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第3章　第3节　电功与电热
选择题1～10题，每小题8分，共80分。
基础对点练
题组一　电功和电功率
1.下列关于电功和电功率的说法中正确的是(　　)
电流做功越多，单位时间内消耗的电能越多
电功率大的用电器，消耗的电能一定多
电功率小的用电器，消耗的电能与通电时间无关
电能消耗越快的用电器，它的电功率也越大
2.一种称作地中海电鳐的电鱼能够电击它的猎物，一般来说，在一次电击中它不必移动，就能引起0.20 kV的电势差，以18 A的电流传送电荷，持续时间为1.5 ms，则在这次电击中(　　)
传输的电荷量为18 C
地中海电鳐能将机械能转化为电能
电鱼的电器官功率为3.6 kW
电鱼的电器官所做的功为3 600 J
3.数码相机的锂电池电压为3.7 V，容量为1 000 mA·h(相当于用1 000 mA的电流可放电1小时)，能连续拍摄约360张照片。根据以上信息估算每拍摄一张照片消耗的电能最接近(　　)
4 J 10 J
40 J 400 J
4.当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的电能为0.9 J。若相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻，则在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(　　)
3 V　1.8 J 3 V　3.6 J
6 V　1.8 J 6 V　3.6 J
题组二　焦耳定律及身边的电热
5.若通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，则通过电阻R的电流为2I时，在时间内产生的热量为(　　)
4Q 2Q
6.如图所示，一手持迷你小风扇内安装有小直流电动机，其铭牌如下表所示，已知其线圈电阻为RM，额定电压为U，额定电流为I。将它与电压为U的直流电源连接，电动机恰好正常工作，则(　　)
类型 手持风扇
额定功率 7.4 W
电池容量 4 000 mA·h
电源输出电压 3.7 V
电源输出功率为I2RM
电动机消耗的功率为I2RM
电动机线圈电阻的发热功率为
电动机输出的机械功率为UI－I2RM
7.用充电宝给手机电池充电时，充电宝输出电能转化为手机电池的化学能和内能，等效电路如图所示。在充电开始后的时间t内，充电宝的输出电压U和输出电流I都可认为是恒定的，若手机电池的内阻为r，则t时间内(　　)
充电宝输出的电流为I＝
充电宝输出的电功率为UI＋I2r
手机电池产生的焦耳热为t
手机电池储存的化学能为UIt－I2rt
8.(2024·福建福州一中期末)扫地机器人是一种智能家电，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫。如图为某品牌扫地机器人，已知其电池容量2 000 mA·h，额定工作电压10 V，额定功率30 W，则下列说法正确的是(　　)
扫地机器人的电阻约为3.3 Ω
题中“mA·h”是能量的单位
扫地机器人正常工作时的电流是2 A
扫地机器人充满电后一次工作时间约为40 min
9.(2024·贵州六盘水高二期末)某RC遥控竞速赛车电动机的额定电压为7.5 V，额定电流为2 A，驱动赛车以15 m/s的速度匀速行驶，若平均阻力为0.8 N，则该电动机的内阻为(　　)
0.25 Ω 0.75 Ω
1.5 Ω 3.75 Ω
综合提升练
10.(多选)电动自行车以省时省力、价格低廉、节能环保等优点成为众多市民的首选交通工具。下表为某品牌电动自行车的部分技术参数，则下列说法正确的是(　　)
规格 后轮驱动直流永磁铁电机
车型 电动自行车 额定输出功率 200 W
整车质量 40 kg 额定电压 48 V
最大载重 120 kg 额定电流 5.0 A
正常匀速行驶时后轮受到地面对它的滑动摩擦力
电动自行车的内阻为9.6 Ω
电动自行车以额定功率行驶时，电机的输入功率为240 W
电动自行车以额定功率行驶时，电机的效率约为83%
11.(10分)如图甲所示为“风光互补路灯”的外形图，图乙所示是该路灯系统的简化电路原理图，光控开关S白天与触点a接触，太阳能电池板为蓄电池充电，晚上与触点b接触，给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能6 kW·h，能使“24 V　15 W”的路灯正常工作6天(路灯平均每天工作8 h)。求：
(1)(3分)该路灯正常工作时的电流；
(2)(3分)该路灯正常工作一天消耗的电能；
(3)(4分)太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率。
培优加强练
12.(10分)某景区电动车载满游客时总质量m＝1.75×103 kg，以4 m/s的速度在水平路面匀速行驶，驱动电机的输入电流I＝20 A，输入电压U＝400 V，电动车行驶时所受阻力为车重的，g取10 m/s2，不计电机内部摩擦，只考虑驱动电机的内阻发热损耗能量，求：
(1)(3分)驱动电机的输入功率；
