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(共39张PPT)
第1节　电能　电功　电功率　焦耳定律
课标链接 1.结合实验理解电功和电功率。(科学思维)
2.知道用电器的额定功率和实际功率。(科学思维)
3.通过实验,探究并了解焦耳定律,用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象。(科学探究、科学思维)
必备知识夯基础
考点 1
电能
考点清单
1.电能
电能 国际单位 焦耳(J)
常用单位 千瓦时
1千瓦时=3.6×106 J
测量工具 电能表
2.电能表
电能表铭牌参数 一种电能表的技术参数 含义
电压 220 V 额定电压
电流规格 10(30)A 额定电流(短时间可通过的最大电流)
频率 50 Hz —
每千瓦 时转数 3 000 revs/(kW·h) 每用1 kW·h的电能,电能表的铝盘转过3 000转
考点 2
电功与电功率
1.电功与电功率
比较项 电功 电功率
定义 电流对外做的功,是电能转化为其他形式的能的量度,用符号W表示 电功率等于电功与时间之比,表示电流做功快慢的物理量,用符号P表示
常用单位 焦耳(J) 瓦特(W)
其他单位 千瓦时(kW·h) 兆瓦(MW)、千瓦(kW)、毫瓦(mW)
单位换算 1 kW·h=3.6×106 J 1 kW=1 000 W
比较项 电功 电功率
公式 W=UIt P=
比较项 电功 电功率
推导 公式 W=I2Rt(适用于纯电阻电路) W=t(适用于纯电阻电路) W=Pt(同时适用于力学、电学) P=UI(适用于所有电路)
P=I2R(适用于纯电阻电路)
P=(适用于纯电阻电路)
2.额定功率与实际功率
额定电压 U额 用电器正常工作的电压
实际电压 U实 实际加在用电器两端的电压
额定功率 P额 用电器在额定电压下工作时的电功率
实际功率 P实 用电器在实际电压下工作时的电功率
用电器工作的实际功率是随着它两端的电压改变而改变的
特别提示　实际功率与额定功率的关系:当U实>U额时,P实>P额,易烧坏用电器;当U实教材素材再利用
1.该灯泡正常工作时的功率是0.75 W,该灯泡正常工作100 h,消耗的电能是0.075 kW·h。
考点 3
焦耳定律
说明 要点
电流的 热效应 电流通过导体时,电能转化为内能的现象叫电流的热效应
焦耳定律 的内容 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比
计算 公式 Q=I2Rt,Q=t=UIt(适用范围纯电阻电路)
电路只要有电流和电阻就有电流的热效应。电路是纯电阻电路时,电流产生的热量与消耗的电能相同,当电路不是纯电阻电路时,电流产生的热量小于消耗的电能
说明 要点
电热的 利用 电热器是利用电热的主要设备,它是利用电流的热效应制成的。电热器的主要工作部分是发热体,该部分需要用电阻大、熔点高的金属导体制作。电热水器、电饭锅等都是电热器
教材素材再利用
2.如图所示,电炉是利用电流的热效应工作的用电器,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,这是因为二者的电阻不同。
考向突破增知能
考向 1
电能、电功、电功率的计算
命题角度
例1学校楼道的灯长时间工作,容易被烧坏,电工师傅说:串联一个灯,既省电,又不容易烧坏,还可以再安装一个开关,选择不同的模式照明。小明同学不太理解这种做法,连接了模拟电路进行实验分析。模拟电路如图所示,已知电源电压为6 V保持不变,小灯泡L1上标有“6 V　9 W”,小灯泡L2的电阻为2 Ω,忽略温度对灯丝电阻的影响。
(1)两个开关都闭合时,求电路中的电流和L1的电阻;
(2)闭合S、断开S1,求:
①电路中的电流;
②电路的总功率和L1的实际功率。
(3)小明看见:两灯串联共同照明比L1正常照明亮度低。
请用本题中的具体数据加以解释。
答案:(1)1.5 A　4 Ω　(2)①1 A　②6 W　4 W　(3)见解析
解析:(1)两个开关都闭合时,L2被短路,电路为L1的简单电路,此时L1两端的电压和电源的电压相等,即L1正常发光,由P=UI可得,电路中的电流为
I1==1.5 A
