资源简介

(共38张PPT)
15.1 电能与电功
一、电能：生活与生产的重要能源
在现代社会中，电能是一种应用最广泛、使用最方便的能源。从家庭中的电灯、电视、冰箱，到工厂里的各种机器设备，再到交通运输中的电动车辆，都离不开电能的支持。
（一）电能的来源
电能通常是由其他形式的能量转化而来的：
火力发电站：通过燃烧煤炭、石油等燃料，将化学能转化为内能，再通过汽轮机将内能转化为机械能，最后由发电机将机械能转化为电能。
水力发电站：利用水流的机械能推动水轮机转动，进而带动发电机发电，将机械能转化为电能。
风力发电站：依靠风力推动风车转动，将风能（机械能）转化为电能。
核电站：利用核反应堆中核裂变释放的核能转化为内能，再经过一系列能量转化过程产生电能。
太阳能发电站：通过太阳能电池板将太阳能直接转化为电能。
（二）电能的利用
电能被广泛利用，是因为它可以方便地转化为其他形式的能量，满足人们的各种需求：
电灯：将电能转化为光能和内能。
电动机：将电能转化为机械能（如电风扇、洗衣机、电动车辆等）。
电热器（如电热水器、电暖器、电饭锅等）：将电能转化为内能。
电视机、电脑：将电能转化为光能、声能和内能等。
蓄电池充电：将电能转化为化学能储存起来，使用时再将化学能转化为电能。
二、电功：电能转化的量度
（一）电功的定义
电流通过用电器时，电能转化为其他形式的能量，我们说电流做了功，简称电功。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。例如，电流通过电灯时，电流做功，电能转化为光能和内能；电流通过电动机时，电流做功，电能转化为机械能和少量内能。
（二）电功的计算公式
大量实验表明，电流所做的功与电压、电流和通电时间有关。在一段电路中，电流所做的功（电功）等于这段电路两端的电压、通过这段电路的电流和通电时间的乘积。
电功的计算公式为：\(
W = UIt
\)
其中：
\( W \) 表示电功，单位是焦耳（J）；
\( U \) 表示电路两端的电压，单位是伏特（V）；
\( I \) 表示通过电路的电流，单位是安培（A）；
\( t \) 表示通电时间，单位是秒（s）。
（三）电功公式的变形
根据欧姆定律 \( I = \frac{U}{R} \) 和 \( U = IR \)，可以推导出电功公式的其他形式：
当已知电压、电阻和时间时，由 \( I = \frac{U}{R} \) 代入 \( W = UIt \) 可得：\(
W = \frac{U^2}{R}t
\)
当已知电流、电阻和时间时，由 \( U = IR \) 代入 \( W = UIt \) 可得：\(
W = I^2Rt
\)
这三个公式适用于纯电阻电路（电能全部转化为内能的电路），如电热水器、电饭锅等电热器电路。对于非纯电阻电路（如含有电动机的电路，电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能），只能使用 \( W = UIt \) 计算电功。
（四）电功的单位
电功的国际单位是焦耳（J），简称焦。在实际应用中，由于焦耳这个单位很小，常用更大的单位 —— 千瓦时（\( kW ·h \)），俗称 “度”。\(
1\ \text{kW ·h} = 3.6 \times 10^6\ \text{J}
\)
1 千瓦时的物理意义是：功率为 1 千瓦的用电器正常工作 1 小时所消耗的电能（电流所做的功）。
三、电能的计量：电能表
在家庭电路中，我们需要知道一段时间内消耗了多少电能，这就需要用到电能表（也叫电度表）。电能表是测量用户在一定时间内消耗电能多少的仪表。
（一）电能表的结构与参数
电能表的表盘上有一些重要的参数，例如：
“220V”：表示电能表的额定电压是 220V，适用于家庭电路的电压。
“10 (20) A”：表示电能表的标定电流为 10A，额定最大电流为 20A。电能表长时间工作时，允许通过的最大电流为 10A，短时间内允许通过的最大电流为 20A。
“50Hz”：表示电能表适用于频率为 50Hz 的交流电路。
“3000r/(kW h)”：表示每消耗 1 千瓦时的电能，电能表的转盘转过 3000 转。不同电能表的这个参数可能不同，如有的是 “600r/(kW h)”“1200r/(kW h)” 等。
（二）电能表的读数方法
电能表的表盘上有五个数字窗口，最后一位数字是小数位，单位是千瓦时（\( kW ·h \)）。例如，表盘上显示的数字是 “1234.5”，表示从电能表安装好到现在，用户一共消耗了 1234.5 千瓦时的电能。
要计算某一段时间内消耗的电能，只需用这段时间结束时的读数减去开始时的读数。例如，月初电能表的读数是 1234.5 \( kW ·h \)，月末的读数是 1256.5 \( kW ·h \)，则这个月消耗的电能为：\(
1256.5\ \text{kW ·h} - 1234.5\ \text{kW ·h} = 22\ \text{kW ·h}
\)
