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1、電功和電功率 【考點(diǎn)聚焦】 1．知道電功及其單位 2．理解電功的公式，會用電能表測量電功 3．理解電功率的概念 4．理解用電器的額定電壓和額定功率 5．理解焦耳定律，知道電熱器的原理和應(yīng)用 【呈現(xiàn)形式】 本部分涉及到的內(nèi)容有電功、電能和焦耳定律 1．電功與電能的關(guān)系、電功的計(jì)算：相關(guān)的主要考點(diǎn)有電功的計(jì)算，而電功計(jì)算最常見的是與電流的定義、串并聯(lián)電路的特點(diǎn)、、歐姆定律、電能表及電功率、焦耳定律聯(lián)系起來，并結(jié)合其它能量（如機(jī)械能、內(nèi)能等）的知識綜合考查，其中特別要熟練掌握串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律與電功計(jì)算公式相結(jié)合的計(jì)算，要弄明白幾個(gè)電功計(jì)算公式的應(yīng)用范圍。 2．電功率的

2、概念及其計(jì)算，用電器額定電壓、額定功率和實(shí)際電壓、實(shí)際功率的聯(lián)系、區(qū)別及計(jì)算，用電壓表和電流表測定小燈泡的功率的實(shí)驗(yàn)是重點(diǎn)內(nèi)容，其中電功率的計(jì)算公式的應(yīng)用，用電器額定功率和實(shí)際功率的區(qū)別和計(jì)算，小燈泡的功率的測定實(shí)驗(yàn)的討論是難點(diǎn)。與上述內(nèi)容相關(guān)的考點(diǎn)有：電功率的基本概念、額定電壓、額定功率和實(shí)際功率的概念，用電器電功率與電阻的變化關(guān)系，測定小燈泡的功率的實(shí)驗(yàn)，將功率與串并聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律聯(lián)系起來進(jìn)行綜合考查，同一電路中不同用電器的功率的比較。 3．焦耳定律及其應(yīng)用，與其相關(guān)的考點(diǎn)有焦耳定律的內(nèi)容及應(yīng)用、用控制變量法研究焦耳定律的實(shí)驗(yàn)、電熱器的構(gòu)造特點(diǎn)和原理等。 這部分知識在中考中將大量

3、以計(jì)算、實(shí)驗(yàn)、開放和探究性試題出現(xiàn)，其試題的難度也將會較大，應(yīng)引起足夠的重視。 【知識結(jié)構(gòu)】 一、電功 1．定義：電流所做的功。 2．電流做功的實(shí)質(zhì)：電流做功的過程是電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能的過程，電功是電能轉(zhuǎn)化的量度。電功是過程量，電流做功時(shí)，總伴隨著能量狀態(tài)的變化。電流通過用電器所做的功的數(shù)值與該用電器此時(shí)消耗的電能數(shù)值完全相同。 3．電功的公式及其變換式：W＝UIt（變換式W＝U2/Rt，W＝I2Rt），即電流在某段電流上所做的功，等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時(shí)間的乘積。 4．電功的單位；焦耳（J）、千瓦時(shí)（kwh） 5．電功測量：電能表是測量電功的儀表。 二

4、、電功率 1．定義及意義：電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫電功率。電流做功不僅有大小而且有快慢之分。用電器的功率表示做功的快慢。電功率大的用電器只能說明用電器電流做功快，并不表示電流做功的多少。 2．公式：P＝W/t＝UIt＝UI，該公式適用于任何電器。 3．單位：瓦特（W），千瓦（kw） 4．額定電壓與額定功率：額定電壓是用電器正常工作時(shí)的電壓，額定功率是用電器在額定電壓下的功率。 5.測小燈泡的電功率：（1）實(shí)驗(yàn)原理；（2）實(shí)驗(yàn)電路圖；（3）實(shí)驗(yàn)步驟；（4）數(shù)據(jù)處理。 三、焦耳定律 1.焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。

5、2．焦耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：Q=I2Rt 【方法提示】 一、 電功公式的正確使用： 1．電功公式W＝UIt是計(jì)算電功普遍適應(yīng)的公式，對于任何電器（或電路）都通用。 圖1 2．變形公式W＝U2/Rt，W＝I2Rt只適用于電爐、白熾燈、電烙鐵等純電阻電路，而如 電動機(jī)及給蓄電池充電等電路則不適用。 【例題1】如圖1所示，R1的阻值是2Ω，兩端的電壓是3V，R2的阻值是4Ω，則2s內(nèi)在R3上所消耗的電能是多少？ 【解析】 這是一道綜合運(yùn)用串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律來計(jì)算電功的問題。對于純電阻器件而言，只要想辦法求出該器件的電流、電壓、電阻三個(gè)電學(xué)基本量的任意兩個(gè)量和時(shí)間即可求出電功。在這

