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(共43张PPT)
电功和电功率、家庭电路
学业内容构架
内容要求
(对应课标P44)
(1)知道电流热效应，能设计与探究电流产生热量的影响因素。
(2)知道用电器消耗的电能可以用电功来量度，会计算用电器消耗的电能，了解家用电器的额定功率。
(3)了解家用电器的使用，能收集数据计算家用电器的能耗问题。
(4)知道电能表及熔断器(保险丝、空气断路器)的作用，了解家庭电路连接以及安全用电的常识。
内容要点
要点1　家庭电路、安全用电
1. 家庭电路的组成：进户线(包括 　火线　和零线)、电能表、闸刀开关、保险丝、用电器、插座、灯座、开关。
火线　
2. 电路的连接情况
(1)各用电器和插座(隐形的用电器)之间都是 　并联　连接。
(2)控制用电器的开关与用电器 　串联　。
(3)熔断器和开关必须连在 　火线　上，即先进熔断器和开关再进用电器。
并联　
串联　
火线　
3. 家庭电路各部分的作用
(1)进户线分为火线和零线。火线和零线之间电压为 　220V　。辨别火线与零线用 　测电笔　，使用测电笔时手指接触笔尾金属体，但不能接触笔尖金属体。
(2)电能表的作用是测量电路消耗的 　电能　。
(3)闸刀开关可以控制整个电路的通断，以便检测电路、更换设备。安装时注意静触点在上、动触点在下，以防断开后的动触点在重力作用下自动合上。
220V　
测电笔　
电能　
(4)熔断器(内装保险丝)的保险原理是当电路中电流过大时，保险丝会自动熔断，起到保护电路作用。保险丝一般由 　熔点较低　的铅锑合金制成。保险丝要串联接入电路，一般串联接在 　火线　上。保险丝选用原则： 　保险丝的额定电流等于或稍大于电路中正常工作的电流　。
(5)插座的作用是连接家用电器。
(6)用电器(电灯)、开关：白炽灯是利用电流的热效应进行工作的。螺丝口灯泡的螺旋接灯头的螺旋套，进而接零线；灯泡尾部的锡块接灯头的弹簧片，再通过开关接火线，可防止维修时触电。
熔点较低　
火线　
保险丝的额定电流等于或稍大于电路中正常工作的电流　
【细节解读】
1. 家庭电路中所用的保险丝不能用较粗的保险丝或铁丝、铜丝、铝丝等代替。因为铜丝电阻小，产生的热量少，且铜的熔点高，在电流过大时，不易熔断。
2. 保险丝的选材料原则与电热丝的选材料原则不能相混，保险丝要求熔点较低，而电热丝要求熔点较高，两者都要求电阻率较大。
3. 家庭电路烧断保险丝的原因：①发生短路引起电流过大；②用电器功率过大而使电流过大；③选择了额定电流过小的保险丝。
4. 安全用电
(1)安全电压一般指 　24V及以下　的电压。生产动力电路的电压为 　380　V，我国家庭电路的电压为 　220　V，都超出了安全电压。
(2)安全用电原则： 　不接触低压带电体，不靠近高压带电体　。
24V及以下　
380　
220　
不接触低压带电体，不靠近高压带电体　
【典例展示】
例1　如图所示是某同学家部分家庭电路的示意图。电能表上标有“220V，10(40)A”的字样，他家正在使用的所有用电器总功率为6kW，其中电饭煲的功率为1.5kW，饭煮熟后，他将这个电饭煲插头从插座中拔出，再将功率为1kW的电热水壶插头接入插座中，其它用电器仍正常工作，闭合电热水壶上的开关，空气开关跳闸。空气开关跳闸的原因可能是(　C　)
C
A. 照明灯的开关接在了零线与灯泡之间
B. 用电器的总功率过大
C. 电热水壶的内部电路短路
D. 接入电热水壶的插座短路
要点2　电功、电功率
(一)电功
1. 物理意义：度量电能转化为其他能量多少的物理量。
2. 定义：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。
3. 公式：W＝UIt＝Pt(适用于所有电路)。
4. 单位：焦耳，简称焦，符号为J，常用单位：千瓦时(kW·h)，俗称“度”。
1度＝1千瓦时＝1 kW·h＝3.6×106 J
5. 公式拓展
对于纯电阻电路可推导出：W＝I2Rt＝。
①串联电路中常用公式：W＝I2Rt。
W1∶W2＝R1∶R2。
②并联电路中常用公式：W＝。
W1∶W2＝R2∶R1。
③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：W＝W1＋W2。
(二)电功率
1. 物理意义：描述电流做功快慢的物理量。
2. 含义：电功率是电流在单位时间内做的功。
3. 公式：P＝＝UI＝I2R＝。
(1)串联纯电阻电路中常用公式：P＝I2R。
P1∶P2＝R1∶R2。
(2)并联纯电阻电路中常用公式：P＝。
P1∶P2＝R2∶R1。
(3)无论用电器串联或并联，计算总功率可用公式：P＝P1＋P2。
4. 单位：瓦特，简称瓦，符号为W，常用单位：千瓦(kW)。
5. 额定功率和实际功率
