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第三章 能量的转化与守恒
第6节 电能
浙教版 科学（初中）
九年级上
1
课堂导入
观察思考
每个用电器都有自己的额定电压和额定功率
那么用电器工作时，用电器消耗的电功率一定就是额定功率吗？怎样测量用电器的电功率呢？
若灯泡超过额定电压，则有可能烧毁
互动学习
2
一、测定小灯泡的电功率
在科学上用电功率来表示消耗电能的快慢，那么电功率的计算公式有哪些呢？测量小灯泡电功率用哪个公式呢？
电功率的计算公式
P=W/t
P=UI
用公式P=UI，测量出小灯泡两端的电压和流过灯泡的电流，就能求出电功率.
1．学习使用电流表和电压表测用电器功率的方法。
2．了解用电器的功率跟用电器两端的电压有关，加深对额定电压和额定功率的理解。
1、实验目标
2、实验原理
P=UI
需测量的物理量：电压表测小灯泡两端的电压U；
电流表测流过灯泡的电流I，
这种测量电功率的方法称为伏安测量法。
3、实验器材:
常用的小灯泡 1 只（标明额定电压2.5V，未标明额定功率），电流表、电压表各 1 只，滑动变阻器 1 只，开关 1 只，电池组（总电压高于灯泡的额定电压）1 只，导线若干。
1．5 ＋
干电池
1．5 ＋
注意：电池组的总电压高于灯泡的额定电压。
1．5 ＋
干电池
1．5 ＋
(2)．按正确的电路图连接电路。
R
A
V
4.实验步骤
(1)．画出实验电路图。
（3）调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压恰好等于灯泡的额定电压。读出此时两只电表的读数，并记录在表中。
（4）调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的1.2倍。观察小灯泡的亮度变化（相对于额定电压下的亮度），读出两只电表的读数，并记录在表中。
（5）调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的0.8。观察小灯泡的亮度变化（相对于额定电压下的亮度），读出两只电表的读数，并记录在表中。
（6）计算出三种情况下小灯泡的功率。
①、连接电路时，把滑动变阻器的滑片调到阻值最大处。
②、调节小灯泡两端的电压使之高于额定电压时，在看清电流表示数的前提下，所用时间越短越好，以防损坏小灯泡。
③电流表、电压表的量程选择要合适，在不超过量程的前提下，应尽可能使电表指针偏转角度大一些，以便减小误差。
注意：
小灯泡两端的电压 电压U/V 电流I/A 电功率P/w 小灯泡亮度
等于额定电压
高于额定电压
低于额定电压
观察表中数据可见：
小电灯实际消耗的电功率不一定等于额定功率。
小灯泡的亮度是由小灯泡实际消耗的功率决定的
2.5
3
2
0.22
0.24
0.2
0.55
0.72
0.4
正常发光
较亮
较暗
当Ｕ实＝Ｕ额时，则Ｐ实＝Ｐ额．电灯正常发光
当Ｕ实＞Ｕ额时，则Ｐ实＞Ｐ额．电灯亮度较亮
当Ｕ实＜Ｕ额时，则Ｐ实＜Ｐ额 . 电灯亮度较暗
(4)、实验结论：
1．小灯泡在哪种情况下属于正常发光？
2．如果一再降低或一再提高小灯泡两端的电压，将会出现什么情形？
小灯泡在额定电压下的发光属于正常发光。
理论上降低或提高小灯泡两端的电压小灯泡的功率将增大或减小，但是当电压增大到一定程度小灯泡将会被烧坏。
你能说出实验中出现下面故障的原因吗？
故障现象 原因
闭合开关，灯不亮，电流表、电压表无示数
闭合开关灯不亮，电流表几乎无示数，电压表指针偏转较大
导线发热冒烟，电流表示数很大
接线柱接触不良或导线断了或电源、电流表电压表、开关损坏。
电流表、电压表的位置接反或灯丝断了或灯与灯座接触不良。
发生了短路。
故障现象 原因
滑动变阻器滑片移动时，电流表的示数及灯泡亮度不变
电流表、电压表的指针反方向偏转
滑动变阻器接错了。
电流表、电压表的接线柱接反了。
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2
二、实际功率与实际电压
1、实际功率：我们把用电器在实际电压下工作时所对应的功率叫做用电器的实际功率。
2、实际电压：用电器实际工作的电压。
当用电器的工作电压明显低于或高于它的额定电压时，用电器就不能正常工作。
3、实际功率与额定功率的关系：
（1）当U实＝ U额，则P实＝P额，用电器正常工作
（2）当U实＞U额，则P实＞ P额，用电器容易坏。
（3）当U实＜U额，则P实＜ P额，用电器不能正常作。
1
课堂导入
观察思考
电驱蚊器
电取暖器
你知道哪些用电器是利用电热来工作的吗？你知道它们的工作原理吗？
使用这些用电器时，电能会转化为哪些能量？
电炉
使用这些用电器时，电能会转化为热能
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2
一、电流的热效应
1、电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。
2、电流热效应的实质：从能量的转化看，电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能（热能）的过程。
许多用电器接通电源后，都伴有热现象发生。
3、电热器:利用热效应来工作的用电器。
主要元件是发热体，由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成的
电熨斗
电热毯
电热壶
电饭煲
你能列举出哪些利用电流热效应工作的用电器？
电热水器
电烘箱
热的快
电取暖器
电流的热效应有什么利和弊？
优点：无污染、热效率高、方便控制和调节温度。