6、一思想指導(dǎo)下，計(jì)算R3在2s內(nèi)所消耗的電能：方法一是求R3的電壓U3和電流I3；方法二是求U3和R3；方法三可先求I3和R3。在計(jì)算過程中要充分利用串聯(lián)電路的特性、公式，注意歐姆定律在適用時(shí)各物理量應(yīng)滿足同一性原則。解決此類問題的方法是先弄清電路的連接方式，在運(yùn)用相應(yīng)的串、并聯(lián)電路特性和歐姆定律去分頭尋找研究對象的三個(gè)基本量中的任意兩個(gè)（時(shí)間往往是已知的）；如果研究對象是非純電阻器件，計(jì)算電功只能適用定義式計(jì)算。該題在R3上消耗的電能是27J。 二、 電能表的問題 1．電能表是測量電功或者說是測量用戶的用電器在一段時(shí)間內(nèi)消耗電能的多少。 2．讀數(shù)：窗口兩次之差就是這段時(shí)間內(nèi)使用的千瓦時(shí)數(shù)

7、，最后一位是小數(shù)。 圖2 3．銘牌如圖2所示的物理意義： ①“220V”表示電能表的額定電壓是220V。 ②“20A”表示允許通過這只電能表的最大電流是20A。 ③“kWh”表示電能表測量電功所用的單位是kWh，即“度”。 ④“2500R/kWh”表示每消耗1度電，電能表的表盤旋轉(zhuǎn)2500轉(zhuǎn)。 三、額定電壓與額定功率 U實(shí)＞U額，則P實(shí)＞P額 U實(shí)＝U額，則P實(shí)＝P額 U實(shí)＜U額，則P實(shí)＜P額 【例題2】三盞電燈A(220V，40W)、B（110V，40W）、C（36V，40W），當(dāng)它們各自正常 發(fā)光時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)所消耗的電能哪個(gè)最大？ 【解析】

8、 本題容易出錯(cuò)的地方在于不了解電功率的意義，誤認(rèn)為額定電壓越高的電功率便越大。 圖3 正確分析方式是：電流通過電燈做功的過程就是消耗電能的過程，單位時(shí)間內(nèi)做多少電功便消耗多少電能，當(dāng)三盞電燈都正常發(fā)光時(shí)，雖工作電壓各不相同，但其電功率都是40W，所以三盞燈每秒做的電功以及每秒消耗的電能都是40J，所以正確的答案是單位時(shí)間內(nèi)三盞燈消耗的電能相同。 四、測量小燈泡的電功率 【例題2】如圖3所示是測額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率的 電路圖 （1）a是 表，b是 表。 （2）按圖連接好器材，測量前開關(guān)應(yīng) ，滑片P應(yīng)滑到 點(diǎn)。

9、 （3）如果小燈泡的阻值約為10Ω，電源有兩節(jié)干電池串聯(lián)組成，電流表有量程0∽0.6A 和0∽3A兩檔，那么a表量程應(yīng)選 擋，b表量程選 擋。 （4）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡兩端電壓只有1.8V，滑動變阻器的滑片P向 端移動，才能使電壓表示數(shù)為 V，此時(shí)燈泡實(shí)際功率就是額定功率。 （5）要測量的數(shù)據(jù)是 和 ，計(jì)算燈泡的額定功率公式為 。 【解析】 由圖可知是用電流表和電壓表測定小燈泡額定功率電路。解答： （1）根據(jù)電流表、電壓表的使用規(guī)則可以判

10、斷：a與電燈并聯(lián)，是電壓表；b與電燈串聯(lián)是電流表。 （2）為了避免接線失誤，損壞電器，串聯(lián)前開關(guān)應(yīng)斷開?；阶冏杵髟陔娐分衅鸱謮鹤饔?，分去一部分電壓，以保證小燈泡的安全使用，并得到需要的電壓，測量前串入電路的電阻應(yīng)是變阻器的最大值，所以滑片P應(yīng)在B點(diǎn)。 （3）電源選用兩節(jié)干電池，則電源電壓為3V，且小燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表a表的量程應(yīng)選“0∽3V”擋，小燈泡的電阻約為10Ω，它在正常工作時(shí)的電流約為I=U/R=0.25A＜0.6A，所以電流表b的量程應(yīng)選“0∽0.6A”擋。 （4）當(dāng)小燈泡兩端電壓為1.8V時(shí)，因沒有達(dá)到其額定電壓2.5V，所以其實(shí)際功率小 于額

