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第九讲 电能与利用(一)
[知识新授]
一、电能与电功
(1)用电器消耗电能的过程就是电能转化为其他形式的能的过程；有多少电能转化为其他形式的能，就消耗了多少电能。
(2)电能的单位：国际单位是焦耳(J)；常用单位：度(kWh)；1 kWh=3.6×106J。
(3)测量电能的仪表：电能表。
特别提醒：电能表的数据含义
220V：该电能表应该接在220V电压下工作
10A：该电能表的额定电流为10A
2500R/kW·h：每消耗1kW·h的电能，电能表转盘转2500圈
二、电功率
(1)定义：用电器在1秒内消耗的电能．
(2)物理意义：表示用电器消耗电能快慢的物理量。灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率的大小。
实验：阅读课本，理解电功率与电流、电压的关系
(3)计算公式：P=UI=W/t(适用于所有电路) 由此可得电功W=UIt
对于纯电阻电路可推导出：P=I2R=U2/R
串联
①串联电路中常用公式：P=I2R
各用电器功率之比
P1：P2：P3：…Pn=R1：R2：R3：…：Rn
并联
②并联电路中常用公式：P=U2/R
各用电器功率之比
P1：P2=R2：R1
③无论用电器串联或并联，计算总功率常用公式P=P1+P2+…Pn
(4)单位：国际单位瓦特(W)；常用单位：千瓦(kW)
(5)额定功率和实际功率(铭牌信息)
①额定电压：用电器正常工作时的电压.
额定功率：用电器在额定电压下的功率。P额==U额I额=U额2/R
②当U实=U额时，P实=P额(灯正常发光)
当U实当U实>U额时，P实>P额长期使用影响用电器寿命(灯发光强烈,有时会损坏用电器)
当U实>U额时，P实=0用电器烧坏(灯丝烧断)
特别提醒：
用电设备的P额、U额具有唯一性、对应性，而用电设备的U实、P实可有很多个，但U实、P实具有同体性、同时性。
三、伏安法测小灯泡的电功率(灯的电阻特殊性图像)
(1)原理：P＝UI。
(2)基本方法：用电压表测量用电器两端的电压，用电流表测量通过用电器的电流，根据公式计算用电器的电功率。
(3)器材：电压表、电流表、滑动变阻器、灯泡、开关、学生电源、导线。
(4)实验电路图如图所示。
(5)实验步骤
①按设计电路图连接实物，设计实验表格；
②检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表的示数为额定电压，观察灯泡发光情况，并记下电流表的示数，算出额定功率；
③调节滑动变阻器，使电压为等于电压的1.2倍，观察小灯泡发光情况，记下电流表和电压表的示数，计算出此时小灯泡的实际功率；
④调节滑动变阻器，使电压等于额定电压，观察小灯泡的发光情况，记下电流表和电压表的示数，算出小灯泡的额定功率。
[经典例题]
[例1]王亮同学是个爱动脑的孩子，他想知道家里电风扇的实际功率多大，于是他将家里其他用电器都关闭，只让电风扇单独工作了72s，如图的电能表转盘转了5转，下列说法正确的是(　　)
A．此电能表转盘每小时转过2500转
B．电能表是测量电路中用电器功率的仪器
C．此电能表所在电路的最大电功率为2200KW．
D．电风扇的实际功率是100W
[例2]小王家的电能表上标着“600imp/(kW?h)，220V 5A”等信息他用这个电能表来测量某用电器的功率；他把家中的其他用电器都与电源断开，仅让这个用电器工作，6min内电能表指示灯闪了30次．该用电器阻值恒定，将它接到110V的电路中，实际功率是(　　)
A．250w B．125w C．150W D．500W
[例3]济南某工厂2016年上半年共节约电能5000kW?h，一位电视台记者在报道该厂节能减排的成效时，手举一只理发用的电吹风说：“我这只电吹风是500W的，也就是0.5kW，这个厂半年来节省的电能可以开动10000个这样的电吹风．”从这段话中可以看出，该记者把电能和另一个物理量弄混了．这个物理量是(　　)
A．电流 B．电阻 C．电功 D．电功率
[例4]某电吹风的额定功率为1500瓦．正常工作0.1小时，所消耗的电能为(　　)
A．150度 B．15度 C．1.5度 D．0.15度
[例5]甲、乙两个用电器并联后接在某一电源上，在相等的时间内，电流通过甲所做的功比乙的大，则(　　)
A．甲通过的电流比乙的大 B．甲两端的电压比乙的高
C．甲的电阻比乙的大 D．乙消耗的电能比甲的多
