2.1 电能的量度-电能 电功（解析版）

1、电能（1）电能的转化：电能可以转化为其他形式的能量。用电器工作的过程就是把电能转化为其他形式能的过程。电能的来源能量的转化过程电池干电池化学能能转化为电能蓄电池燃料的化学能通过汽轮发动机转化为电能各种发电水力发电通过水轮机将机械能转化为电能火力发电通过燃料的化学能通过汽轮机转化为电能风力发电通过风力发电机将机械能转化为电能地热发电将地热能通过发电机转化为电能太阳能发电通过太阳能电池板等将太阳能转化为电能核能发电将核能转化为电能（2）电能：电能用W表示，常用单位是千瓦时(kW·h)，也叫作度，能量的国际单位是焦耳J。单位换算：1度＝1kW·h＝3.6×106J。【电能的利用】用电器是消耗电能的装置，将电能转化为其他形式的能；电池（电源）是提供电能的装置，是将其他形式的能转化为电能的装置。例如发电机：机械能→电能，干电池：化学能→电能。（3）电能表的认识和使用作用测量电路消耗的电能单位千瓦时(kW·h)参数220V额定电压为220V10（20）A标定电流为10A，额定最大电流为20A600r/kW·h每用1度电，表的铝盘转600转2500imp/kW·h每用1度电，表的指示灯闪2500次读数计数器末尾数字表示小数位测量电能方法较大的电能利用刻度盘示数测量，消耗的电能为前后两次示数差，即W=W2-W1较小的电能利用转盘圈数计量，消耗的电能为W=n/NkW·h（n为某段时间转盘转的圈数，N为表上参数）【温馨提示】通过电能表求用电器消耗的电能时除所要求的用电器外，其余用电器均关闭。2、电功(1)电流所做的功叫做电功。电流做功，就是电能转化为其他形式的能的过程。(2)电流在某段电路上做的功，等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流，以及通电时间的乘积，即W＝UIt。(3)电功的单位为焦耳。1焦＝1伏·安·秒。常用单位还有“度”“千瓦时”。1度＝1千瓦时＝3.6×106焦。(4)电功的测量①电能表：是测量用户用电器在某一段时间内所做电功（某一段时间内消耗电能）的仪器。②电能表上“220V、5A、3000R/kW·h”等字样，分别表示：电能表额定电压是220V；允许通过的最大电流是5A；每消耗一度电电能表转盘转3000转。③读数时：A最后一位有红色标记的数字表示小数点后一位；B之差【温馨提示】电功的计算公式：W＝Pt，W＝UIt，W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t(最后一个公式仅适用于纯电阻电路)。（1）串联电路：；（2）并联电路：；（3）在任何情况下，在一定时间所做的总功。【拓展】电量的单位：毫安时与安时当电流强度用毫安（mA）作单位，时间用小时（h）做单位，它们两个相乘就是毫安时（mAh），当然还是电量，根据公式，由于1A=1000mA，1h=3600s，所以1Ah=3600C；1mAh=10-3A×3600s=3.6C1、假期小明一家要出门旅游，出发前家里只有一台额定功率为200W的冰箱正常工作，其它用电器都已关闭。小明看到家里电能表的示数为2021.6kW·h，过了7天小明回到家再次查看电能表的示数如图所示。下列有关说法正确的是（）。A．这段时间冰箱消耗的电能是7kW·h；B．冰箱每天平均工作的时间为0.5h；C．冰箱正常工作1min电能表的转盘转过12转；D．再有其它家电和冰箱一同正常工作时，电能表转盘的转速不变【答案】A【解析】A．电能表原来的示数为2021.6kW·h，7天电能表的示数为2028.6kW·h，则这段时间冰箱消耗的电能是W=2028.6kW·h-2021.6kW·h=7kW·h故A正确；B．冰箱功率为200W，合0.2kW，电冰箱在这7天内工作的总时间为t=则冰箱每天平均工作的时间为t'=5h。故B错误；C．