量的多少與電阻的關系;探究電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少與通電時間

的關系,要控制I與R相同,改變通電時間,兩個容器中任一個都可作為研

究對象,比較前后兩次U形管中液面高度差即可。綜合分析本題選

擇C。命題點五

實驗:測量小燈泡的電功率例5

(2013河南,20,9分)在“測量小燈泡的額定功率”實驗中,燈泡上

標有“3.8V”字樣,電源電壓恒定。(1)請你用筆畫線代替導線,將圖甲中的實物電路連接完整。

典題精練甲乙丙(2)連接完實驗電路后,開關試觸時,發(fā)現(xiàn)燈泡不亮,電流表無示數(shù),電壓表

的示數(shù)接近電源電壓,其故障原因可能是:

。(3)故障排除后,開始實驗,在移動變阻器滑片的過程中,眼睛應注視

的示數(shù),直至燈泡正常發(fā)光,此時電流表的示數(shù)如圖乙所示,則燈泡

的額定功率為

W。(4)完成上述實驗后,小聰向老師要了一個已知阻值為R0的電阻和一個單

刀雙擲開關,借助部分現(xiàn)有的實驗器材,設計了如圖丙所示的電路,也測

出了燈泡的額定功率。請完成下列實驗步驟:①閉合開關S1,將S2撥到觸點

(選填“1”或“2”),移動滑片,使

電壓表的示數(shù)為

V;②再將開關S2撥到觸點

(選填“1”或“2”),保持滑片的位置

不動,讀出電壓表的示數(shù)U;③燈泡額定功率的表達式為P額=

(用已知量和測量量表示)。答案(1)如圖所示

(2)燈泡處斷路(或燈泡的燈絲斷路、燈泡與底座接觸不良等)(3)電壓表1.52(4)①23.8②1③

解析(1)電壓表的測量對象是小燈泡,小燈泡的額定電壓是3.8V,所以應選擇0~15V量程,滑動變阻器要控制通過小燈泡的電流,所以應與其串聯(lián),并且接線柱要遵循“一上一下”的原則。(2)燈泡不亮,說明燈泡被短路或斷路,由電流表無示數(shù)而電壓表的示數(shù)接近電源電壓可知,電壓表直接連接在電源兩端,所以可判斷燈泡斷路。(3)燈泡在額定電壓U額=3.8V時處于正常發(fā)光狀態(tài),此時的功率為額定功率,電流表連接的是0~0.6A的量程,所以I額=0.4A,P額=U額I額=3.8V×0.4A=1.52W。(4)新設計的電路中加入了定值電阻但沒有電流表,判斷設計思路應是根據(jù)歐姆定律I=U/R來間接求燈泡正常發(fā)光時的電流大小,應先測量燈泡正常發(fā)光時的電壓,所以將開關撥到2,然后通過改變變阻器連入電路阻值大小使燈泡達到正常發(fā)光;再將開關撥至1,測出燈泡與定值電阻的總電壓U,兩者之差為定值電阻的電壓UR=U-3.8V,電路中的電流I=

,小燈泡的額定功率P額=U額I=

。5-1

(2017吉林,26,5分)在測量額定電壓為3.8V小燈泡的電功率實驗

中,電源電壓為4.5V,電路如圖所示。

(1)連接電路時,開關應

,電壓表的量程應選擇

;對點專練(2)檢查電路無誤后閉合開關,會發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮,但電流表和電壓表的指針都有偏轉,接下來應進行的操作是

;(3)當小燈泡正常發(fā)光時,電流表的示數(shù)是0.3A,則小燈泡的額定功率是

W;(4)實驗過程中會發(fā)現(xiàn)小燈泡兩端的實際電壓越大,小燈泡的

越

大,小燈泡越亮。答案(1)斷開0~15V(或15V)(2)將滑動變阻器的滑片向B端移動(或將滑動變阻器的滑片向右端移

動;或將滑動變阻器連入電路的電阻變小;或調(diào)節(jié)滑動變阻器)(3)1.14(4)實際電功率(或實際功率;或電功率;或功率;或電流)解析(1)連接電路時,開關應斷開,以保護電路;小燈泡額定電壓為3.8

V,故電壓表應選擇0~15V量程;(2)小燈泡不亮,兩表都有示數(shù),說明電路是通路,可能是電流太小,小燈泡

實際功率太小,因此接下來應移動滑片使滑動變阻器連入電路的電阻變

小,增大電流,從而增大小燈泡的實際功率。(3)P=UI=3.8V×0.3A=1.14W。(4)燈泡亮度由實際功率決定,燈泡變亮是因為實際功率變大。隨堂檢測一、填空題1.一只白熾燈泡上標有“PZ220-40”字樣,這只燈泡正常工作時的電阻

為

Ω;若工作電壓為200伏,它的實際功率為

W。答案121033.1解析“PZ220-40”的意義是普通照明燈,額定電壓為220V,額定功率

為40W。正常工作時R=

=

=1210Ω;實際電壓為200V時,根據(jù)

=

得P實=

P額≈33.1W。2.觀察如圖所示的儀表,回答下列問題:(1)該儀表是

表;(2)此儀表可用在最大功率為

kW的家庭電路上;(3)甲為上月抄表時的讀數(shù),乙為本月抄表時的讀數(shù),則用戶本月用電

度。

答案(1)電能(2)2.2(3)108.5解析

P最大=220V×10A=2200W=2.2kW,本月抄表時的讀數(shù)減去上月

抄表時的讀數(shù)即為本月用電量,注意電能表示數(shù)的最后一位為小數(shù)。3.如圖是探究電流通過導體時產(chǎn)生熱量與

的關系的實驗圖,當

通過R1的電流是2A時,10s內(nèi)電流通過R1產(chǎn)生的熱量是

J。

答案電流200解析由圖可知,R1、R2電阻相等,通電時間相同,但R2由于和另一個電阻分流導致通過R1、R2的電流不相同,所以探究的是導體產(chǎn)生的熱量與電流的關系;10s內(nèi)電流通過R1產(chǎn)生的熱量Q=I2R1t=(2A)2×5Ω×10s=200J。二、選擇題4.如圖所示的各家用電器中,利用電流熱效應工作的是

()

答案

B

電飯鍋工作時將電能轉化為內(nèi)能,所以它是利用電流熱效

應工作的,A、C、D選項均不符合,故選B。5.一臺電風扇和一個電熨斗,如果使用時電流做功相同,電能轉化為內(nèi)能

()A.一樣多