(2)(3分)电动车行驶时输出的机械功率；
(3)(4分)驱动电机的内阻。
第3节　电功与电热
1.D　[电流做功的功率越大，单位时间内消耗的电能越多，选项A错误；电功率大的用电器，在相同时间内消耗的电能一定多，选项B错误；根据W＝Pt可知，电功率小的用电器，消耗的电能与通电时间有关，选项C错误；电能消耗越快的用电器，它的电功率也越大，选项D正确。]
2.C　[在这次电击中，传输的电荷量为q＝It＝18×1.5×10－3 C＝2.7×10－2 C，A错误；地中海电鳐能将生物化学能转化为电能，B错误；电鱼的电器官功率为P＝UI＝0.2×103×18 W＝3.6×103 W，C正确；电鱼的电器官所做的功为W＝Pt＝3.6×103×1.5×10－3 J＝5.4 J，D错误。]
3.C　[根据题意分析可知，数码相机能连续拍摄约360张照片消耗的电能为W＝UIt＝3.7×1 000×10－3×3 600 J＝13 320 J，每拍摄一张照片消耗的电能为W′＝＝37 J，故C正确。]
4.D　[设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2，通电的时间都为t，由公式W1＝q1U1和W1＝t可得U1＝3 V，＝0.1 s/Ω。再由W2＝q2U2和W2＝t可求出U2＝6 V，W2＝3.6 J，D正确。]
5.B　[由焦耳定律知，Q＝I2Rt，若通过电阻R的电流为2I时，则根据焦耳定律可知在时间内产生的热量为Q′＝(2I)2R·＝2I2Rt＝2Q，故B正确，A、C、D错误。]
6.D　[电源输出功率为电动机消耗的总功率UI，故A、B错误；电动机线圈电阻的发热功率为P热＝I2RM，故C错误；电动机输出的机械功率为P出＝UI－I2RM，故D正确。]
7.D　[手机电池不是纯电阻，则输出电流I≠，故A错误；因为充电宝的输出电压为U和输出电流为I，故充电宝输出的电功率为UI，故B错误；手机电池产生的焦耳热为Q＝I2rt≠t，故C错误；手机电池储存的化学能为E＝UIt－I2rt，故D正确。]
8.D　[扫地机器人不是纯电阻电路，则其电阻r≠＝ Ω≈3.3 Ω，选项A错误；根据q＝It可知，“mA·h”是电荷量的单位，选项B错误；扫地机器人正常工作时的电流是I＝＝ A＝3 A，选项C错误；扫地机器人充满电后一次工作时间约为t＝＝＝40 min，选项D正确。]
9.B　[电动机的总功率为P＝UI＝15 W，输出功率为P出＝fv＝12 W，电动机内阻消耗的功率为Pr＝I2r＝P－P出，得到该电动机的内阻为r＝0.75 Ω，故B正确。]
10.CD　[正常匀速行驶，后轮受到地面对它的静摩擦力使电动自行车向前运动，故A错误；由表格读出电机的额定电压U＝48 V，额定电流I＝5.0 A，电机输入的总功率为P总＝UI＝48×5.0 W＝240 W，故C正确；额定输出功率P出＝200 W，电机正常工作时的效率η＝×100%＝×100%≈83%，故D正确；根据能量守恒定律得，正常工作时内部发热功率为P热＝P总－P出＝240 W－200 W＝40 W，根据P热＝I2r，解得r＝1.6 Ω，故B错误。]
11.(1)0.625 A　(2)0.12 kW·h　(3)12%
解析　(1)由P＝UI可得
路灯正常工作时的电流
I＝＝ A＝0.625 A。
(2)路灯正常工作时的功率
P＝15 W＝0.015 kW
该路灯正常工作一天消耗的电能
W＝Pt＝0.015 kW×8 h＝0.12 kW·h。
(3)路灯正常工作6天消耗的电能是
W电＝nW＝6×0.12 kW·h＝0.72 kW·h
太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率
η＝×100%＝×100%＝12%。
12.(1)8 000 W　(2)7×103 W　(3)2.5 Ω
解析　(1)驱动电机的输入功率
P入＝UI＝400 V×20 A＝8 000 W。
(2)电动车行驶时所受阻力
f＝mg＝1.75×103 N
电动车匀速行驶时，F＝f
电动车行驶时输出的机械功率
P出＝Fv＝1.75×103×4 W＝7×103 W。
(3)驱动电机内阻的发热功率
P热＝P入－P出＝8 000 W－7 000 W＝1 000 W
根据P热＝I2r，得r＝＝ Ω＝2.5 Ω。第3节　电功与电热
学习目标　1.理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算。2.理解焦耳定律的内涵，能区分电功和电热，分析电学中的能量转化问题。3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别。
知识点一　电功和电功率
在日常生活中，经常会用到家用小电器，例如电吹风、电熨斗等，它们都会分为几挡，像电吹风可以吹暖风和热风。它们都是通过电流做功把电能转化为热能的。
(1)设加在一段电路两端的电压为U，通过的电流为I，在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量是多少？把这些电荷量从一端移至另一端，电场力做的功是多少？
(2)电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同，两者间有何关系？