（三）利用电能表参数计算电能
根据电能表转盘的转数，可以计算出用电器消耗的电能。例如，某电能表的参数是 “3000r/(kW h)”，当转盘转过 300 转时，消耗的电能为：\(
W = \frac{300\ \text{r}}{3000\ \text{r/(kW ·h)}} = 0.1\ \text{kW ·h} = 0.1 \times 3.6 \times 10^6\ \text{J} = 3.6 \times 10^5\ \text{J}
\)
四、电功的计算实例
（一）基本计算
例题 1：一盏电灯接在 220V 的电路中，通过的电流是 0.2A，求通电 10 分钟电流做的功。
解析：已知 \( U = 220V \)，\( I = 0.2A \)，\( t = 10\ \text{min} = 600s \)，根据 \( W = UIt \) 可得：\(
W = UIt = 220V \times 0.2A \times 600s = 26400J
\)
答案：电流做的功为 26400J。
（二）结合电能表的计算
例题 2：某家庭电路中，电能表的参数是 “220V 10 (20) A 50Hz 3000r/(kW h)”。一个电热水壶单独工作时，电能表的转盘在 5 分钟内转过了 300 转，求电热水壶消耗的电能和通过它的电流。
解析：
计算消耗的电能：\(
W = \frac{300\ \text{r}}{3000\ \text{r/(kW ·h)}} = 0.1\ \text{kW ·h} = 3.6 \times 10^5\ \text{J}
\)
计算通过的电流：已知 \( U = 220V \)，\( t = 5\ \text{min} = 300s \)，由 \( W = UIt \) 可得：\(
I = \frac{W}{Ut} = \frac{3.6 \times 10^5J}{220V \times 300s} \approx 5.45A
\)
答案：电热水壶消耗的电能为 0.1kW h，通过它的电流约为 5.45A。
（三）纯电阻电路的计算
例题 3：一个电阻为 100Ω 的电烙铁，接在 220V 的电路中，求通电 10 分钟电流做的功和产生的热量（电烙铁是纯电阻用电器）。
解析：
方法一：用 \( W = UIt \) 计算，先求电流 \( I = \frac{U}{R} = \frac{220V}{100 } = 2.2A \)，则：\(
W = UIt = 220V \times 2.2A \times 600s = 290400J
\)
方法二：用 \( W = \frac{U^2}{R}t \) 计算：\(
W = \frac{(220V)^2}{100 } \times 600s = \frac{48400V^2}{100 } \times 600s = 484 \times 600s = 290400J
\)
由于电烙铁是纯电阻用电器，电流做的功全部转化为热量，所以产生的热量也是 290400J。
答案：电流做的功为 290400J，产生的热量为 290400J。
五、实验探究：电流做功与哪些因素有关
（一）实验目的
探究电流做功的多少与电压、电流和通电时间的关系。
（二）实验器材
电源、开关、滑动变阻器、定值电阻（不同阻值）、电压表、电流表、秒表、烧杯（内装等质量的煤油）、温度计。
（三）实验原理
电流通过电阻丝时做功，将电能转化为煤油的内能，使煤油的温度升高。在相同条件下，煤油温度升高得越多，说明电流做的功越多。通过控制变量法，分别探究电流做功与电压、电流和通电时间的关系。
（四）实验步骤
探究电流做功与电压的关系：
连接电路：将两个不同阻值的电阻串联（保证电流和通电时间相同），分别用电压表测量它们两端的电压，每个电阻都浸没在装有等质量煤油的烧杯中。
闭合开关，同时开始计时，通电一段时间后断开开关，记录两个烧杯中煤油升高的温度和通电时间。
分析数据：比较两个烧杯中煤油升高的温度，温度升高多的对应的电阻两端电压大，说明在电流和通电时间相同时，电压越大，电流做的功越多。
探究电流做功与电流的关系：
连接电路：将两个不同阻值的电阻并联（保证电压和通电时间相同），分别用电流表测量通过它们的电流，每个电阻都浸没在装有等质量煤油的烧杯中。
闭合开关，同时开始计时，通电一段时间后断开开关，记录两个烧杯中煤油升高的温度和通电时间。
分析数据：比较两个烧杯中煤油升高的温度，温度升高多的对应的电流大，说明在电压和通电时间相同时，电流越大，电流做的功越多。
探究电流做功与通电时间的关系：
连接电路：将一个定值电阻浸没在装有一定质量煤油的烧杯中，串联电流表和电压表。
闭合开关，开始计时，分别在不同时间记录煤油升高的温度。
分析数据：比较不同时间内煤油升高的温度，时间越长，温度升高越多，说明在电压和电流相同时，通电时间越长，电流做的功越多。
（五）实验结论
电流做功的多少与电压、电流和通电时间都有关系：电压越大、电流越大、通电时间越长，电流做的功越多，即 \( W = UIt \)。
