電功和電功率

電功和電功率【考點(diǎn)聚焦】

1.知道電功及其單位

2.理解電功的公式，會(huì)用電能表測(cè)量電功

3.理解電功率的概念

4.理解用電器的額定電壓和額定功率

5.理解焦耳定律，知道電熱器的原理和應(yīng)用

【呈現(xiàn)形式】

本局部涉及到的內(nèi)容有電功、電能和焦耳定律

1.電功與電能的關(guān)系、電功的計(jì)算：相關(guān)的主要考點(diǎn)有電功的計(jì)算，而電功計(jì)算最常見(jiàn)的是與電流的定義、串并聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律、電能表及電功率、焦耳定律聯(lián)系起來(lái)，并結(jié)合其它能量〔如機(jī)械能、內(nèi)能等〕的學(xué)問(wèn)綜合考察，其中特殊要嫻熟駕馭串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律與電功計(jì)算公式相結(jié)合的計(jì)算，要弄明白幾個(gè)電功計(jì)算公式的應(yīng)用范圍。

2.電功率的概念及其計(jì)算，用電器額定電壓、額定功率和實(shí)際電壓、實(shí)際功率的聯(lián)系、區(qū)分及計(jì)算，用電壓表和電流表測(cè)定小燈泡的功率的試驗(yàn)是重點(diǎn)內(nèi)容，其中電功率的計(jì)算公式的應(yīng)用，用電器額定功率和實(shí)際功率的區(qū)分和計(jì)算，小燈泡的功率的測(cè)定試驗(yàn)的探討是難點(diǎn)。與上述內(nèi)容相關(guān)的考點(diǎn)有：電功率的根本概念、額定電壓、額定功率和實(shí)際功率的概念，用電器電功率與電阻的改變關(guān)系，測(cè)定小燈泡的功率的試驗(yàn)，將功率與串并聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律聯(lián)系起來(lái)進(jìn)展綜合考察，同一電路中不同用電器的功率的比擬。

3.焦耳定律及其應(yīng)用，與其相關(guān)的考點(diǎn)有焦耳定律的內(nèi)容及應(yīng)用、用限制變量法探究焦耳定律的試驗(yàn)、電熱器的構(gòu)造特點(diǎn)和原理等。

這局部學(xué)問(wèn)在中考中將大量以計(jì)算、試驗(yàn)、開(kāi)放和探究性試題出現(xiàn)，其試題的難度也將會(huì)較大，應(yīng)引起足夠的重視。

【學(xué)問(wèn)構(gòu)造】

一、電功

1.定義：電流所做的功。

2.電流做功的實(shí)質(zhì)：電流做功的過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能的過(guò)程，電功是電能轉(zhuǎn)化的量度。電功是過(guò)程量，電流做功時(shí)，總伴隨著能量狀態(tài)的改變。電流通過(guò)用電器所做的功的數(shù)值與該用電器此時(shí)消耗的電能數(shù)值完全一樣。

3.電功的公式及其變換式：w＝uit〔變換式w＝u2/rt，w＝i2rt〕，即電流在某段電流上所做的功，等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時(shí)間的乘積。

4.電功的單位；焦耳〔j〕、千瓦時(shí)〔kwh〕

5.電功測(cè)量：電能表是測(cè)量電功的儀表。

二、電功率

1.定義及意義：電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫電功率。電流做功不僅有大小而且有快慢之分。用電器的功率表示做功的快慢。電功率大的用電器只能說(shuō)明用電器電流做功快，并不表示電流做功的多少。

