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(电功、电功率)电功和电功率讲义

 紫曦唯幂1 2013-11-13
电功和电功率

教学目标

(一)知识目标

 1.知道电功是指电场力对自由电荷所做的功,做功的过程是电能转化为其他形式能量的过程。

 2.理解电功、电功率的概念及表达式的物理意义并能用电功的公式进行有关的计算。

 3.了解额定电压、额定功率、实际功率的意义。

 4.知道电功率、热功率的联系和区别.

(二)能力目标

 1.通过灯泡工作功率的演示,培养学生观察能力和利用实验分析和处理实际问题的能力。

(三)情感目标

 1.通过演示实验,加强学生对物理实验的重视,培养学生严谨求实的科学态度。

 2.通过电能和其他能的转化和守恒规律的讲解进一步渗透辨论唯物主义观点的教育和节约能源勤俭节约的优良传统。

 3.通过灯泡实际功率的演示,对学生进行安全意识教育。

教学建议

 1.在推导电功的公式时,应该注意讲清楚,在时间t内,只是相当于把电荷q由电路的一端移至另一端(两端的电压为U),这与在真空中把某一电荷q由某处移至另一处有区别,但效果是一样的,即所做的功相同。

 2.可用类比的方法向学生说明:电场力对自由电行做功时,在真空中电势能转化为动能,这相当于物体在真空中自由下落时,重力势能转化为动能;在电阻元件中电势能转化为内能,这相当于物体在粘滞性较大的液体中匀速下落时,重力势能转化为内能。

 3.教材只要求学生知道电功率和热功率的区别和联系,而不要求对这个问题作进一步讨论。

 4.对于这两个导出式,要明确它的使用条件和适用范围,即:纯电阻电路。

教学设计方案

电功、电功率

一 教学目标

 1.理解电功、电功率的概念,公式的物理意义。

 2.了解实际功率和额定功率。

 3.了解电功和电热的关系。

 4.了解公式 ( )和 ( )的适用条件。

 5.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系,电功大于电热。

 6.能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题。

二 重点、难点分析

 1.教学重点在于区别并掌握电功和电热的计算。

 2.难点主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识,接受起来比较困难。

三 主要教学过程

(一)提出问题,引入新课

 1.通过前面的学习,可知导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动,电场力对定向移动的电荷做功吗?(做功,而且做正功)

 2.电场力做功将引起能量的转化,电能转化为其他形式能,举出一些大家熟悉的例子。

 电能→机械能,如电动机。

 电能→内能,如电热器。

 电能→化学能,如电解槽。

 本节课将重点研究电路中的能量问题。

(二)教学过程设计

 1.电功

 (1)定义:电路中电场力对走向移动的电荷所做的功,简称电功,通常也说成是电流的功。

 (2)实质:能量的转化与守恒定律在电路中的体现。

 电能通过电流做功转化为其他形式能。

 上一章里学过电场力对电荷的功,若电荷q在电场力作用下从A搬至B,AB两点间电势差为,则电场力做功

 对于一段导体而言,两端电势差为U,把电荷q从一端搬至另一端,电场力的功,在导体中形成电流,且,(在时间间隔t内搬运的电量为q,则通过导体截面电流为I,),所以。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。

(3)表达式:

 说明:

 ①表达式的物理意义:电流在一段电路上的功,跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。

 ②适用条件:I 、U 不随时间变化──恒定电流。

(4)单位:电流单位用安培(A),电压单位用伏(V),时间单位用秒(S),则电功的单位是焦耳(J)。

(5)电功率

 ①表达式: 

 物理意义:一段电路上功率,跟这段电路两端电压和电路中电流强度成正比。

 ②单位:功的单位用焦耳(J),时间单位用秒(s),功率单位为瓦特(W)。

  1W=1J/s

 这里应强调说明:推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质,电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。再者,这里是电场力做功,是消耗的总电能,也是电能所转化的其他形式能量的总和。

 电流在通过导体时,导体要发热,电能转化为内能。这就是电流的热效应,描述它的定量规律是焦耳定律。

 学生一般认为,,又由欧姆定律,,所以得出 ,电流做这么多功,放出热量 。这里有一个错误,可让学生思考并找出来。

 错在,何以见得电流做功全部转化为内能增量?有无可能同时转化为其他形式能?

 英国物理学家焦耳,经过长期实验研究后提出焦耳定律。

2.焦耳定律──电流热效应

(1)内容:电流通过导体产生的热量,跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比。

(2)表达式: 

 对于导体而言,根据欧姆定律, ,所以 ,电流做功完全用来生热,电能转化为内能。

(3)说明:焦耳定律表明,纯电阻电路中电流做功完全转化为内能,同时,有电阻的电路中电流做功会引起内能的增加,且电热 

(4)简单介绍产生焦耳热的原因:

 金属中自由电子在电场力作用下定向移动,由于电场做功,电子动能增加,但不断地与晶格(原子核点阵)碰撞,不断把能量传给晶格,使晶格中各粒子在平衡位置附近的热运动加剧,从而温度升高。

(5)纯电阻电路中的电功和电功率

①电功,对所有电路中电阻的生热都适用。

结合纯电阻电路欧姆定律 , 

②电功率,对所有电路中电阻的电热功率都适用。

 结合纯电阻电路欧姆定律 

3.非纯电阻电路中的电功和电功率(以含电动机电路为例)

 非纯电阻电路中,电能与其他形式能转化的关系非常关键。以电动机为例,电动机电路如图所示,电动机两端电压为U,通过电动机电流为I,电动机线圈电阻为R,则电流做功或电动机消耗的总电能为 W=IU,电动机线圈电阻生热,电动机还对外做功,把电能转化为机械能,是电动机输出的机械能。

 考虑每秒钟内能量转化关系,即功率,只要令上述各式中 t=1s即可,可得总功率,电热功率,输出功率,三者关系是

4.额定功率和实际功率

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。

(1)额定功率:用电器正常工作时所需电压叫额定电压,在这个电压下消耗的功率称额定功率。

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。

(2)实际功率 ,U 、I 分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。

(三)复习巩固

 某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示,重物质量 m=50kg,电源提供恒定电压 U=110v,不计各处摩擦,当电动机以v=90m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中电流强度 I=5A,求电动机线圈电阻 R( )(4Ω)

探究活动

1.调查电路设计中采用了那些方法来减小导线上的电能损耗。

2.实验设计:验证 电功和电功率

本章的重点是电功、电功率的概念,焦耳定律。难点是串并联电路中有关额定功率、实际功率的分析及计算。在这一章学习过程中应注意以下几点:

1、正确理解电功和电功率的关系: 。

有的同学认为"电流做功越多,电功率越大",这是错误的。电功率描述电流做功的快慢,用电流在单位时间所做的功来表示。所以这里包含功和时间两个因素,只有时间相同的前提下,做功多者功率才会大。若缺少时间这个因素,功率大时只能说明做功快,做的功不一定多。

2、区别电功和电热的不同

电流做功的过程是电能转化为其它形式能的过程。如电炉、电烙铁、电饭锅,电流做功时将全部电能转化为内能,而电风扇工作时电能主要转化为机械能,只有少部分能量转化为内能,因此电风扇发热时唯一使用的公式是Q = I2Rt(R为电动机线圈的电阻),而绝不能使用Q =W=UIt(其中U为电机线圈两端的电压),因为此时W > Q 。

3、测定小灯泡的电功率,这是初中阶段非常重要的一个电学实验,这个实验应明确(1)原理:P = UI;(2)电路图;(3)步骤。要测定小灯泡额定功率时,应调节滑动变阻器,使伏特表读数为额定电压U额时,再读出安培表示数I额,代入P额 = U额I额中计算。一个灯泡的额定功率只有一个值。实际功率是指灯泡实际消耗的功率,它等于灯泡两端的实际电压乘以流过灯泡的实际电流、实际功率会随着实际电压的变化而变化。

4、电功率的基本公式是P = UI,在电能全部转化为内能而没有转化为其它形式能的过程中,可分别导出(1)P = (2)P = I2R。

这两个公式反映了电功率与电阻及其他物理量之间的相互联系,表现的是多因一果的关系。公式P = 反映了导体的电功率受它的电阻及两端电压的制约,由它们共同决定。公式P = I2R,反映了导体的电功率由导体的电阻及导体中的电流共同决定。当公式反映的是多因一果关系时,其中两个物理量之间存在比例关系的必要条件是:其它有关因素保持一定。在不同的条件下,两个物理量之间的比例关系不同。因此当电流一定时,据P = I2R可知,电功率跟导体的电阻成正比;当电压一定时,据P = 可知,电功率跟电阻成反比。

5、串、并联电路总电功(率)与各串、并联用电器电功(率)的关系都是:W总 = W1+W2+……,P总= P1+P2+……

1、标称"220V,800W"的电炉,求(1)正常工作时的电流?(2)电炉丝的电阻?(3)通电1小时通过电炉丝横截面的电量?(4)通电1小时,电炉放出的热量?(5)通电1小时,电流做多少焦耳环的功?(6)通电1小时消耗多少千瓦时电能?(7)若将它接入110V电源上,电炉的实际功率?

