第十七章 电功率

第十七章电功率命题点一电功、电能表命题点四实验：探究影响电流热效应的因素命题点二电功率及相关计算考点一

电能考点三

电功率考点二

电功考点研读考点四焦耳定律命题探究

命题点三焦耳定律的理解及相关计算命题点五实验：测量小灯泡的电功率考点一

电能1.定义:电流所具有的能量称为电能。考点研读2.单位及换算:在国际单位制中,电能的单位是①

焦耳

,简称焦,符号

是J。电能的另一个单位是②

千瓦时

,又称“度”,符号是kW·h。1

kW·h=③

3.6×106

J,1kW·h=④

1

度。3.测量工具:用电器在一段时间内消耗的电能,可以通过⑤

电能表

(也叫电度表)计量出来。(1)读数方法:电能表的计数器上前后两次读数⑥

之差

就是这段时

间内用电的度数。(2)电能表有几个重要的参数应该注意:a.“220V”是指这个电能表应该在220V的电路中使用;b.“10(20)A”是指这个电能表的标定电流为10A,⑦

额定最大电流

为20A;c.“50Hz”是指这个电能表在50Hz的⑧

交流

电路中使用;d.“600revs/(kW·h)”是指接在这个电能表上的用电器⑨

每消耗1

kW·h电能

,电能表上的转盘转过600转。考点二

电功1.定义:⑩

电流所做的功

,用符号W表示。2.公式:

W=UIt

,即电流在一段电路上所做的功跟这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间成正比。推导公式:

W=

t

、

W=I2Rt

、

W=UQ

。3.单位:在国际单位制中,电功的单位也是

焦耳

,符号是J。常用的电功单位是度也叫

千瓦时

,符号是kW·h。适时总结

公式W=UIt,适用于任何电路,而它的变形式W=I2Rt和W=

t只适用于纯电阻电路,即将电能全部转化为内能的电路。考点三

电功率1.定义:在物理学中,用电功率表示

电流做功的快慢

。电功率用P表示,它的单位是瓦特,简称瓦,符号是W。2.公式(1)定义式:

P=

,其中W——电流做的功(用电器所消耗的电能),单位是焦(J);t——做功所用的时间,单位是秒(s);P——用电器的电功率,

单位是瓦(W)。(2)计算式:

P=UI

,即一段电路上的电功率跟这段电路两端的电压和电路中的电流成正比。(3)推导式:P=I2R=

。3.单位:

瓦

、

千瓦

,且1kW=103W。4.额定功率与实际功率(1)额定电压(U0)用电器

正常

工作时的电压。(一般都标在用电器的铭牌上)(2)额定功率(P0)用电器在

额定电压

下的功率。(一般都标在用电器的铭牌上)(3)实际功率用电器在实际工作时的电功率。用电器的实际功率可以等于额定功率,

也可以不等于额定功率。适时总结

(1)实际功率P与额定功率P0的关系:a.当U>U0时,

P>P0

,用电器易损坏;b.当U<U0时,

P<P0

,用电器不能正常工作;c.当U=U0时,

P=P0

,用电器正常工作。(2)额定功率与实际功率的区别:a.用电器的额定电压和额定功率只有一个值,它们在生产制造时已确定

下来了,用电器不论是否工作都存在额定电压和额定功率;b.用电器的实际电压和实际功率有无数个值,使用时有相应的实际功率,

不使用时就无实际功率。考点四

焦耳定律1.电流的热效应电流通过导体时由电能转化为

内能

,这种现象叫做电流的热效应。2.实例:电流通过电炉丝时,电炉丝会热得发红;电流通过灯泡内的钨丝

时,钨丝会发热至白炽状态等。3.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。4.公式:Q=I2Rt。式中热量Q、电流I、电阻R、时间t的单位分别是

