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第3节　跨学科实践:为家庭节约用电提建议
项目主题 为家庭节约用电提建议 活动时间 年　　月　　日
活动地点 参加人员
项目简介 【知识准备】 1.电能是家庭生活中重要的能源,生活中电能的利用无处不在。电灯把电能转化为________能,供我们照明;电热水器、电饭锅等把电能转化为________能,为我们烧水、做饭;电风扇把电能转化为__________能,为我们降温避暑;电动车中的电动机把电能转化为__________能,为我们提供方便。 2.家庭中的家用电器有着相同的__________电压,但额定功率一般不同。运用__________表可以测量用电器在一段时间内消耗的电能,也可以运用公式__________,结合用电器的额定功率计算得到用电器在一段时间内正常工作时所消耗的电能。 3.电能的社会需求越来越多,能源供应日益紧张。1 kW·h的电能可以让洗衣机工作约2.7 h,让电脑工作约5 h,灌溉农田约330 m2,所以每个人都应具有节约电能的意识。我们要从点点滴滴做起,结合公式__________可知,节约用电既可以从降低用电器工作的功率入手,也可以从减少__________入手。请你从用电器的使用时长、使用状态等角度,写出至少两条节约用电的建议: (1)___________________________;(2)_______________________________。 光
内
机械
机械
额定
电能
W=Pt
W=Pt
工作时间
出门时注意随手关灯
降低空调制热温度
项目 简介 【项目实施】
1.调查家中的用电情况
(1)通过电能表计算家中一周内消耗的电能:周日18:00时电能表的示数为__________,下周日18:00时电能表的示数为__________,则家中一周内消耗的电能为__________。
(2)通过上网等手段从电网公司直接了解家中一周内消耗的电能,并记录:__________。
(1)根据观察到电能表的数据填写
(2)根据查询情况填写
项目简介 2.了解用电器的耗电情况
(1)家中用电器耗电情况记录表。

(2)对于电热水器、空调等工作状态不同的用电器消耗的电能,可以利用电力监测仪直接进行测量。
用电器名称 电功率 工作状态 工作时长 消耗的电能
电视机
电风扇
电饭煲
抽油烟机
照明灯
电冰箱
……
根据调查情况据实填写
项目简介 3.提出节电建议
(1)从用电器的使用时长的角度,提出的建议:
①_______________________________________;
②_______________________________________;
③_______________________________________;
④_______________________________________;
…………
(2)从用电器的使用状态的角度,提出的建议:
①_______________________________________;
②_______________________________________;
③_______________________________________
④_______________________________________;
…………
4.评估节电建议的效果
按照节电建议实施一段时间后,再次通过电能表计算家中一周内消耗的电能,或通过上网等手段从电网公司了解家中一周内消耗的电能,和前面所做的记录情况进行比较,评估节电建议的效果。
结合家中具体情况填写
本课结束(共17张PPT)
第18章　电功率 梳理延伸
目 录
本 章 知 识 梳 理
专 题 归 纳 复 习
本章知识梳理
专题归纳复习
专题归纳一 电功、电功率和电热的综合计算
1.相关公式。
物理量 电能全部转化为内能的电路 电能部分转化为内能的电路
电功 W=UIt=Pt
电功率
电热 Q=I2Rt
发热功率 P热=I2R
2.公式的选择。
先审题,明确已知的物理量和所求量,然后再分析电路的性质(电能是否全部转化为内能),看哪个公式已知量多,就选用哪个公式。欧姆定律只适用于电能全部转化为内能的电路。
3.隐含条件。
进行计算时,一般可认为用电器的电阻不随温度的变化而变化,这是一个隐含条件。此类题目通常提供用电器铭牌或说明书,给出额定电压U额、额定功率P额等条件,一般可运用I额=计算额定电流,运用R=计算用电器工作时的电阻。若给出了实际电压,则可运用P实=P额计算实际功率。