分析:为计算方便,计算过程尽量保留分数,最终结果再写成小数。能定性讨论的尽量免去计算,不得已再进行计算。

电功、电能、热量、电量是不同的物理量,不要混淆。

因为电流经过某用电器做了多少功,就消耗多少电能,所以电功、电能计算公式相同、单位均相同,初中物理中用相同符号W表示。

在纯电阻电路中,消耗了多少电能,也就转化为多少内能,故热量与电功数值,单位也相同,在纯电阻电路中计算热量,除可利用焦耳定律原公式Q=I2Rt,也可利用Q = W,则W的几个变形式均可用。

电量是指通过导体横截面电荷的多少,与电能、电功、热量计算公式、数值、单位均不相同。但是电量和热量两个物理量的符号都是Q。若同时出现一题中,必须注上下角标,Q电表示电量,Q热表示热量。

中考命题切入点:电功和电功率

(1) 考查电功率及欧姆定律的应用
例题1 (2013庆阳中考) 如下图所示电路中,闭合开关,将滑动变阻器的滑片向上滑动时,观察到的现象是(  )
\
A.灯泡变暗,电压表示数变大
B.灯泡变亮,电压表示数不变
C.电路消耗的总功率变小,电压表示数不变
D.电路消耗的总功率变大,电压表示数变大
解析 当滑片向上移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变大,根据公式I=U/R
可知电路电流的变化;根据公式P=I2R求出灯泡实际功率的变化;利用公式P=UI求出电路消耗的总功率的变化;电压表测量电源电压.
解:当滑片向上移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变大,根据公式I=可知电路电流变小;根据公式P=I2R可知灯泡的实际功率变小,灯泡亮度变暗;
根据公式P=UI可知,电路消耗的总功率变小;电压测量电源电压,所以表上示数不变.
答案  C

(2) 考查电功计算公式的应用
例题2 (2013福州中考)近日福州闽江两岸灯光夜景改造工程完工,使江滨夜景更加美丽,又节能环保.其中尤溪洲大桥换上了约3000盏新型LED灯,灯的功率由原来的28 W变成了13 W,若这些夜景灯每天工作3 h,则一个月(按30天计算)节省的电能__________kW·h,节省下的电能可使额定功率为1000 W的电热水壶正常工作_____ h.
解析 (1)根据公式W=Pt分别求出两种灯消耗的电能,它们的差即为节省的电能;
(2)根据P=W/t 求出工作时间.
解 (1)原来灯泡消耗的电能W1=P1t=3000×0.028 kW×30×3 h=7560 kWh,
LED灯消耗的电能:W2=P2t=3000×0.013 kW×30×3 h=3510 kWh,
节省的电能:W=W1-W2=7560 kWh-3510 kWh=4050 kWh=4.05×103 kWh;
(2)∵P=W/t,
∴省下的电能可使额定功率为1000W的电热水壶正常工作的时间:
\
答案  4.05×103  4.05×103

(3) 考查电功、电功率的计算
例题3 (2013衡水中考)电压力锅结合了压力锅和电饭锅的优点,是现代人喜欢的厨房用具.图甲是某品牌电压力锅的简化电路图,R1为加热电阻,R2为保温电阻,S1为电源开关,S2为压力开关.加热时S2与触点a接通,R1工作;保温时S2与触点b接通,R2工作.电压力锅的其他参数见铭牌.
 
电压力锅的铭牌
额定电压220伏
加热功率1000瓦
保温功率100瓦
气压设定值175千帕

\
(1)当电压力锅内的气压达到设定值时水沸腾.此时,水的温度______100 ℃(选填“>”、“=”或  “<”).
(2)计算保温电阻R2正常工作时的阻值.
(3)图乙表示电压力锅工作时电功率与时间的关系.阴影部分面积表示_________,并列式计算它的大小.
解析 (1)液体的沸点跟气压有关,气压增大沸点升高,气压减小沸点降低;比较设定气压和大气压即可得出答案;
(2)保温时S2与触点b接通,电路为R2的简单电路,根据P=W/t 求出电阻R2正常工作时的阻值;
(3)由乙图可知,横坐标表示加热时间t,纵坐标表示电功率P,由W=Pt可知,阴影部分面积表示电压力锅加热10 min消耗的电能(或电功).
解 (1)电压力锅气压的设定值为175 kPa大于标准大气压100 kPa,所以当电压力锅内的气压达到设定值时水沸腾时,水的温度大于100 ℃;
(2)保温时S2与触点b接通,电路为R2的简单电路,

由P=U2/R可得,电阻R2正常工作时的阻值:

\
(3)由乙图可知,横坐标表示加热时间t,纵坐标表示电功率P,由W=Pt可知,阴影部分面积表示电压力锅加热10 min消耗的电能(或电功),
W=Pt=1000 W×10×60 s=6×105 J.
答案 (1)> (2)保温电阻R2正常工作时的阻值为484 Ω (3)电压力锅加热10 min消耗的电能(或电功)大小为6×105 J.

(4) 考查如何测小灯泡的功率
例题4 (2013泉州中考)小强在进行“测定小灯泡的电功率”的实验,已知电源电压为3V,小灯泡的额定电压为2.5 V,他已连接了部分电路,如图1所示,请你接着完成下列步骤:
(1)用笔画线代替导线,将图1的电路连接完整.
(2)连接电路时,开关S应当处于_________状态,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于________(选填“左端”或“右端”). 
(3)连接好电路后,闭合开关,移动滑动变阻器滑片P,发现小灯泡始终不亮,电流表有示数,电压表的示数为0,则出现故障的原因可能是                .
(4)故障排除后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P到某一位置,电压表的示数如图2所示,为了测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向_______端移动.
(5)当小灯泡正常发光时,电流表的示数如图3所示,则电流表的示数为________A,小灯泡的额定功率是___________W.
\
\
解析 (1)掌握实物电路的连接,特别注意电流表、电压表及滑动变阻器的接法,电流表和滑动变阻器串联在电路中,电压表并联在电路中,注意电流表、电压表量程和正负接线柱的接法及滑动变阻器上下接线柱的选择;
(2)在连接电路中,开关应断开,在闭合开关前,滑片应移至最大阻值处;
(3)首先掌握断路和短路的区别,根据两电表的示数情况进行判断;
(4)根据串分压的知识判断滑动变阻器阻值的变化,然后判断出滑片移到的情况;
(5)首先确定电流表的量程和分度值,正确的读数后,根据公式P=UI计算出小灯泡的额定功率.
解  (1)电压表应与灯泡并联,由于灯泡的额定电压为2.5 V,所以电压表可选择0~3 V的量程,滑动变阻器已接了下面一个接线柱,再连接上面任意一个接线柱即可,如下图所示:
\
(2)连接电路时,为防止电路中电流过大,开关S应当处于断开状态;
由于滑动变阻器接了下面的左边一个接线柱,所以在闭合开关前,滑片应移至最右端,使其阻值最大;
(3)电流表有示数,说明电路中未发生断路,又小灯泡始终不亮,且电压表的示数为0,可见是灯泡或电压表短路造成的;
(4)由图2知,电压表的量程为0~3 V,分度值为0.1 V,所以示数为1.7 V,低于额定电压,所以滑动变阻器应减小阻值减少分得的电压,所以滑片应向左移动;
(5)由图3知,电流表的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,所以示数为0.2 A;
则P=UI=2.5 V×0.2 A=0.5 W.
答案 (1)如上图所示 (2)断开  右端  (3)灯L(或电压表)被短路  (4)左  (5)0.2  0.5

(5) 考查电灯亮度与电功率的关系
例题5 (2013 河北中考)小明学习了电功率后,用额定电压分别为2.5  V、6  V的灯泡L0和L2设计了图14所示的电路图,来探究灯泡的发光亮度与哪些因素有关.
(1)小灯泡发光时,将电能转化为_______能和光能.
(2)探究L1的亮度时,只闭合S、S1,发现电压表有示数,电流表无示数,则电路故障可能是:                                             .
排除故障后,继续实验,收集的数据及现象如表一.
\
\
\

(3)探究L2的亮度时,只闭合S、S2,进行实验,收集的数据及现象如表二.(4)分析两表可知,同一规格的小灯泡发光亮度与_____________有关,不同规格的小灯泡发光亮度还应与__________的转化效率有关.

