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第十一章　电功和电功率
单元大概念素养目标
大概念素养目标 对应新课标内容
了解电功，认识电流做功时的能量转化，明确影响电功的因素，会读电能表测量的家用电器消耗的电能 了解电功。学读家用电能表，根据读数计算用电量【P24】【P27】
了解电功率、知道电功率物理意义，知道用电器的额定功率和实际功率关系，并会计算额定功率和实际功率 了解电功率。知道用电器的额定功率和实际功率【P24】
会用电压表、电流表测量电功率 运用电表测量电功率，目的提高分析、解决问题的实际能力，培养动手操作和收集数据的能力【P27】
了解焦耳定律，能用焦耳定律解释说明生活、生产中的有关现象 通过实验，了解焦耳定律。能用焦耳定律说明生产生活中的有关现象【P24】
了解家庭电路组成，要有安全用电的意识，要培养节约用电的习惯 了解家庭电路的组成。有安全电用和节约用电的意识【P24】
一、电功和电能
基础过关全练
知识点1　电功和电能
1.(2023北京昌平期末)下列说法中正确的是 (　　)
A.电饭锅工作时，可以将内能转化为电能
B.电风扇工作时，可以将机械能转化为电能
C.电动机工作时，可以将电能转化为机械能
D.干电池给灯泡供电时，可以将干电池的电能转化为化学能
2.下列关于电流做功的说法中不正确的是(　　)
A.电流做功的多少跟电压、电流有关，跟通电时间无关
B.电流做功的过程就是将电能转化为其他形式能的过程
C.在通电时间一定时，电压越大、电流越大，电流做功越多
D.在电压、电流一定时，通电时间越长，电流做功越多
3.(2023北京四中月考)小山利用如图所示的实验装置，探究电流做功多少跟什么因素有关。通过电动机将质量一定的重物提升一段距离来反映电流做功的多少，闭合开关，电动机将重物提升的高度越大，表明电流做的功越多。电路中的电源两端的电压可调，电压表测量电动机两端的电压，电流表测量通过电动机的电流，现将测得的实验数据记录在表中。
次数 电流表 示数I/A 电压表 示数U/V 通电时 间t/s 重物上升 高度h/m
1 0.12 4 10 0.06
2 0.12 4 20 0.12
3 0.14 6 10 0.09
4 0.16 10 10 0.17
(1)闭合开关后，电动机将重物提升的过程，是将　　　　能转化为重物的机械能的过程。
(2)比较实验次数1和2，可以归纳出的结论是电流做功的多少与　　　　有关。
(3)比较实验次数1、3和4，可以归纳出的结论是:在通电时间一定时，电流与电压的乘积越大，电流通过电动机所做的功越　　　　。
知识点2　电功的计算
4.如图所示，长度相同、横截面积不同的铁棒AB和BC连接在一起，接入电路中，在相同的时间内，下列叙述正确的是 (　　)
A.电流通过AB、BC所做的功WABB.电流通过AB、BC所做的功WAB=WBC
C.电流通过AB、BC所做的功WAB>WBC
D.无法比较电流通过AB、BC做功的多少
5.【新独家原创】如图所示，R1=5 Ω，R2=10 Ω，闭合开关S，在相同时间内，电流通过R1和R2做的电功之比为 (　　)
A.2∶1　　　　B.1∶2　　　　C.3∶2　　　　D.2∶3
6.【新独家原创】如图所示，电源电压为6 V，R1=10 Ω，电压表的示数为2 V，开关S闭合，在1 min之内，电流通过R2做的电功为　　　　J，电流通过整个电路做的电功为　　　　J。
知识点3　电能表
7.【跨学科·物理学与日常生活】(2023北京昌平期末)电能表是测量用电器消耗电能多少的仪表，记录电能表示数时不仅要记录数值，还要记录对应的单位，下列选项中能正确表示图所示的电能表示数的是(　　)
A.2 022.9 W　　　　B.22.9 kW
C.2 022.9 kW·h　　　　D.2 022.9 J
8.(2020山东烟台中考)如图所示是某家用电子式电能表的表盘，该电能表的标定电流是　　　　A，表盘上显示已用电　　　　kW·h。若将某用电器单独接在该电能表上正常工作3 min，电能表指示灯闪烁了32次，该用电器在上述时间内消耗的电能为　　　　kW·h。
9.【教材P80例变式】小宇家的电能表计数器月末所显示的数字如图所示，若这个月小宇家的用电器消耗的电能为120 kW·h，合　　　　　　焦耳，则月初时电能表所显示的数字为　　　　。
能力提升全练