(3) 为了使用电器安全、正常地工作，对用电器工作电压和功率都有规定数值。在家用电器或工厂电器设备的铭牌上，都镌刻有该设备正常工作的额定电压和额定电功率，两者有什么关联呢？
(4) 一般说来，用电器电压不能超过额定电压，但电压低于额定电压时，用电器功率不是额定功率，而是实际功率，实际功率与额定功率有什么关系呢？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.电功和电功率
项目 电功 电功率
概念 电场力对定向移动的__________所做的功 电流做的____与所用时间之比称为电功率。
公式 W＝________ P＝＝________
单位 焦耳，符号______ 瓦特，简称瓦，符号____
物理意义 描述________转化为其他形式的能的多少 描述电流做功或消耗电能__________的物理量
单位换算 1 kW·h＝3.6×106 J 1 W＝1 J/s＝1 V·A
2.对电功和电功率的理解
(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。
(2)从能的角度看，电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量。
(3)公式W＝UIt＝qU和P＝＝UI对任何电路都适用。
3.额定功率和实际功率
(1)额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率。当用电器两端的电压达到额定电压或电流达到额定电流时，用电器达到额定功率。
(2)实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。一般情况下，为保证用电器的安全，实际功率应小于或等于额定功率。
【思考】 电能表是测量电路中消耗的电功率还是电功？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 (2024·浙江舟山高二期末)如图所示的“52 ℃暖手充电宝”集暖手与移动充电两大功能于一体而受热捧，下表中列出了这种产品的几个主要参数：
产品名称 52 ℃暖手充电宝 质量 285 g
尺寸 74×68.5×33.8(mm) 电池容量 5 000 mA·h
输入 DC 5 V/2.5 A(最大) 输出 DC 5 V/2 A(最大)
发热温度 52 ℃ 发热功率 2.0 W
根据上述信息，下列说法正确的是(　　)
A.5 000 mA·h的mA·h是能量单位
B.参数“DC 5 V”中“DC”指交流电
C.以最大电流给手机充电，充电宝最多能连续工作2个小时
D.该产品仅用作暖手，理论上可持续工作12.5小时
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练1 (2024·福建泉州高二期中)机场严禁携带额定能量超过160 W·h的充电宝搭乘飞机，一充电宝铭牌标识如图所示，下列说法正确的是(　　)
产品名称：充电宝 产品型号：K112 电池容量：11 200 mA·h 电源输入：5V－1A 电源输出：5V－1A
A.机场限定的是充电宝储存的电能不超过5.76×105 J
B.按照机场规定该充电宝不能带上飞机
C.充电宝上标注的11 200 mA·h是指其能储存的电能
D.充电宝上标注的11 200 mA·h是指其能储存的最大电荷量为672 C
知识点二　焦耳定律及身边的电热
(1)灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡有烫手的感觉(图甲)，为什么？
(2)如图甲所示，灯泡发生一段时间后才有烫手的感觉，电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关？
(3)灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来。根据此现象，你能作出怎样的猜想？
(4)如图乙所示，家庭电路中使用功率过大的用电器可能引起火灾。根据此现象，你能作出怎样的猜想？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.焦耳定律
(1)内容：电流通过导体产生的热量与____________成正比，与导体的电阻及____________成正比。这就是焦耳定律。
(2)公式：Q＝________。
(3)电热是电能转化为内能的度量，单位是焦尔(J)。
2.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
比较内容 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器
欧姆定律 遵循欧姆定律，I＝ 不遵循欧姆定律，U>IR或I<
能量转换 W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t 电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他
元件举例 电阻、电炉、白炽灯等 电动机、电解槽等