11、定功率，為使小燈泡消耗的功率等于其額定功率，應(yīng)提高小燈泡兩端的電壓，使其達(dá)到2.5V，所以減小滑動變阻器入電路的電阻，以減小滑動變阻器兩端電壓，故滑片P應(yīng)向A端移動， （5）測定小燈泡的額定功率，依據(jù)是功率的公式，P=UI，需要測量的是小燈泡兩端的電壓V和提高它的電流I。 五、熟記電學(xué)中基本量的規(guī)律和特點(diǎn)，進(jìn)行電功、電功率和電熱的計(jì)算 物理量 （符號） 公 式 單位 （符號） 測量儀器 串聯(lián)電路特點(diǎn) 并聯(lián)電路特點(diǎn) 電功（W） W = UIt 焦耳 （J） 電能表 W = W1 + W2 W1: W2 = R1: R2

12、W = W1 + W2 W1: W2 = : R2 : R1 電功率（P） P = W /t P ＝UI 瓦特 （W） 電流表 電壓表滑動變阻器（伏安法） P ＝P1+P2 P1: P2 = R1: R2 P ＝P1+P2 P1: P2 = R2 : R1 電熱 （Q） Q =I2Rt 焦耳 （J） Q = Q1+Q2 Q = Q1+Q2 Q1: Q2 = R1: R2 【例題3】同為“36V 40W”的電燈、電扇、電烙鐵都正常工作5min，它們產(chǎn)生熱量是： A.一樣多 B.電燈最多 C.電扇最多 D.電烙鐵最多 圖4 【解析】三

13、個(gè)用電器消耗的功率、通電時(shí)間相同，由W=Pt可知它們消耗的電能一樣多，但從能量轉(zhuǎn)化的角度考慮，電燈將電能轉(zhuǎn)化為大量熱能及少量光能，電扇將電能轉(zhuǎn)化為大量機(jī)械能和少量熱能，而電烙鐵將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能,所以產(chǎn)生熱量最多的用電器是電烙鐵。正確答案應(yīng)為D。 【例題4】如圖4所示，燈泡L標(biāo)有“220V 36W”字樣，R＝6Ω，通電10s且正常發(fā)光，根據(jù)這些已知條件，可以求出哪些物理量，請一一計(jì)算出來。 【解析】本題看起來雖然簡單，但實(shí)際上是一道開放性試題，它可以幾乎計(jì)算出所有電學(xué)中的基本物理量，能夠涉及到所有的電學(xué)概念和定律。 題中隱含的條件：額定電壓下，燈泡的額定功率，切燈泡正常發(fā)光?？汕蟪龅?/p>

14、物理量有： （1）燈泡兩端的實(shí)際電壓：U實(shí)＝U額＝12V （2）燈泡的額定功率P實(shí)＝P額＝36W （3）通過燈泡的電流I實(shí)＝I額＝P/U=3A （4）燈泡的電阻RL=U2/P=4Ω 通電10s鐘 （5）通過燈泡的電荷量Q＝It＝30C （6）燈泡消耗的電能WL＝Pt＝360J （7）燈泡、電阻兩端的電壓U總＝UR＝UL＝12V （8）通過電阻的電流IR=U/R=12V/6Ω=2A （9）電阻消耗的電能WR=UIRt=12V×2A×10s=240J （10）電阻的功率PR=UIR=12V×2A=24W （11）電阻上的電熱QR=IR2Rt=(

15、2A)2×6Ω×10s=240J 【對應(yīng)訓(xùn)練】 1．電能表是用來測定下列哪個(gè)物理量的 〔 〕 A．電能 B．電流 C．電壓 D．電阻 2．將7.2×105J的電功用“度”作單位表示,則應(yīng)為 〔 〕 A.20度 B.2度 C.0.2度 D.0.02度 3.采葳同學(xué)家在1月1日和2月1 日兩次觀察家里的電能表,如下表

16、所示,那么該同學(xué)家一月用電 〔 〕 0 2 3 3 4 0 2 8 7 9 A．545度 B．54.5 C．455度 D．45.5度 4．下列關(guān)于電功率的說法中,正確的是 〔 〕 A．電功率越大,電流做功越多 B.電功率越大,所用的時(shí)間越短 C.電功率越大,用電器消耗的電能越多 D.電功率越大,用電器消耗電能越快 5.