[例6]甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示，下列说法中正确的是(　　)
A．两灯均正常发光时，乙灯消耗的电能较多
B．两灯均正常发光时，甲灯的电阻小于乙灯的电阻
C．将乙灯接入110V的电路中，它的实际功率为50W
D．两灯串联在220V的电路中，甲灯比乙灯亮
[例7]LED灯是一种新型的环保节能灯．小明妈妈为他买了一款LED护眼灯，此款灯额定电压为24V，额定功率为8W，它正常发光时与“PZ220﹣60”的白炽灯正常发光时的亮度相当．有关这款灯下列说法不正确的是(　　)
A．该灯发光柔和，可减缓用眼疲劳
B．该灯工作时主要将电能转化为内能
C．该灯正常工作时的电压为24V
D．1度电可供该灯正常工作125h
[例8]有两只小灯泡，只标有额定电压都是6.3V，将它们串联起来接在电路中，亮度不同．在回答哪个灯泡的额定功率比较大时，要用到以下六句话：a．较亮的灯泡电阻较大；b．从关系式P=I2R可以知道；c．串联时流过两灯的电流相同；d．从关系式P=可以知道；e．在相同的电压下工作时，灯泡的电功率和它的电阻成反比；f．所以串联时较暗的额定功率大．按照下列顺序排列这六句话，可以把问题讲得最清楚的是(　　)
A．cbadef B．bcadef C．debacf D．bacdef
[例9]规格分别为“5V 2.5W”和“20V 10W”的甲、乙两只小灯泡，将它们串联后接到25V的 电源上，两灯都发光，则(　　)
A．甲灯较亮 B．乙灯较亮 C．两灯一样亮 D．无法判断
[例10]一个标着“220V 1100W”的电炉，正常工作时电阻丝的电阻为　 　Ω；当其两端电压为110V时，该电炉的实际功率为　 　W．(不计温度对电阻的影响)
[例11]一台家用电视机待机状态下的电功率大约是10W，这表示1秒钟电流做的功是　 　．如果这台电视机平均每天的待机时间以18h计，那么在待机状态下100天消耗的电能是　 　kW?h．
[例12]用如图(a)所示电路测量小灯泡电功率，灯泡L标有“2.5V 0.3A”字样，滑动变阻器铭牌上标有“50Ω 1.5A”字样，不考虑温度对灯泡电阻的影响．
(1)按电路图将图(b)中的实物元件连接起来．
(2)在图(a)中，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片从A向B滑动的过程中，电压表示数将　 　(选填“变大”、“变小”或“不变”)．
(3)某次实验时电压表和电流表的示数如图(c)所示，则此时小灯泡的实际功率为　 　W．
[例13]如图是某课外活动小组设计的小台灯电路图．S为单刀双掷开关，电源电压为12V．且保持不变．小灯泡的额定功率是6W，电阻R的阻值为6Ω．当开关S接“2”时，
小灯泡恰好正常发光．若灯丝电阻不变，试求：
(1)灯丝的电阻是多少？
(2)小灯泡正常发光10min，电流通过小灯泡所做的功是多少？
(3)开关S接“1”时，电阻R的功率是多少？
　
[课后作业]
1．将“220V　25W”和“220V　40W”的两个灯泡先并联起来接到220V的电路中，后串联起来接入同一电路中，则(　　)
A．两种情况下灯泡都能正常发光
B．只有串联的情况下灯泡能正常发光
C．并联接入时两灯消耗的总功率比串联时大
D．串联接入时两灯消耗的总功率比并联时大
2．如图所示电路，闭合开关S，灯泡L1、L2都发光．过一会儿，由于灯泡L1的质量问题，灯丝被烧断．则下列说法中正确的是(　　)
A．滑动变阻器实际功率变小 B．灯泡L2额定功率变大
C．灯泡L2亮度不变 D．灯泡L2亮度变暗
3．如图所示的物理现象涉及的物理知识正确的是(　　)
A．电风扇工作时主要将电能转化为机械能
B．家庭电路中的电能表是测量电流做功快慢的
C．法拉第根据图示电磁感应的原理制成了电动机
D．测电笔按图示的方法使用可以辨别家庭电路中的火线与零线
4．小明家记录5月初电能表示数为1432.7度，电能表的部分示数及6月初的示数如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．电能表是测量用电器电功率的仪表
B．此电能表适用于电流方向一秒钟改变50次的交流电路
C．小明家5月初至6月初消耗的电能是105kW?h
D．若电能表转盘在10min内转过250转，则用电器的总功率为1kW
5．在如图所示的电路中，发现通过电流表的示数减少0.2安培时，电压表的示数从6伏特变为5伏特，那么该定值电阻所消耗的功率的变化量为(　　)