3.热功率
(1)定义：电流通过导体产生的热量与所用时间之比称为热功率。
(2)公式：P热＝________＝________。
4.身边的电热
(1)如电热水器、电饭锅、电刻笔、电焊等都是利用电流的________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，由于电热降低电能的传输效率，如果通过的电流________，散热不好，可能会烧坏电线的绝缘层，引起漏电、触电等事故。
例2 电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧开前的加热状态，另一种是锅内水烧开后的保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中错误的是(　　)
A.其中R2是供加热用的电阻丝
B.当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态
C.要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为2∶1
D.要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为(－1)∶1
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例3 (多选)如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1 Ω，电动机两端的电压为5 V，电路中的电流为1 A。不计摩擦力，下列说法正确的是(　　)
A.电动机的热功率为5 W
B.电动机的输出功率为4 W
C.10 s内，可以把重20 N货物A匀速提升的高度为2 m
D.这台电动机的机械效率100%
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
含电动机电路的功率计算
(1)输入功率：电动机消耗的功率即总功率
P总＝UI。
(2)输出功率：电动机做有用功的功率。如图所示，P出＝mgv(设重物匀速上升)。
(3)热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时的功率P热＝I2R。
(4)功率关系：P总＝P出＋P热。
训练2 (多选)机动车的尾气含有铅等大量有害物质，也是造成地球“温室效应”的重要因素之一。电动汽车因其无尾气排放且噪音小等因素，正在逐渐被人们接受。某国产品牌电动汽车的铭牌如下，已知蓄电池储存的电能等于其容量乘输出电压，则下列说法正确的是(　　)
规格 后轮驱动直流电动机
车型：60电动汽车 电动机额定输出功率：1 675 W
整车质量：400 kg 额定转速：600 r/min
蓄电池(容量It＝800 A·h，输出电压约为36 V) 额定工作电压/电流：36 V/50 A
A.电动汽车正常工作时消耗的电功率1 800 W
B.电动机的内阻为0.5 Ω
C.蓄电池充满电后储存的电能约为2.88×104 J
D.充满电后电动汽车在额定功率下能连续行驶的时间约为16 h
随堂对点自测
1.(电功和电功率的理解)(多选)下列关于电功和电功率的说法正确的是(　　)
A.用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关
B.电功是电能转化为其他形式能的量度
C.白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率
D.电功率越小，则电流做功越少
2.(焦耳定律的应用)(2024·陕西西安高二期末)两根相同材料做成的导体，若它们的横截面积之比为2∶1，长度之比为4∶1，则将它们串联起来通以相同的电流，在相同的时间内，它们产生的热量之比为(　　)
A.2∶1 B.4∶1
C.1∶2 D.1∶4
3.(非纯电阻电路的分析)(多选)某电动机正常工作时所加电压U＝220 V，通过的电流I＝10 A，电动机线圈电阻r＝0.5 Ω，则电动机正常工作时，下列选项正确的有(　　)
A.线圈的发热功率为50 W
B.线圈的发热功率为96 800 W
C.电动机消耗的电功率为2 200 W
D.电动机对外做功的功率为2 150 W
第3节　电功与电热
知识点一
导学
提示　(1)t时间内通过这段电路任一横截面的电荷量q＝It，电场力做的功W＝qU＝UIt。
(2)不相同。电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少。
电流做功的快慢用电功率P表示，电流做功的多少用电功W表示。电流做功的多少W与做功的时间t和做功的快慢P有关。
(3)额定功率是用电器在额定电压下工作的功率。
(4)实际功率是用电器在实际电压下工作的功率。
P额是个定值，P实是个变值，P额≥P实。
知识梳理
1.自由电荷　功　UIt　UI　J　W　电能　快慢
[思考]
提示　电功