【拓展】完成探究后,小明用电源、电流表、滑动变阻器、电阻箱(\     )各1个,2个开关及若干条导线,对额定电流为0.1A的小灯泡的额定功率进行了测定.请在虚线框内画出他设计的电路图,并写出实验步骤及测定额定功率的表达式.
实验步骤:
表达式:P额=_________________

\
解析 (1)小灯泡发光时将电能转化为内能与光能.
(2)常见的电路故障有:断路与短路,根据电路故障现象分析电路故障原因.
(4)同一灯泡的亮度与灯泡的实际功率有关,不同灯泡的亮度与灯泡把电能转化为光能的效率有关.
拓展:测灯泡额定功率需要测出灯泡的额定电流与额定电压,现在只有电流表而没有电压表,可以把灯泡与电阻箱并联,测出灯泡正常发光时通过电阻箱的电流,读出电阻箱的阻值,由欧姆定律及并联电路特点求出灯泡正常发光时的电压,然后由电功率公式求出灯泡的额定功率.

\
解 (1)小灯泡发光时,将电能转化为内能和光能.
(2)由电路图可知,只闭合S、S1,电源、电流表、灯L1、滑动变阻器组成简单电路;电流表无示数,说明电路存在断路,电压表有示数,说明电压表与电源两极相连,电压表并联电路之外电路不存在断路,与电压表并联的灯泡断路.
(4)由表中实验数据可知:同一规格的小灯泡发光亮度与实际功率有关,不同规格的小灯泡发光亮度还应与电能转化为光能的转化效率有关.
拓展:
实验电路:只用电流表而没有电压表测灯泡额定功率的实验电路图如图所示.
实验步骤:①根据电路图连接实物电路图.
②只闭合S1,移动变阻器滑片,使电流表示数为0.1A;
③断开S1,闭合S2,滑片不动,调节电阻箱,当电流
表示数为0.1A时,读出电阻箱连入电路中的电阻为R.
灯泡的额定功率:由实验步骤可知,灯泡正常发光时的电阻为R,
则灯泡的额定功率P=I2R=(0.1 A)2R.
答案 (1)内 (2)灯泡断路 (4)实际功率  电能转化为光能
拓展:实验电路图如图所示 实验步骤如上所述 (0.1 A)2R.

(6) 考查电功 与电功率的计算 及电热器的“多挡”问题
例题6 (2013武汉中考)下图是一种调温型电热毯的电路示意图,R1和R2是两根相同的电热丝.图中虚线框内是“三刀四档”滑动式调温开关,“三刀”(即AB、CD、EF三个滑片)只能同时并排向左或向右滑动,使开关处于“1”、“2”、“3”、“4”档中的某一档位上.当开关处于“4”档时,电热毯不发热;当开关处于其他三档中的某一档位时,电热毯的最小发热功率为30 W.
\
(1)电热毯以最小发热功率工作时,流过电路中的电流为____A.(结果保留两位小数)
(2)开关分别处于“1”、“2”档时,电热毯的发热功率分别为____W、____W.
(3)开关分别处于“3”档时,电热毯工作30分钟产生的热量是多少焦?
解析 (1)知道电热毯的最小发热功率,根据P=UI求出此时流过电路中的电流.
(2)由电路图可知,当开关位于“3”档时,R1与R2串联,根据P=U2//R 可知处于低档位,根据欧姆定律求出电路中的总电阻,利用电阻的串联求出每根电热丝的阻值;
当开关处于“1”档时,R1与R2并联,电路中的电阻最小,根据P= U2//R可知处于高档位,根据并联电路的电压特点和P= U2//R分别求出每根电阻丝的功率,两者之和即为此时电路的总功率;
当开关处于“2”档时,电路为R2的简单电路,根据P=U2//R 可知处于中档位,根据P=U2//R 求出电功率.
(3)开关分别处于“3”档时,电热毯的发热功率最小,根据Q=W=Pt求出电热毯工作30分钟产生的热量.
解  (1)根据P=UI可得,电热毯以最小发热功率工作时流过电路中的电流:
\
(2)由电路图可知,当开关位于“3”档时,R1与R2串联,处于低档位,根据欧姆定律可得,电路中的总电阻:
\
∵串联电路中总电阻等于各分电阻之和,且R1和R2是两根相同的电热丝
\
当开关处于“1”档时,R1与R2并联,处于高档位,
∵并联电路中各支路两端的电压相等,
∴电热毯的发热功率:
\
当开关处于“2”档时,电路为R2的简单电路,电热毯的发热功率:
\
(3)当开关位于“3”档时,R1与R2串联,电热毯功率为30 W,电热毯工作30分钟产生的热量:
Q=W=Pt=30 W×30×60 s=5.4×104 J.

答案 (1)0.14 (2)120  60 (3)电热毯工作30分钟产生的热量为5.4×104 J                                                                                                                                                       电功和电功率中考考点辨析  


一、知识点梳理

   

本章的电功、电功率、焦耳定律和电功率的综合计算是中考电学知识的重点考点,通过复习,明确电流做功的特点实际上是电能转化为其他形式的能的过程。如电流通过各种用电器使之产生转动、发热、发光、发声等现象。学会用电能表和秒表测某一用电器的实际功率。电功率的计算是本章难点,因此必须掌握解题要领。焦耳定律是一个实验定律,生活中利用发热现象工作的电器很多,这里的计算也是需要重点掌握的内容。

二、中考考点辨析

1、电功和电功率区别辨析

   (1)电功和电功率所描述的物理概念不同:电功是描述电流做功多少的物理量,而电功率是描述电流做功快慢的物理量。电功率不仅跟电流做功的多少有关,还跟做功的时间有关。

   (2)电功和电功率的计算公式不同:电功的基本计算公式是 ,由此可以看出,电流做功多少跟电压、电流强度和通电时间三个因素有关,是由它们三者的乘积来决定大小的。电功率的基本公式是 ,它表明电功率跟电压、电流两个因素有关,其大小由它们的乘积决定。

    (3)电功和电功率的单位不同:电功的单位是J和kW·h,而电功率的单位是W和kW。

    (4)电功和电功率的测量方法不同:电功用电能表来直接测量的,而电功率有两种测量方法,第一种方法是用伏安法间接进行测量,即测出用电器两端的电压及通过的电流,然后根据 求出电功率。第二种方法是用电能表和秒表间接测量,即测出某一段时间用电器所做的功,然后根据 可得用电器电功率。

    (5)电功和电功率的联系密切,利用公式 可得出 。

2、额定电功率和实际电功率辨析

    一个用电器的实际电功率是随着它两端电压的改变而改变的,一个用电器不是随便接入任何一个电路都能正常工作。设计用电器时,需要确定它在正常工作时的条件(如电压、电流、电功率)。通常在用电器的铭牌上标出。正常工作时的电压叫额定电压,在额定电压下的电功率叫额定电功率。一个用电器一旦生产出来,其额定电压和额定电功率是确定的。

实际电功率是用电器在实际工作时的电功率,是不确定的,如果用电器两端的实际电压等于它的额定电压,那么实际电功率就等于额定电功率,这是用电器正常工作;如果用电器两端的实际电压小于它的额定电压,那么实际电功率就小于它的额定电功率,这时用电器不能正常工作;如果用电器两端的电压大于额定电压,那么实际电功率就大于额定电功率,用电器不仅不能正常工作,严重时可能还会烧坏用电器。为此,在使用用电器时,应保证用电器两端的电压等于它的额定电压,这样才能使用电器更好地发挥作用。

一个用电器可以有无数个实际电功率 ,却只有一个额定电功率。

3、理解焦耳定律

    焦耳定律是在大量实验的基础上总结得出的,它定量地描述了电能向内能转化的规律。用公式 表示,它适用于任何电路。

    当电流所做的功全部用来产生热量时,焦耳定律可以根据电功的公式 和欧姆定律 导出: 。这里的条件是电流所做的功全部用于产生热量,而电流做功全部转化成热的情况也只对纯电阻电路才成立。所以上述导出公式只适用于纯电阻电路。例如在电动机工作的电路中,加在电动机两端的电压是U,通过的电流是I,电动机的线圈也有一定的电阻R,此时电流做的功 ,而电流做的功并没有全部转化为热,绝大部分转化为机械能了,通过线圈电阻R的电流仍使线圈发热,产生的热量为 ,但此时 ,而是Q<W,此时W=Q+机械能。

    初中阶段所研究的电路仅限于纯电阻电路,如电灯、电炉、电烙铁等电路。故W=Q成立。所以我们用公式 来计算的结果都一样,在不同情况下选用不同的公式进行计算问题会更简单。

 