10.(2022山东济南中考，4，★☆☆)在电路中，把电能转化为其他形式能的是 (　　)
A.电源　B.开关　C.用电器　D.电能表
11.【跨学科·物理学与日常生活】(2022青海中考，12，★★☆)一种家用电能表上的参数如图所示，下列说法错误的是(　　)
A.该电能表应该在220 V的电路中使用
B.该电能表的额定最大电流为20 A
C.电能表是计量用电器消耗电能的仪表
D.该电能表此时的读数是31.6 J
12.(2021山东潍坊中考，12，★★☆)(多选)充电宝内部主要部件是锂电池，充电宝铭牌上标注了锂电池的电压和容量，民航局规定严禁携带额定能量超过160 W·h的充电宝乘机，则电压为3.7 V、容量为下列数值的充电宝可以带上飞机的是 (　　)
A.10 000 mAh　　　　B.40 000 mAh
C.50 Ah　　　　D.30 Ah
13.【跨学科·物理学与工程实践】(2022四川攀枝花中考，18，★★☆)如图所示是小李同学家上月初和月末的电能表表盘示意图，小李同学家电路干路中的电流不得超过　　　　A，上月消耗的电为　　　　kW·h。年发电量可达1.5×109 kW·h的攀枝花银江水电站将于2025年投产发电，投产发电后的银江水电站可满足　　　　户小李同学这样的家庭用电需求。
　
14.(2023北京顺义牛栏山一中期中，27，★★☆)如图所示的电路中，电源两端电压保持不变，电阻丝R1的阻值为10 Ω，R2的阻值为20 Ω。当开关S闭合时，电压表示数为2 V。求:
(1)通过R1的电流；
(2)电源两端电压；
(3)10 s电流通过电阻丝R2做的功。
素养探究全练
15.【科学思维】(2022海南中考)如图甲电路中，电源电压保持不变。闭合开关后，调节电阻箱的阻值，记录多组数据，得到电流随电阻箱阻值变化的图像如图乙所示，电源电压为　　　V；当电流I=0.5 A时，通电10 s电阻箱消耗的电能为　　　J。
　　
16.【科学态度与责任】
压缩空气储能
压缩空气储能技术，是一种新型的蓄能蓄电技术。2021年10月份，我国自主研发的首套最大发电功率为104 kW，最大储能容量为4×104 kW·h的先进压缩空气储能系统，在贵州毕节成功并网发电。电力专家把这个储能系统比喻成一个“超大号的充电宝”。
压缩空气储能系统包括储能和释能。储能过程是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入储能室进行储能。释能过程是当电力系统高峰负荷时，将高压空气释放，带动发电机发电，从而满足电力系统的调峰需要。
压缩空气储能发电与以往风力发电和光伏发电的方式相比，不受环境影响，发电稳定；压缩空气储能不像储气罐储能会漏气，也不像燃料储能会燃烧从而造成环境污染或带来安全隐患，因此压缩空气储能是一种比较安全、清洁的储能方式。
请根据材料，回答问题。
(1)位于贵州毕节的压缩空气储能系统，最大储能容量为　　　　　　kW·h。
(2)该压缩空气储能系统以最大功率发电2小时，发电量为　　　　kW·h。
(3)压缩空气储能与燃料储能方式相比，优势是　　　　　　　　。
(4)文中压缩空气储能系统利用“错峰”的方法达到了对资源进行合理分配的目的。请你类比该举措，举一个实际生活中相似的应用实例。
答案全解全析
基础过关全练
1.C　电饭锅工作时，可以将电能转化为内能，故A不正确；电风扇工作时，可以将电能转化机械能，故B不正确；电动机工作时，可以将电能转化为机械能，故C正确；干电池给灯泡供电时，可以将干电池的化学能转化为电能，故D不正确。
2.A　电流所做的功跟电压、电流和通电时间成正比，故选A。
3.答案　(1)电　(2)通电时间　(3)多
解析　(1)闭合开关，电动机将重物提升的过程中，电动机对重物做了功，是将电能转化重物机械能的过程。(2)比较实验次数1和2发现，在电流、电压相同时，通电时间越长，重物被提升地越高，则说明电动机对重物做的功越多。(3)比较实验次数1、3和4，在通电时间相同时，电流与电压的乘积越大，则电动机把重物提升地越高，故说明电动机对重物做的功越多。
4.C　因为两铁棒的长度相同，铁棒AB的横截面和比BC的小，故铁棒AB的电阻大于BC的，串联电路中电流处处相等，由U=IR可知，UAB>UBC，由W=UIt可得，相同时间内电流通过它们所做的电功的大小关系是WAB>WBC，故选C。