六、电能的节约：从点滴做起
电能是一种宝贵的能源，虽然它可以通过各种方式产生，但很多发电方式会消耗有限的自然资源（如煤炭、石油），并且可能对环境造成污染。因此，节约用电具有重要的意义。
（一）节约用电的方法
养成良好的用电习惯：随手关灯、关闭不必要的电器电源，避免电器长时间处于待机状态（待机状态也会消耗电能）。
使用节能电器：选择节能灯具（如 LED 灯）、节能冰箱、节能空调等，这些电器的效率更高，消耗的电能更少。
合理使用电器：例如，空调温度设置不宜过低（夏季）或过高（冬季），减少开门次数；洗衣机尽量满载运行等。
（二）节约用电的意义
节约用电不仅可以降低家庭的电费支出，更重要的是可以减少能源消耗，降低污染物排放，保护生态环境，实现可持续发展。
七、常见错误及注意事项
电功与电能概念混淆：认为电功和电能是两个不同的物理量，实际上电流做的功就等于消耗的电能，电功是电能转化的量度。
单位换算错误：在进行千瓦时和焦耳的换算时，容易忘记 \( 1\ \text{kW ·h} = 3.6 \times 10^6\ \text{J} \) 这个换算关系，或换算过程中出现计算错误。
公式应用错误：将 \( W = \frac{U^2}{R}t \) 和 \( W = I^2Rt \) 应用于非纯电阻电路，导致计算错误。这两个公式只适用于纯电阻电路，非纯电阻电路只能用 \( W = UIt \)。
电能表读数错误：忽略电能表读数的小数位，或计算一段时间内消耗的电能时用开始读数减去结束读数，导致结果错误。
实验中控制变量法应用不当：在探究电流做功与某一因素的关系时，没有控制其他因素不变，导致实验结论不准确。
八、课堂小结
电能：由其他形式的能量转化而来，可转化为光能、内能、机械能等多种形式的能量，是生活和生产中重要的能源。
电功：电流所做的功，等于电能转化为其他形式能量的多少。计算公式为 \( W = UIt \)，纯电阻电路还可使用 \( W = \frac{U^2}{R}t \) 和 \( W = I^2Rt \)。
电功的单位：国际单位是焦耳（J），常用单位是千瓦时（\( kW ·h \)），\( 1\ \text{kW ·h} = 3.6 \times 10^6\ \text{J} \)。
电能表：测量消耗电能的仪表，通过前后读数之差计算一段时间内消耗的电能，利用转盘转数也可计算电能。
实验结论：电流做功与电压、电流和通电时间有关，电压越大、电流越大、时间越长，电流做功越多。
节约用电：养成良好习惯，使用节能电器，意义重大。
九、课堂练习
电流所做的功叫做______，电流做了多少功，就有多少______转化为其他形式的能量。
电功的计算公式是______，其中各物理量的单位分别是：W 的单位是______，U 的单位是______，I 的单位是______，t 的单位是______。
1 千瓦时 = 焦耳，它表示的物理意义是。
一个标有 “220V 40W” 的灯泡，接在 220V 的电路中，通电 1 小时消耗的电能是______千瓦时，合______焦耳。
电能表是测量______的仪表，某同学家月初电能表的读数是 586.3kW h，月末的读数是 600.5kW h，则这个月消耗的电能是______kW h。
十、课后作业
一盏电灯接在 220V 的电路中，通过的电流是 0.5A，求通电 2 小时电流做的功是多少焦耳，合多少千瓦时。
一个电阻为 50Ω 的电热器，接在 220V 的电路中，求通电 10 分钟电流做的功和产生的热量。
某电能表的参数是 “220V 5 (10) A 3000r/(kW h)”，一个用电器单独工作时，电能表的
2024沪粤版物理九年级上册
15.1 电能与电功
第十五章 电能与电功率
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
1.知道电流做功的过程就是消耗电能的过程，了解不同用电
器能量的转化 。
2.知道电能的计算公式及单位，会计算电功的大小 。
3.认识电能表的各项参数，会用电能表测某段时间内电路消
耗的电能，会通过电能表计算电费 。
学习目标
现代社会和生产中几乎处处都离不开电。
观察与思考
电流通过电灯时,灯丝灼热发光,电能转化为内能和光能。
电吹风利用电流做功，把电能转化为机械能和内能。
一、电能与电功
下列利用电能的事例中，电能转化为了什么形式的能？
洗衣机利用电能,把衣物洗净，电能转化为机械能。
电热水瓶，利用电能把水烧开，电能转化为内能。
电功：当电能转化为其他形式的能量时，我们就说电流做了功。电功用字母W 表示。
实质：电流做功的过程实际上就是电能转化为其他形式能的过程，电流做了多少功就有多少电能转化为其他形式的能。也就是消耗了多少电能就获得了多少其他形式的能。
思考：电流做功与哪些因素有关呢？
科学家通过大量研究发现：
1.电功的公式
W=U I t
电功（J）
电压（V）
电流（A）
通电时间（s）