A．1.2W B．1.0W C．2.2W D．5.0W
6．三位日本科学家因发明如图甲所示的“高亮度蓝色光二极管”获得2014年诺贝尔物理学奖．小明同学在研究二极管内部结构时发现，灯带中的LED灯串联后经电流适配器接入照明电路，如图乙所示，她取下一只LED灯接在电池两端，灯不亮，对调电池正负极后灯亮了，但用手触摸几乎不发热，以下推断符合上述事实的是(　　)
A．LED灯工作时主要是将电能转化为内能
B．灯带中一只LED灯断路后其它灯还亮
C．一只LED正常工作的电压是220V
D．LED灯具有单向导电性
　
7．为创建全国“环保节能模范城市”，新建的小区将普遍安装太阳能路灯．图1是某型号太阳能路灯，图2是它的结构示意图，图3是该太阳能路灯的技术参数．
太阳能路灯专用控制器实质上是一个由光、声音和时间控制的单刀多掷开关(如图1中的S)．晚上要让电灯发光，控制器将控制开关S与　 　 (选填“a”、“b”或“c”)触点接触．此高效节能灯1盏正常工作照明10h，消耗电能　 　J．
8．如图所示为四旋翼无人机，它是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器，目前在拍摄调查、无人配送等方面得到越来越广泛的应用．若该机所需的能量是由一块输出电压为15V，容量为5000mA?h的电池提供，若电能的80%用于飞行，飞行时的实际功率为100W，则该机最多能飞行的时间是　 　h．
9．小明做测“小灯泡功率”实验时，所用器材有电压为6V的电源，额定电压为2.5V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线．
(1)如图甲所示是小明没有连接完整实物电路，请用笔画线代替导线，棒小明将实物电路连接完整；
(2)小明连好电路闭合开关后，发现小灯泡不亮，电压表有示数，而电流表示数为零，则电路存在的故障可能是　 　．
(3)排除故障后闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2V，要测得最小灯泡的额定功率，应将滑片P向　 　(选填“左”或“右”)端滑动．
(4)小明通过移动滑片P，分别记录下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成了如图乙所示的U﹣I图象，根据图象提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率是　 　W．
(5)实验结束后，小明仅将小灯泡换成定值电阻，来探究电流与电阻的关系，小明想要完成四组实验，准备好的定值电阻有5Ω、10Ω、15Ω、20Ω．
①将电路连接正确后，闭合开关，移动变阻器的滑片P，使定值电阻两端的电压为2V，此时电流表的示数如图丙所示，则定值电阻的阻值为　 　Ω．
②断开开关，将定值电阻换成阻值为10Ω的电阻，其余不动，闭合开关，电压表示数将　 　(选填“变大”或“变小”)；为完成此四组实验，滑动变阻器的最大电阻应不小于　 　 Ω．
10．如图所示，L是标有“6V2.4W”字样的小灯泡，R是定值电阻．断开开关S2，闭合开关S1和S3，灯泡正常发光，电流表的示数为0.6A．则：
(1)灯泡正常发光时，1min内灯泡消耗的电能．
(2)定值电阻R的阻值．
(3)断开开关S1和S3，闭合开关S2，要使灯泡仍正常发光，电源电压应增加到多大？此时电路中消耗的总功率为多大？
[参考答案]
[经典例题]
1．D．
2．B．
3．D．
4．D．
5．A．
6．D．
7．B．
8．A．
9．B．
10．44；275．
11．10J；18．
12．(1)；(2)变大；(3)0.51．
13．(1)灯丝的电阻是24Ω；(2)小灯泡正常发光10min，电流通过小灯泡做的功是3600J；(3)开关S接“1”时，电阻R的功率是0.96W．
[课后作业]
1．C．
2．A．　
3．A．　
4．C．
5．C．
6．D．　
7．C；3.6×105．
8．0.6．
9．(1)；
(2)灯泡断路；
(3)右；
(4)0.5；
(5)①5；②变大；40；
10．(1)灯泡正常发光时，1min内灯泡消耗的电能为144J．
(2)定值电阻R的阻值为30Ω．
(3)断开开关S1和S3，闭合开关S2，要使灯泡仍正常发光，电源电压应增加到18V；此时电路中消耗的总功率为7.2W．

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