冰箱正常工作1min消耗的电能为W'=Pt''=0.2kW×h=电能表的转盘转的圈数为n==2r即冰箱正常工作1min电能表的转盘转过2转，故C错误；D．再有其它家电和冰箱一同正常工作时，电路中消耗电能变快，电能表转盘的转速变快，故D错误。故选A。2、如图所示的电能表的读数是kW·h；若该电能表的表盘转了360转，则此时的用电器消耗了kW·h的电能。【答案】201.8；0.6。【解析】电能表的读数是201.8kW·h。若该电能表的表盘转了360转，则此时用电器消耗了故此时用电器消耗了。3、电视机可以用遥控器关机而不用断开电源，这种功能叫做待机功能。这一功能给人们带来了方便，但很少有人注意到在待机状态下电视机仍然要消耗电能。例如小明家的一台34寸彩色电视机的待机功率大约是10W，假如他家电视机平均每天开机4h，看完电视后总是用遥控器关机而不切断电源。试估算小明家一年（365天）中因这台电视机待机浪费的电能约为（）A．2.6×108J B．2.6×107J C．3.2×105J D．5.3×107J【答案】A【解析】电视机待机功率P＝10W＝0.01kW，则每天待机消耗的电能为W0＝Pt＝0.01kW×（24h﹣4h）＝0.2kW•h；每年消耗的电能为W＝365W0＝365×0.2kW•h＝73kW•h≈2.6×108J。故选：A。1、小明同学在家中拍到一张电能表照片，如图所示。他仔细观察照片后，得到下列结论，你认为正确的是（）A.电能表每经3200h闪一次B.电能表的额定电流为10AC.电能表使用时的电压必须是220VD.拍照片时，小明家已消耗的电能为7624J【答案】B【解析】该电能表的脉冲输出为“3200imp/(kW·h)”，表示用电1kW·h表盘上耗电指示灯闪烁3200次。“220V”表示电能表在220V电路中正常使用，但由于家庭电路电压有波动，所以稍大于或略小于220V时，也能工作。“10A”表示该电能表的额定电流是10A。电能表读数使用的单位是千瓦时而不是焦，故该电能表的读数为7624kW·h。2、下列关于电能和电功的说法，不正确的是（）A.电灯主要把电能转化为光能，为我们照明B.“消耗了多少电能”和“电流做了多少功”两种说法是-一样的C.电能可以转化成多种其他形式的能量D.通过导体的电流越大，电流做功一定越多【答案】D【解析】电灯通电后主要把电能转化为光能；电流做了多少功，就把多少电能转化为其他形式的能；选项A、B、C正确。电流做功除与电流大小有关外，还与时间的长短和电压高低有关。故选D。3、下列装置在正常工作时，可将电能转化为机械能的是（）A.电褥子B.发电机C.洗衣机D.电暖气【答案】C【解析】要认清能量变化前后的形式。电褥子把电能转化为内能；发电机把机械能转化为电能；电暖气把电能转化为内能。4、小明利用电能表测量某一家用电器的电功率。当电路中只有这一个用电器连续工作时，测得在1h内，消耗的电能为1.2kW·h，那么这个用电器是（）A.电冰箱B.普通白炽灯C.彩色电视机D.挂壁式空调【答案】D【解析】根据P=W/t，可以求出该电器的电功率，经分析只有选项D中挂壁式空调的功率符合。5、甲用电器标有“220V20W”，乙用电器标有“220V60W”，它们都在额定电压下工作，则下列判断中正确的是（）A．甲用电器做功一定多B．做相同的功，甲用电器用的时间一定少C．乙用电器做功一定多D．相同时间内，乙用电器做的功一定多【答案】D【解析】额定电压下，甲用电器的电功率为20W，乙用电器的功率为60W。AC、由W＝Pt可知，电流做功的多少与通电时间有关，故AC不正确；B、根据t=WD．根据W＝Pt可知，相同时间内，乙用电器完成的功一定多，故D正确。故选：D。6、甲用电器标着“220V60W”，乙用电器上标着“36V60W”，它们都在额定电压下工作，则下列判断中正确的是（）A．甲用电器做功一定多B．