由I=可得,L1的电阻为
R1==4 Ω。
(2)闭合S、断开S1时,L1与L2串联
①电路中的电流为
I==1 A。
②电路的总功率为
P=UI=6 V×1 A=6 W
L1的实际功率为
P1实=I2R1=(1 A)2×4 Ω=4 W。
(3)两灯串联共同照明时的总功率P=6 W,L1正常照明时的功率为P1=9 W,即P对应练1如图所示,电源电压保持不变,R2=30 Ω,R3=10 Ω。当闭合开关S,断开开关S1、S2时,电压表的示数为4 V,电流表的示数为0.2 A,则电源电压为　　　　 V;当开关S、S1、S2都闭合时,则电路消耗的总功率为
　　　　 W。
答案:6　3
考向 2
焦耳定律及电热的计算
例2电饭煲是常用的家用电器,它是利用电流的　　　效应工作的。某品牌电饭煲有“加热”和“保温”两挡功能,简化电路如图所示,R1=242 Ω, R2=60.5 Ω。当该电饭煲处于“加热”挡工作10 min,其消耗的电能是
　　 　J。
答案:热　6×105
对应练2如图所示,电源电压恒定,R1=12 Ω,R2=5 Ω,滑动变阻器R3的规格是“20 Ω　1.5 A”,电流表的量程是0~3 A,电压表的量程是0~15 V。
(1)只闭合开关S,移动滑片,当电流表的示数为0.8 A时,电压表示数为8 V,求电源电压。
(2)将滑片移到最右端,闭合所有开关,在1 min内R1产生多少热量
(3)闭合所有开关,为保证电路安全,滑动变阻器接入电路的阻值范围应为多少
答案:(1)12 V　(2)720 J　(3)8~20 Ω
实验突破
探究影响电流热效应的因素
试验点
【设计与进行实验】
1.被加热的材料选用煤油的原因:利用其比热容较小,可以使实验现象更明显
2.根据实物图画电路图
3.转换法的应用
(1)被加热的材料是煤油:利用温度计示数的变化来反映电热丝产生热量的多少
(2)被加热的材料是空气:通过U形管内液面高度差,来反映电热丝产生热量的多少
4.控制变量法的应用
(1)被加热物质的种类、质量、初温均相同
(2)探究电流通过电热丝产生热量的多少与电流的关系:控制电热丝阻值和通电时间相同,改变通过两电热丝的电流大小
(3)探究电流通过电热丝产生热量的多少与电阻的关系:控制通过电热丝的电流和通电时间相同,选择两个阻值不同的电阻丝
(4)探究电流通过电热丝产生热量的多少与通电时间的关系:控制电热丝的阻值和通过电热丝的电流相同,改变通电时间的长短
【分析数据和现象,总结结论】
5.图像分析与判断
6.分析现象,总结结论
在电阻和通电时间相同的情况下,通过电阻的电流越大,产生的热量越多;在电流和通电时间相同的情况下,电阻越大,产生的热量越多;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。
【交流与反思】
7.实验方案的评估
8.公式的适用范围
9.电热的相关计算
10.实验结论的应用
例题在“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中,某同学采用了如图甲、乙所示的实验装置(两个透明容器中封闭着等量的空气)。下列说法正确的是(　　)
①U形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的
②图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
③图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于10 Ω
④用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象
A.①② B.②③ C.②④ D.③④
答案:C
多维训练培素养
1.许多汽车的后视镜配备了如图甲所示的加热装置,该装置有“低温”除雾和“高温”除霜功能,保持镜面清晰,确保驾驶安全。其内部电路如图乙所示,R1和R2为加热电阻。下列分析正确的是(　　)
A.除雾状态,电路中只有R1工作
B.除霜状态,电路中只有R2工作
C.除雾状态,电路的总电流最大
D.除霜状态,电路的总功率最大
答案:D