例1 D　[mA·h是电荷量的单位，故A错误；参数“DC 5 V”中“DC”是直流电的意思，故B错误；由图示信息可知，充电宝的最大输出电流为2 A，根据I＝可知，以最大电流给手机充电，充电宝持续工作时间为t＝＝＝2.5 h，故C错误；该充电宝储存的电能为W＝qU＝5 000×10－3×3 600×5 J＝9×104 J，由图示信息可知仅用作暖手时的功率为2.0 W，根据W＝Pt可得持续时间t′＝＝＝4.5×104 s＝12.5 h，故D正确。]
训练1 A　[根据W＝Pt可得W＝Pt＝160×3 600 J＝5.76×105 J，故机场携带的充电宝的电能不能超过5.76×105 J，故A正确；由表中数据可知该充电宝的额定能量为W′＝qU＝5×11 200×10－3×3 600 J＝2.016×105 J<5.76×105 J，因此该充电宝可以带上飞机，故B错误；充电宝上标注的11 200 mA·h是其储存的最大电荷量，不是电能，储存的最大电荷量为Q＝It＝11 200×10－3×3 600 C＝40 320 C，故C、D错误。]
知识点二
导学
提示　(1)电流通过电气设备时，导体一般都会产生一定的热量，这就是电流的热效应。
(2)灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡才有烫手的感觉，可以看出产生热量的多少与时间有关。
(3)产热多少跟电阻有关。
(4)产热多少跟电流有关。
知识梳理
1.(1)电流的二次方　通电时间　(2)I2Rt　3.(2)　I2R
4.(1)热效应　(2)过大
例2 C　[由P＝可得，当接通K时，电路中的总电阻变小，功率变大，电饭锅处于加热状态；当断开K时，电路中的总电阻变大，功率变小，电饭锅处于保温状态，则R2是供加热用的电阻丝，A、B正确；使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P＝I2R可知，电阻R2在保温与加热状态下的电流之比为1∶，所以(R1＋R2)∶R2＝∶1，则R1∶R2＝(－1)∶1，C错误，D正确。]
例3 BC　[根据P热＝I2r可知，电动机的热功率P热＝12×1 W＝1 W，故A错误；电动机的输入功率为P入＝UI＝1×5 W＝5 W，电动机的输出功率为P出＝P入－P热＝5 W－1 W＝4 W，故B正确；电动机的输出功率提升重物，则有P出t＝mgh，解得h＝2 m，故C正确；这台电动机的机械效率η＝×100%＝×100%＝80%，故D错误。]
训练2 AD　[电动机正常工作时消耗的电功率为P＝U额I额＝36 V×50 A＝1 800 W，故A正确；电动机内阻的发热功率为P热＝P－P出＝125 W，则电动机的内阻为r＝＝0.05 Ω，故B错误；蓄电池充满电后储存的电能为W＝UIt＝1.04×108 J，故C错误；在额定功率下连续行驶的最长时间为t＝＝57 600 s＝16 h，故D正确。]
随堂对点自测
1.BC　[用电器的额定功率是它正常工作时的功率，其值是由用电器本身的结构决定的，与实际电流和实际电压无关，A项错误，C项正确；功是能量转化的量度，电功是量度电能转化成其他形式能量的物理量，B项正确；电流做功的多少不仅与功率的大小有关，还与通电时间有关，D项错误。]
2.A　[两根相同材料做成的导体，若它们的横截面积之比为2∶1，长度之比为4∶1，根据R＝ρ，则R1∶R2＝2∶1，根据Q＝I2Rt，则产生的热量之比为2∶1，故A正确。]
3.ACD　[线圈的发热功率为P热＝I2r＝102×0.5 W＝50 W，故A正确，B错误；电动机消耗的电功率为P＝UI＝220×10 W＝2 200 W，故C正确；电动机对外做功的功率为P机械＝P－P热＝2 200 W－50 W＝2 150 W，故D正确。](共53张PPT)
第3节　电功与电热
第3章　恒定电流
1.理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算。2.理解焦耳定律的内涵，能区分电功和电热，分析电学中的能量转化问题。
3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　焦耳定律及身边的电热
知识点一　电功和电功率
知识点一　电功和电功率
在日常生活中，经常会用到家用小电器，例如电吹风、电熨斗等，它们都会分为几挡，像电吹风可以吹暖风和热风。它们都是通过电流做功把电能转化为热能的。
(1)设加在一段电路两端的电压为U，通过的电流为I，在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量是多少？把这些电荷量从一端移至另一端，电场力做的功是多少？
(2)电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同，两者间有何关系？
(3) 为了使用电器安全、正常地工作，对用电器工作电压和功率都有规定数值。在家用电器或工厂电器设备的铭牌上，都镌刻有该设备正常工作的额定电压和额定电功率，两者有什么关联呢？
(4) 一般说来，用电器电压不能超过额定电压，但电压低于额定电压时，用电器功率不是额定功率，而是实际功率，实际功率与额定功率有什么关系呢？
提示　(1)t时间内通过这段电路任一横截面的电荷量q＝It，电场力做的功W＝qU＝UIt。
(2)不相同。电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少。