乙用电器做功一定慢C．完成相同的功，甲用电器用时间一定多D．相同时间内，甲乙用电器消耗的电能一样多【答案】D【解析】甲、乙用电器在额定电压下工作时的功率均为60W。A．由W＝Pt可知，电流做功的多少与通电时间有关，故A不正确；B．电功率是表示电流做功快慢的物理量，甲乙用电器的功率相同，做功一样快，故B不正确；C．根据W＝Pt可知，完成相同的功，两用电器用的时间一样多，故C不正确；D．根据W＝Pt可知，相同时间内，甲乙用电器消耗的电能一样多，故D正确。故选：D。7、时下主流华为P40手机，手机内置4200mAh电池，支持40W快充和27W无线快充。其中的mAh是物理量的单位；若手机待机时的电流约为6mA，则这种充满电的锂电池待机时间是h。【答案】电荷量；700。【解析】mA为电流单位，h为时间单位，则由Q＝It可知，mA•h为电荷量的单位；根据I＝可知，锂电池待机时间为：t＝＝＝700h。8、小米新款手机电池容量为4500mA•h，电池电压为4V，标配30W超级快充技术，它充满电后，大约储存的电能为J．使用该手机的超级快充功能，假设充电效率为90%，分钟即可从零充满。【答案】6.48×104；40。【解析】（1）充电宝充满电后储存的电能：W＝UIt＝4V×4500×10﹣3A×3600s＝6.48×104J。（2）根据η＝可得，消耗的电能为：W充＝＝＝7.2×104J；由P＝可得，从零充满需要的时间：t＝＝＝2400s＝40min。9、华为手机的超级快充充电器最大充电电流可达5A．现有华为某一型号的电池，容量为4000mAh，假设充电器始终以最大充电电流充电，且把电池充满，只需要min．充电过程中将电能转化为能。如果将此电池电量全部用完，然后停下家里其它用电器，只给手机充电，充满后发现标有“3000revs/（kW•h）”字样的电能表表盘转了63转，则充电消耗的电能J。【答案】48；化学；7.56×104。【解析】（1）已知该充电器最大充电电流I＝5A＝5×103mA，电池的容量为4000mAh，由I＝可得把电池充满电，所需的时间：t＝＝＝0.8h＝48min；（2）电池在充电过程中，将电能转化为化学能储存在电池中；（3）“3000revs/（kW•h）”表示电路中每消耗1kW•h的电能，电能表的转盘转过3000r，则电能表转盘转了63转，则充电消耗的电能：W＝kW•h＝0.021kW•h＝7.56×104J。10、如图所示甲是小灯泡L和电阻R的I﹣U图象。将小灯泡L和电阻R接入图乙所示的电路中，只闭合开关S1时，电流表的示数为0.5A，则电源电压为V。再闭合开关S2，电流表示数为A，1min内电流对电阻R所做的功为J。【答案】2；0.7；24。【解析】（1）只闭合开关S1时，电路为灯泡L的简单电路，由图象可知，当IL＝0.5A时，UL＝2V，即电源电压为2V；（2）再闭合开关S2时，灯泡L与R并联，电流表测干路电流，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，UR＝UL＝U＝2V，由甲图R的I﹣U图象和L的I﹣U图象可知，此时通过R的电流IR＝0.2A，通过灯泡L的电流IL＝0.5A，因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以干路电流：I＝IL+IR＝0.5A+0.2A＝0.7A；1min内电流对电阻R所做的功为：W＝UIt＝2V×0.2A×60s＝24J。1、如图所示分别是小英家上月初和上月末电能表的示数。结合表盘上的信息可知，下列选项中正确的是（）A．小英家家庭电路中的干路电流不得超过10A B．小英家上个月消耗的电能为1011kW•h C．电能表上指示灯闪烁320次，表示家庭电路消耗电能0.2J D．