2.电功的单位：焦耳（焦）——J，千瓦时——kW·h
3.电流做了多少功，也就消耗了多少电能。
1kw·h=3.6×106J
归纳与小结
常见家用电器消耗1kW·h电能的大致工作时间
电器 节能灯 (以3W计) 电风扇 (以40W计) 电视机 (以140W计) 电饭煲
(以800W计)
工作时间t/h 333.3 25 7.15 1.25
例题：一把电烙铁接在220V的电路中，通过它的电流是350mA，问通电30min消耗了多少电能？
分析：只需求出在30min内的电功，就可以知道所消耗的电能。
典例与精析
解：由电功的公式得
W=UIt
=220V× 0.35A× 1800s
=1.386×105J。
答：通电30min，电烙铁消耗了1.386×105J的电能。
已知：U=220V, I=350mA=0.35A, t=1800s。
求：W=？
电能表：用来测量用电器消耗电能的仪表（俗称电度表）。
观察与思考
二、用电能表测量电功
想一想，下面电能表的表头数据是什么意思？
5（15）A
1200r/（kW·h）
220V
50Hz
观察与思考
220V 、50Hz— 该电能表应在220 V、50 Hz的交流
电路中工作。
5（15）A — 该电能表基本电流为5A，额定最大电
流为15A。
1200r／（kW·h）—用电器每消耗1 kW·h的电能，
电能表转盘转过1200转。
归纳与小结
电子式单相电能表重要参数imp/（kW·h）： 表示用电1kW·h指示灯闪烁的次数，如6400imp/（kW·h）。
IC卡电能表
本月用电量=月末的数字-月初的数字
561.6kW·h-478.2kW·h=83.4kW·h
电能表读数：
478.2 kW·h
561.6 kW·h
电能与电功
拓展知识：电流在某段电路上所做的功，等于这段电路上电
压、电流和时间的乘积，写成公式为W＝UIt。
1. 下列用电器中，主要将电能转化为内能的是(　C　)
A. 洗衣机 B. 日光灯
C. 电烤箱 D. 电风扇
C
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2. 关于电能与电功的说法中错误的是(　D　)
A. 我们常说消耗了多少电能，其意思就是说电流做了多少
功
B. 电流通过灯泡后灯泡发光，这个过程中电流做了功
C. 电能和电功的单位相同，都是焦耳
D. 电流做功的多少只与通过导体的电流大小有关
D
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
3. [立德树人·节约资源]2023年3月25日晚，小点家参与了合
肥市“地球一小时”活动，在熄灯一小时的时间里，共节
省了0.5 kW·h的电能，合 J。这是通过减
少 的方法来节约电能的。
1.8×106　
通电时间　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
4. 若某“暖手宝”工作时，电压为6 V，电流为1.2 A，则工
作100 s电流对“暖手宝”做的功为 J。
720　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
5. [2023·长沙中考改编]雷电是大气中一种剧烈的放电现象，
某次雷电释放了2.1×109 J的电能，若此次放电电压约为
1×109 V，历时1×10－3 s，那么这次放电的电流是多少？
解：根据W＝UIt可得，放电电流I＝＝＝
2.1×103 A。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
电能表
6. [2024年1月滁州期末改编]如图所示是小新家中本月底电能
表上的信息。请从以下角度回答与电能表有关的问题。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
(1)电能表是用来测量 的仪表。该电能表记录电路
消耗的电能是 kW·h，应接在 V的电
路中使用。
(2)“10(20) A”表示该表基本电流为 A，
电流为20 A。
(3)“3 000 r/(kW·h)”表示接在这个电能表上的用电器，每消耗 kW·h的电能，电能表上的转盘转过 转。
电功　
6 860.6　
220　
10　
额定最
大　
1　
3000　
【电能表的认识】
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
【电费的计算】
(4)若小新家上月底电能表的示数如图2，则这个月小新家用
电 kW·h，若按0.5元/(kW·h)计费，本月应付电
费 元。
(第6题图2)
200　
100　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
【电能的计算】
(5)若小新只让家中热水器工作15 min，发现电能表上的转盘
转过了1 500转，则热水器消耗的电能为 J。