电流做功的快慢用电功率P表示，电流做功的多少用电功W表示。电流做功的多少W与做功的时间t和做功的快慢P有关。
(3)额定功率是用电器在额定电压下工作的功率。
(4)实际功率是用电器在实际电压下工作的功率。
P额是个定值，P实是个变值，P额≥P实。
1.电功和电功率
单位 焦耳，符号____ 瓦特，简称瓦，符号____
物理意义 描述______转化为其他形式的能的多少 描述电流做功或消耗电能______的物理量
单位换算 1 kW·h＝3.6×106 J 1 W＝1 J/s＝1 V·A
J
W
电能
快慢
2.对电功和电功率的理解
(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。
(2)从能的角度看，电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量。
3.额定功率和实际功率
(1)额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率。当用电器两端的电压达到额定电压或电流达到额定电流时，用电器达到额定功率。
(2)实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。一般情况下，为保证用电器的安全，实际功率应小于或等于额定功率。
【思考】 电能表是测量电路中消耗的电功率还是电功？
提示　电功
例1 (2024·浙江舟山高二期末)如图所示的“52 ℃暖手充电宝”集暖手与移动充电两大功能于一体而受热捧，下表中列出了这种产品的几个主要参数：
产品名称 52 ℃暖手充电宝 质量 285 g
尺寸 74×68.5×33.8(mm) 电池容量 5 000 mA·h
输入 DC 5 V/2.5 A(最大) 输出 DC 5 V/2 A(最大)
发热温度 52 ℃ 发热功率 2.0 W
根据上述信息，下列说法正确的是(　　)
A.5 000 mA·h的mA·h是能量单位
B.参数“DC 5 V”中“DC”指交流电
C.以最大电流给手机充电，充电宝最多能连续工作2个小时
D.该产品仅用作暖手，理论上可持续工作12.5小时
D
A
训练1 (2024·福建泉州高二期中)机场严禁携带额定能量超过160 W·h的充电宝搭乘飞机，一充电宝铭牌标识如图所示，下列说法正确的是(　　)
产品名称：充电宝
产品型号：K112
电池容量：11 200 mA·h
电源输入：5V－1A
电源输出：5V－1A
A.机场限定的是充电宝储存的电能不超过5.76×105 J
B.按照机场规定该充电宝不能带上飞机
C.充电宝上标注的11 200 mA·h是指其能储存的电能
D.充电宝上标注的11 200 mA·h是指其能储存的最大
电荷量为672 C
解析　根据W＝Pt可得W＝Pt＝160×3 600 J＝5.76×105 J，故机场携带的充电宝的电能不能超过5.76×105 J，故A正确；由表中数据可知该充电宝的额定能量为W′＝qU＝5×11 200×10－3×3 600 J＝2.016×105 J<5.76×105 J，因此该充电宝可以带上飞机，故B错误；充电宝上标注的11 200 mA·h是其储存的最大电荷量，不是电能，储存的最大电荷量为Q＝It＝11 200×10－3×3 600 C＝40 320 C，故C、D错误。
产品名称：充电宝
产品型号：K112
电池容量：11 200 mA·h
电源输入：5V－1A
电源输出：5V－1A
知识点二　焦耳定律及身边的电热
(1)灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡有烫手的感觉(图甲)，为什么？
(2)如图甲所示，灯泡发生一段时间后才有烫手的感觉，电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关？
(3)灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来。根据此现象，你能作出怎样的猜想？
(4)如图乙所示，家庭电路中使用功率过大的用电器可能引起火灾。根据此现象，你能作出怎样的猜想？
提示　(1)电流通过电气设备时，导体一般都会产生一定的热量，这就是电流的热效应。
(2)灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡才有烫手的感觉，可以看出产生热量的多少与时间有关。
(3)产热多少跟电阻有关。
(4)产热多少跟电流有关。
1.焦耳定律
(1)内容：电流通过导体产生的热量与______________成正比，与导体的电阻及__________成正比。这就是焦耳定律。
(2)公式：Q＝__________。
(3)电热是电能转化为内能的度量，单位是焦尔(J)。
电流的二次方
通电时间
I2Rt
2.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
3.热功率
4.身边的电热
(1)如电热水器、电饭锅、电刻笔、电焊等都是利用电流的________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，由于电热降低电能的传输效率，如果通过的电流______，散热不好，可能会烧坏电线的绝缘层，引起漏电、触电等事故。