额定电压：正常工作的电压。
实际电压：实际得到的电压。
额定功率：在额定电压下工作时的电功率。
实际功率：在实际电压下工作时的电功率。
P额＝U额I额＝　R＝
(三)伏安法测量小灯泡的额定功率
1. 实验原理： 　P＝UI　，电路原理如图所示。
P＝UI　
2. 实验步骤
(1)按电路图连接电路。
(2)闭合开关，注意观察电压表示数，缓慢移动滑动变阻器滑片，使电压表示数达到小灯泡的 　额定电压　，记录电压值。
(3)同时，记录此时电流表的示数I。
(4)计算小灯泡的额定功率：P＝UI。
(5)稍移动变阻器的滑片，使电压表示数略高于或略低于灯泡的额定电压，观察此时小灯泡的亮度。
注：伏安法测小灯泡功率的目的是探究小灯泡的功率与亮度的关系。
额定电压　
【典例展示】
例2　如图所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S后，将滑动变阻器R2的滑片P从最右端向左移动到中点的过程中，下列说法中正确的是(　A　)
A
A. 滑动变阻器R2消耗的功率变大
B. 电流表A的示数变小
C. 电压表V的示数变大
D. 电压表V与电流表A的示数之比变大
例3　如图甲所示，电源电压保持不变，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。当滑片P由滑动变阻器b端移动到a端的过程中，分别测出几组对应的电压值和电流值，通过计算得出滑动变阻器对应的电功率P，并画出滑动变阻器的电功率P和电流I的关系图象，如图乙所示。求：
(1)滑动变阻器的最大阻值；
(1)由乙图可知，当滑片P在b端时，电路中的电流最小，且Ib＝0.2A ，Pb＝2W，由 P＝I2R可知，滑动变阻器的最大阻值为R＝＝＝50 Ω。
(2)R0的阻值和电源电压；
(2)由乙图可知，当滑片P在某点c处时，电路中的电流Ic＝0.4 A，Pc＝3.2 W，所以滑动变阻器连入电路的阻值 Rc＝＝＝20 Ω，
当滑片P在b端时，电源电压为 U＝Ib①
当滑片P在c点时，电源电压为U＝Ic②
由①②两式可得，电阻R0的阻值为
R0＝＝＝10Ω，
电源电压为
U＝Ib＝0.2A×＝12V。
(3)整个电路消耗的最小电功率和最大电功率之比。
(3)当滑片P在b端时，电路消耗的电功率最小，则
P最小＝UIb＝12V×0.2A＝2.4W，
当滑片P在a端时，电路消耗的电功率最大，则
P最大＝＝＝14.4W，
电路消耗的最小电功率与最大电功率之比为
＝＝，
或电路消耗的最小电功率与最大电功率之比为
＝＝＝＝。
例4　现有规格分别为“6 V，3 W”和“6 V，6 W”的两个小灯泡L1、L2，已知它们的电流与电压间关系如图所示。
(1)由图可知，L1、L2的灯丝电阻都随电流的增大而 　增大　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
增大　
(2)若将L1、L2并联接在学生电源间，电源电压调节为6 V，通电5 min，则两灯泡消耗的总电能为多少？
(2)两灯并联，U总＝6 V时，L1和L2都正常发光，W总＝P总t＝(3 W＋6 W)×5×60 s＝2700 J。
(3)若将L1、L2串联接在学生电源间，调节电源电压，在保证每个灯泡两端电压不超过其额定电压的情况下，L1、L2消耗的实际总功率最大值是多少？
(3)L1和L2的额定电流分别为：I1＝＝＝0.5 A，I2＝＝＝1 A，L1和L2串联时，最大电流为0.5 A。由图可知，P1'＝6 V×0.5 A＝3 W，P2'＝2 V×0.5 A＝1 W，所以L1和L2实际消耗的最大功率P＝P1'＋P2'＝4 W。
例5　小明用标有“2.5V”字样的小灯泡做“测量小灯泡的电功率”实验，设计了如图甲所示的电路图。
甲
(1)闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于 　b　(选填“a”或“b”)端，闭合开关后，发现小灯泡不亮，则电路故障可能是滑动变阻器 　断路　(选填“短路”或“断路”)；
b　
断路
(2)排除故障后，某次实验电压表的示数如图乙所示，为 　1.2　V；小明测得多组数据，并画出如图丙所示的图象，由图象可知小灯泡正常发光时的电阻为 　6.25　Ω，小灯泡的额定功率为 　1　W；
乙
1.2　
6.25　
1　
(3)图丙的图象是一条曲线的原因是小灯泡的电阻随温度升高而 　增大　(选填“增大”或“减小”)。
丙
增大
(4)受到上述实验的启发，为测量高温物体的温度，小明将图甲电路改装成一个简易的温度传感器。思路如下：将图甲中的小灯泡换成与灯丝同种材料的电阻丝，选择图中一个电表改装为温度显示仪。你建议他选哪个电表？请说明理由(从电表的示数随待测物体的温度变化关系进行阐述)： 　电压表；温度越高，电阻丝的电阻越大，根据串联电路分压原理可知，电阻丝两端的电压越大，因此选择电压表改装为温度显示仪。　。
