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第十八章　电功率
电功
1.电能和电功
电能 　 　提供电能,用电器将　 　转化为其他形式的能
电功 　 　做功
单位 国际单位 　
常用单位 千瓦时(kW·h)
换算关系 1 kW·h=　 　 J
电源
电能
电流
焦耳(J)
3.6×106
2.测量电功
种类 转盘式电能表 频闪式电能表
实物图
参 数 意 义 相同点 (1)“220 V”表示　 　; (2)“10(20)A”表示该标定电流为10 A,额定最大电流为 20 A; (3)“50 Hz”表示电能表在频率为50 Hz的交流电路中使用
不同点 “600 r/(kW·h)”表示接在电路中的用电器每消耗1 kW·h的电能,电能表上的转盘转过600 r(转) “1 600 imp/(kW·h)”表示接在电路中的用电器每消耗1 kW·h的电能,电能表上的指示灯闪烁1 600次
电能表应该在220 V的电路中使用
1 921.7 kW·h
5 546.7 kW·h
[九上,P87] 这个电能表的　 　电流为 10 A;　 　电流为20 A。接在此电能表上用电器的最大功率P=　 　W,用电器每消耗1 kW·h的电能,转盘将转过　 　转。
标定
额定最大
4 400
600
电功率
电功 电功率
定义 　 　做的功 电流做功的　
单位 国际单位:焦(J) 国际单位:瓦特(W)
其他单位:毫瓦(mW)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)
电流
快慢
焦耳定律
1.焦耳定律
电流的二次方
导体的电阻
通电时间
2.电热的利用、危害及防止
(1)电热的利用——电热器
原理 电流的　 　效应
优点 ①清洁卫生,没有环境污染;②效率　 　;③可以方便地控制和调节温度
示例 电饭煲、电烙铁、电烤箱
热
高
(2)电热危害及防止
危害 ①烧坏用电器;②加速绝缘材料的老化;③造成输送电能过程中电能损失
防止 ①安装　 　;②安装散热片;③安装　 　
散热风扇
散热窗
[九上,P96] 电熨斗、电饭煲、电炉等都是利用　 　工作,其中,电炉工作时电炉丝热得发红,而与之相连的导线却不怎么热,这是因为二者的　 　不同。
电流的热效应
电阻
额定功率与实际功率
1.额定电压与额定功率
(1)额定电压:用电器正常工作的电压,用U额表示。
(2)额定功率:用电器在额定电压下工作的电功率,用P额表示。
(3)实际电压:用电器在实际使用时,加在用电器两端的电压,用U实表示。
(4)实际功率:用电器在实际电压下工作的电功率,用P实表示。
(5)铭牌意义:灯泡标着“220 V　40 W”,表示　 　是220 V,
　 　是40 W。
2.实际功率与实际电压的关系
(1)U实=U额,P实=P额,用电器正常工作。
(2)U实(3)U实>U额,P实>P额,用电器损坏。
额定电压
额定功率
[九上,P101] 如图所示,在日常使用的节能灯上可以看到“220 V　 24 W”字样,这说明该节能灯额定功率是　 　W,若接在 200 V的电压下,节能灯　 　(选填“能”或“不能”)正常工作,此时它的实际功率　 　(选填“大于”“等于”或“小于”)24 W。
24
不能
小于
电能　电功的理解与计算
下列关于电功的说法中正确的是( )
A.电流做功越多,消耗的电能就越多
B.电流通过导体时所做的功决定于导体两端的电压、通过导体的电流和导体的电阻
C.通电的时间越长,电流做的功越多
D.电流做功的过程,实际上是把其他形式的能转化为电能的过程
A
如图是小明家电子式电能表的表盘,该电能表的表盘上显示已用电　 　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。
5 637.8
0.02
[衍生子题]
如图所示的电路,电源电压不变,电阻R=5 Ω,闭合开关S后,电流表的示数为 0.4 A,已知小灯泡灯丝的电阻恒为 10 Ω。求:
(1)通过小灯泡的电流。
答案:(1)0.2 A
(2)通电10 s,整个电路消耗的电能。
解析:(2)干路电流为
I=IL+IR=0.2 A+0.4 A=0.6 A,
通电10 s,整个电路消耗的电能为
W=UIt=2 V×0.6 A×10 s=12 J。
答案:(2)12 J
电功率的理解与简单计算
下列关于电功、电功率的说法中正确的是( )
A.电能表转盘转得越快,电能表所在电路消耗的电能越多
B.用电器消耗的电功率越小,则电流做的功就越少
C.对某一用电器而言,消耗的实际功率是由实际电压决定的
D.通过用电器的电流做功越多,则用电器功率就越大
C