电能表上指示灯闪烁的次数越多，说明电路中消耗的电能越多【解析】A、由图知电能表允许通过的最大电流为40A，因此小英家干路中的电流不得超过40A，故A错误；B、小英家上月消耗的电能为：5647.8kW•h﹣5546.7kW•h＝101.1kW•h，故B错误；C、指示灯闪烁320次消耗的电能：W＝kW•h＝0.2kW•h；故C错误；D、1600imp/kW•h表示每消耗1kW•h的电能，指示灯闪烁1600次，电能表上指示灯闪烁的次数越多，则电路中消耗的电能越多，故D正确。故选：D。2、如图所示的电路中，电源两端电压保持不变，两个定值电阻的阻值R1＞R2，闭合开关S，电阻R1、R2两端的电压分别为U1、U2，通过两个电阻的电流分别为I1、I2，它们的实际电功率分别为P1、P2，相等时间内它们消耗的电能分别为W1、W2，下列判断中正确的是（）A．I1＞I2B．U1＝U2 C．P1＞P2 D．W1＞W2【解析】由图可知，闭合开关S后，电阻R1、R2并联，因并联电路中各支路两端的电压与电源电压相等，则U1＝U2，故B正确；由题知，R1＞R2，且电压相等，由I＝可知I1＜I2；故A错误；因为U1＝U2，I1＜I2，所以由P＝UI可知，它们的电功率关系为：P1＜P2；故C错误；由W＝Pt可知，相同时间t内它们消耗的电能关系为：W1＜W2；故D错误。故选：B。3、小明对新型LED灯带很好奇，取一段剖开后发现，灯带中的LED灯是串联后通过电源适配器接入照明电路的。他取下其中一只LED灯接在3V电源两端，灯不亮，对调电池正负极后亮了，用手试摸，点亮的灯几乎不发热。以下推断符合上述事实的是（）A．单只LED灯的工作电压是220V B．LED灯主要是将电能转化为内能 C．LED灯应用了半导体材料 D．灯带中一只灯断路后其他灯还能亮【解析】A、单只LED灯接在3V电压下发光，所以其工作电压不是220V，故A错误；B、用手试摸，点亮的灯几乎不发热，所以电能主要转化成光能，故B错误；C、电池正负极没对调之前灯不发光，对调后发光，说明LED灯有单向导电性，即利用半导体材料制成的，故C正确；D、灯带中的LED灯是串联后通过电源适配器接入照明电路的，灯带中一只灯断路后，其它都不能发光，故D错误。故选：C。4、电视机可以用遥控器关机而不用断开电源，这种功能叫做待机功能。这一功能给人们带来了方便，但很少有人注意到在待机状态下电视机仍然要消耗电能。例如小明家的一台34寸彩色电视机的待机功率大约是10W，假如他家电视机平均每天开机4h，看完电视后总是用遥控器关机而不切断电源。试估算小明家一年（365天）中因这台电视机待机浪费的电能约为（）A．2.6×108J B．2.6×107J C．3.2×105J D．5.3×107J【答案】A【解析】电视机待机功率P＝10W＝0.01kW，则每天待机消耗的电能为W0＝Pt＝0.01kW×（24h﹣4h）＝0.2kW•h；每年消耗的电能为W＝365W0＝365×0.2kW•h＝73kW•h≈2.6×108J。故选：A5、现有两个定值电阻R1和R2（R1＞R2），按照如图所示的四种方式，分别接到电压恒为U的电源两端工作相同的时间。则四个电路中电流做功大小关系正确的是（）A．W甲＞W乙＞W丙＞W丁 B．W甲＞W丙＞W丁＞W乙 C．W丙＞W丁＞W乙＞W甲 D．W乙＞W丁＞W丙＞W甲【答案】D【解析】因串联电路中总电阻大于任何一个分电阻、并联电路中总电阻小于任何一个分电阻，且R1＞R2，所以，四个电路中的总电阻关系为：R甲＞R丙＞R丁＞R乙，因电源的电压恒为U，且工作时间相等，所以，由W＝UIt＝t可知，四个电路中电流做功大小关系为W乙＞W丁＞W丙＞R甲。故选：D。6、在“探究电功与哪些因素有关”的实验中，小惠连接了如图所示的电路，以下说法中错误的是（）A．此电路探究的是电功与电压的关系 B．实验中，通过灯泡的亮度反映电功的大小 C．滑动变阻器在电路中起到保护电路的作用 D．