电压表；温度越高，电阻丝的电阻越大，根据串联电路分压原理
可知，电阻丝两端的电压越大，因此选择电压表改装为温度显示仪。　
要点3　电热器
1. 电流热效应
电流通过导体时， 　电　能转化为 　内　能，这种现象叫做电流的热效应。
电　
内　
2. 电流的热效应的探究实验
用控制变量法进行研究
(1)在电流相同，通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
(2)在电阻相同，通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
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产生热量的多少。实验采用煤油的原因是煤油比热容小且绝缘。
3. 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：Q＝I2Rt(适用于所有电路)。
对于纯电阻电路可推导出：Q＝UIt＝＝W＝Pt。
【细节解读】
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，只能通过将两者相减：P机＝P总－P热＝UI－I2R。
【典例展示】
例6　小明为爷爷设计了一款有“速热”和“保温”两挡的防寒服，内部电路简化如图所示。电源两端电压为6V，电热丝R1、R2的阻值恒定，R1＝4Ω。
(1)只闭合开关S1时，通过R1的电流是多大？
(1)只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，通过R1的电流：I1＝＝＝1.5A；
(2)只闭合开关S1时，R1的电功率是多少？
(2)只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，R1的电功率：P1＝＝＝9W；
(3)电源两端电压为6V时，“速热”挡的电功率为36W。若更换成电压为5V的电源，则使用“速热”挡通电10s产生的热量是多少？
(3)由图可知，只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，两开关都闭合时，两电阻并联，由P＝可知，此时功率最大，为“速热”挡，已知电源两端电压为6V时，由P＝UI可得，干路中的电流：I＝＝＝6A，
通过I2的电流：I2＝I－I1＝6A－1.5A＝4.5A，
R2的阻值：R2＝＝＝Ω，
若更换成电压为5V的电源，此时电路中的电流：
I'＝＋＝＋＝5A，
使用“速热”挡通电10s产生的热量：
Q＝W＝U'I't＝5V×5A×10s＝250J。
例7　某科学小组对电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关进行了研究。装置如图，2只烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙。
猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多；
猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。
①将电阻丝R甲和R乙串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置，闭合开关记下电流表的读数I1，经过一段时间后标出2根玻璃管内液面的位置；
②当2根玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关记下电流表的读数I2，经过相同时间后标出2根玻璃管内液面的位置。
为验证猜想一，设计以下方案：
请回答下列问题：
(1)为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想。为比较电热丝产生热量的多少，实验中体现这些思想的设计有： 　通过玻璃管内液面上升的高度来反映电热丝产生热量的多少　(写出一条即可)。
(2)为验证猜想一，必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度，原因是 　保持前后两次电阻的大小相同　。
(3)科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例： 　电炉丝的发热体放热比连接电炉丝的导线放热多　(合理即可)。
通过玻璃管内液面上升
的高度来反映电热丝产生热量的多少　
保持前后两次电阻的大小相同　
电炉丝的发热体放热比连接电炉丝的导线放热多　

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