3.6 电能（同步课件）-【上好课】2024-2025学年九年级科学上册同步精品课堂（浙教版）

3.6 电能 浙教版七年级科学上册 第三章 能量的转化与守恒 电能是现代生活和生产中最常用的一种能量。生活中每户家庭都要向电力公司缴纳电费，那么，电费是怎样计算的?怎样量度所消耗的电能? 一、电能与电功 电灯照明、电冰箱冷藏食物、电饭锅烧饭、电脑上网等，都在使用电能。 (1)电功 ①电功的定义:电流所做的功叫做电功。 ②电功的实质:电流做功的过程实质上就是电能转化为其他形式能量的过程。电能转化为其他形式能量的多少可以用电功来度量。 ③单位:电能、电功的单位是焦耳,还有千瓦时(kW·h),俗称“度”。 焦耳与千瓦时之间的换算关系是:1千瓦时=3.6X106焦耳。 (2)电能表 ①电能表的作用:测量用电器在一段时间里消耗的电能的多少。电能表也叫电度表。 ②电能表的参数含义: a.“220V”表示该电能表应该接在220伏的电路上使用; b.“10(20)A”表示该电能表的额定电流为10安,在短时间内使用时电流可以允许大一些,但不能超过20安; c.“kW·h”表示电能表上的数字以千瓦时为单位来显示所消耗的电能; d.“600 r/kW·h”表示接在该电能表上的用电器,每消耗1千瓦时的电能,电能表的转盘转过600转。 ③电能表测量电能的方法 a.读数法:电能表计数器上显示着数字,计数器前后两次示数之差就是这段时间内用电的度数(消耗电能的多少),单位是千瓦时(度)。注意电能表计数器中最后一位数字是小数。 例如:家中电能表在月初的示数是 月底的示数是 ,则这个月家中用电量为:336.5千瓦时一324.8千瓦时=11.7千瓦时,即这个月家中用电量为11.7度。 ③电能表测量电能的方法 b.计算法:由电能表参数Nr/ kW·h(N 由不同电能表规格而定)，数出某段时间电能表转盘转过的转数n,则这段时间消耗的电能 W= 千瓦时=×3.6X106焦耳。 思考与讨论 某家庭8月底、9月底电能表上显示的数字如图3-77所示,这个家庭在9月份用了多少电能? 目前，一些城市使用电子式多费率电能表(如图3-78)，这种电能表没有转动的铝盘，它靠内部的电子电路计算消耗的电能，读数由液晶板显示出来。其特点是可以根据不同时间段用户的用电情况分别计算费用。供电部门利用专用设备读取电能表上的信息，并计算出电费。 例1.4月初小芳家中的电能表的示数为 ，5月初电能表如图 所示,4月份她家共使用了___度电。她认真观察了几分钟,查出电能表的转盘转过60圈,则这几分钟内她家的用电器消耗的电能是_____焦。 【答案】80 ；7.2X104 【解析】解析:(1)读出4月初和5月初电能表的示数,4月份用电量等于二者之差,则小芳家在4月份用电:W=1978.2 千瓦时-1898.2千瓦时=80 千瓦时=80度; (2)每消耗1千瓦时的电能，该电能表的转盘转3 000 转，电能表的转盘转过60圈消耗的电能W’=60/3 000千瓦时=0.02 千瓦时=7.2X104J 二、电器的电功率 观察用电器的铭牌，我们往往会发现铭牌上标有11W、1200W等数字，如图3-79所示，这些数字表示什么意思? 在相同的时间内，不同的用电器消耗的电能并不相同，也就是说，电流做功的快慢不同。电流做功的快慢用电功率描述。用电器铭牌上标有的11W、1200W等数字表示了电器的电功率。 (1)电功率 ①物理意义:描述电流做功的快慢。 ②定义:电流在单位时间内做的功。用字母P表示。 ③单位:瓦(W)或千瓦(kW),换算关系为1千瓦=1000 瓦。 P= 其中W代表电功,t表示时间,其变形式为W=Pt, t= (2)额定电压和额定功率 ①额定电压:用电器正常工作时的电压。用电器铭牌上标有的电压值就是额定电压,常用U额表示。②额定功率:用电器在额定电压下消耗的电功率。用电器铭牌上标有的电功率值就是额定功率,常用P额表示。 (3)实际电压和实际功率 ①实际电压:用电器实际工作时的电压,它可能与额定电压相等,也可能比额定电压大或小,也可能用电器两端实际电压为零。常用U实表示。 ②实际功率:用电器在实际电压下工作时的电功率,它可能与额定功率相等,也可能比额定功率大或小,当用电器中无电流通过时实际功率为零。常用P实表示。 ③灯泡的亮度取决于其实际功率的大小。无论额定电压如何,额定功率如何,在没有损坏的前提下,只要灯泡的实际功率相等,其发光的亮度就相同。 (3)实际电压和实际功率 ④实际功率和额定功率之间的关系: 例2.LED灯具有节能、环保等特点。如图是额定电压为220伏、额定功率为4.4瓦的LED灯。该灯的额定电流是___安。若它每天正常发光5小时,一个月(30天)消耗的电能是______千瓦时。与普通白炽灯相比,在达到相同亮度的条件下,假设LED灯可以节约90%的电能,则这个LED灯与电功率为________瓦的白炽灯亮度相当。 【答案】0.02;0.66;44 活动 取三只电功率不同的灯泡:220V 15W、220V40W、220V60W，分别接到同一盏台灯中，通电后，观察它们发光的亮度。 三、电功率和电功的计算 (1)影响电功率大小的因素 ①研究电功率与电流的关系实验方案:如图所示,将两只小灯泡并联,目的是控制两者两端的电压相同,比较通过两只小灯泡的电流大小和亮度(亮度反映实际功率的大小)。观察两只小灯泡的亮暗,并记录两只电流表的示数,把观察结果记录在下表中。 实验结果:在电压相等的情况下,通过小灯泡的电流越大,小灯泡的电功率越大。 三、电功率和电功的计算 (1)影响电功率大小的因素 ②研究电功率与电压的关系实验方案:如图所示,将两只小灯泡串联,目的是控制通过两者的电流相同，比较两只小灯泡两端的电压大小和亮度(亮度反映实际功率的大小)。观察两只小灯泡的亮暗,并记录两只电压表的示数,把观察结果记录在下表中。 实验结果:在电流相等的情况下,小灯泡两端的电压越高,小灯泡的电功率越大。 三、电功率和电功的计算 (2)电功率的计算公式 ①实验表明,用电器的电功率等于用电器两端的电压与通过用电器的电流的乘积。 ②电功率的公式可表示为:P=UI(电功率的基本公式,适用于所有电路的计算),由公式得出,电功率的单位瓦特也可表示为:1瓦=1伏·安。 ③电功率的推导公式:对于纯电阻电路,将公式I=号代入上述公式，可推导出:P=I2R或P=(只适用于纯电阻电路的计算)。 ④无论用电器串联或并联,电路的总功率都等于各用电器的实际功率之和,关系式为:P总=P1 +P2+…Pn。 三、电功率和电功的计算 (3)电功的计算 ①根据功率和功的关系P=可以得到电功的计算式,即:W=Pt=UIt。这就是说,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。 ②根据公式W=UIt,电功的单位焦耳也可表示为:1焦=1伏·安·秒。 ③将公式 I=代人电功公式,可得 W=t或 W=I2Rt。同样的,这两个公式只能运用于纯电阻电路中。即在通过电流做功全部转化为内能的电路中,可以用电功的推导公式计算电流做功;如果电能不但转化为内能，而且还转化为其他形式的能,如电动机在消耗电能的同时将电能主要转化为动能,少部分转化为内能，就不能用这两个推导公式计算电流做的功。 例3.小科同学家有一种新型插座如图甲所示,能即时显示用电器的工作电压和所耗电费等,插座本身消耗电能由内部电池提供。如图乙所示为电火锅的铭牌。 周六晚餐吃火锅时,小科同学将电火锅单独插在该插座上,这时插座屏幕显示如图丙所示;用加热挡加热一段时间后,屏幕显示如图丁所示。(电费单价:0.5元/千瓦时;忽略温度对电阻的影响;本次使用电火锅时，假设其两端电压不变。)请回答:(1)晚餐时家中照明电路的实际电压是伏。(2)请从两个角度计算电火锅加热的实际电功率。 【答案】200;1000 四、电功率的测量 ①伏安法测量电功率: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,再根据公式P=UI间接求出用电器的电功率,这种方法叫做伏安法。 ②实验器材:常用的小灯泡1只(标明额定电压,未标明额定功率),电流表、电压表各1只,滑动变阻器1只,开关1只,电池组(总电压高于灯泡的额定电压)1只,导线若干。 ③实验电路图 四、电功率的测量 ④过程和步骤: a.按正确的电路图连接电路。 b.调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压恰好等于小灯泡的额定电压。读出此时两只电表的示数,并记录在下表中。 c.调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的1.2倍。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度),读出两只电表的示数,并记录在下表中。 d.调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的告。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度),读出两只电表的示数,并记录在下表中。 e.计算出三种情况下小灯泡的电功率;分析小灯泡的亮度和实际功率的关系。 四、电功率的测量 (5)其他方法测电功率利用一只电流表(或电压表)和一个定值电阻配合,可测量小灯泡的额定功率,其思路如下: 例4.某兴趣小组在测量额定电压为2.5伏小灯泡电功率的实验中,实验电路图如图甲所示。 (1)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移到_______。 (2)实验时,将电压表和电流表的示数记录在上表中。实验结束后，同学们想知道小灯泡的额定功率,却发现没有测小灯泡正常工作时的电流,能否利用表中数据求出小灯泡的额定功率?有同学认为可利用表中某组数据求出电阻R,再利用 求出小灯泡的额定功率。请判断是否可行并说明理由: __ (3)有同学将表中数据转换为图乙所示的U-I曲线,由图可知小灯泡的额定功率为_____瓦。 【答案】(1)阻值最大处(2)不可行,灯泡灯丝的电阻受温度影响(3)0.5 【解析】(1)连接电路时为保护电路安全，开关应断开,滑动变阻器的滑片应移到最大阻值处。(2)先利用表中某组数据求出R,再计算小灯泡的额定功率不可行,因为灯丝的电阻受温度影响,在不同电压下,电阻不同。(3)由图乙的 IU曲线可知,额定电压U=2.5伏时,通过小灯泡的电流I=0.2安,则小灯泡的额定功率P=UI=2.5伏X0.2安=0.5瓦。 五、电热器 (1)电流的热效应 ①定义:电流通过各种导体时,会使导体的温度升高,这种现象叫做电流的热效应。 ②实质:电流通过导体发热的过程实际上是电能转化为内能的过程。 ③应用:各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的,如电熨斗、电热毯、电热壶、电饭煲等。电热器的主要组成部分是发热体,发热体一般是由电阻大、熔点高的金属导体制成的。 电热毯 例5.下列家用电器中,利用电流热效应工作的是( ) A.电取暖器 B.洗衣机 C.电风扇 D.电视机 【答案】A 【解析】解析:电流通过导体要发热,这叫做电流的热效应,该过程电能转化为内能。电取暖器主要把电能转化为内能,是利用电流的热效应工作的，故A选项正确;洗衣机工作时主要把电能转化为机械能,不是利用电流的热效应工作的,故B选项错误;电风扇工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的,故C选项错误;电视机工作时主要把电能转化为声能和光能,不是利用电流的热效应工作的,故D选项错误。 (2)探究影响电热的因素 提出问题:电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢? 