典例分析1(2024·重庆中考A卷)图甲是同学们自制的调光小台灯,图乙是台灯的电路原理图。电源电压为3 V,R是调节亮度的变阻器接入电路的阻值,其最大阻值为10 Ω。灯L标有“2.5 V　0.5 W”字样。忽略温度对电阻的影响。
(1)求灯L正常发光时的电阻。
(2)灯L正常发光时,求变阻器工作10 min产生的热量。
(3)电源电压降为2.7 V后,求灯L的最小实际电功率。
甲
乙
答案:(1)12.5 Ω　(2)60 J　(3)0.18 W
解析:(1)灯L正常发光时的电流I额==0.2 A
灯L正常发光时的电阻RL==12.5 Ω。
(2)通过变阻器的电流IR=I额=0.2 A
变阻器两端的电压UR=U-U额=3 V-2.5 V=0.5 V
变阻器工作10 min产生的热量QR=WR=URIRt=0.5 V×0.2 A×10×60 s=60 J。
(3)电源电压降为U'=2.7 V后,当变阻器接入电路的阻值最大时,电路中的电流最小,此时灯的实际功率最小,电路中的最小电流
I小==0.12 A
灯L的最小实际电功率PL小=RL=(0.12 A)2×12.5 Ω=0.18 W。
专题归纳二 有关多挡位问题的分析与计算
家用电热器正常工作时的电压一般都是220 V,由P=可知,电路总电阻越小,加热总功率就越大。所以,当电热器的电路总电阻最小时,电热器处于加热状态;当电路总电阻最大时,电热器处于保温状态。
典例分析2一款小型电火锅如图甲所示,可以通过挡位开关实现高、中、低三挡控温功能;图乙是它的简化电路图。加热电阻的阻值分别为R1、R2、R3(阻值保持不变),已知R1为176 Ω,电火锅的部分参数如表所示,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。
乙
甲
额定电压 220 V
低温挡功率
中温挡功率 440 W
高温挡功率 1 100 W
(1)阻值R2是多少
(2)电火锅在低温挡工作时的功率是多少
(3)某次使用时,在标准大气压下,用中温挡将1 kg水从20 ℃加热到沸腾,用时14 min,不计热量损失,该电火锅中温挡的实际功率是多少
答案:(1)66 Ω (2)220 W
(3)400 W
解析:(1)由题图乙知,开关接高温触点时,阻值为R3的加热电阻单独在电路中工作,
由P=知,R3==44 Ω
开关接中温触点时,阻值分别为R2、R3的加热电阻串联在电路中,电路的总电阻R中==110 Ω
R2的阻值R2=R中-R3=110 Ω-44 Ω=66 Ω。
(2)使用低温挡时,阻值分别为R1和R3的加热电阻串联,电路的总电阻
R低=R1+R3=176 Ω+44 Ω=220 Ω
低温挡的功率P低==220 W。
(3)水吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃-20 ℃) =3.36×105 J
不计热量损失,电火锅消耗的电能W=Q吸=3.36×105 J
电火锅中温挡的实际功率P实==400 W。
【探究学习活动】
典例分析3(2024·江苏扬州中考)温差发电技术是绿色环保的发电技术,利用热电转换材料和两块金属板可制成简易的温差发电装置。如图所示,将发电装置的一块金属板放在室温的冷水中,用火焰加热另一块金属板,观察到与热电转换材料连接的LED小灯珠发光。
(1)小明想利用此装置探究发电的电压与温度的关系,对此装置做了适当的改进:将LED小灯珠拆下,换成数字电压表接入电路;撤去蜡烛,将上端金属板A浸入热水中,用温度计每隔一段时间测量一次冷、热水的温度。测得数据如表所示。
热水温度t1/℃ 84.7 74.8 73.0 70.8 69.5 68.4
冷热水温差Δt/℃ 64.1 54.2 52.4 50.2 48.9 47.8
电压U/V 5.39 5.27 4.57 4.25 4.16 3.90
①改变热源的目的是______________________________。
②分析表格数据,当时的室温是__________ ℃。
③要提高发电电压可采取的办法是____________________________、____________________(针对不同影响因素各写1条)。
便于准确记录温度
20.6
提高热水的温度
降低室温