热效应
过大
C
例2 电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧开前的加热状态，另一种是锅内水烧开后的保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中错误的是(　　)
BC
例3 (多选)如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1 Ω，电动机两端的电压为5 V，电路中的电流为1 A。不计摩擦力，下列说法正确的是(　　)
A.电动机的热功率为5 W
B.电动机的输出功率为4 W
C.10 s内，可以把重20 N货物A匀速提升的高度为2 m
D.这台电动机的机械效率100%
含电动机电路的功率计算
(1)输入功率：电动机消耗的功率即总功率
P总＝UI。
(2)输出功率：电动机做有用功的功率。如图所示，P出＝mgv(设重物匀速上升)。
(3)热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时的功率P热＝I2R。
(4)功率关系：P总＝P出＋P热。　　
AD
训练2 (多选)机动车的尾气含有铅等大量有害物质，也是造成地球“温室效应”的重要因素之一。电动汽车因其无尾气排放且噪音小等因素，正在逐渐被人们接受。某国产品牌电动汽车的铭牌如下，已知蓄电池储存的电能等于其容量乘输出电压，则下列说法正确的是(　　)
规格 后轮驱动直流电动机
车型：60电动汽车 电动机额定输出功率：1 675 W
整车质量：400 kg 额定转速：600 r/min
蓄电池(容量It＝800 A·h，输出电压约为36 V) 额定工作电压/电流：36 V/50 A
A.电动汽车正常工作时消耗的电功率1 800 W
B.电动机的内阻为0.5 Ω
C.蓄电池充满电后储存的电能约为2.88×104 J
D.充满电后电动汽车在额定功率下能连续行驶的时间约为16 h
随堂对点自测
2
BC
1.(电功和电功率的理解)(多选)下列关于电功和电功率的说法正确的是(　　)
A.用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关
B.电功是电能转化为其他形式能的量度
C.白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率
D.电功率越小，则电流做功越少
解析　用电器的额定功率是它正常工作时的功率，其值是由用电器本身的结构决定的，与实际电流和实际电压无关，A项错误，C项正确；功是能量转化的量度，电功是量度电能转化成其他形式能量的物理量，B项正确；电流做功的多少不仅与功率的大小有关，还与通电时间有关，D项错误。
A
2.(焦耳定律的应用)(2024·陕西西安高二期末)两根相同材料做成的导体，若它们的横截面积之比为2∶1，长度之比为4∶1，则将它们串联起来通以相同的电流，在相同的时间内，它们产生的热量之比为(　　)
A.2∶1 B.4∶1 C.1∶2 D.1∶4
ACD
3.(非纯电阻电路的分析)(多选)某电动机正常工作时所加电压U＝220 V，通过的电流I＝10 A，电动机线圈电阻r＝0.5 Ω，则电动机正常工作时，下列选项正确的有(　 　)
A.线圈的发热功率为50 W B.线圈的发热功率为96 800 W
C.电动机消耗的电功率为2 200 W D.电动机对外做功的功率为2 150 W
解析　线圈的发热功率为P热＝I2r＝102×0.5 W＝50 W，故A正确，B错误；电动机消耗的电功率为P＝UI＝220×10 W＝2 200 W，故C正确；电动机对外做功的功率为P机械＝P－P热＝2 200 W－50 W＝2 150 W，故D正确。
课后巩固训练
3
D
题组一　电功和电功率
1.下列关于电功和电功率的说法中正确的是(　　)
A.电流做功越多，单位时间内消耗的电能越多
B.电功率大的用电器，消耗的电能一定多
C.电功率小的用电器，消耗的电能与通电时间无关
D.电能消耗越快的用电器，它的电功率也越大
基础对点练
解析　电流做功的功率越大，单位时间内消耗的电能越多，选项A错误；电功率大的用电器，在相同时间内消耗的电能一定多，选项B错误；根据W＝Pt可知，电功率小的用电器，消耗的电能与通电时间有关，选项C错误；电能消耗越快的用电器，它的电功率也越大，选项D正确。
C
2.一种称作地中海电鳐的电鱼能够电击它的猎物，一般来说，在一次电击中它不必移动，就能引起0.20 kV的电势差，以18 A的电流传送电荷，持续时间为1.5 ms，则在这次电击中(　　)
A.传输的电荷量为18 C B.地中海电鳐能将机械能转化为电能
C.电鱼的电器官功率为3.6 kW D.电鱼的电器官所做的功为3 600 J
解析　在这次电击中，传输的电荷量为q＝It＝18×1.5×10－3 C＝2.7×10－2 C，A错误；地中海电鳐能将生物化学能转化为电能，B错误；电鱼的电器官功率为P＝UI＝0.2×103×18 W＝3.6×103 W，C正确；电鱼的电器官所做的功为W＝Pt＝3.6×103×1.5×10－3 J＝5.4 J，D错误。