电能和电功率易错题型分析  


一、套用公式错误型
    这类易错题的原因是,不能正确理解公式中各物理量的含义,或是把公式的适用条件记错记乱而造成的。
例1. 输电线电阻是0.5Ω,输送的电功率为100kW,用1kV的电压输电时,输电线路上的电流和消耗的电功率为(    )
    A. 2000A,100kW   B. 100A;5kW
    C. 100A,100kW    D. 2000A,2000kW
    错解:输电线上的电流 
    消耗的电功率 ,故选A。
    答案:设输电线上的电流为I,输电线上消耗的电功率为P,根据题中给出的输送功率和输送电压可求出输送电流,
    因为 ,所以
     
    线路消耗的电功率为:
     
    故选项B正确。
    分析:解这种类型的题最忌乱套公式。如求输送电流时,因有公式 ,变形后得 ,式中的P代入100kW,R代入0.5Ω,这显然是错误的。因为这100kW的电功率并非全部消耗在线路电阻上,而只有小部分消耗在传输线路上,大部分输送到用户。又如直接用输送电压 与线路电阻 之比求输送,电流,其方法也是错误的,错误的原因与上面的分析相同。
输电线本身有电阻 ,当有电流通过它时,输电线本身就会发热,其对应的功率为 。这一功率与电路所输送的功率是两个不同的概念。
二、概念记忆理解错误型
这类题目做错的原因是,对于课本中的概念记忆或理解错误,或者是对于概念的含义和本质没有把握准确而造成的。
例2. 关于电功和电功率,下述说法正确的是(    )
    A. 电功率的大小决定于电流做功的多少
    B. 电功与电功率都表示了电能转化为其他形式的能的多少
    C. 电功与电功率都表示了电能转化为其他形式的能的快慢
    D. 电功率等于用电器在单位时间里所消耗的电能
    错解:A或B
    答案:D
    分析:错解的原因在于对电功、电功率概念的理解模糊,我们在对力学中的功与功率的学习中,已经知道功与功率是意义不相同的两个概念。电功率表示电流做功的快慢,表示用电器消耗电能的本领。电流做功的多少与电流做功的快慢,其差异在于与时间的联系上,"快慢"与时间有关,而"多少"与时间无关。所以它们不可能表示同一物理意义,选项B与C肯定不正确。
电功表示电能与其他形式能的真正转化,而电功率表示这种转化的一种潜在的能力。对功和功率概念的正确理解,并不是一次就能完成的,对知识整理、归纳,使其系统化、条理化,将有助于完成这种理解。
三、题意理解片面型
这类问题错误的原因,一是在读题的过程中由于各种原因而造成对题意的错误理解,二是忽略题目中的条件,三是由于本身条件所限不能够正确理解题意而造成错解。
例3. 电炉的电阻丝热得发红,而与它串联的铜导线却不发烫,这是因为铜导线(    )
    A. 电阻较大     B. 电阻较小
    C. 通过的电流较大   D. 通过的电流较小
    错解:D
    答案:B
    分析:有些同学错误认为,根据焦耳定律 ,通过导线的电流较小,所以产生的热量也较小,导线不烫手。
    电炉与连接电炉的铜导线串联,所以通过电炉与铜导线的电流一定大小相等,没有差别。那么,原因在哪里呢?电炉与铜导线的电阻大小差别很大,铜导线的电阻远小于电炉电阻丝的电阻,铜导线产生的热量也远小于电炉电阻丝产生的热量,所以电炉电阻丝热得发烫,铜导线则不发烫。错解者疏忽了串联电路的特性,而运用焦耳定律又简单、片面,匆忙之间主观地下了结论。
铜导线与电炉串联,串联电路各用电器的电功率按电阻的大小成正比例分配。因为铜导线的电阻远小于电炉的电阻,所以铜导线把电能转化为内能的本领比较小,因而不发烫。从电功率的角度理解,也是求解本题的一种方法。电功、电功率和电磁 

  二.良好开端 

  1、重点:掌握电功、电功率;公式的运用;额定电压、功率;焦耳定律;磁性;磁场;磁感线;右手定则;电磁铁;电和磁的关系。 

  2、难点:电功、电功率的计算;焦耳定律的运用;磁感线;右手定则;电磁铁;电和磁的关系。 

  三.成功之旅 

  【知识点1】电功、电功率 

  1、电功:(电能)电流所做的功。(W) 

  公式:W = UIt (电能表W=实际转数/铭牌转数/度) 

  单位:焦耳(J) 1度=1kw·h=3.6×106J 

  2、电功率:电流在单位时间内所做的功。(表示电流做功的快慢)(P) 

  公式:P = W/t = UI 

  单位:瓦特(W) 

  3、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。 

  实际功率:用电器在实际电压下的功率。 

  伏安法测功率:(滑动变阻器用于保护电路、改变电路电压、电流) 

  4、焦耳定律: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。 

  Q = I2Rt (纯电阻电路Q = W) 

  例1.(08武汉科学20)小明同学按图甲所示的电路进行实验,已知L1的额定功率为2W,L2的额定电压为2V。闭合开关S后,灯泡L1恰好正常发光,电流表A1和A2的指针均指在图乙所示的位置。下列说法正确的是() 

  A.电流表A1、A2的示数分别为0.2A、1.0A 

  B.电流表A1、A2的示数均为1.0A 

  C.电压表V1、V2的示数分别为2.5V、3.0V 

  D.电压表V1、V2的示数均为2.5V 

  解析:根据题意采用把电流表当导线、电压表当断路的方法,可得到电路为并联电路,A1测量干路电流,A2测量L2电流;V1测量L1电压(电源电压),V2测量L2电压(电源电压)。当两表的示数均为乙图所示时A1的示数为1A,A2的示数为0.2A,则通过L1的电流为0.8A,由于L1处于正常发光状态,实际功率等于额定功率,则可得两端的电压为2.5V,所以两电压表的示数为2.5V。故答案选D。 

  答案:D 

  例2.(08武汉科学30)如图是某电热器的电路示意图 

  (1)正常情况下,零线和地线之间的电压为_________V。 

  (2)如果R1=R2=60.5Ω,则电热器在旋钮开关接静触点“0”和“1”时的电功率分别为_________W和_________W,接静触点“2”时通电1min产生的热量是_________J。 

  (3)小明想在电路中加一个“倾倒开关”,使电热器被碰倒时能自动断开电路,以免引起火灾。该开关最好应安装在示意图中A、B、C、D、E中的_________点处。 

  解析:据题意,在正常情况下,零线与地线之间不存在电压(即电压为0);当把开关旋转到“0”的位置时电热器处于关闭状态,电路不工作,电功率为0;当把开关旋转到“1”的位置时R1、R2在电路中以串联的方式同时工作,电功率可用公式P = UI = U2/R =(220V)2÷(60.5Ω+60.5Ω)=400W;当把开关旋转到“2”时,电路中只有R1在工作,电路在1min产生的热量为Q= I2Rt=(U2/R)t=(220V)2÷60.5Ω×60s=48000J;若想在电热器被碰倒时能自动断开电路,以免引起火灾,可在火线上安装开关,即可起到开关的作用,同时避免发生触电现象,所以在C点最合适。 

  答案:(1)0(2)0 400 4.8×104(3)C 

  例3.(08武汉科学32)小明看到研究焦耳定律的实验装置后,将它改装成了如图所示的一种测量未知液体比热容的装置。测量时,分别往甲乙两瓶中装入水和待测液体,色廊纺,闭合开关一段时间后,再分别用温度计测出这段时间内水和待测液体升高的温度Δt水和Δt,在不计热损失的情况下,就可以求得待测液体的比热容c=Δt水C水/Δt。 

  (1)为了使这一段时间内水和待测液体吸收的热量相等,小明设计的电路中必须满足的条件是________________。 

  (2)为了得出待测液体的比热容表达式“c=Δt水C水/Δt。”,小明的测量方案中至少还需要的一种测量仪器是_________,目的是___________________________。 

  (3)闭合开关后,要使水和待测液体的温度升高得更快,滑动变阻器的滑片应向_________滑动。 

  解析:在使用焦耳定律判断物质的比热时,根据吸热公式Q=cmΔt得出c=Δt水C水/Δt则必须使两者吸收相同的热量,整个热量的获得主要是通过电阻丝的加热所致,根据公式Q = I2Rt,在相同电路中(电流相等),相同时间下,吸收的热量要相同,电阻就必须相同;同时两者的质量必须相同,可通过天平测得。在实验的过程中若想使温度升高得快些,可增加电路的电流,可通过减小滑动变阻器的接入阻值获得,根据图示,向左调可减小阻值。 

  答案:R甲=R乙 (2)天平(测力计)使待测液体与水的质量相等(3)左 

  例4.(08浙江丽水科学37)为改善休闲广场的照明条件,电力部门要在广场安装一盏规格为“220V 1000W”的碘钨灯,已知电控室的输出电压恒为220V,所需电线总长为400m,所选用电线的电阻为每米1.65×10-2Ω。 

  (1)电路中电线的电阻为___________Ω; 

  (2)实际电路中,相当于碘钨灯与电阻R串联(如图),则碘钨灯工作时,它的实际功率是多少? 