(2)我国科学家成功利用人体和环境的温差做出了温差电池。若该电池在1 ℃的温差下可以产生2×10-2 V的电压,输出功率为1×10-6 W,则输出电流为__________ A。
5×10-5
解析:(1)①探究发电的电压与温度的关系,需要记录不同温度差下的电压表示数,若用蜡烛加热金属板,则金属板的温度不易测量,且温度不易控制,从而难以得到温度差,故撤去蜡烛,将上端金属板A浸入热水中,用温度计每隔一段时间测量冷、热水的温度,从而得到温度差。②由表格数据可知,冷水温度t2=t1-Δt=84.7 ℃-64.1 ℃=…=68.4 ℃-47.8 ℃=20.6 ℃,即水在室温下的温度,因此当时的室温是20.6 ℃。③分析表格数据可知,冷热水温差越大,发电的电压越高,因此要提高发电电压,可以增大温度差,即提高热水的温度或者降低室温。(2)根据P=UI得输出电流I==5×10-5 A。
本课结束(共13张PPT)
专项训练四　电学综合动态电路的分析与计算
类型一　滑动变阻器类
1.为研究调光灯的工作原理,某小组设计了如图甲所示的模拟电路进行探究。已知灯泡L标有“12 V　12 W”字样,电源电压恒定不变。在保证电路安全的情况下,通过调节滑动变阻器,分别记录三个电表的示数,并将电表示数绘制成如图乙所示的关系图像。
甲
乙
(1)求灯泡L正常发光时的电流。
(2)求灯泡L正常发光10 s消耗的电能。
(3)求电源电压。
(4)求滑动变阻器阻值的变化范围。
答案:(1)1 A (2)120 J (3)18 V (4)6~50 Ω
解析:(1)灯泡L正常发光时的电流IL==1 A。
(2)灯泡L正常发光10 s消耗的电能W=Pt=12 W×10 s=120 J。
(3)由图乙知,当电流最小为0.3 A时,灯泡和滑动变阻器两端的电压分别为3 V和15 V,故电源电压U=UL+UR=3 V+15 V=18 V。
(4)当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,R==50 Ω
当滑动变阻器接入电路的电阻最小时,U'=U-UL=18 V-12 V=6 V
R'==6 Ω
故滑动变阻器阻值的变化范围是6~50 Ω。
类型二　多开关类
2.如图所示电路中,电源电压不变,灯泡L标有“6 V　3 W“字样,两个定值电阻的阻值分别为R1、R2。当开关S闭合,S1和S2断开时,灯泡L正常发光,L和阻值为R1的定值电阻的功率之比为3∶1;当开关都闭合时,阻值分别为R1和R2的定值电阻的功率之比为4∶1。
(1)求灯泡L正常发光时的电阻。
(2)求开关都闭合时R2的功率。
答案:(1)12 Ω　(2)4 W
解析:(1)灯泡L标有“6 V　3 W”,由P=可得,灯泡的电阻为R==12 Ω。
(2)当S闭合,S1和S2断开时,灯泡L和阻值为R1的定值电阻串联,
根据串联电流相等,P=UI知,电压之比等于功率之比为3∶1,灯泡正常发光,电压为6 V,则阻值为R1的定值电阻两端的电压为2 V,电源电压U=UL+U1=6 V+2 V=8 V
根据P=UI=I2R知,电功率之比等于电阻之比,故电阻之比为3∶1,则R1=R=×12 Ω=4 Ω
当开关都闭合时,L被短路,两电阻并联,
根据P=,电功率之比等于电阻倒数之比,两电阻的功率之比为4∶1,电阻之比为1∶4,故R2=4R1=4×4 Ω=16 Ω
结合并联电路的特点分析电阻,根据P=计算阻值为R2的定值电阻的功率
P2==4 W。
类型三　滑动变阻器与多开关综合类
3.如图所示,电源电压为6 V恒定不变,灯泡L标有“2 V　0.4 W”的字样(忽略温度对灯丝电阻的影响),滑动变阻器标有“60 Ω　1 A”的字样,电流表的测量范围为0~0.6 A,电压表的测量范围为0~3 V。
(1)求灯泡L正常发光时的电阻。
(2)当开关S1、S2均闭合,S3接b,滑动变阻器滑片移到最大阻值处时,电流表示数为0.4 A,求阻值R1。
(3)在保证电路安全的情况下,求整个电路电功率的变化范围。
答案:(1)10 Ω (2)20 Ω (3)0.6~3.6 W
解析:(1)由P=得,灯泡L正常发光时的电阻RL==10 Ω。
(2)当S1、S2均闭合,S3接b,滑动变阻器滑片移到最大阻值处时,灯泡被短路,定值电阻与滑动变阻器并联,
电路总电流I=0.4 A
通过滑动变阻器的电流I2==0.1 A
通过定值电阻的电流I1=I-I2=0.4 A-0.1 A=0.3 A
定值电阻的阻值R1==20 Ω。
(3)开关S1和S2断开,S3接a,灯泡L、定值电阻、滑动变阻器串联,电压表示数为3 V时,电流最小,电路总功率最小;