5.B　在相同时间内，电流通过R1和R2做的电功之比为W1∶W2=U1It∶U2It=IR1It∶IR2It=5 Ω∶10 Ω=1∶2，故选B。
6.答案　48　72
解析　由电路图可知，电阻R1和R2串联在电路中，R1两端的电压为U1=2 V，则串联电路中的电流为I=I1==0.2 A，R2两端的电压为U2=U-U1=6 V-2 V=4 V，则电流通过R2做的电功为W2=U2It=4 V×0.2 A×60 s=48 J；电流通过整个电路做的电功为W=UIt=6 V×0.2 A×60 s=72 J。
7.C　电能表的示数的最后一位数为小数，其单位为kW·h，故电能表示数为 2 022.9 kW·h。故选C。
8.答案　10　5 546.7　0.02
解析　由图可知，该电能表的标定电流为10 A。表盘上显示已用电5 546.7 kW·h。用电器在这段时间内消耗的电能W==0.02 kW·h。
9.答案　4.32×108　06275
解析　因为1 kW·h=3.6×106 J，所以120 kW·h=120×3.6×106 J=4.32×108 J，电能表最后一位是小数点后一位，则该电能表月初时的示数为07475-01200=06275。
能力提升全练
10.C　电源可提供电能，开关可控制电路的通断；用电器是消耗电能的装置，工作过程中将电能转化为其他能量，故A、B不符合题意，C符合题意。电能表是计量用电器消耗电能多少的装置，故D不符合题意。
11.D　电能表表盘上220 V表示这个电能表应该在220 V的电路中使用，故A正确；10(20) A表示标定电流为10 A，额定最大电流为20 A，故B正确；电能表是用来测量用电器在一段时间内消耗电能多少的仪表，故C正确；该电能表此时的读数是31.6 kW·h，故D错误。
12.ABD　由题意可知额定能量超过160 W·h的充电宝不能带上飞机，则充电宝的最大容量为Q=≈43.24 Ah=43 240 mAh，故选A、B、D。
13.答案　20　125　1.0×106
解析　根据电能表表盘可得到信息，小李同学家电路干路中的电流不得超过20 A。小李同学家上月消耗的电能为5 713.4 kW·h-5 588.4 kW·h=125 kW·h，所以小李家一年消耗的电能为125 kW·h×12=1 500 kW·h。年发电量可达1.5×109 kW·h的攀枝花银江水电站可满足的人家户数为=1.0×106户。
14.解析　(1)由图可知，电阻R1、R2串联，电压表测量R1两端的电压，电流表测量电路中的电流。通过R1的电流为I==0.2 A。
(2)电路的总电阻为R=R1+R2=10 Ω+20 Ω=30 Ω。由欧姆定律可知，电源电压为U=IR=0.2 A×30 Ω=6 V。
(3)串联电路各处电流都相等，10 s电流通过电阻丝R2做的功W=I2R2t=(0.2 A)2×20 Ω×10 s=8 J。
素养探究全练
15.答案　6　5
解析　由图甲可知，电阻箱R与定值电阻R0串联，由图乙可知，当通过电阻箱的电流I'=0.4 A时，电阻箱接入电路的阻值R=5 Ω，由欧姆定律和串联电路的电压特点可知，电源电压U=U0'+UR'=0.4 A×R0+0.4 A×5 Ω①；当通过电阻箱的电流I″=0.3 A时，电阻箱接入电路的阻值R'=10 Ω，由欧姆定律和串联电路的电压特点可知，电源电压U=U0″+UR″=0.3 A×R0+0.3 A×10 Ω②；由①②解得R0=10 Ω，U=6 V；当电流I=0.5 A时，定值电阻R0两端的电压U0=IR0=0.5 A×10 Ω=5 V，由串联电路的电压特点可知，电阻箱两端的电压UR=U-U0=6 V-5 V=1 V，通电10 s电阻箱消耗的电能WR=URIt=1 V×0.5 A×10 s=5 J。
16.答案　(1)4×104　(2)2×104　(3)更加安全、清洁　(4)为减少交通拥堵，合理利用道路资源，政府号召错峰上下班(答案合理即可)
解析　(1)通过阅读短文可知位于贵州毕节的压缩空气储能系统，最大储能容量为4×104 kW·h。(2)该压缩空气储能系统以最大功率发电2小时，发电量为W=Pt=104 kW×2 h=2×104 kW·h。(3)压缩空气储能和燃料储能相比更加安全、清洁。(4)为减少交通拥堵，可合理利用道路资源，对车辆进行分流，针对不同行业的特点，可号召错峰上下班。

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