  (3)要减少电路中电线的功率消耗,可采取的措施是___________(写出一点)。 

  解析:根据题意电路中电线的电阻R=400m×1.65×10-2Ω/m=6.6Ω,碘钨灯工作时,它的实际功率可用公式P=UI,但它两端的实际电压并不为220V,故可用P=I2R求得;根据条件RL= U2/P=(220V)2/1000W=48.4Ω,所以R总= RL+R=48.4Ω+6.6Ω=55Ω,可得I= U/ R总=220V/55Ω=4A,最后得出实际的功率P=(4A)2×48.4Ω=774.4W。从题中告诉我们在输电的过程中有部分的电能是被输电线消耗掉的,可通过增加输电线的横截面积或使用电阻率较小的材料做导线等减小消耗。 

  答案:(1)6.6 

  (2)RL= U2/P=(220V)2/1000W=48.4Ω 

  R总= RL+R=48.4Ω+6.6Ω=55Ω 

  I= U/ R总=220V/55Ω=4A 

  P实=I2RL=(4A)2×48.4Ω=774.4W 

  (3)减小输电线的长度或增大输电线的横截面积或换用电阻率比较小的材料 答:略 

  例5.(08浙江台州科学37)如图是家庭、宾馆常用的电热水壶及其铭牌: 

  (1)该电热水壶正常工作时的电阻为__________欧。 

  (2)该电热水壶正常工作时,烧开一壶水需要5分钟,其消耗的电能是多少? 

  解析:根据题意,利用用电器的铭牌可知用电器的额定电压为220V,额定功率为1100W,所以根据公式P = UI = U2/R;R= U2/P=(220V)2÷1100W=44Ω.要想求在正常状态下使用5分钟消耗的电能,可用公式W=Pt=1100W×5×60s=3.3×105J。 

  答案:(1)44;(2)解:W=Pt=1100W×5×60s=3.3×105J 答:略 

  例6.(08 浙江金华科学38)随着生活水平的提高,家用电器在日常生活中已不可缺少。小明家所有家用电器正常工作时的总功率为2200瓦。其中电热水壶的铭牌如图所示,某一天小明在家里用电热水壶烧开水,电热水壶能正常工作。已知电热水壶的阻值不变。求: 

  (1)小明家所用熔断器的额定电流等于或稍大于多少安? 

  (2)这个电热水壶正常工作时的电阻为多少欧? 

  (3)这个电热水壶正常工作600秒所消耗的电能为多少焦? 

  (4)若电热水壶实际工作电压为110伏,电热水壶的实际功率多大? 解析:根据题意,由于总功率为2200W,电路电压为220V,通过公式P=UI,可得I=P/U=2200W÷220V=10A,所用的熔断器的额定电流只能比10A大或等于它;水壶正常工作时的电阻可根据铭牌,利用公式P=U2/R得R = U2/P=(220V)2/880W=55Ω,正常工作600秒所消耗的电能为W =Pt=880W×600s=5.28×105 J,若实际的电压为110V,由于电阻是不变的,同理,利用公式P实=U实2/R=(110V)2/55Ω=220W。 

  答案:解:(1)根据P=UI得I总=P总/U=2200W/220V=10A熔断器的额定电流等于或稍大于10A 

  (2)已知:电热水壶的额定功率P额=880W 

  根据P=U2/R得 R壶= U2/P壶=(220V)2/880W=55Ω 

  (3)根据P=W/t W壶=P壶t=880W×600s=5.28×105 J 

  (4)根据P实=U实2/R=(110V)2/55Ω=220W 

  答:略 

  【知识点2】电和磁 

  1、磁性:物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质。 

  2、磁体:具有磁性的物体。(天然磁体:磁石、地球;人造磁体:指南针) 

  3、磁极:磁体上磁性最强的部分。(位于磁体两端)(南极、S极;北极、N极) 

  同名磁极相互排斥;异名磁极相互吸引。 

  4、磁场:磁体周围空间内对小磁针发生磁力作用的物质。(看不见、摸不着) 

  磁场方向:在磁场中某一点,小磁针静止时北极所指的方向。 

  磁感线:用带箭头的曲线描述空间磁场的分布情况。(从北极出来回到南极)(虚假的线条) 

  5、电和磁的关系: 

  结论 方向 能量 应用 奥斯特实验 通电导体周围存在磁场。 磁场方向与电流方向有关 电磁铁;电话 法拉第电磁感应现象 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流。 感应电流方向与导体运动方向、磁感线方向有关 机械能转化为电能 发电机 磁场对电流的作用 通电导线在磁场中受力的作用。 力的方向与电流方向、磁感线方向有关 电能转化为机械能 电动机 6、安培定则:用右手握住螺线管,让四指弯向螺线管中电流的方向,则大拇指所指的那端就是螺线管的北极。 

  7、电磁铁:通电螺线管中插入一根铁棒(软磁体) 

  特点:①电磁铁通电时有磁性,断电时没有磁性 

  ②通过电磁铁的电流越大,磁性越强 

  ③电流一定时,外形相同的螺线管,线圈匝数越多,磁性越强。 

  应用:电磁继电器(水位报警器、温度自动报警器、电铃) 

  例7.(08 浙江金华科学7)如图所示的演示实验,可以验证() 

  A.电磁铁磁性强弱与电流大小的关系 

  B.产生感应电流的条件 

  C.通电导体在磁场中会受到力的作用 

  D.磁极间相互作用的规律 

  解析:下图演示的是通电导体在磁场中受到力的作用,根据选项选C。 

  答案:C 

  例8.(08浙江温州科学16)下图能正确表示条形磁铁磁场的磁感线是() 

  解析:磁铁磁场的磁感线是从北极出发回到南极,是虚假的线条,是曲线,分析四幅图,C符合磁感线的规定。 

  答案:C 

  例9.(08武汉科学18)下列四幅图中,反映发电机工作原理的是() 

  解析:根据图片显示A是演示电磁感应现象,是发电机的工作原理;B是演示奥斯特实验,证明磁生电;C是演示通电导体在磁场中受力的作用,是电动机的工作原理;D是演示电磁铁在通电的状态下具有磁性,所以答案选A。 

  答案:A 

  例10.(08浙江科学21)在安装直流电动机模型的实验中,小杰同学按照科学教材的要求安装了一台如下图所示的直流电动机模型。安装完毕,闭合开关后,线圈顺时针方向转动,则能使线圈逆时针方向转动的做法是() 

  A.减小一节电池 B.把电源和磁铁的两极同时对调 

  C.增加一节电池 D.把电源两极对调 

  解析:电动机的原理是通电导体在磁场中受力的作用,要想改变线圈的转动方向可改变通过的电流方向或改变磁感线方向(调换磁极)(不能同时互换),所以答案选D。 

  答案:D 

  例11.(08浙江义乌科学13)电磁铁是一个带有铁芯的螺旋管.有着广泛的应用.在实际使用中要增强其磁性,以下方法中可行的是() 

  A.减少线圈的匝数 B.增大线圈中的电流强度 

  C.改变线圈中电流的方向 D.减小线圈两端的电压 

  解析:电磁铁属于软磁体,在通电的状态下拥有磁性,断电时无磁性;在线圈匝数一定时通过的电流越大,磁性越强;在通过的电流一定时,线圈的匝数越多,磁性越大。所以B选项可增大磁性。 

  答案:B 

  例12.(08浙江嘉兴科学31)在学习了电和磁的知识后.小杰在家里饶有兴趣地做起了小实验。他找了一枚缝衣针。在“吸铁石”上擦了几下,然后用一根细软的棉线将缝衣针悬挂起来总保持水平,结果发现静止后针尖总是指向南方,这说明缝衣针已经被磁化成了一枚小磁针。为验证奥斯特实验,小杰把通电的台灯(60W)导线移到缝衣针的下方,并靠近缝衣针平行放置。结果发现缝衣针并未发生偏转。带着疑问,小杰在科学课堂上与大家展开讨论。结果出现了两种不同观点。这时,老师让小杰用两节干电池(3V)和一段电阻丝(15Ω)重新做这个实验,结果缝衣针发生了偏转。 

  (1)磁化后,这枚缝衣针的针尖是 极。(填“S”或“N”) 