17、“220V 100W”的燈泡接入電壓為210V的電路,則該燈泡的實(shí)際電功率 〔 〕 A．大于100W B．等于100W C．小于100W D．條件不足,無法判斷 6．在測定一個(gè)小燈泡額定電功率的實(shí)驗(yàn)中,若小燈泡額定電壓為2.5V,允許通過的最大電流為0.4A.電源是4節(jié)干電池串聯(lián)成的電池組.另配有0-0.6A、0-3A兩量程的電流表一個(gè),0-3V、0-15V兩量程的電壓表一個(gè),最大阻值為20Ω的滑動變阻器等,則在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中電流表、電壓表的量程分別應(yīng)選用的量程是 〔 〕 A．電流表選

18、0-0.6A,電壓表選0-3V B．電流表選0-0.6A,電壓表選0-15V C．電流表選0-3A,電壓表選0-3V D．電流表選0-3A,電壓表選0-15V 7.有一阻值為40Ω的電熱器,工作時(shí)產(chǎn)生熱量的功率為1000W,則通過該電熱器的電流和電熱器兩端的電壓分別是 〔 〕 A．10A 100V B.2A 200V C.5A 100V D.5A 200V 8．要使電熱器在單位時(shí)間產(chǎn)生的熱量減少一半,應(yīng)該

19、 〔 〕 A.讓它兩端的電壓減少一半 B.使它的電阻減少一半 C.讓通過它的電流減少一半 D.使它的電阻和兩端電壓同時(shí)減少一半 9．根據(jù)你生活中的觀察,電子手表、電燈、晶體管收音機(jī)、電燙斗這些常用電器中，電功率最大的是_______,電功率最小的是_______. 10．電燈泡上標(biāo)著“PZ220-40”，這里的“220”表示_________________________，“40”表示的是燈泡______________.此燈泡正常工作時(shí)的電流為_______A,電阻為__________. 11．一個(gè)在某電壓下工作的電烙鐵,功率是100W,電流

20、是454mA,加在這個(gè)電烙鐵兩端的電壓是_______. 12.在測定小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)中: (1)電源電壓要_______小燈泡的額定電壓,串聯(lián)一個(gè)滑動變阻器是為了_______; (2)閉合開關(guān)前,滑動變阻器應(yīng)放在_______位置上,這樣做的好處是_______; (3)為了測定有“4.5V”字樣的小燈泡的功率,除了要用電壓表、電流表、小燈泡、開關(guān)、滑動變阻器、導(dǎo)線外，還應(yīng)在下列器材中選用_______。 A.三節(jié)干電池 B.三節(jié)蓄電池 C.兩節(jié)干電池 D.兩節(jié)蓄電池 13．如上表所示的電器每天工作時(shí)間均有減少，照明電器每天減少一小時(shí)，廚房電

21、器每 天工作時(shí)數(shù)減少0.5小時(shí)，洗衣機(jī)每天工作時(shí)時(shí)數(shù)減少0.5小時(shí),其他用電器每天工作時(shí)數(shù)均減少1.5小時(shí),則一個(gè)月能節(jié)約用電多少千瓦時(shí)?折合多少度?折合多少焦耳? 14.按圖5所示電路對額定電壓為3.8V的小燈泡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),測得5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并記錄在表中,同時(shí)記錄了小燈泡亮度變化的情況. 圖5 請你仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,回答下列問題: 次數(shù) 1 2 3 4 5 U/V 3.0 3.5 3.8 4.0 4.5 I/A 0.28 0.30 0.31 0.32 0.34 亮度 增加 (1)燈泡的額定功率是___.

22、 (2)小燈泡的亮度變化規(guī)律是____________________. (3)除了表格中列出的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象外,你還能發(fā)現(xiàn)的問題是____________________. 【參考答案】 1.A 2.C 3.D 4.D 5.C 6.A 7.D 8.A 9.電熨斗 電子手表 10.該燈泡的額定電壓為220V 該燈泡的額定功率為40W 0.18 1210Ω 11.220V 12. (1)大于 改變燈泡中的電流和燈泡兩端的電壓 (2)阻值最大 電路中的電流最小,保護(hù)電路 (3)B 13. 30.75KWh 14. 1.178 隨著燈泡兩端電壓的增大,燈泡的實(shí)際功率變大,燈泡越來越亮 燈泡的阻值與溫度有關(guān)