如图(甲)所示,把标有“6 V　3 W”的灯泡L和滑动变阻器R串联接入恒定电压为9 V的电源上,通过L的电流I与L两端电压U的关系如图(乙)所示。则L正常发光时,滑动变阻器接入电路的电阻是
　 　Ω;当电路中电流为0.4 A时,L的实际功率是　 　W。
6
1.6
[衍生子题]
如图所示,R为定值电阻,L为标有“6 V　3 W”的小灯泡,灯丝阻值不变,电源电压恒定。闭合开关,小灯泡正常工作,电流表读数为0.9 A。求:
(1)通过小灯泡的电流,以及小灯泡电阻。
答案:(1)0.5 A　12 Ω
(2)定值电阻R阻值,以及它的电功率。
答案:(2)15 Ω　2.4 W
电流的热效应与焦耳定律
如图是探究焦耳定律的实验装置,两个烧瓶中装着等质量、等温度的煤油,电阻阻值R1>R2。闭合开关一段时间后,记录两支温度计的示数。下列说法中正确的是( )
C
A.闭合开关,电阻两端的电压关系为 U1B.通电1 min后,R2所在的烧瓶温度计示数更高
C.温度计示数的变化可反映电阻产生热量的多少
D.该装置只能探究电流产生的热量与电阻大小的关系
如图所示的自制便携式封口机,使用电压为 3 V 的电源,接通电路,发热电阻温度升高,利用电流的　 　实现高温封口。阻值为1 Ω的发热电阻10 s内产生　 　J的热量。封口时总是把塑料袋烫坏,应将发热电阻换成阻值更　 　(选填“大”或“小”)的。
热效应
90
大
[衍生子题]
中国茶文化源远流长。如图(甲)所示是一款煮茶器,有“加热”和“保温”两个挡位,其简化电路图如图(乙)所示,R1和R2均为发热电阻,煮茶器部分参数如表。煮茶器中装有初温为20 ℃的水,在标准大气压下,将水刚好加热到沸腾,用时700 s,在此过程中煮茶器的加热效率为80%。求:
额定电压 220 V
保温挡功率 100 W
加热挡功率 900 W
(1)发热电阻R1的阻值。
答案:(1)484 Ω
(2)加热过程中煮茶器消耗的电能。
(3)煮茶器中水的质量。[水的比热容c=4.2×103 J/(kg· ℃)]
答案:(2)6.3×105 J　(3)1.5 kg
实验1　测量小灯泡的电功率
[实验原理]
P=　 　。
[实验器材]
电源、开关、电流表、电压表、滑动变阻器、待测小灯泡、导线若干。
[实验装置]
UI
[设计与进行实验]
1.实验步骤
(1)断开开关,根据电路图连接实物电路,将滑片移至b端;
(2)闭合开关,移动滑片,观察电压表,使电压表示数等于U额,此时小灯泡正常发光,记录两电表示数;
(3)移动滑片,分别使电压表示数略小于U额、约为U额的1.2倍,观察小灯泡亮度,记录小灯泡亮度及两电表示数;
实验 次数 电压 U/V 电流 I/A 电功率 P/W 灯泡发
光情况
1
2
3
…
(5)根据P=UI计算出小灯泡在各个电压下的实际功率,将表格补充完整。
2.电压表量程应根据小灯泡的额定电压选取;电流表量程应根据小灯泡的额定电压和电阻选取,或者用试触法确定电流表量程。
阻值最大处
等于
亮
例1小军同学在“测定小灯泡电功率”的实验中,选用如图(甲)所示的器材和电路,其中电源电压为6 V,小灯泡的额定电压为2.5 V。(灯丝电阻约为12 Ω)
(1)为了能够顺利完成该实验探究,下列两种规格的滑动变阻器应选用
　 　(选填“A”或“B”)。
A.“10 Ω　5 A”的滑动变阻器
B.“50 Ω　0.5 A”的滑动变阻器
(2)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡始终不发光,电压表有示数,电流表无示数,若电路只有一处故障,则故障原因是　 .
　。
B
小灯泡断路
(3)根据实验测得的数据,绘制出通过小灯泡的电流随它两端电压变化的关系图像,如图(乙)所示,分析图像可知,小灯泡的额定功率为
　 　W。
(4)小明也按图(甲)进行电路连接,当他接好最后一根导线时,小灯泡立即发出耀眼的光,接着小灯泡烧坏。请指出小明在连接电路时的错误操作:①　 　;②滑动变阻器滑片P没有调到最　 　端。
0.625
连接电路时开关没有断开
左
(5)小明纠正了错误,并更换同规格小灯泡后闭合开关,发现小灯泡不亮,但电流表、电压表均有示数,请分析出现这种现象的原因是　 .
　。为测量小灯泡的额定功率,接下来的操作应该是　 　,读出并记录电流表的示数。
小灯泡实际功率太小,不足以让小灯泡发光
调节滑动变阻器滑片,使小灯泡两端电压为2.5 V
小灯泡的电阻随温度的变化而变化
(7)测量小灯泡的电功率　 　(选填“需要”或“不需要”)多次测量求平均值,原因是　 　。
(8)小明通过实验得到:小灯泡实际功率越大,灯越亮。试从能量转化角度解释“小灯泡实际功率越大,灯越亮”的原因。
　 .