缺点：①在家庭电路中，由于长期的电流热效应，导线外的绝缘层会加速老化，甚至会 烧毁绝缘层而引发火灾；
②同时，由于电流热效应，会影响家电的使用性能和寿命。
为了防止电热的危害你知道电视机计算机、电动机等采取什么措施吗？
电视机加散热窗、计算机、电动机等还要加风扇来散热。
二、电流产生的热量与什么因素有关
1、猜想与假设
(1)可能与导体电阻的大小有关，R越大，Q越大。
(2)可能与电流的大小有关，I 越大，Q越大。
(3)可能与通电时间的长短有关，t 越大，Q越大。
2、实验方法：控制变量法、转化法。
3、实验器材：煤油、电阻丝R甲反映电器产热的大小利用什么方法？
转化法，液体受热升温而膨胀即玻璃管中液柱上升高的产生热量多。
实验一：研究电热器电阻的大小对产生热量的影响
研究电热器电阻的大小对产生热量的影响要研究电阻对产生热量多少的影响，应该控制电流和通电时间不变，则可以让两个阻值不同的电阻串联后接入电路。
1、设计实验：控制变量法
（1）将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置。
（2）闭合开关，记下电流表的读数：0.45A
（3）经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置。
2、实验步骤
（4）比较2根玻璃管内液面上升的高度发现:当电流相等，通电时间相同时，电阻大的，液柱升高的多。
3、结论
在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多。
实验二：探究电流产生的热量与电流是否有关
1、设计实验：控制变量法
要研究电流大小对产生热量的影响,应该控制电阻和通电时间不变，改变电流。 　 　　　　　　　
2、实验步骤：（1）、如图所示，在烧瓶中盛等量的煤油，烧瓶中电阻丝的电阻相同，两瓶中金属丝分别接到两节电池电池组和四节电池的电池组的电源上。
（2）闭合开关经过相同的一段时间比较玻璃管内液面的位置。
显然，通电的时间越长，电流产生的热量就越多。
实验结论:
①在相等的时间内，当电流相等时，电阻越大，电流产生热越多。
②在相等的时间内，当电阻相等时，电流越大，电流产生热越多。
③通电时间越长，电流产生的热量就越多。
3．结论：
在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多。
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2
二、焦耳定律
1、焦耳定律： 进一步的实验可以得出：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
这个规律叫做焦耳定律，它最先是由英国科学家焦耳发现的。
2.公式：Q=I2Rt
3. 热量Q的单位是焦(J)
电流的单位是安(A)，电阻R的单位是欧( )，时间t的单位是秒(s)。
1J=1A2 Ω s。
电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种用电器可以认为是将电能全部转化成了内能？
电吹风机工作时电能转化成热能和机械能；
电熨斗工作时电能全部转化成内能， 电熨斗工作时可以认为是将电能全部转化成了内能。
电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热即：Q=W你能推导出焦耳定律吗？
若电流做的功全部用来产生热量即:Q = W
又∵W = UIt
根据欧姆定律U = IR
∴Q = W = UIt = I2Rt
例题：如图是电饭锅的电路图。电饭锅工作时有两种状态：当自动开关 S 接通时，电饭锅处于加热状态，将锅内的水加热直到烧开；当自动开关 S 断开时，电饭锅处于保温状态。图中 R2 是加热用的电热丝，阻值为 55 欧；R1 是电阻，阻值为 145 欧。试求 :
（1）在加热状态下，电饭锅正常工作 30分钟产生多少热量？
R1
R2
220V
（2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率多大？
解：（1）在加热状态下，开关 S 接通，电路中只接入电热丝R2 ，因此通过R2 的电流：
I= = =4 安
U
R2
220 伏
55 欧
根据焦耳定律，R2 上产生的热量：
Q= I2Rt=(4安)2 × 55欧× 30×60秒=1.584×106焦
（2）在保温状态下，开关 S 断开，电阻 R1 与电热丝 R2 相串联，假设此时电路中的电流为 I′，根据串联电路的电压特点：U=U1 +U2 =I′R1 +I′R2
R1 +R2
220 伏
145 欧 +55 欧
= 1.1 安
电饭锅消耗的功率：P′=U I′=220 伏 ×1.1 安 =242 瓦
答：（1） 电饭锅正常工作 30 分钟产生的热量为 1.584×106 焦。
（2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率为 242 瓦。
I′= =
U
上面这个问题还可以用什么方法来求解？
（1）算出电流后，R2 上产生的热量：Q=W=UIt=220V× 4安焦× 30×60秒=1.584×106焦
（2）电饭锅消耗的功率:
1、电能全部转化为热能时，计算焦耳热时:Q=12Rt=W=Pt=Ult=U2R/t
电能全部转化为热能时，计算焦耳热时的公式有哪些，电能没有全部转化为热能时计算焦耳热时的公式是什么？
2、电能没有全部转化为热能时，Q=12Rt 此时Q 纯电阻电路中，电流做多少功，就是将多少电能转化成内能。
3
课堂小结
THANKS
“
”

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