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第三章　恒定电流
3.3 电功与电热
电功和电功率
电能转化为其他形式的能的过程就是电流做功的过程。消耗了多少电能，电流就做了多少功。
在生产生活中，电灯把电能转化为光能，电动机把电能转化为动能，电热器把电能转化为内能…，电能如何转化为其他形式的能的呢？
1.电功
(1)自由电荷在电场力的作用下定向移动而形成电流，电场力对自由电荷做的功，称为电功。
(2)公式：如果电路两端的电压为U，电流为I，在时间t内电流做的功W＝UIt。
(3)1 kW·h＝3.6×106 J。
2.电功率
(1)单位时间内电流所做的功就叫电功率。
(2)用公式表示为P＝＝UI，单位：瓦特(W)。
(3)在电气设备或家用电器的铭牌和使用说明书上，一般都标有额定电压和额定功率。
1.(来自教材改编)功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当。根据国家节能战略，普通白炽灯应逐步被淘汰。假设每户家庭有两只60 W的白炽灯，均用10 W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近
A.7.3×108 kW·h B.7.3×1010 kW·h
C.7.3×1011 kW·h D.7.3×1013 kW·h
√
2.(2023·福建三明一中高二期中)一只灯泡标有“220 V,110 W”字样，将其接到110 V的电源上(不考虑灯泡电阻的变化)，则有
A.灯泡的实际功率为110 W
B.灯泡的实际功率为55 W
C.通过灯泡的电流为0.5 A
D.通过灯泡的电流为额定工作电流的
√
焦耳定律
浴室电热水器结构图
电流通过电气设备时，导体一般会产生一定的热量，这就是电流的热效应。电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关呢？
与通过导体的电流、导体的电阻及通电时间有关。
焦耳定律
(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。
(2)公式：Q＝I2Rt。
(3)单位：在国际单位制中，热量Q的单位是焦耳J。
(4)电热的意义：电热是电能转化为内能的量度，用公式Q＝I2Rt计算。
(1)定义：电流通过导体产生的热量跟所用时间之比称为热功率。热功率就是电能转化为内能的功率。
(2)公式：P＝＝I2R，适用于所有电路。
热功率
焦耳定律讨论了电路中电能完全转化为内能的情况，但是实际中有些电路除含有电阻外还含有其他负载，如电动机，下面我们以电动机为例，讨论其能量转化。
没有，不成立.因为电能只有部分转化为机械能，另一部分转化为内能。
1.电流通过电动机做功，将电能全部转化成机械能了吗？
即“P机＝P电”成立吗？为什么？
2.若电路中的电流为I，电动机线圈的电阻为R，则P热 等于什么？
P热＝I2R
P电＝P机＋P热
3.电功率、热功率和转化为机械能的功率三者什么关系？
纯电阻：
电能 → 内能
非纯电阻：
电能 → 内能 + 其它形式的能
Q=I2Rt
W=UIt
=
W
W - Q
Q
UIt
I2Rt
＞
电功率 = 热功率：P =P热 = UI = I2R
电功率：P=UI
热功率：P热=I2R
其它形式功率：P其它=UI-I2R
说明：欧姆定律适用于纯电阻！
注意：欧姆定律不适用于非纯电阻！
R
M
(1)电动机的总功率(输入功率)：P总＝UI。
(2)电动机的发热功率：P热＝I2R。
(3)电动机的输出功率(机械功率)P机＝P总－P热＝UI－I2R。
电动机的简单模型及其功率、效率
(1)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。
(　　)
(2)任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，且W＝Q。(　　)
(3)电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中适用。
(　　)
(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈电阻产生的电热。(　　)
×
√
√
×
3.(2023·福建福州市高二期中)如图所示为直流电动机提升重物装置，电动机的内阻一定，闭合开关K，当把它接入电压为U1＝0.2 V的电路时，电动机不转，测得此时流过电动机的电流是I1＝0.5 A；当把电动机接入电压为U2＝4.0 V的电路中，电动机正常工作且电动机匀速提升重物，工作电流是I2＝1.0 A，求：
(1)电动机线圈的电阻r；
(2)当U2＝4.0 V电动机正常工作时的输出功率；
(3)如果重物质量m＝1.0 kg，当U2＝4.0V时电动机提升重物的速度大小是多少？(g取10m/s2
答案　 (1) 0.4 Ω　 (2) 3.6 W　 (3) 0.36 m/s
电动机做功往往视为非纯电阻电路问题，但如果电风扇通电后由于某种原因被卡住，导致扇叶不转动，此时电动机做功视为纯电阻电路问题。
4.(2022·河北行唐启明中学月考)如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表示数为6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表示数为5 A，且电动机的内阻rM＝1 Ω；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表示数为4 A，且电解槽内阻rA＝2 Ω。求：
(1)电炉丝的电阻及发热功率；
(2)电动机的机械效率；
(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。
答案　 (1) 2 Ω　 72 W　 (2) 58.3 % 　 (3) 16 W
纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
比较项目 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件，如电阻、电炉丝、小灯泡 电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器，如电动机、电解槽
欧姆定律
能量 转化 电能全部转化为内能： 电能转化为内能和其他形式的能：

W＝UIt，Q＝I2Rt，W＝Q＋E其他
功率 特点 电功率等于热功率： 电功率等于热功率与其他功率之和：
P电＝UI
P热＝I2R
P电＝P热＋P其他
身边的电热
1.电热流效应的应用
如电饭锅、电熨斗、电暖器等(如图)都是利用电流的热效应工作的。
2.电流热效应的危害
如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热降低了电能的传输效率，如果电流过大，散热不好，还可能烧坏电线的绝缘层，引起漏电、触电等事故。
5.(多选)(2022·福建三明市高二检测)室内有几种用电器，1.0 kW的电磁炉、150 W的洗衣机、800 W的电热水壶、200 W的电视机和2.5 kW的空调器。如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不可能同时使用的是
A.电磁炉和洗衣机 B.电热水壶和空调器
C.电磁炉和空调器 D.洗衣机、电视机和空调器
√
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