  (2)在课堂实验中,电阻丝中通过的电流大小为 安。 

  (3)下面是同学们在课堂讨论中形成的两种观点,通过小杰的课堂实验可以否定的是 

  (填“A”或“B”) 

  A.台灯线内有两根导线,且电流方向相反,产生的磁性相互抵消 

  B.台灯线内电流太小,产生的磁场太弱,不足以让小磁针偏转 

  解析:根据题意可知小磁针的针尖指向南极,则针尖为S极(地球地理极和地磁极相反,即地理南极为地磁北极);通过公式I=U/R=3V÷15Ω=0.2A;小磁针在台灯下没有发生偏转,不是由于导线产生的磁场太弱,而是由于两导线电流方向相反,产生的磁性相互抵消。 

  答案:(1)S (2)O.2 (3)B 

  四.考点分析 

  这部分的知识是中考中必考的内容,题量较多,电和磁的关系主要以选择题为主,在实验探究中也略有体现,电功和电功率及焦耳定律主要是以计算题为主,通常会综合较多的内容(力学、热学)出题,难度一般较大。 

  五.小结 

  本节内容主要是对电功、电功率、电和磁的关系的理解。内容偏多偏重,难度偏大,是初中物理电学部分的核心内容,也是中考的必考内容。在理解的过程中,多注意对电功、电功率、焦耳定律的计算、运用,电和磁的关系判断。 

  【模拟试题】(答题时间:50分钟) 

  (一)选择题 

  1、下列各物理量的单位中,不属于电功率的单位是() A. KW·h B. J/s C. W D. V.A 2、在下图中,导体A、B是由同种材料做成的,A和B等长,但A比B的横截面积大,当S闭合后,http://18655335632./,在相同时间内,下列叙述正确的是() 

  A.电流通过A、B所做的功是WA>WB 

  B.电流通过A、B所做的功是WA 

  C.电流通过A、B所做的功是WA=WB 

  D.无法比较电流通过A、B时做功的大小 

  3、假设所有导体都没有电阻,当用电器通电时,商城,下列说法正确的是() 

  A.白炽灯仍然能发光 B.电动机仍然能转动 

  C.电饭锅仍然能煮饭 D.电熨斗仍能熨衣服 

  4、关于磁场和磁感线,下列说法错误的是() 

  A.磁场是有方向的 

  B.磁感线只是用来描述磁场的一些假想曲线 

  C.地球的磁场叫做地磁场 

  D.地理的北极就是地磁场的北极 

  5、下列四幅实验装置图所反映的原理,对电动机的发明有直接影响的是() 

  6、下列装置中,利用电磁感应现象制成的是() 

  A.发电机 B.电动机 C.电铃 D.电饭煲 

  7、下列四个研究电和磁关系的实验中,其中研究“磁生电”的是() 

  8、如图所示的自动控制电路中,当开关S断开时,工作电路的情况是( )。 

  A.灯亮,电动机转动起来,电铃响 B.灯亮,电动机转动起来,电铃不响 

  C.灯不亮,电动机不转,电铃响 D.灯亮,电动机不转,电铃响 

  *9、如图所示,甲、乙两个电磁铁靠近放置,a、b和c、d分别接电源,那么() 

  A. a、c都接正极时,甲、乙互相吸引 

  B. b、c都接正极时,甲、乙互相吸引 

  C. a、c都接正极时,甲、乙互相排斥 

  D. b、d都接正极时,甲、乙互相排斥 

  **10、如图所示,电源电压不变,R0是一个8Ω的定值电阻。如果分别将下列的四个不同规格的灯泡接入电路的AB两点之间,且不会烧坏。则最亮的那一盏灯一定是() 

  A.“6V,3W” B.“4V,2W” C.“3V,3W” D.“2V,2W” 

  (二)表述题。 

  1、一只标有“220V 100W”的灯泡与一电阻串联后,接在220V的电源上,电阻消耗的功率为10W,则此时灯泡消耗的功率 90W(填“大于”、“小于”或“等于”)。 

  2、一个电热水壶,铭牌部分参数如下:额定电压220V,额定功率模糊不清,热效率为90%。正常工作情况下烧开一满壶水需要5min,水吸收的热量为118800J,此时热水壶消耗的电能为 J,其额定功率为 W,韩装,电阻是 Ω。若实际电压为198V,通过电热水壶的电流是 A,1min内电热水壶产生的热量是 J(假设电阻不随温度改变)。 

  3、为了探究“电流产生的热量与电阻大小的关系”,大伟小组采用了如图所示的实验装置,其中R1>R2, 

  (1)实验中R1、R2采用 (连接方法)使通过它们的电流相等。 

  (2)在通电时间相同时,两玻璃管内煤油上升较高的是 (填甲或乙)瓶,由此可知,在通电时间相同,电流一定的情况下,电阻越大,电流产生的热量越。 

  (3)上述实验方法是研究物理问题的常用方法,下面研究方法与此相同的是() 

  A.在研究物体受到几个力时,引入合力的概念 

  B.在探究电流与电压关系时,要保持电阻一定 

  C.在研究磁场时,用磁感线来形象地描述磁场。 

  (三)计算题: 

  **如图所示的电路中,电源电压恒定为4.5V。开关S闭合后,电流表的示数为0.5A,电压表V1的示数为3V。当把滑动变阻器的滑片P移到最右端时,电流表的示数为0.3A。 

  求:(1)电压表V2的示数; 

  (2)电阻R1的值。 

  (3)滑动变阻器的最大电阻; 

  (4)滑片移到最右端时,V1的示数及此时电路消耗的总功率。专题16  电功和电功率
中考命题规律
1.考点扫描
    考点名称    考点热度
(1)电功☆☆☆
(2)电功的计算☆☆☆☆☆
(3)电功率☆☆☆
(4)电功率的计算☆☆☆☆☆
(5)电功率的测量☆☆☆☆☆
(6)焦耳定律☆☆☆
(7)电热的应用☆☆☆☆☆