2.综合实践课上,小聪想为学校的蔬菜基地设计一个空气湿度指示计,由于湿敏电阻R和定值电阻R0的参数未知,在测试阶段,小聪连出了如图所示的电路。当小聪用喷壶在R附近喷水时,V1的示数减小。已知电源电压保持不变,各电表量程、分度值合适,且均能正常读数。下列说法正确的是(　)
A.该电路无法测出R0的阻值
B.湿敏电阻的阻值随湿度的增加而增大
C.湿度增加时电表V与V1示数的差不变
D.湿度增加时,电路的总功率增大
答案:D
3.某电饭锅有加热和保温两种功能,其简化电路如图所示,R1、R2为加热电阻,S为电源开关,S1为温控开关。闭合电源开关S,温控开关S1由闭合到断开,下列说法正确的是(　　)
A.电饭锅进入加热状态
B.电路总电压变小
C.电路总电流变大
D.电路总功率变小
答案:D
4.如图所示的电路中,电源电压保持不变。闭合开关后,在保证电路安全的情况下,滑动变阻器的滑片由中点向右移动的过程中(　　)
A.电流表A的示数不变
B.电压表V的示数变大
C.小灯泡L的亮度变暗
D.整个电路的功率变小
答案:D
5.电阻R1和阻值为10 Ω的电阻R2是两段由同种材料制成的粗细相同的电阻丝,把它们按图甲所示方式接入电路。只闭合开关S1,电流表的示数为0.2 A;再闭合S2,电流表的示数如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
A.电源电压为6 V
B.电阻丝R2的长度较长
C.闭合S2,R1消耗的功率为1.5 W
D.两只开关均闭合2 min,电路消耗的电能为180 J
答案:D
6.(多选)某电路如图甲所示,电源电压恒为9 V,灯泡L额定电压为6 V,通过L的电流I随其两端电压U的变化关系图像如图乙所示。闭合开关S,下列分析正确的是(　　)
A.无论如何移动滑片,L的电阻始终为20 Ω
B.滑片向左移动过程中,L的实际功率减小
C.为保证电路安全,R接入的最小阻值为10 Ω
D.L实际功率为0.75 W时,R的阻值为24 Ω
答案:BCD
7.如图所示,电能表的示数为　　　 kW·h。
答案:2 385.6
8.如图甲所示的电路中,电压表V1测量　　　　两端的电压。电源两端电压保持不变,闭合开关S,将滑动变阻器滑片P由最右端移至最左端,此过程中,其中一个电压表示数与电流表示数的关系如图乙所示。当滑动变阻器接入电路的阻值为其最大阻值的一半时,它消耗的电功率为　 　 W。
答案:灯泡L　0.9
9.如图所示,电源两端电压为6 V,且保持不变。当开关S1闭合、S2断开时,电阻R1消耗的电功率P1为3 W;当开关S1、S2都闭合时,电流表的示数为1.5 A。
(1)求电阻R1和R2的阻值。
(2)求开关都闭合时,电路消耗的总功率。
答案:(1)12 Ω　6 Ω　(2)9 W
10.某电热水器内部简化电路如图甲所示,由控制电路和加热电路组成。控制电路中电源电压恒为12 V,R0为定值电阻,Rt为热敏电阻,其阻值随水温的变化关系如图乙所示,电流鉴别器相当于电流表;加热电路中电源电压为220 V,加热电阻R1的阻值为48.4 Ω。当热水器中水温降到40 ℃时,通过电流鉴别器的电流减小到30 mA,开关S2闭合,加热电路开始加热;当水温升至某温度时,通过电流鉴别器的电流增大到40 mA,开关S2断开,加热电路停止加热。
(1)开关S2闭合时,求加热电路的电功率;
(2)求定值电阻R0的阻值;
(3)求加热电路停止加热时水的温度。
答案:(1)1 000 W　(2)250 Ω　(3)80 ℃
解析:(1)开关S2闭合,加热电路的电功率为
P==1 000 W。
(2)当热水器中水温降到40 ℃时,通过电流鉴别器的电流减小到30 mA,开关S2闭合,加热电路开始加热,控制电路的总电阻为
R总==400 Ω
当t=40 ℃时,由题图乙可知,Rt=150 Ω,R0的阻值为
R0=R总-Rt=400 Ω-150 Ω=250 Ω。
(3)当水温升至某温度时,通过电流鉴别器的电流增大到40 mA,开关S2断开,加热电路停止加热,控制电路的总电阻
R总'==300 Ω
热敏电阻的阻值
Rt'=R总'-R0=300 Ω-250 Ω=50 Ω
由题图乙可知,当Rt'=50 Ω时,水的温度是80 ℃。

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