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10.7 电功 电功率及焦耳定律
第十章 简单的串联、并联组合电路
1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念，知道它们的区
别与联系.
2.知道纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别，理解两种
电路的能量转化关系.
【学习目标】
用电器是各种把电能转化成其他形式能的器具。常见的电熨斗、电热毯、电饭煲等，主要把电能转化成内能；而洗衣机、电风扇等主要把电能转化成机械能；电解池、电镀装置主要把电能转化成化学能。根据功与能的关系，从一种形式的能转化成另一种形式的能的过程需要做功。电能转化成其他形式的能的过程实际上就是电流做功的过程。
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一、什么是电功？
（1）定义：电流所做的功叫做电功( electric work)。电流做了多少功就表示有多少电能转化成其他形式的能。
（2）电功实质:是导体中的电场对自由电荷的作用力做的功。
设通过导体的恒定电流为I，导体两端的电压为U，则在时间t内电流通过这段导体的电荷量为q= It，电场力对电荷所做的功为W= qU= UIt
（3）定义式： W= qU= UIt
适用于任何电路
（4）电功的国际制单位:焦耳，简称焦，符号是J。
适用于纯电阻电路
W
变形式：
常用单位：千瓦时，俗称“度”，符号是 kW·h。
1 kW·h = 1000 W×3600 s = 3.6×106 J
二、什么是电功率？
（2）意义：电功率表示电流做功的快慢。
（3）单位：在国际单位制中是瓦（W）
常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）。
（1）电功率（P）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。（一段电路上的电功率P 等于这段电路两端的电压U 和电路中电流 I 的乘积）
1 kW＝103 W＝106 mW = 10─3 MW
适用于任何电路
适用于纯电阻电路
P
变形式：
（4）用电器的额定功率和实际功率
①额定功率：用电器长期正常工作时的____________，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。（用电器铭牌上所标称的功率是额定功率）
②实际功率：用电器____________时消耗的电功率。为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。
最大功率
实际工作
三、什么是电热？
这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律。
适用于任何电路
电流热效应的实质：电能通过电流做功转化为内能（热能）。
变形式：Q
适用于纯电阻电路
电流热效应：电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。
英国物理学家焦耳(J. P. Joule，1818- 1889) 经过多次实验指出:电流通过导体产生的热量Q，与电流I的二次方、导体的电阻R和通电的时间t成正比。这就是焦耳定律(Joule's law)，即
（2）热功率P热 ：一段电路因发热而消耗的功率称为热功率。
变形式：P=UI
适用于任何电路
适用于纯电阻电路
四、电功和电热有什么区别？
(2)在非纯电阻电路中：
①电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，电功率只能用P＝UI计算；
②电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算；
③欧姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR.
例1　对电功及焦耳定律公式的理解正确的是
A.焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解
B.电功公式W＝UIt、焦耳定律公式Q＝I2Rt都适用于任何电路，因此W一
定等于Q
C.非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热
√
解析　任何电路的焦耳热都可用焦耳定律求解，A正确；
B选项中的两个公式均适用于任何电路，但W不一定等于Q，B错误；
非纯电阻电路中的电功一定大于焦耳热，C错误；
例2　如图所示，一幢居民楼里住着生活需求各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是
√
解析　家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，C正确.
(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的______。
(2)非纯电阻电路：含有_________或___________的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为__________或_______。
(3)
电热
电动机
电解槽
机械能
化学能
纯电阻电路中：
非纯电阻电路中：
电
纯电阻和非纯电阻电路
1.电动机的功率和效率
(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P电＝UI.
(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2R.
(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率P出＝P机.
三者关系为：P电＝P热＋P机
2.串、并联电路的总功率
(1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…＋Un)I＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn
(2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…＋In)＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn
从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和.
3.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
4.电功与电热的计算公式比较
特别提醒：不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用W＝UIt，功率都可以用P＝UI，热量都可以用Q＝I2Rt，热功率都可以用P＝I2R，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。
例3　(2021·九江一中月考)有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A.
(1)求这台电动机的内阻；
答案　0.5 Ω　
(2)求电动机正常工作时的输出功率；
答案　1.5 W　
解析　电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总＝UI＝2×1 W＝2 W
线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5 W＝0.5 W
则电动机正常工作时的输出功率P出＝P总－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W
(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？
答案　8 W
例4　小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1 Ω)与规格为“4 V　4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5 Ω的电阻串联，然后接至U＝12 V的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常
工作，求：
(1)通过电动机的电流；
答案　0.6 A　
解析　灯泡正常发光，则通过灯泡的电流
通过电动机的电流I＝IR－IL＝0.6 A.
(2)电动机的输出功率P出；
答案　2.04 W　
解析　电动机消耗的总功率P＝ULI＝4×0.6 W＝2.4 W
电动机线圈内阻的热功率
P热＝I2r＝(0.6)2×1 W＝0.36 W
电动机的输出功率
P出＝P－P热＝2.4 W－0.36 W＝2.04 W
(3)电动机的效率.
答案　85%
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