2.公式：p＝w/t＝uit＝ui，該公式適用于任何電器。

3.單位：瓦特〔w〕，千瓦〔kw〕

4.額定電壓與額定功率：額定電壓是用電器正常工作時(shí)的電壓，額定功率是用電器在額定電壓下的功率。

5.測(cè)小燈泡的電功率：〔1〕試驗(yàn)原理；〔2〕試驗(yàn)電路圖；〔3〕試驗(yàn)步驟；〔4〕數(shù)據(jù)處理。

三、焦耳定律

1.焦耳定律：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。

2.焦耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：q=i2rt

【方法提示】

一、電功公式的正確運(yùn)用：

1.電功公式w＝uit是計(jì)算電功普遍適應(yīng)的公式，對(duì)于任何電器〔或電路〕都通用。

2.變形公式w＝u2/rt，w＝i2rt只適用于電爐、白熾燈、電烙鐵等純電阻電路，而如

電動(dòng)機(jī)及給蓄電池充電等電路那么不適用。

【例題1】如圖1所示，r1的阻值是2ω，兩端的電壓是3v，r2的阻值是4ω，那么2s內(nèi)在r3上所消耗的電能是多少？

【解析】

這是一道綜合運(yùn)用串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律來(lái)計(jì)算電功的問(wèn)題。對(duì)于純電阻器件而言，只要想方法求出該器件的電流、電壓、電阻三個(gè)電學(xué)根本量的隨意兩個(gè)量和時(shí)間即可求出電功。在這一思想指導(dǎo)下，計(jì)算r3在2s內(nèi)所消耗的電能：方法一是求r3的電壓u3和電流i3；方法二是求u3和r3；方法三可先求i3和r3。在計(jì)算過(guò)程中要充分利用串聯(lián)電路的特性、公式，留意歐姆定律在適用時(shí)各物理量應(yīng)滿意同一性原那么。解決此類問(wèn)題的方法是先弄清電路的連接方式，在運(yùn)用相應(yīng)的串、并聯(lián)電路特性和歐姆定律去分頭找尋探究對(duì)象的三個(gè)根本量中的隨意兩個(gè)〔時(shí)間往往是確定的〕；假如探究對(duì)象是非純電阻器件，計(jì)算電功只能適用定義式計(jì)算。該題在r3上消耗的電能是27j。

二、電能表的問(wèn)題

1.電能表是測(cè)量電功或者說(shuō)是測(cè)量用戶的用電器在一段時(shí)間內(nèi)消耗電能的多少。

2.讀數(shù)：窗口兩次之差就是這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)用的千瓦時(shí)數(shù)，最終一位是小數(shù)。

3.銘牌如圖2所示的物理意義：

①“220v”表示電能表的額定電壓是220v。

②“20a”表示允許通過(guò)這只電能表的最大電流是20a。

③“kwh”表示電能表測(cè)量電功所用的單位是kwh，即“度”。

④“2500r/kwh”表示每消耗1度電，電能表的表回旋轉(zhuǎn)2500轉(zhuǎn)。

三、額定電壓與額定功率

u實(shí)＞u額，那么p實(shí)＞p額u實(shí)＝u額，那么p實(shí)＝p額u實(shí)＜u額，那么p實(shí)＜p額

【例題2】三盞電燈a(220v，40w)、b〔110v，40w〕、c〔36v，40w〕，當(dāng)它們各自正常

發(fā)光時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)所消耗的電能哪個(gè)最大？

【解析】

此題簡(jiǎn)單出錯(cuò)的地方在于不了解電功率的意義，誤認(rèn)為額定電壓越高的電功率便越大。

正確分析方式是：電流通過(guò)電燈做功的過(guò)程就是消耗電能的過(guò)程，單位時(shí)間內(nèi)做多少電功便消耗多少電能，當(dāng)三盞電燈都正常發(fā)光時(shí)，雖工作電壓各不一樣，但其電功率都是40w，所以三盞燈每秒做的電功以及每秒消耗的電能都是40j，所以正確的答案是單位時(shí)間內(nèi)三盞燈消耗的電能一樣。

四、測(cè)量小燈泡的電功率

【例題2】如圖3所示是測(cè)額定電壓為2.5v小燈泡的額定功率的

電路圖

〔1〕a是表，b是表。

〔2〕按圖連接好器材，測(cè)量前開(kāi)關(guān)應(yīng)，滑片p應(yīng)滑到點(diǎn)。

〔3〕假如小燈泡的阻值約為10ω，電源有兩節(jié)干電池串聯(lián)組成，電流表有量程0∽0.6a

和0∽3a兩檔，那么a表量程應(yīng)選擋，b表量程選擋。

〔4〕閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)覺(jué)小燈泡兩端電壓只有1.8v，滑動(dòng)變阻器的滑片p向端移動(dòng)，才能使電壓表示數(shù)為v，此時(shí)燈泡實(shí)際功率就是額定功率。

〔5〕要測(cè)量的數(shù)據(jù)是和，計(jì)算燈泡的額定功率公式為。

【解析】

由圖可知是用電流表和電壓表測(cè)定小燈泡額定功率電路。解答：

〔1〕依據(jù)電流表、電壓表的運(yùn)用規(guī)那么可以判定：a與電燈并聯(lián)，是電壓表；b與電燈串聯(lián)是電流表。

〔2〕為了幸免接線失誤，損壞電器，串聯(lián)前開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)。滑到變阻器在電路中起分壓作用，分去一局部電壓，以保證小燈泡的平安運(yùn)用，并得到須要的電壓，測(cè)量前串入電路的電阻應(yīng)是變阻器的最大值，所以滑片p應(yīng)在b點(diǎn)。