灯泡L与定值电阻的电压之和U'=U-U滑=6 V-3 V=3 V
电路中的最小电流I'==0.1 A
电路的最小功率Pmin=UI'=6 V×0.1 A=0.6 W
当S1、S2均闭合,S3接b时,灯泡被短路,定值电阻与滑动变阻器并联,移动滑片,使电流表示数为I最大=0.6 A时,电路总功率最大,
此时电路的最大功率Pmax=UI最大=6 V×0.6 A=3.6 W,
整个电路电功率的变化范围为0.6~3.6 W。
类型四　敏感电阻类
4.(2024·四川泸州中考)一辆新能源电动汽车具有车速提醒功能,当车速过快时,会提醒驾驶员需要减速。图甲为该车提醒功能的简化电路图,电源电压为12 V,定值电阻的阻值R为10 Ω,另有一阻值随车速变化的电阻器,其阻值RV随车速变化的关系图像如图乙所示。当车速达到120 km/h时,观察到电压表示数为10 V,且报警铃声响起。该车驶入某高速服务区充电,充电后电桩显示屏的信息为:充电电压360 V,时间30 min,单价1.2元/(kW·h),费用43.2元。
(1)求本次充电的电流。
(2)当车速减为0时,求电压表的示数。
(3)当电压表的示数为9 V时,求此车的速度。
答案:(1)200 A　(2)6 V　(3)60 km/h
解析:(1)充电使用的电能为43.2元÷1.2元/度=36度=36 kW·h
本次充电的功率P==72 kW=7.2×104 W
本次充电的电流I1==200 A。
(2)由图甲可知,阻值为R的定值电阻与阻值为RV的电阻串联,电压表测量阻值为RV的电阻两端的电压,根据图像,当车速为0时,阻值为RV的电阻的阻值为10 Ω,
电路中的电流I2==0.6 A
阻值为RV的电阻两端的电压即电压表的示数UV=I2RV=0.6 A×10 Ω=6 V。
(3)当车速为120 km/h时,电压表示数为10 V,定值电阻两端的电压UR=U总-UV=12 V-10 V=2 V
此时电路中电流I3==0.2 A
RV==50 Ω
当电压表示数为9 V时,定值电阻的电压为UR'=U总-UV'=12 V-9 V=3 V
此时电路中电流I4==0.3 A
RV'==30 Ω
由图乙图像可知,RV每增加10 Ω,车速增加30 km/h,故此时车速为60 km/h。
本课结束(共16张PPT)
第2节　电功率
目 录
课前 自主预习
课堂 互动理解
课前 自主预习
一、电功率
阅读教材,完成下列问题。
1.在物理学中用电功率表示____________________。
2.电功率等于__________与完成这些电功所用的时间__________。如果电功用W表示,完成这些电功所用的时间用t表示,电功率用P表示,那么P=__________,将电功W=UIt代入上式得P=__________。
3.电功率的单位是瓦特,简称瓦,符号是W,比瓦大的单位是千瓦,符号是__________,二者的换算关系是______________;比瓦小的单位是毫瓦,符号是__________,二者的换算关系是_____________。
4.千瓦时:电功率为__________的用电器工作__________所消耗的电能就是1 kW·h。
电流做功的快慢
电功
之比
　
UI
kW
1 kW=103 W
mW
1 W=103 mW
1 kW
1 h
二、额定电压　额定功率
阅读教材,完成下列问题。
1.通过教材上的小灯泡的电功率随电压变化的演示实验,可以得出怎样的结论
2.什么叫作额定电压 什么叫作额定功率
在不同的电压下,同一个小灯泡的亮度不同,电功率也不一样;小灯泡的电功率随着它两端的电压而改变。
用电器正常工作时的电压叫作额定电压;用电器在额定电压下工作时的电功率叫作额定功率。
3.冬天到了,妈妈为了让小语在学习的时候有个温暖的环境,买了一台电暖器,上面标有“220 V　1 000 W”的字样,这里的“220 V”“1 000 W”表示的物理意义是什么
“220 V”表示该电暖器的额定电压是220 V,“1 000 W”表示额定功率是1 000 W。
三、电功率的测量
阅读教材,完成下列问题。
1.直接测量:用____________________直接测量。
2.间接测量:测量用电器两端的__________和通过用电器的__________,由电功率公式__________计算得出。
电力监测仪
电压
电流
P=UI
课堂 互动理解
一、应用电功率公式进行电功率和电功的计算
1.正确理解电功率的计算公式。