移动滑动变阻器的滑片从而改变电流，可以进一步探究电功与电流的关系【解析】由电路图可知，两灯泡与滑动变阻器串联，两电压表分别测两灯泡两端的电压。A、因串联电路中各处的电流和通电时间相等，所以根据W＝UIt可知，此电路可以探究电功与电压的关系，故A正确；B、灯泡越亮、实际功率越大，在相同时间里消耗的电能越多，电流做功越多，所以我们可以通过灯泡的亮度来比较相同时间内电流做功的多少，故B正确；C、滑动变阻器在电路中起到保护电路的作用，故C正确；D、探究电功与电流的关系时，应控制电压和通电时间相同，移动滑动变阻器的滑片时，通过灯泡的电流和灯泡两端的电压均改变，所以不能探究电功与电流的关系，故D错误。故选：D。7、同学们猜想影响电流做功多少的因素有：用电器两端的电压、通过用电器的电流和通电时间。如图（a）、（b）所示是小明实验小组的实验电路图。（1）此实验是根据来比较相同时间内电流做功的多少，L1、L2两只灯泡的规格应（选填“相同”或“不同”）；（2）在图（a）电路中，甲、乙两灯串联，主要是为了控制相同，从而研究电流做功多少与的关系；在图（b）电路中，观察到L1灯较L2灯暗，甲电流表的示数小于乙电流表的示数，由此可以得到的结论是。【答案】（1）灯泡的亮暗程度；不同；（2）电流与通电时间；电压；在电压、通电时间相同时，电流越大，电流做功越多。【解析】（1）本实验中，灯泡越亮，电流通过，灯泡做的功越多，因此可以通过观察比较灯泡的亮暗程度来比较电流做功多少，故L1、L2两只灯泡的规格应不同；（2）因为甲图中两灯泡串联，根据串联电路电流的规律，电流与通电时间相同；因灯的规格不同，由欧姆定律，而两灯泡两端电压不相等，因此探究电流做功的多少与电压的关系；两灯泡并联，两灯的电压相同；甲电流表测通过L1的电流，电流表乙测量通过L2的电流；L1灯较L2灯暗，在相同时间内，通过L1灯的电流做功小，因甲电流表的示数小于乙电流表的示数，故得出的结论：在电压、通电时间相同时，电流越大，电流做功越多。8、小敏家住某5层公寓楼中的4楼，当他在1楼按下楼道灯开关，5盏“220V12W”的楼道灯全部点亮，然后延时60秒均自动关闭，他正常每登一层楼所需时间为12秒，小敏意识到楼道灯这样的工作方式有些浪费电能，对楼道电路进行设计，改进电路如图，K为启动延时开关，S为感应跳转开关，K按下时S接通触点1、2，S感应到人到2楼，跳转至触点2、3，感应到人到3楼，跳转至触点3、4……跳转后若20秒后感应不到人，则K断开。(1)按照原先楼道灯的工作方式，小敏正常上楼回家一次，楼道灯一共消耗多少电能?___________。(2)改进后的方案中，S跳转前后，通过启动延时开关的电流大小___________(填“增大”“减小”或“不变”)，小敏正常上楼回家一次，比原来节约多少电能?___________。【答案】(1)3600J(2)不变2256J【解析】(1)按照原先楼道灯的工作方式，小敏正常上楼回家一次，楼道灯一共消耗的电能为W=Pt=5×12W×60s=3600J；(2)由题意可知，每盏灯的规格相同，它们都能各自独立工作，工作时的电流是相同的，即电流不变；一楼灯消耗的电能：W1=P1t1=12W×12s=144J；二楼灯消耗的电能W2=P2t2=12W×24s=288J；三楼灯消耗的电能：W3=P3t3=12W×24s=288J；四楼灯消耗的电能：W=P4t4=12W×(12s+20s)=384J；五楼灯消耗的电能：W5=P5t5=12W×20s=240J；W总=W1+W2+W3+W4+W5=1344J；节约的电能：3600J-1344J=2256J。9、笔记本电脑已进入寻常百姓家庭，出差旅游时常随身携带。出于安全考虑，民航局规定，乘客可随身携带0.16kW·h以下的可充电设备。目前，部分航空公司已允许乘客在非起降时间段、有条件地使用笔记本电脑等便携电子设备。请回答下列问题：(1)某旅客