〔3〕電源選用兩節(jié)干電池，那么電源電壓為3v，且小燈泡的額定電壓為2.5v，所以電壓表a表的量程應(yīng)選“0∽3v”擋，小燈泡的電阻約為10ω，它在正常工作時(shí)的電流約為i=u/r=0.25a＜0.6a，所以電流表b的量程應(yīng)選“0∽0.6a”擋。

〔4〕當(dāng)小燈泡兩端電壓為1.8v時(shí)，因沒(méi)有到達(dá)其額定電壓2.5v，所以其實(shí)際功率小

于額定功率，為使小燈泡消耗的功率等于其額定功率，應(yīng)提高小燈泡兩端的電壓，使其到達(dá)2.5v，所以減小滑動(dòng)變阻器入電路的電阻，以減小滑動(dòng)變阻器兩端電壓，故滑片p應(yīng)向a端移動(dòng)，

〔5〕測(cè)定小燈泡的額定功率，依據(jù)是功率的公式，p=ui，須要測(cè)量的是小燈泡兩端的電壓v和提高它的電流i。

五、熟記電學(xué)中根本量的規(guī)律和特點(diǎn)，進(jìn)展電功、電功率和電熱的計(jì)算物理量

〔符號(hào)〕公式單位

〔符號(hào)〕測(cè)量?jī)x器串聯(lián)電路特點(diǎn)并聯(lián)電路特點(diǎn)

電功〔w〕w=uit焦耳

〔j〕電能表w=w1+w2

w1:w2=r1:r2w=w1+w2

w1:w2=:r2:r1

電功率〔p〕

p=w/t

p＝ui瓦特

〔w〕電流表

電壓表滑動(dòng)變阻器〔伏安法〕p＝p1+p2

p1:p2=r1:r2p＝p1+p2

p1:p2=r2:r1

電熱

〔q〕q=i2rt焦耳

〔j〕q=q1+q2q=q1+q2

q1:q2=r1:r2

【例題3】同為“36v40w”的電燈、電扇、電烙鐵都正常工作5min，它們產(chǎn)生熱量是：

a.一樣多b.電燈最多c.電扇最多d.電烙鐵最多

【解析】三個(gè)用電器消耗的功率、通電時(shí)間一樣，由w=pt可知它們消耗的電能一樣多，但從能量轉(zhuǎn)化的角度考慮，電燈將電能轉(zhuǎn)化為大量熱能及少量光能，電扇將電能轉(zhuǎn)化為大量機(jī)械能和少量熱能，而電烙鐵將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能,所以產(chǎn)生熱量最多的用電器是電烙鐵。正確答案應(yīng)為d。

【例題4】如圖4所示，燈泡l標(biāo)有“220v36w”字樣，r＝6ω，通電10s且正常發(fā)光，依據(jù)這些確定條件，可以求出哪些物理量，請(qǐng)一一計(jì)算出來(lái)。

【解析】此題看起來(lái)雖然簡(jiǎn)潔，但事實(shí)上是一道開(kāi)放性試題，它可以幾乎計(jì)算出全部電學(xué)中的根本物理量，能夠涉及到全部的電學(xué)概念和定律。