(1)定义式
(2)导出公式:P=UI,P=,P=I2R。
(3)选用公式时需注意:
①P=可变形为W=Pt,t=;P=UI可变形为U=,I=。使用时,要根据题意选择公式或进行公式的变形。
②P=I2R和P=,这两个公式仅适用于纯电阻电路,即电能全部转化为内能的电路,例如电炉、电饭锅、电熨斗等。
2.串、并联电路中电功率的特点及分配关系。
内容 串联电路 并联电路
图示
特点 整个电路消耗的总功率都等于各个用电器消耗的电功率之和,即P=P1+P2 分配关系
跟踪训练1某用电器工作1 min消耗了2 400 J的电能,则该用电器的电功率是__________ W。小明家新购置了一台1 kW的空调,这台空调正常工作时两端的电压为220 V,空调正常工作时通过它的电流为__________ A(保留一位小数)。若小明家原有用电器的总功率为5 600 W,现在让所有用电器同时正常工作,则电路的总功率为__________ W。
40
4.5
6 600
二、正确理解额定电压和额定功率、实际电压和实际功率,并进行相关的计算
1.额定电压和额定功率及相关物理量。
项目 定义 说明
额定电压 用电器正常工作时的电压 一般标注在用电器的铭牌上,常用U额表示
额定功率 用电器在额定电压下工作时的电功率 一般标注在用电器的铭牌上,常用P额表示
额定电流 用电器正常工作时的电流 有时标注在用电器的铭牌上,常用I额表示
实际电压 用电器实际工作时的电压 可能与额定电压相等,也可能不等,常用U实表示
实际功率 用电器在实际电压下工作时的电功率 可能与额定功率相等,也可能不等,常用P实表示,是变化的
2.解题时的隐含条件。
如果电路是纯电阻电路,即电流通过用电器做功把消耗的电能全部转化为内能,用电器的额定电压为U额,用电器的额定功率为P额,那么用电器正常工作时的电流I额=,用电器正常工作时的电阻R=。若不考虑温度对电阻的影响,则此类用电器的电阻可以认为是不变的,直接利用R=就可计算出来。用电器的实际电压、实际功率、额定电压和额定功率的关系是R=,可见,对于一个给定的用电器,它的实际功率跟实际电压的二次方成正比。
跟踪训练2(2024·四川内江中考)如图所示,电源电压恒为4 V、小灯泡标有“2.5 V　1 W”的字样(电阻不变),滑动变阻器上标有“20 Ω　1 A”的字样,电流表的测量范围为0~0.6 A,电压表的测量范围为0~3 V。闭合开关,移动滑动变阻器的滑片到某处时,电流表的示数为0.2 A,则小灯泡的实际功率为__________ W;在保证电路安全的情况下,继续移动滑片,设移动过程中滑动变阻器的电功率为P1,小灯泡的电功率为P2,的最大值为a、最小值为b,则=__________。
0.25
5
解析:根据小灯泡的规格“2.5 V　1 W”可得小灯泡的电阻R灯==6.25 Ω。由题图可知,小灯泡与滑动变阻器串联,电流表测电路中的电流,电压表测滑动变阻器两端的电压,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片到某处,此时电路中的电流I=0.2 A,小灯泡的电阻不变,小灯泡的实际功率P实=I2R灯=(0.2 A)2×6.25 Ω=0.25 W。由于串联电路中有P1=I2R,P2=I2R灯,所以最大和最小的情况分别对应R取最大值和最小值的情况。由于电流表的测量范围为0~0.6 A,电压表的测量范围为0~3 V,保证电路安全的情况下,当电压表示数为3 V时,接入电路的滑动变阻器的阻值最大,此时电路中的电流最小,根据串联电路分压特点及欧姆定律可得电路此时的电流
I1==0.16 A,此时滑动变阻器电功率P1=3 V×I1=3 V×0.16 A =0.48 W,小灯泡的电功率P2=R灯=(0.16 A)2×6.25 Ω=0.16 W,此时=3。因为小灯泡的额定电流为0.4 A,所以电路通过的最大电流为0.4 A,此时接入电路的滑动变阻器的阻值最小,电路中的电流最大,所以小灯泡两端的电压为额定电压2.5 V,电流为0.4 A,电功率P2'=1 W,根据串联电路分压特点可得此时滑动变阻器两端的电压U'=4 V-2.5 V=1.5 V,电功率P1'=U'×0.4 A =1.5 V×0.4 A=0.6 W,则=0.6,即最大值a=3,最小值b=0.6,则=5。
本课结束(共13张PPT)
第1节　电能　电功
目 录
课前 自主预习
课堂 互动理解
课前 自主预习
一、电能
阅读教材,完成下列问题。
1.从能量转化的角度来看,电源和用电器的作用分别是什么