　。
(9)完成上面实验后,小军同学又想测量额定电压为U额的小灯泡的额定功率,但发现电流表已经损坏,于是他又找来了两个开关和一个定值电阻,设计了如图(丙)所示的电路,已知电源电压恒为U,定值电阻的阻值为R0,请你完成下面实验步骤:
不需要
小灯泡在不同电压下的功率不同
小灯泡实际功率越大,表示单位时间内电流做的功越多,即单位时间电能转化成的光能越多,故灯越亮
①　 　(填写S、S1、S2的通断情况),调节滑动变阻器的滑片使电压表示数为　 ;　
②　 　(填写S、S1、S2的通断情况),保持滑动变阻器的滑片不动,读出电压表示数为U1;
③灯泡额定功率的表达式为P额=　　 。
闭合开关S、S1
U-U额　
闭合开关S、S2
实验2　探究电流通过导体产生的热量的多少跟哪些因素有关
[实验器材]
电源、开关、U形管、电阻丝、导线等。
[实验装置]
[设计与进行实验]
1.实验前,必须使左右两侧U形管液面　 　。
2.被加热物质的种类、质量、初温都应　 　。
3.控制变量法
(1)探究电热与通过导体的电流大小的关系时,应控制电热丝阻值和通电时间相同,改变　 　的大小。
(2)探究电热与电阻的关系时,应控制电流和通电时间相同,选择两个阻值　 　的电热丝。
(3)探究电热与通电时间的关系时,应控制电热丝的阻值和通过导体的电流相同,改变　 　的长短。
相平
相同
电流
不同
通电时间
4.转换法:电流产生热量的多少可通过U形管中液面高度的变化、温度计示数的变化、气球体积的变化等来体现,上述变化越大,说明电流产生的热量越　 　。
[实验结论]
1.在电阻和通电时间相同的情况下,通过电阻的　 　越大,产生的热量越多。
2.在电流和通电时间相同的情况下,　 　越大,产生的热量越多。
3.在电阻和通过电阻的电流相同的情况下,通电时间越长,产生的热量越　 　。
多
电流
电阻
多
例2如图所示为某物理实验小组探究“电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气,且都有一段电阻丝,将透明容器与U形管相连,接入电路。
(1)接通电源,容器内的空气被加热后膨胀,实验中通过观察　 .
　来比较容器内电阻丝产生热量的多少,在研究许多物理问题时都会用到这种方法,下列研究实例中采用的研究方法与此方法相同的是　 　(多选)。
A.探究电流与电压、电阻的关系
B.用铁屑显示磁体周围磁场分布
C.研究光的传播时,引入“光线”
D.扩散现象表明分子在不停地做无规则运动
U形管中液面高度差的变化
BD
(2)图(甲)是探究在通电时间和　 　相同的情况下,导体产生的热量与　 　大小是否有关的装置。
(3)图(乙)是探究电流通过导体产生的热量与　 　的关系,通电一段时间后,　　(选填“左”或“右”)侧容器内电阻丝产生的热量多。
(4)某小组在图(乙)实验中观察到左侧U形管中液面很快出现高度差,右侧U形管中液面高度差为0,原因可能是电阻丝 　(选填“R1”“R2”或“R3”)断路。
电流
电阻
电流
左
R2
(5)图(乙)装置中的电阻R3的主要作用是　 　。(6)让实验装置冷却到初始状态,把右边容器并联的两根电阻丝R2、R3都放入容器内,接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少,此时该装置是探究电流产生的热量跟　 　的关系,一段时间后电阻丝产生的热量
　 　(选填“左侧容器”“右侧容器”或“两容器一样”)多。(7)实验结论:在电流、通电时间相同时,　 　,产生的热量越多。
使通过R1和R2的电流不相等
电阻
左侧容器
电阻越大
(8)在如图(丙)所示实验中,通过观察　 　来比较电流产生热量的多少。
两支温度计示数的变化
(9)为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少,a、b两瓶中要装入　 　相等、初温相同的同种液体。
(10)为了在较短时间内达到明显的实验效果,实验时选择煤油而不选择水,是因为煤油的比热容　 　(选填“大于”“等于”或“小于”)水的比热容。
(11)该实验装置还可以探究通电时间一定时,导体产生的热量与电流的关系,你还需要的操作是　 　,观察在相同时间内,　 　(选填“同一”或“不同”)温度计上升的示数。
质量
小于
改变滑动变阻器连入电路的阻值
同一
(12)在如图(丙)所示的实验过程中,小明移动滑片,当电流表的示数为0.4 A时,若 Ra=10 Ω,则 1 min内电流通过Ra所产生的热量为　　J。
96

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