題中隱含的條件：額定電壓下，燈泡的額定功率，切燈泡正常發(fā)光?？汕蟪龅奈锢砹坑校?/p>

〔1〕燈泡兩端的實(shí)際電壓：u實(shí)＝u額＝12v

〔2〕燈泡的額定功率p實(shí)＝p額＝36w

〔3〕通過(guò)燈泡的電流i實(shí)＝i額＝p/u=3a

〔4〕燈泡的電阻rl=u2/p=4ω

通電10s鐘

〔5〕通過(guò)燈泡的電荷量q＝it＝30c

〔6〕燈泡消耗的電能wl＝pt＝360j

〔7〕燈泡、電阻兩端的電壓u總＝ur＝ul＝12v

〔8〕通過(guò)電阻的電流ir=u/r=12v/6ω=2a

〔9〕電阻消耗的電能wr=uirt=12v×2a×10s=240j

〔10〕電阻的功率pr=uir=12v×2a=24w

〔11〕電阻上的電熱qr=ir2rt=(2a)2×6ω×10s=240j

【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練】

1.電能表是用來(lái)測(cè)定以下哪個(gè)物理量的〔〕

a.電能b.電流c.電壓d.電阻

2.將7.2×105j的電功用“度”作單位表示,那么應(yīng)為〔〕

a.20度b.2度c.0.2度d.0.02度

3.采葳同學(xué)家在1月1日和2月1日兩次視察家里的電能表,如下表所示,那么該同學(xué)家一月用電〔〕

0233402879

a.545度b.54.5

c.455度d.45.5度

4.以下關(guān)于電功率的說(shuō)法中,正確的選項(xiàng)是〔〕

a.電功率越大,電流做功越多b.電功率越大,所用的時(shí)間越短

c.電功率越大,用電器消耗的電能越多d.電功率越大,用電器消耗電能越快

5.“220v101w”的燈泡接入電壓為210v的電路,那么該燈泡的實(shí)際電功率〔〕

a.大于101wb.等于101wc.小于101wd.條件缺乏,無(wú)法判定

6.在測(cè)定一個(gè)小燈泡額定電功率的試驗(yàn)中,假設(shè)小燈泡額定電壓為2.5v,允許通過(guò)的最大電流為0.4a.電源是4節(jié)干電池串聯(lián)成的電池組.另配有0-0.6a、0-3a兩量程的電流表一個(gè),0-3v、0-15v兩量程的電壓表一個(gè),最大阻值為20ω的滑動(dòng)變阻器等,那么在這個(gè)試驗(yàn)中電流表、電壓表的量程分別應(yīng)選用的量程是〔〕

a.電流表選0-0.6a,電壓表選0-3vb.電流表選0-0.6a,電壓表選0-15v

c.電流表選0-3a,電壓表選0-3vd.電流表選0-3a,電壓表選0-15v

7.有一阻值為40ω的電熱器,工作時(shí)產(chǎn)生熱量的功率為1010w,那么通過(guò)該電熱器的電流和電熱器兩端的電壓分別是〔〕

a.10a101vb.2a200vc.5a101vd.5a200v

8.要使電熱器在單位時(shí)間產(chǎn)生的熱量削減一半,應(yīng)當(dāng)〔〕

a.讓它兩端的電壓削減一半b.使它的電阻削減一半

c.讓通過(guò)它的電流削減一半d.使它的電阻和兩端電壓同時(shí)削減一半

9.依據(jù)你生活中的視察,電子手表、電燈、晶體管收音機(jī)、電燙斗這些常用電器中，電功率最大的是_______,電功率最小的是_______.

10.電燈泡上標(biāo)著“pz220-40”，這里的“220”表示_________________________，“40”表示的是燈泡______________.此燈泡正常工作時(shí)的電流為_(kāi)______a,電阻為_(kāi)_________.

11.一個(gè)在某電壓下工作的電烙鐵,功率是101w,電流是454ma,加在這個(gè)電烙鐵兩端的電壓是_______.

12.在測(cè)定小燈泡電功率的試驗(yàn)中:

(1)電源電壓要_______小燈泡的額定電壓,串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器是為了_______;

(2)閉合開(kāi)關(guān)前,滑動(dòng)變阻器應(yīng)放在_______位置上,這樣做的好處是_______;

(3)為了測(cè)定有“4.5v”字樣的小燈泡的功率,除了要用電壓表、電流表、小燈泡、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器、導(dǎo)線外，還應(yīng)在以下器材中選用_______。

a.三節(jié)干電池b.三節(jié)蓄電池c.兩節(jié)干電池d.兩節(jié)蓄電池

13.如上表所示的電器每天工作時(shí)間均有削減，照明電器每天削減一小時(shí)，廚房電器每

天工作時(shí)數(shù)削減0.5小時(shí)，洗衣機(jī)每天工作時(shí)時(shí)數(shù)削減0.5小時(shí),其他用電器每天工作時(shí)數(shù)均削減1.5小時(shí),那么一個(gè)月能節(jié)約用電多少千瓦時(shí)?折合多少度?折合多少焦耳?

14.按圖5所示電路對(duì)額定電壓為3.8v的小燈泡進(jìn)展試驗(yàn)時(shí),測(cè)得5組試驗(yàn)數(shù)據(jù),并記錄在表中,同時(shí)記錄了小燈泡亮度改變的狀況.

請(qǐng)你細(xì)致分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)現(xiàn)象,答復(fù)以下問(wèn)題:

次數(shù)12345

u/v3.03.53.84.04.5

i/a0.280.300.310.320.34

亮度增加(1)燈泡的額定功率是___.

(2)小燈泡的亮度改變規(guī)律