2.电能的单位是__________,符号是__________,俗称“度”,该单位与常用的能量单位之间的换算关系是______________________________。
3.用电能表可以计量一段时间内消耗的电能,这段时间起始和结束时电能表的两次___________就是这段时间内的用电量。
电源提供电能,把其他形式的能转化为电能;用电器消耗电能,把电能转化为其他形式的能。
千瓦时
kW·h
1 kW·h=3.6×106 J
示数之差
二、电功
阅读教材,完成下列问题。
1.电能转化为其他形式的能的过程可以说成是__________的过程,有多少电能发生了转化就说电流__________,即电功是多少。
2.电功W(或者说消耗的电能)的计算公式是__________,其中,电路两端的电压为_________,电路中的电流为_________,通电时间为_________。
电流做功
做了多少功
W=UIt
U
I
t
课堂 互动理解
一、电能的计量及电费的计算
两种常用电能表的表盘面板如图所示。
(1)认识电能表:电能表上标识的能量单位是kW·h。图甲中,电能表的示数是2 024.6 kW·h。
(2)电能的计量:某段时间内消耗的电能等于这段时间起始和结束时电能表的两次示数之差。以图乙所示的脉冲电能表为例,用电时脉冲灯闪烁,闪烁越快则相同时间内用电越多;示数由液晶板显示,按键可以切换显示的内容,比如图乙中显示的是截至上个月末电能表记录的总电量,为20 236.31 kW·h,切换回当前总电量后如图丙所示,则本月已用电量为20 246.31 kW·h-20 236.31 kW·h=10 kW·h。
(3)电费的计算:已知某段时间内的用电量,根据电费标准,可以计算出某段时间应交的电费。
【拓展延伸】 电能表上几个重要参数的物理意义
以图乙所示电能表为例:
“220 V”表示这个电能表应在220 V的电压下使用;
“5(80) A”表示这个电能表的标定电流为5 A,额定最大电流为80 A,电能表工作时的电流不应超过其额定最大电流;
“50 Hz”表示这个电能表在频率为50 Hz的交流电路中使用;
“1 200 imp/(kW·h)”表示接在这个电能表上的用电器每消耗1 kW·h的电能,电能表上的脉冲灯闪烁1 200次。
跟踪训练1一电能表在月初时的示数为 ,月末时的示数为
,则本月用电__________ kW·h。小明观察到电能表表盘上标有“1 200 imp/(kW·h)”,他将某用电器单独接在该表上,在用电器工作的一段时间内,电能表上的脉冲灯闪烁了60次,则该用电器在这段时间内消耗的电能是__________ J。
118.6
1.8×105
解析:电能表显示数字的最后一位为小数位,则本月用电量W=W结束-W起始=3 465.4 kW·h-3 346.8 kW·h=118.6 kW·h。该用电器在这段时间内消耗的电能W'=×1 kW·h= kW·h=0.05 kW·h=1.8×105 J。
二、理解电功的概念,会进行简单的计算
1.理解电功和电能的关系。
电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程,电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能。注意:电功是过程量,反映的是电能消耗的多少;电能是状态量,反映的是电流能够做功的多少。
2.电功的计算。
3.电功公式的导出公式。
把欧姆定律I=代入电功公式W=UIt,可以推导出:(1)W=I2Rt;(2)W=t。
注意:
(1)公式W=UIt可以用来计算任何情况下电流所做的功。
(2)W=I2Rt和W=t仅适用于纯电阻电路中电功的计算,纯电阻电路是指电流通过该电路时,电能全部转化为内能的电路。若电能只有一部分转化为内能,如含有电动机的电路,这样的电路就被称为非纯电阻电路,是不能用W=I2Rt和W=t来计算电功的。
跟踪训练2(2024·江苏扬州中考)家中应急手电筒的电路图如图所示,电源电压为3 V,闭合开关,通过灯泡的电流为0.6 A,忽略灯泡电阻的变化。
(1)求灯泡的电阻R。
(2)求电路工作1 min消耗的电能W。
答案:(1)5 Ω　(2)108 J
解析:(1)灯泡两端的电压U=3 V
通过灯泡的电流I=0.6 A
根据欧姆定律I=可知,灯泡的电阻R==5 Ω。
(2)电路工作的时间t=1 min=60 s