J、

A

、

Ω

、

s

。命题探究命题点一

电功、电能表例1

(2017河南,7,2分)某水电站的年发电量在8亿千瓦时以上,“千瓦

时”是下列哪个物理量的单位

()A.电能

B.电功率C.电流

D.时间典题精练答案

A解析电能的单位是焦,常用单位是千瓦时,所以A项正确;电功率的单

位是瓦,B项与题意不符;电流的单位是安培,C项与题意不符;时间的单

位是秒,D项与题意不符。1-1

(2017河北,23,2分)一天小明家中的IC卡电能表上的金额用完了,电

能表便切断了电路。小明的父亲将有300元的IC卡插入电能表,电路又

接通了,此时电能表的示数为

。小明家所在地每度电的电费是0.6元,300元电费可用电

kW·h。为防止电能表再

次切断电路,小明家应在电能表的示数为

前为IC卡电能表充值。对点专练答案500

解析300元电费可用电W=

=500kW·h,500kW·h+518kW·h=1018kW·h,由于电能表示数的最后一位为小数点的后一位,故应在电

能表示数为

前充值。超级总结

根据电能表转盘的转数可以求出通过家用电器的电流在某段时

间内做的功(或家用电器在该段时间内消耗的电能)。在计算时通常

有两种方法:(1)先根据1kW·h的转数求出转盘转一转所消耗的电能,

再看转盘在一段时间内转了多少转,用上面两个数据相乘,所得乘积就

是用电器在这段时间内消耗的电能。(2)由于电能表转盘的转数与电

流做的功(或用电器消耗的电能)成正比,因此可以先统一单位,然后列

出比例式,再求解。命题点二

电功率及相关计算典题精练例2

(2016河南,5,2分)在如图所示的电路中,定值电阻的阻值R0和电源

电压U均为已知。在a、b间接入一个未知电阻Rx,闭合开关,电压表的示

数为Ux,则由已知量和测得量可以推出:Rx=

,Rx的电功率Px

=

。

答案

解析题图中将未知电阻Rx接入a、b间后两电阻串联在电路中,电压表

测Rx两端的电压。根据串联电路的特点可知:R0两端的电压U0=U-Ux,电

路中的电流I=I0=

=

,根据欧姆定律得:Rx=

=

=

,Rx的电功率Px=UxI=

。2-1某元件(阻值不变)标有“6V6W”字样,它正常工作的电流是

A,它的电阻R是

Ω。将该元件与灯L接入电路中,如图

甲所示。通过灯L的电流随电压变化的图像如图乙所示,电流表量程为

“0~0.6A”,电压表量程为“0~3V”,闭合开关,在保证电路各元件都

安全的情况下,灯L消耗的最大电功率可达到

W。对点专练答案161解析根据元件正常工作的已知条件,即元件标有“6V6W”字样

可知,I1=

=1A,R=

=6Ω。由电路图可知,灯泡与元件串联,电压表测量元件两端的电压,所用量程为0~3V;电流表测电路中的电流,所用

量程为0~0.6A;元件两端的电压最高为U2=3V,此时电路中的电流I2=

=

=0.5A;根据题图中通过L的电流随电压变化的图像可知,当电路中电流为I=0.5A时,小灯泡两端的电压为U=2V,此时小灯泡的功率为P=

UI=2V×0.5A=1W。超级总结

命题点三

焦耳定律的理解及相关计算典题精练例3

(2017河南,12,2分)如图所示,从甲地通过两条输电线向乙地用户

供电,若甲地电源电压恒为U,输电线的总电阻为r,当乙地用户用电时,下

列说法正确的是

()A.用户使用的用电器两端电压为UB.输电线上消耗的电功率为

C.当用户使用的用电器增多时,用电器两端的电压升高D.当用户使用的用电器增多时,输电线上因发热而损失的功率增大答案

D解析家庭电路的输电过程中,距离较长的输电线自身电阻不能忽略不

计,当电流通过时,输电线自身会分得部分电压U线=Ir。甲地提供的总电

压为U,乙地的用户使用的用电器两端电压U乙=U-U线,所以A项错。输电

线上消耗的电功率P线损=U线I=

/r,所以B项错。家庭电路中的用电器是并联的,所以当用户使用的用电器增多时,电路总电阻变小,根据欧姆定

律I=U/R可知总电流变大,输电线分压会增大,由U乙=U-U线可知用电器两

端的电压会变小,所以C项错。由焦耳定律可知输电线损失的功率P线损=

Q/t=I2rt/t=I2r,总电流增大时,输电线因发热损失的功率会变大,故D项正

确。3-1

(2017福建,22,2分)如图所示,是某种电热保暖鞋的工作原理示意

图。供电电压6V,R1、R2的阻值分别为3Ω、6Ω,通过旋转扇形开关S,接触不同触点,实现高、中、低三个挡位的转换。保暖鞋在低温挡工作

时的电功率是

W,它在高温挡工作1min产生的热量是

J。

对点专练答案61080解析根据电路图可知,旋转开关与b、c触点接触,电路中只有R2工作;

旋转开关与c、d触点接触,两个电阻并联,总电阻小于任何一个分电阻;