思路点睛：电能表上的数字最后一位为小数部分，电能表
示数的计量单位是kW·h，1 kW·h＝3.6×106 J。
1.8×106　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
7. 电动汽车在我国呈现出快速增长趋势。如图所示为电动汽
车行驶时能量流向图，根据该图提供的信息，下列说法不
正确的是(　A　)
A. 电流做功80 J B. (a)应为机械能
C. (b)应为20 J D. 消耗的电能为100 J
A
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
8. [科学思维]有两个电阻R1和R2，R1＞R2，连接情况如图所
示，已知电源电压U相同，则相同的时间内整个电路消耗
的总电能最少的是(　C　)
　 　 　
A B C D
C
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
9. 【物理与日常生活】王老师手机电池的铭牌上标有“电压
3.7 V、容量5 000 mA·h”，该电池一次充电最多可储存的
电能为 J。
6.66×104　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
10. 【原创题】小明家的电能表上有一个数据看不清楚，如
图所示。为了弄清楚电能表上看不清的数据，他首先让
电路中的电热水壶单独正常工作，观察到电能表的指示
灯闪烁360次，观察到电能表示数变为 ，则这
个电能表上看不清的数据应该标的是 imp/(kW·h)。
若在某段时间内接在这个电能表上的用电器消耗的总电能是0.5 kW·h，则此电能表的指示灯在这段时间闪烁 次。
3600　
1 800　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
点拨：由电能表示数变化求出消耗的电能为　0.1 kW·h，再根据电能表指示灯闪烁了360次，求出电能表指示灯看不清的数据N＝＝3 600 imp/(kW·h)。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
11. [2024年1月六安期末改编]如图甲所示是灯泡L和电阻R的I
－U图像，当将该灯泡L和R按照图乙所示方式连入电路
时，电流表示数为0.4 A，则整个电路在1 min时间内消耗
的电能为 J。
120　
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
12. [2023·北京模拟]如图所示的电路中，电源两端电压为3 V
并保持不变，电阻R1的阻值为10 Ω。闭合开关S后，电流
表的示数为1.8 A。求：
(1)电阻R2的阻值。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
解：由图可知，定值电阻R1、R2
并联接入电路，电流表测量干路电流。
(1)根据并联电路电压规律可知，定值
电阻R1、R2两端的电压均等于电源电压，即U1＝U2＝U＝3 V，根据欧姆定律得，通过定值电阻R1的电流I1＝＝＝0.3 A，通过定值电阻R2的电流I2＝I－I1＝1.8 A－0.3 A＝1.5 A，根据欧姆定律得，电阻R2的阻值R2＝＝＝2 Ω。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
12. [2023·北京模拟]如图所示的电路中，电源两端电压为3 V
并保持不变，电阻R1的阻值为10 Ω。闭合开关S后，电流
表的示数为1.8 A。求：
(2)10 s内电阻R1消耗的电能。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
解：(2)10 s内电阻R1消耗的电能W1＝U1I1t＝3 V×0.3 A×10 s＝9 J。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
13. 【中考趋势题】某天小华突然提出一个疑问，电流通
过电线从发电厂来到用户家里，又顺着电线回到了发
电厂，并且在这一过程中电流的大小并没有减小，那
为什么还要交电费呢？请你结合所学知识，解答小华
的疑问。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
解：发电厂和用户之间构成闭合回路，会有电流产生，
当电流流过导体时会做功，电流做了多少功就将多少电
能转化为其他形式的能，消耗的不是电流，而是电能，
我们所交的电费也是消耗电能的费用。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
15.1 电能与电功
一、电能与电功
1.电能的利用
2.电功的公式
二、用电能表测量电功
1.认识电能表
2.用电能表测量消耗的电能
谢谢观看！

展开更多......

收起↑