电路工作1 min消耗的电能W=UIt=3 V×0.6 A×60 s=108 J。
【思路引导】 (1)由已知量求解未知量,分析如下:
灯泡的电阻
(2)已知灯泡两端的电压U、通过灯泡的电流I和工作时间t,应用电功公式W=UIt进行计算。
本课结束(共20张PPT)
第4节　焦耳定律
目 录
课前 自主预习
课堂 互动理解
课前 自主预习
一、电流的热效应
阅读教材,完成下列问题。
1.电流通过导体时电能转化成__________,这种现象叫作电流的热效应。
2.请你列举生活中利用电流的热效应的一个实例。
内能
电饭锅(或电暖器、电饼铛等,答案合理即可)
3.教材通过实验对电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关进行了探究,请你回答:
(1)电热和电阻之间存在怎样的关系
(2)电热和电流之间存在怎样的关系
在电流相同、通电时间相同的情况下,一段电阻丝的电阻越大,这段电阻丝产生的热量越多。
在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过一段电阻丝的电流越大,这段电阻丝产生的热量越多。
二、焦耳定律
阅读教材,完成下列问题。
1.内容:电流通过导体产生的热量跟电流的__________成正比,跟导体的电阻成正比,跟__________成正比。
2.公式:Q=__________。其中,__________表示热量,__________表示电流, __________表示电阻,__________表示通电时间。
3.请你运用焦耳定律解释:用导线把电炉丝接到电路中,为什么电炉丝和导线中通过的电流相等,但电炉丝很热,而导线却不热
二次方
通电时间
I2Rt
Q
I
R
t
电炉丝和导线中通过的电流相等,但由于电炉丝的电阻远大于导线的电阻,根据焦耳定律Q=I2Rt可知,电流通过电炉丝产生的热量远大于通过导线产生的热量,所以电炉丝很热,而导线却不热。
三、电热的利用和防止
阅读教材,完成下列问题。
1.请列举生活生产中利用电热的例子,至少列举2个。
2.为防止电热造成的危害,提高电子器件的使用寿命,不少用电器都采取了有效的散热措施,请你列举2个实例。
电热水器、电饭锅、电熨斗、电压力锅、鸡苗孵化器等。(答案合理即可)
笔记本电脑通过安装风扇散热;一些手机利用铜片、石墨散热片、热管等散热;大数据服务器采取多种方式进行散热等。(答案合理即可)
课堂 互动理解
一、探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关
1.电热与电阻的关系。
【实验思路】
两个透明容器中密封着等量的空气,在两个容器中分别串联接入电阻不等的两段电阻丝,通电一段时间,通过U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化,从而间接反映电热的多少,进一步推导出电热和电阻的关系。
【实验过程】
如图所示,将两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端,通电一段时间后,观察到与右边容器相通的U形管液面的高度差较大。
【实验结论】在电流相同、通电时间相同的情况下,一段电阻丝的电阻越大,这段电阻丝产生的热量越多。
2.电热与电流的关系。
【实验思路】
两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大,在其中一个容器的外部,将另一段电阻丝与容器内的电阻丝并联。闭合开关,通电一段时间,观察两个U形管中液面高度的变化,分析得出电热和电流的关系。
【实验过程】
如图所示,闭合开关,通电一段时间后,观察到与左边容器相通的U形管液面的高度差大。
【实验结论】在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过一段电阻丝的电流越大,这段电阻丝产生的热量越多。
跟踪训练1小明用如图所示的装置(两个透明容器中密封着等量的空气)探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关。
(1)U形管中液面高度变化主要是由__________(选填“液体”或“气体”)热胀冷缩引起的。
(2)图甲能探究电流通过导体产生的热量与__________(选填“电压”“电流”或“电阻”)的关系。
甲
气体
电阻