旋转开关与d、e触点接触,电路中只有R1工作。根据P=

可知,两个电阻并联时为高温挡,单接R2时为低温挡,单接R1时为中温挡;由此可知低

温挡的电功率为:P2=

=

=6W高温挡的功率为:P=P1+P2=

+P2=

+6W=18W在高温挡工作1min产生的热量:Q=W=Pt=18W×60s=1080J命题点四

实验:探究影响电流热效应的因素例4

(2016河南郑州外国语中学模拟,19)在探究“影响电流热效应的

因素”实验中:(1)为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系,小明设计了甲图

装置,在装有煤油的烧瓶内安装一根电阻丝,插入一支温度计,该实验通

过比较

来判断相同时间内不同电流产生的热量多少,下面的典题精练探究实例中,也是采用这种研究方法的是

。A.探究电流与电压、电阻的关系B.用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻C.在探究影响动能大小因素的实验中,小车动能的大小通过木块移动的

距离来比较(2)小明测量烧瓶内煤油的温度后,闭合开关,通电30s再测量烧瓶内煤

油的温度,得到温度的升高量填入表中;然后移动滑动变阻器滑片改变

电流大小。重复上述操作,获得第二组数据(见表)实验次数电流/A通电时间/s电阻/Ω温度升高量/℃10.330101.520.630106.0由此得出:同一导体,在通电时间相等时,电流

,其产生的热量

。(3)若要探究电流通过电阻产生的热量与电阻的关系,可选择乙图中

(选填“A”或“B”)烧瓶中的电阻丝与甲图烧瓶中的电阻丝

(选填“串联”或“并联”)。(本题中,三个烧瓶中的煤油质量相等)答案(1)温度计示数的变化

C(2)越大越多(3)B串联解析(1)电流产生的热量可以使煤油温度升高,所以可通过温度计示

数的变化判断电流产生热量的多少。这种方法是转换法,C项也采用了

这种方法。(2)分析表中数据可知同一导体产生的热量与电流的关系。

(3)要探究电阻产生的热量与电阻的关系,应控制电流相同用不同阻值

的电阻丝进行比较,所以应串联入不同阻值的电阻丝。4-1

(2017湖北武汉,19,3分)如图所示是探究电流通过导体时产生热量

的多少与哪些因素有关的实验装置,两个透明容器中密封着等量的空

气,通电一段时间后,右侧U形管中液面高度差比左侧的大,下列说法正

确的是

()对点专练A.左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大B.该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟电流大小的关系C.该装置可以用来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系D.U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液体的热胀冷缩造成的答案

C解析电流通过导体产生热量的多少不能直接观察,但可通过U形管中

液面高度差的变化来反映;根据装置可知,两个电阻丝串联,通过两个电

阻丝的电流和通电时间相同,左、右两侧U形管中液面的高度差不同,左

侧的小于右侧的,说明左侧电阻丝产生的热量少,右侧电阻丝产生的热

量多,由此可知左侧的电阻小于右侧的电阻,本实验是探究导体产生热

量的多少与电阻的关系;探究电流通过导体产生热量的多少与通电时间

的关系,要控制I与R相同,改变通电时间,两个容器中任一个都可作为研

究对象,比较前后两次U形管中液面高度差即可。综合分析本题选

择C。命题点五

实验:测量小灯泡的电功率例5

(2013河南,20,9分)在“测量小灯泡的额定功率”实验中,灯泡上

标有“3.8V”字样,电源电压恒定。(1)请你用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路连接完整。

典题精练甲乙丙(2)连接完实验电路后,开关试触时,发现灯泡不亮,电流表无示数,电压表

的示数接近电源电压,其故障原因可能是:

。(3)故障排除后,开始实验,在移动变阻器滑片的过程中,眼睛应注视

的示数,直至灯泡正常发光,此时电流表的示数如图乙所示,则灯泡

的额定功率为

W。(4)完成上述实验后,小聪向老师要了一个已知阻值为R0的电阻和一个单

刀双掷开关,借助部分现有的实验器材,设计了如图丙所示的电路,也测

出了灯泡的额定功率。请完成下列实验步骤:①闭合开关S1,将S2拨到触点

(选填“1”或“2”),移动滑片,使

电压表的示数为

V;②再将开关S2拨到触点

(选填“1”或“2”),保持滑片的位置

不动,读出电压表的示数U;③灯泡额定功率的表达式为P额=

(用已知量和测量量表示)。答案(1)如图所示

(2)灯泡处断路(或灯泡的灯丝断路、灯泡与底座接触不良等)(3)电压表1.52(4)①23.8②1③

解析(1)电压表的测量对象是小灯泡,小灯泡的额定电压是3.8V,所以应选择0~15V量程,滑动变阻器要控制通过小灯泡的电流,所以应与其串联,并且接线柱要遵循“一上一下”的原则。(2)灯泡不亮,说明灯泡被短路或断路,由电流表无示数而电压表的示数接近电源电压可知,电压表直接连接在电源两端,所以可判断灯泡断路。(3)灯泡在额定电压U额=3.8V时处于正常发光状态,此时的功率为额定功率,电流表连接的是0~0.6A的量程,所以I额=0.4A,P额=U额I额=3.8V×0.4A=1.52W。(4)新设计的电路中加入了定值电阻但没有电流表,判断设计思路应是根据欧姆定律I=U/R来间接求灯泡正常发光时的电流大小,应先测量灯泡正常发光时的电压,所以将开关拨到2,然后通过改变变阻器连入电路阻值大小使灯泡达到正常发光;再将开关拨至1,测出灯泡与定值电阻的总电压U,两者之差为定值电阻的电压UR=U-3.8V,电路中的电流I=

,小灯泡的额定功率P额=U额I=

。5-1

(2017吉林,26,5分)在测量额定电压为3.8V小灯泡的电功率实验

中,电源电压为4.5V,电路如图所示。

(1)连接电路时,开关应

,电压表的量程应选择

;对点专练(2)检查电路无误后闭合开关,会发现小灯泡不亮,但电流表和电压表的指针都有偏转,接下来应进行的操作是

;(3)当小灯泡正常发光时,电流表的示数是0.3A,则小灯泡的额定功率是

W;(4)实验过程中会发现小灯泡两端的实际电压越大,小灯泡的

越

大,小灯泡越亮。答案(1)断开0~15V(或15V)(2)将滑动变阻器的滑片向B端移动(或将滑动变阻器的滑片向右端移

动;或将滑动变阻器连入电路的电阻变小;或调节滑动变阻器)(3)1.14(4)实际电功率(或实际功率;或电功率;或功率;或电流)解析(1)连接电路时,开关应断开,以保护电路;小灯泡额定电压为3.8

V,故电压表应选择0~15V量程;(2)小灯泡不亮,两表都有示数,说明电路是通路,可能是电流太小,小灯泡

实际功率太小,因此接下来应移动滑片使滑动变阻器连入电路的电阻变

小,增大电流,从而增大小灯泡的实际功率。(3)P=UI=3.8V×0.3A=1.14W。(4)灯泡亮度由实际功率决定,灯泡变亮是因为实际功率变大。随堂检测一、填空题1.一只白炽灯泡上标有“PZ220-40”字样,这只灯泡正常工作时的电阻

为

Ω;若工作电压为200伏,它的实际功率为

W。答案121033.1解析“PZ220-40”的意义是普通照明灯,额定电压为220V,额定功率

为40W。正常工作时R=

=

=1210Ω;实际电压为200V时,根据

=

得P实=

P额≈33.1W。2.观察如图所示的仪表,回答下列问题:(1)该仪表是

表;(2)此仪表可用在最大功率为

kW的家庭电路上;(3)甲为上月抄表时的读数,乙为本月抄表时的读数,则用户本月用电

度。

答案(1)电能(2)2.2(3)108.5解析

P最大=220V×10A=2200W=2.2kW,本月抄表时的读数减去上月

抄表时的读数即为本月用电量,注意电能表示数的最后一位为小数。3.如图是探究电流通过导体时产生热量与

的关系的实验图,当

通过R1的电流是2A时,10s内电流通过R1产生的热量是

J。

答案电流200解析由图可知,R1、R2电阻相等,通电时间相同,但R2由于和另一个电阻分流导致通过R1、R2的电流不相同,所以探究的是导体产生的热量与电流的关系;10s内电流通过R1产生的热量Q=I2R1t=(2A)2×5Ω×10s=200J。二、选择题4.如图所示的各家用电器中,利用电流热效应工作的是

()

答案

B

电饭锅工作时将电能转化为内能,所以它是利用电流热效

应工作的,A、C、D选项均不符合,故选B。5.一台电风扇和一个电熨斗,如果使用时电流做功相同,电能转化为内能

()A.一样多