2.命题趋势分析
(1)本专题常见的题型有选择题、填空题、实验探究题、计算题.分值在15~25分之间.
(2)预计2013年考查的内容是电功的概念及简单计算;额定功率和实际功率的计算;伏安法测量小灯泡的功率;有关电热器的计算,
知识梳理与归纳
【基础知识梳理】
1.电流做功的过程实质上就是将电能转化为其他形式能的过程.电流对机械做功时,____能转化为____能,电流做了多少功就有多少____能转化为了机械能.
2.'功的国际单位是焦耳,常用单位有kW“,换算关系为1 kW.h=___J.
3.电功的大小等于____、____和通电时间的乘积,公式是____.测量电功的仪器是____,计量单位是____;电能表的计数器上前后两次读数____,就是这段时间内的用电量.
4.我们用电功率表示电流做功的____,即____里完成的功,叫电功率;
5.电功率的国际单位是____,1   kW -____         W= - J/s.电功率的计算公式是____.
6.额定电压和额定功率:用电器正常工作时的电压叫做____,用电器在额定电压下的电功率叫做    .当用电器两端的电压等于用电器的额定____时,其电功率等于它的____功率,此时用电器正常工作.
7.测定小灯泡的电功率的实验中,实验原理是____,用____测出小灯泡两端的电压,用____测出通过小灯泡的电流,然后根据公式算出相应的功率;要测小灯泡的额定功率,可以用____调节灯泡两端的电压,使电压表的示数刚好为小灯泡的额定电压,读出此时的电流表的示数,就可以算出额定功率,此时灯泡____(“正常”或“不正常”)发光,在实验中滑动变阻器的作用是____.要测量实际功率比额定功率小应使____小于灯泡的额定电压;要测量实际的功率比额定功率大应使____大于灯泡的额定电压.
8.焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟通过导体的电流的____成正比,跟导体的____成正比,跟导体的____成正比.利用电热的有____等,防止电热的如____等.
参考答案
1.电机械电2.3.6×1063.电压  电流  W一Ult  电能表  千瓦时差4.快慢单位时间5.瓦1 000 1 000   P-孚或P一∽6.额定电压额定功率电压额定7.P= UI电压表电流表滑动变阻器正常调节小灯泡两端的电压  灯泡两端的电压灯泡两端的电压8.平方电阻通电时间电水壶、电暖气电视机后面的散热窗
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对接中考
基础测试
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\答案及解析
基础测试
1.C【解析】本题考查了考生运用电功率公式P=UI进行简单计算的能力,难度较小.三节干电池串联,电压约为4.5 V,根据电功率公式可知P- UI一4.,5V×o.5 A= 2.25 W,则C选项正确.
2.C【解析】本题综合考查电路分析.整个电路为串联电路,电表串联在电路中所以不可能是电压表,应为电流表,所以B错误;AB是滑动变阻器,当指针在A时,电路中无电流,所以A端是绝缘的,所以C正确;当物体质量大时,,P向下滑动,电路中电阻变小,电流变大,电流表示数应该变大,根据W - Ult知,U不变,此时消耗的电能越多,所以AD错误.本题难度中等.
3.A【解析】本题考查滑动变阻器引起的电路变化的相关计算,难度较大.滑动变阻器与定值电阻R01串联,当滑动变阻器阻值为R时,功率为J30 w,即石孝蔫§-30 w,当接入电路阻值为lJ3R时,功率为P一再寺竿豢≯,两式联立可得P=i盟一r Ro +R,:  为揣亭Rof·(Ro +3R)2  、    a90 W.因‘越小分式值越小,故当R。-0时,分式为1/3,此J时P‘-(毒举景)。90 W-(告)290 W-10 w,由lf题可知风为定值电阻,阻值不可能为o,故A选f项正确;又因为意咩条总小于1'故功率取值范f围为10 W<P< 90 W,BCD选项不符合题意.  1
4.D【解析】本题考查对焦耳定律的理解.由Q=f12Rt可知,电流做功产生热量的多少与电路中的l电流、导体电阻及通电时间成正比,本能单纯以电J阻、电流的大小判断电流做功产生热量的多少,只l有在电流一定时,导体的电阻越大,在相同时间内I产生的热量才越多;在Q=警;中,电流做功产生I热量的多少与电路两端的电压的平方、通电时间f成正比,与导体电阻成反比,不能单纯以电压的高l低、电阻的大小判断电流做功产塞热量的多少;在}
Q=Ult中,J的大小取决于导体龟阻的大小.本l题只有D项中的说法正确.本题较难.    f
5.D【解析】本题综合考查欧姆定律及电功率的计l算,难度较大.“2.5 V   1.25 W”的小灯泡的电阻为R灯=甓=箐专}等=5 Q,当滑动变阻器的里值孪在时;整少电路中的电流变小,由欧姆定律零‘知小灯泡两端电压变小,滑动变阻器两端电座变本,由于并联在滑动变阻器两端的茜压裘商量程为o~3 V,电源电压为4.5 v,由串族电话酾蚕压特点可知,小灯泡两瑶电压最低为1:jX:尉茈时电路中的最小电流为J一告堕一≮号兰一o.3 A;辱享:当.筘动挛阻器的阻值变小时,整个电路中的皇逾挛本,小灯泡两端电压变高,但小灯泡两端电压最高为2.5 V(滑动变阻器两端电压为2 v)‘:
则此时电路中的最大电流为j7=笔直=每艺兰=0.5 A,即电路中的电流变化范围为0.3~0.5 A;依据欧姆定律(R一旱)可以计算出滑动变阻器的阻值变化范围为3~10 Q;小灯泡的最小功率为族爨雾霉:鬻驾氍瓣鬻皱蛳本题只有D项中的判断正确.
6.!j.;秒表(只要答出时间测量仪器即可)【旌析】本题考查电能表的读数及电功率的测量,这霉时间消耗的电能是月末和月初酌黾能裘杀薮之差:W=627.8 kW.h一531.5 kW.h一96.3 kW.h;要测电功率,应根据P=W/z,所以还需要用秒表测量时间,    …    4  …’
7.0.48  19.2【蟹析】本题为电路安全范围问题的相关计算,难度较大.由图可知滑动变阻器与蕊‘辐成算埃歪.路,电流表Al测干路电流,A2洳恕’酶茜蕊:蜇滑动变阻器的滑片在年蕉醋,自Ⅱ琵灭《硌奄糙另25 Q,由jz 2蒉可得通过滑动变阻器韵电流为0.48 A;滑片移动过程中只能改变滑动变阻器所在支路电流,通过RI的电流不变,始终为L一导一L仝,甲趁电流表如的量程为o~o.6 A,故干路鐾态皇流为1.6 A,因此电路消耗的最大功率为
8.(1)每消耗1 kW.h电能,表盘转动2 500转931.6(2)④司以②P=UI=220 V×10 A=2 200 V③P宴一150 W+1 500 W=1 650 W<2 200 W.故能用电淋浴器洗澡.
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(2)A(3)大电流表测量的是通过小灯泡和电压表的总电流,。该电流比通过小灯泡的电流大,而电压表测量的就是小灯泡两端电压,故电功率的测量结果与真实值相比偏大【解析】本题考查的是测量小灯泡电功率的实验,难度中等.(1)根据实物图绘制电路图时,各个电路图的器件位置和符号要绘制正确.(2)连接电路时,为保护电路,开关要断开,滑动变阻器的滑片移到最大阻值A处.(3)考虑电压表的内阻时,电流表测量通过电压表和定值电阻的总电流,测量值大于定值电阻中的实际电流,电压表测定值电阻两端的实际电压.根据P - UI分析,测量的电功率会偏大..
10.(1)如图
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(2)将滑动变阻器接入电路的电阻调至最大(3)12.5  0.5【解析】本题考查的是“测量小灯泡电功率”的实验探究.该实验的重要一步就是设计并连接电路,连接电路时开关应该断开,开关闭合前,滑动变阻器要滑到阻值最大处,电压表和电流表的量程要选择正确,正负接线柱要“正入负出”,在电压达到额定电压时,读出电流,二者相乘就是额定功率.闭合开关后,灯光特别亮的原因是滑动变阻器的滑片没有滑到阻值最大端;小灯泡的额,  2.5定电压是2.5 V,则R一旦一——丢一12.5 Q;I    O.20P=UI一2.5 V×0.20 A=0.5 W.本题难度中等.
11.(1)相同、相等或一样(2)越大或越多【解析】本题考查探究“导体产生的热量与其电阻大小的关系”,中等难度.Q= 12 Rt,Q指放出热量的多少,通过观察温度计示数的高低来判断,实验应采用控制变量法,故(1)问中,应控制煤油的质量相同,探究放热多少与电阻的关系;(2)问中,应控制I,t-样,R不同,则B中温度升得快,说明B镍铬合金丝产生的热量多.
12.解:(1)P=UI=220 VX2 A=440 W(2)Q=Pt=Ult=220 VX5×10×60 J=6.6×105 J(3)低温挡时,Ri,R2串联Ri +R2一旱=秀芝÷一110 0中温挡时,Ri接入电路Ri=孚一裂一44 QnR2 =110 fl-44 fl=66 Q高温挡时,Ri,R2并联__RIR2一R总=。    26.4 QRi +R2一旦一呈盟A=8.3 A1额一R总  26.4
13.解:(1)P一专一鼍酱孚一100 w(2)W=Pt=0.1 kWX2 hX30=6 kW.h
提高训练
1.A【解析】本题考查并联电路的特点、电流表的读数及电功率的计算,难度中等.学校实验常用的电流表为两个量程,大量程是小量程的5倍,故每个刻度的大小量程之比为5:1,又因为灯Li和灯L2并联,Ai测干路的总电流,A2测通过L2的电流,故通过Li和k的电流之比为4:1,由于两灯并联,故电压相等,又P- UI,所以两灯的电功率之比为电流之比,故Pi:P2 =4:1,A正确.