(3)图乙中,右侧容器外部的电阻丝的作用是使左右容器内电阻丝的______不相等。若图乙中右侧容器中电阻丝的电阻为10 Ω,则相同时间内乙图中左右两侧容器中电阻丝产生的热量之比为__________。
(4)因为电流产生的热量不易直接测量,所以实验中是通过U形管中液面高度的变化来反映容器内空气温度的变化的,这里采用的物理研究方法是__________。
乙
电流
2∶1
转换法
解析:(1)(2)题图甲中两个透明容器中封闭着等量的空气,加热后空气膨胀使得U形管中液面高度发生变化,串联电路控制电流和通电时间相同,电阻不同,探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。(3)题图乙右侧容器内的电阻丝与外面的电阻丝的电阻相等,根据并联电阻的分流规律,内外两支路的电流相等,并联电路与左侧串联,通过左侧容器中电阻丝的电流为干路电流,因而通过左侧容器中电阻丝的电流是通过右侧容器中电阻丝的电流的2倍,而左侧电阻是右侧的一半,根据Q=I2Rt可知,左右两侧容器中电阻丝产生的热量之比为2∶1。(4)将电流通过电阻丝产生热量的多少通过U形管中液面高度的变化显示出来,运用了转换法。
二、理解焦耳定律,并能运用焦耳定律进行电热的计算
1.焦耳定律Q=I2Rt的理论推导。
电流通过导体时,如果电能全部转化为内能,而没有同时转化为其他形式的能量,那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W,即Q=W=UIt。
再根据欧姆定律I=得出U=IR,则Q=W=UIt=IR·It=I2Rt。
可见,在消耗的电能全部用来产生热量的情况下,根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。
2.理解和应用焦耳定律应注意的几个问题。
(1)焦耳定律揭示了电流热效应的规律,其实质是电能转化为内能的规律的定量表示。
(2)焦耳定律适用于任何用电器产生的热量计算。应用公式Q=I2Rt进行计算时,需注意公式中各个物理量都要对应同一导体或同一段电路,即同一性;还要保持同时性;更要统一使用国际单位制的单位,即统一性。
(3)正确区分电热和电功。只有在纯电阻电路中,电热才等于电功(消耗的电能),即Q=W=I2Rt=t。在非纯电阻电路中,消耗的电能中只有一部分用来产生热量,而其他的电能转化成了电热之外的其他形式的能量,此时W>Q。如电流通过电动机时,电流做功,大部分电能转化成了机械能,只有一小部分电能转化成了内能。在非纯电阻电路中,消耗的电能用W=Pt=UIt来计算,产生的电热用Q=I2Rt来计算。
(4)注意结论成立的条件。根据公式Q=I2Rt可知,在电流、通电时间一定时,电流通过导体产生的热量跟导体电阻的大小成正比。而根据公式Q=W=t可知,只有在电压与通电时间一定时,电流通过导体产生的热量跟电阻的大小成反比的结论才成立。
跟踪训练2(2024·内蒙古中考)如图所示,电水壶的规格为“220 V　1 210 W”,电热水器的规格为“220 V　2 420 W”,电能表上标着“3 000 revs/(kW·h)”,表示每消耗1 kW·h电能,电能表的铝盘转动3 000转。当电路中单独使用电水壶烧水时,铝盘转动165转,用时180 s;某次电路中单独使用电热水器6 min。导线、电水壶和电热水器的电阻不随温度变化。
(1)求电水壶和电热水器的电阻。
(2)求此时单独使用电热水器时导线产生的热量。
答案:(1)40 Ω　20 Ω (2)1.21×105 J
解析:(1)电水壶的电阻R电水壶==40 Ω
电热水器的电阻R电热水器==20 Ω。
(2)单独使用电水壶烧水时,导线与电水壶串联,
电路消耗的电能W= kW·h=0.055 kW·h
电路的总功率P==1.1 kW=1 100 W
电路中的总电阻R==44 Ω
导线的电阻R线=R-R电水壶=44 Ω-40 Ω=4 Ω
单独使用电热水器时,电路中的总电阻R'=R线+R电热水器=4 Ω+20 Ω=24 Ω
电路中的电流I'= A
导线产生的热量Q=I'2R线t'=×4 Ω×6×60 s=1.21×105 J。
【思路导引】 (1)计算电水壶和电热水器的电阻,运用综合法明确解题思路:
已知电水壶、电热
水器的U额、P额→选择公式P=的变形R=→代入数值进行计算
(2)计算单独使用电热水器时导线上产生的热量,运用分析法明确解题思路:
本课结束

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