C
3.数码相机的锂电池电压为3.7 V，容量为1 000 mA·h(相当于用1 000 mA的电流可放电1小时)，能连续拍摄约360张照片。根据以上信息估算每拍摄一张照片消耗的电能最接近(　　)
A.4 J B.10 J C.40 J D.400 J
D
4.当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的电能为0.9 J。若相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻，则在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(　　)
A.3 V　1.8 J B.3 V　3.6 J
C.6 V　1.8 J D.6 V　3.6 J
B
题组二　焦耳定律及身边的电热
D
6.如图所示，一手持迷你小风扇内安装有小直流电动机，其铭牌如下表所示，已知其线圈电阻为RM，额定电压为U，额定电流为I。将它与电压为U的直流电源连接，电动机恰好正常工作，则(　　)
类型 手持风扇
额定功率 7.4 W
电池容量 4 000 mA·h
电源输出电压 3.7 V
解析　电源输出功率为电动机消耗的总功率UI，故A、B错误；电动机线圈电阻的发热功率为P热＝I2RM，故C错误；电动机输出的机械功率为P出＝UI－I2RM，故D正确。
D
7.用充电宝给手机电池充电时，充电宝输出电能转化为手机电池的化学能和内能，等效电路如图所示。在充电开始后的时间t内，充电宝的输出电压U和输出电流I都可认为是恒定的，若手机电池的内阻为r，则t时间内(　　)
D
8.(2024·福建福州一中期末)扫地机器人是一种智能家电，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫。如图为某品牌扫地机器人，已知其电池容量2 000 mA·h，额定工作电压10 V，额定功率30 W，则下列说法正确的是(　　)
A.扫地机器人的电阻约为3.3 Ω
B.题中“mA·h”是能量的单位
C.扫地机器人正常工作时的电流是2 A
D.扫地机器人充满电后一次工作时间约为40 min
B
9.(2024·贵州六盘水高二期末)某RC遥控竞速赛车电动机的额定电压为7.5 V，额定电流为2 A，驱动赛车以15 m/s的速度匀速行驶，若平均阻力为0.8 N，则该电动机的内阻为(　　)
A.0.25 Ω B.0.75 Ω
C.1.5 Ω D.3.75 Ω
解析　电动机的总功率为P＝UI＝15 W，输出功率为P出＝fv＝12 W，电动机内阻消耗的功率为Pr＝I2r＝P－P出，得到该电动机的内阻为r＝0.75 Ω，故B正确。
CD
10.(多选)电动自行车以省时省力、价格低廉、节能环保等优点成为众多市民的首选交通工具。下表为某品牌电动自行车的部分技术参数，则下列说法正确的是(　　)
综合提升练
规格 后轮驱动直流永磁铁电机
车型 电动自行车 额定输出功率 200 W
整车质量 40 kg 额定电压 48 V
最大载重 120 kg 额定电流 5.0 A
A.正常匀速行驶时后轮受到地面对它的滑动摩擦力
B.电动自行车的内阻为9.6 Ω
C.电动自行车以额定功率行驶时，
电机的输入功率为240 W
D.电动自行车以额定功率行驶时，
电机的效率约为83%
11.如图甲所示为“风光互补路灯”的外形图，图乙所示是该路灯系统的简化电路原理图，光控开关S白天与触点a接触，太阳能电池板为蓄电池充电，晚上与触点b接触，给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能6 kW·h，能使“24 V　15 W”的路灯正常工作6天(路灯平均每天工作8 h)。求：
(1)该路灯正常工作时的电流；
(2)该路灯正常工作一天消耗的电能；
(3)太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率。
答案　(1)0.625 A　(2)0.12 kW·h　(3)12%
解析　(1)由P＝UI可得
路灯正常工作时的电流
(2)路灯正常工作时的功率
P＝15 W＝0.015 kW
该路灯正常工作一天消耗的电能
W＝Pt＝0.015 kW×8 h＝0.12 kW·h。
(3)路灯正常工作6天消耗的电能是
W电＝nW＝6×0.12 kW·h＝0.72 kW·h
太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率
(1)驱动电机的输入功率；
(2)电动车行驶时输出的机械功率；
(3)驱动电机的内阻。
培优加强练
答案　(1)8 000 W　(2)7×103 W　(3)2.5 Ω
解析　(1)驱动电机的输入功率
P入＝UI＝400 V×20 A＝8 000 W。
电动车匀速行驶时，F＝f
电动车行驶时输出的机械功率
P出＝Fv＝1.75×103×4 W＝7×103 W。
(3)驱动电机内阻的发热功率
P热＝P入－P出＝8 000 W－7 000 W＝1 000 W

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