2.C【解析】本题考查分析图象的能力.由图象可知甲的电阻为5 n,乙的电阻为10 Q.所以A错误;因为甲和乙是串联在同一电路中,所以电流相等,所以B错误;由U一IR可知串联电路中各用电器上的电压与电阻成正比,所以C正确;由P-12R可知串联电路中各用电器的电功率与电阻成正比,所以D错误.本题难度较小.
3.B【解析】本题利用滑动变阻器改变串联电路的接入电阻值,考查电路分析的能力.当滑片由A端滑到B端的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变大,使串联龟路的总电阻变大,由于电源电压不变,根据I= U/R总,可知电路中电流减小,导致电阻R两端的电压不断变小(因R不变、J变小);P=URIR,UR,IR都变小,电阻尺的功率不断变小;根据串联电路特点U,变一U总- UR,UR变小U总不变,使滑动变阻器两端的电压变大;滑动变阻器的功率P变=U变I,U,£变大I变小,所以滑动变阻器的功率并不是不断变大的.
4.C【解析】本题综合考查对电路的分析及电功率知识,较难题.根据测小灯泡功率的原理P-UI可知,要测出小灯泡额定功率,需要测出额定电压下通过小灯泡的电流.A图和D图中,不能确定小灯泡两端的电压;B图中,测小灯泡和电阻两端的电压时,有一次电压表的接线是错误的(正负接线柱相反);C图中,能够调节小灯泡两端的电压为额定电压,并且根据定值电阻两端的电压和阻值可以计算出电路中的电流,因此C正确.
5. io J  18【解析】本题考查对电功率概念的理解及公式W-Pt的运用.难度中等.电功率指电流在Is内所做的功,表示电流做功的快慢,故Is内电流做功10 J.由公式W-Pt得W-Pt-10×10-3 kWX18 hX100=18 kW.h.
6.变大变大变小【解析】本题考查滑动变阻器的使用、欧姆定律及电功率的相关知识,由图可知,放上重物时,滑片向下滑动,变阻器连入电路的电阻变大,电路中的电流变小,定值电阻风两端的电压变小,由串联电路的电压关系U=Ul +U2得,U-定时,若Ui变小,则U2变大,所以定值电阻Ro两端的电压变小时,滑动变阻器两端的电压变大;由公式P=Uz /R得,U-定时,P与R成反比,所以变阻器连入电路的电阻变大时,电路中消耗的总功率变小.本题难度中等.
7.1:3  3:1【解析】本题考查焦耳定律及电功的计算,较难题.甲、乙两个电阻串联接入电路后,通过两个电阻的电流相等,由焦耳定律Q=12Rt可知,在相同时间内,甲、乙两个电阻产生的热量之比与电阻的阻值成正比,即两个电阻产生的热量之比1:3;当将甲、乙两个电阻并联接人电路后,两个电阻两端的电压相同,由W一专f可知,在相同时间内,电流通过甲、乙两个电阻所做的功之比与电阻的阻值成反比,即电流通过甲、乙两个电阻所做的功之比为3:1_
8.9 W【解析】本题考查根据图象找出电功率与电流的规律,从图象可以看出,当电流分别为0.4 A、0.5 A、0.6 A时,对应的电功率分别为16 W、25 W、36 W,可以看出二者的关系是P-(10l)2,所以当J—0.3 A时,P- (10×0.3)2 W=9 W.本题较难.
9.(1)断开0—0.6(2)a2.5(3)0. 75增大【解析】本题考查的是测量电功率的实验.难度中等.在连接电路时,开关应该断开.电流表应该根据小灯泡的额定电压和电阻大约为8 Q选择,Tmax一285V=O. 312 5 A,应该采用0~0.6 A的1—  8,量程.当电压表示数为2V时小于额定电压,因此,应该减小电路中的电阻,增大电路中的电流,滑动变阻器滑片向倪端移动,使其两端电压为2.5 V即可,从表格中发现,当小灯泡电压为2.5 V时,正常工作的电流为0.3 A,此时额定功率P-UI-2.5 VX0.3 A—0. 75 W.通过计算不同电压下的电阻发现,电压增大时,灯丝的电阻变大.
10.(1)如图所示
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(2)AB(3)①A②电流/A(4)大  (5)电压(6)①温度②正确【解析】本题综合考查电学实验的电路连接、故障;  分析和实验数据的分析以及处理.+(1)连接实物电路时,要注意电压表和小灯泡是并联的,电流表应据题意选用0—0.6 A的量程;(2)只有把滑动变阻器下面的两个接线柱同时连1入电路,才会造成无论怎样移动滑片P也不能改变灯的亮度,且电路中的电流较小,小灯泡几乎不发光的现象;(3)要使电路中的电流变大,滑动变阻器的滑片应该向连接下面的接线柱靠近;、电功率是电压和电流的乘积,所以空缺的一列应该是电流;(4)通过平时的实验观察和提示,很容易得出小灯泡越亮,它的实际功率越大;(5)细心。.。读题就会发现,两灯的额定电压不同而额定电流均小予0.6 A,所以用Lz替换b后应改变电压.表的量程;(6)由于灯丝的电阻受温度的影响而改变,3次电阻的平均值就没有任何的意义;定值电阻受温度的影响很小,可以用来研究导体中的电流与电压的关系.本题难度中等.
11.(1)控制在电流相同的条件下,相等时间内,观察比较两个气球膨胀的程度,判断电流的热效应跟电阻大小的关系.(2)装置气密性不好(气球漏气);球皮太厚;电阻Ri,Rz的阻值相近;电源电压太低(电流太小).(任选其中两条)‘(3)从做功角度[内能转化为机械能.生活经验与实验现象中任答一条,合理即可]
生活经验一①水沸腾时,继续加热.水蒸气能把壶盏顶起;.f②水沸腾变成蒸汽,能为机械提供动力,实验现象一①水沸腾时,继续加热,试管的塞子能被冲出l②水沸腾时,继续加热,水蒸气能推动叶轮转动,从热传递角度[利用内能加热物体.生活经验与实验现象中任答一条,合理即可]
生活经验一①水沸腾变成蒸汽髓为城市的集中供热提供优越的方式;②100℃的水蒸气烫伤比100℃的水烫伤更严重.实验现象二_①(实验能说明沸水与同温度的蒸汽给物体加热效果不同即可.)②水沸腾时,继续加热,产生较多蒸汽能把馒头较快蒸熟.12    8·z.解:c,,爱2爱萼。最蔷蕞而雨一i(2)由L=瓦善乌i和I2一豆j乌云得RI.=2 QU-4.8 VII。一甏一1A昆一坠亭壅一2.8 013.解:(1)当滑动变阻器滑片滑到中点时,变阻器两端的电压U2 =IR2=0.6 A×10 fl-6 V电源电压U=Uz+Ui=6 V+6 V=12 V电阻甬阻值Ri一警一≠最-10 Q(2)当滑动变阻器滑片在最右端时,电热器发热功率最大10 min产生的热量o-w=鼍产号稿≠×600 s=8 640 J(3)当滑动变阻器滑片在最左端,电热器发热功率最小时此时电路中的电流I=RR一矗蒜币一0.4 A电热器的发热功率Pi =IzRi一(0.4 A)2×10 Q—1.6'WL4.解:(1)k正常发光时U =220 VI2 -0. 45 AL2的额定功率为P2 =Uz r2 =220 VXO. 45 A=99 W(2)由欧姆定律j=等知L正常发光时的电阻为R2=鲁=舞导丢≈488.。n(3)Li,Lz串联后接入220 V的电源两端时,根据串联电路电流、电压的特点可知,通过Li,L2的电流相同,其两端电压之和为220 V,由图可知,符合此条件时,通过Li,L2的电流为j’一L—E—0.25 A,L,,L2两端电压分别为Ui一160 V.【,:=60 V,所以Ll消耗的实际功率为P1=U:矗=160 V×0.25 A一40 W
压轴预测
1.(1)发光效率高节能降耗或响应时间短、环保、额定电压低(安全电压)  (2)0.5 0.88【解析】从题中的表格中我们可以得到下列信息:
LED灯是用半导体材料制造,它应用的原理是二极管能发光,它发光所需的电压低,是安全电压,人们触摸是安全的,它发光时的反应时间非常短暂仅用101秒,它的功率小,但是发光强度高,12 W的LED灯的发光强度就相当于100 W的白炽灯的发光强度,它的电光转化效率高,能达到90%以上,它与市场上的节能灯相比还要节能,并且原来的节能灯用坏以后对环境污染较大,而LED几乎对环境没有污染,所以它是现在国家重点发展的行业.而白炽灯的发光原理是电流的热效应,它正常发光时需要的电压高,反应时间较长,功率大消耗的电能较多,不利于现在国家倡导的节能要求.LED正常发光的电流是J=告=L,丝卫:f)5 A,节约的电能为24 V  “W=j≈=(100~12)×10一3 kW×10 h=o.88 kW.h
2.(1)甲(2)两个规格不同的小灯泡、电压表
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(4)两灯泡两端的电压Ui,U2
(5)两灯泡的亮度
(6)电压一定时,电功率跟电阻成反比  电流一定时,电功率跟电阻成正比;如果猜想乙答案是:(1)乙
(2)两个规格不同的小灯泡、电流表
(3)申.略图如图
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(4)两灯泡的电流Il,Jz(5)两灯泡的亮度(6)电压一定时,电功率跟电阻成反比  电流一定时,电功率跟电阻成正比【解析】猜想电功率和电压有关就要保持电流不变,改变电压,所以可以选择两个规格不同的灯泡串联,串联可以使通过两个灯泡的电流一样,规格不同可以使它们的电阻不同从而使它们两端的电压不同,所以应该选择的仪器是电压表、两个规格不同的灯泡;电路采用串联,收集的数据应该是灯泡两端的电压,根据灯泡的亮度来比较功率的。大小;如果猜想电功率和电流的有关,就要保持电压不变,改变电流,所以可以选择两个规格不同的灯泡并联,并联可以使电压一样,规格不同的灯泡它们的电阻不同,因此通过的电流就不同,可以用电流表测出电流,然后再对照灯泡的亮度就可以得出结论,根据表一和表二可知:电压一定时,电功率跟电阻成反比.电流一定时,电功率跟电阻成正比,

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