猜想与假设:结合生活经验,可能与导体的电阻有关,可能与电流的大小有关,还可能与通电时间有关。设计实验:如图所示(注意控制变量法的运用) (2)探究影响电热的因素 控制t、I相同,研究热效应与电阻的关系。控制t、R相同,研究热效应与电流的关系。控制I、R相同,研究热效应与时间的关系。 进行实验: ①将两根电阻丝串联,通电加热一段时间后,观察两玻璃管中煤油上升的高度,并作出标记。 ②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后,减小滑动变阻器的阻值使电流增大,在与①相同的时间内,观察同一玻璃管中煤油上升的高度,并作出标记。 ③保持②电流大小不变,延长通电加热时间,观察同一玻璃管中煤油上升的高度,并作出标记。 ④比较玻璃管中煤油上升高度的变化,得出结论。 获得结论: ①当时间、电流相等时,电阻越大,电流产生的热量越多。 ②当时间、电阻相等时,电流越大,电流产生的热量越多。 ③当电流和电阻相等时,通电时间越长,电流产生的热量越多。 例6.如图所示是探究“电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关”的实验电路(烧瓶、煤油质量和玻璃管均相同)。瓶中的电阻采用金属丝。 (1)完成电路的连接,要求滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表示数变小。 (2)实验中,通过观察_____来判断电流通过导体产生热的多少。 (3)在电流与通电时间相同的条件下,选用长度和横截面积都相同的两种材料进行实验。为了使实验现象最明显,可以选用表中的铜与____进行对比。 (4)要进一步探究导体产生的热的多少与电流是否有关,可以采取的方法是:______(允许改变元件位置、更换元件等,只要求写出一种)。 【答案】(1)接在滑动变阻器下面的B接线柱上(2)玻璃管内液面上升的高度(3)镍铬合金(4)保持其他条件不变,改变滑动变阻器接入电路的阻值(保持其他条件不变,更换不同电压的电源),进行相同时间的两次实验(任选一种) 【解析】(1)电路是串联电路,要让电流表的示数变小,电路中的电阻必须变大,由题意知,滑片左移时滑动变阻器接入电路中的电阻变大,根据滑动变阻器的接法，导线应该接B接线柱上。(2)电路中有电流通过时产生热,烧瓶中的煤油温度升高,由于体积膨胀,玻璃管内液面上升,电阻丝产生的热越多,液面上升的高度也就越大。所以通过观察玻璃管内液面上升的高度来判断电流通过导体产生热的多少。(3)要判断的是电流产生的热量与电阻的关系,选用电阻差值越大的电阻材料,实验现象越明显,因此可以选用铜和镍铬合金比较。(4)要探究导体产生的热的多少与电流是否有关,那么应该在其他条件不变的情况下改变电流的大小,可以通过改变滑动变阻器接入电路中的电阻,更换不同电压的电源来实现改变电流的目的。 (3)焦耳定律 ①焦耳定律的内容: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。焦耳定律是由英国科学家焦耳最先发现的。 ②公式:Q=I2Rt。 (3)焦耳定律 ①焦耳定律的内容: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。焦耳定律是由英国科学家焦耳最先发现的。 ②公式:Q=I2Rt。 ③对焦耳定律的计算公式: Q=I2Rt的理解要注意以下几点: a.讲到影响电流通过导体产生热量的因素时要控制好变量,要同时考虑到通过导体的电流、导体电阻和通电时间。例如不能说导体通电时间越长,产生的热量就越多。 b.不能说导体产生的热量跟电流成正比,只能说跟电流的二次方成正比。 c.公式中的各个物理量都是对同一导体或电路而言的,计算时不能张冠李戴。 d.电热和电功的单位是相同的,都是焦(J)。 ④电热(Q)和电功(W)的区别: 电热是指电流通过导体时产生的热量,这部分热量是由电能转化而来的,电功是指电流通过导体时所做的功。当电流通过导体时,如果电能全部转化成内能(纯电阻电路),此时电热等于电功;如果电能部分转化成内能(非纯电阻电路),此时电功大于电热。 举例说明:当电流通过电饭煲(纯电阻电路)时,电能全部转化成内能,此时电功等于电热(W=Q),电流通过电风扇(非纯电阻电路)时,电流做的功(电功)只有一小部分转化为电热,另一部分转化成机械能使电风扇转动起来,此时电功大于电热，故选用热量计算公式时分两种情况: 1． 如图所示的电路中，将开关S闭合，完全相同的灯L1和灯L2均发光。下列说法正确的是(　　) A．灯 L1 比灯L2亮 B．电路中A、B两点间的电压等于B、C两点间的电压 C．通过A 点的电流大于通过B 点的电流 D．灯L1 消耗的电能大于灯L2 消耗的电能 课堂小练习 【答案】B 【解答】 AC、由电路图可知，两完全相同的灯泡串联，因串联电路中各处的电流相等， 所以通过A点的电流等于通过B点的电流；由P=UI=I2R可知，灯L1的实际电功率等于灯L2的实际电功率，两灯一样亮，故A、C错误；B.根据U=IR可知，两灯泡两端的电压相等，即电路中A、B两点间的电压等于B、C两点间的电压，故B正确；D.由W=Pt可知，灯L1消耗的电能等于灯L2消耗的电能，故D错误。 故选B。 将灯泡L和定值电阻R 以图甲方式连在6V的电源上，如图乙所示为L和R的U-I图像，结合图中信息可知 (　　) A．灯泡L的电阻随着电流的增大而减小 B．灯泡L的实际阻值为10Ω C．灯泡L的实际功率为0.8W D．定值电阻R 的实际功率为6.4W 【答案】C 【解答】 A．由图乙可知，灯泡L的电阻随着电流的增大而增大，故A错误； BCD．从图甲中可以看出，电阻与灯泡串联，则流过二者的电流相等；从图乙中可以看出，当电路的电流为0.4A时，电阻电压为4V时，灯泡电压为2V，灯泡与电阻的电压之和正好等于6V，此时灯泡L的实际阻值为；灯泡L的实际功率为PL=ULI=2×0.4W=0.8W；定值电阻R实际功率为P'=U'I=4×0.4W=1.6W；故C正确，BD错误。故选C。 课堂小练习 小新在家做作业时偶然发现桌上台灯标有“12 W”的字样，通过查阅资料终于明白“12 W”表示该台灯的 (　　) A．实际功率 B．额定功率 C．实际电压 D．额定电压 课堂小练习 【答案】B 【解答】小新在家做作业时偶然发现桌上台灯标有“12 W”的字样，通过查阅资料终于明白“12 W”表示该台灯的额定功率，故B正确，而A、C、D错误。故选B。 课堂小练习 【答案】A 【解答】根据与乙图可知，电压表的量程为0*-3V，分度值为0.1V，则示数为2.4V，小于灯泡的额定电压2.5V。比较可知，电压表的示数要变大，根据U=IR可知，此时电流变大，根据欧姆定律可知，总电阻变小，则变阻器接入的阻值变小，则接下来的操作是：眼睛注视电压表，将变阻器的滑片向左移动。 故A正确，而B、C、D错误。故选A。 小明利用如图甲所示的电路测量额定电压为2.5V 的小灯泡的电功率。当他观察到电压表的示数如图乙所示时，要测量其额定功率，接下来他的操作应是 (　　) A．眼睛注视电压表，将滑动变阻器的滑片向左移动 B．眼睛注视电压表，将滑动变阻器的滑片向右移动 C．眼睛注视电流表，将滑动变阻器的滑片向左移动 D．眼睛注视电流表，将滑动变阻器的滑片向右移动 课堂小练习 【答案】D 【解答】 由电路图可知，两电阻并联，电流表A1测R1支路电流，电流表A2测R2支路的电流。 A.因并联电路中各支路两端的电压相等，所以由可得电源的电压：U=I1R1=0.3A×20Ω=6V， 故A正确不合题意；B.R2的阻值：，故B正确不合题意；C.因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以干路上的电流：I=I1+I2=0.3A+0.2A=0.5A，电路消耗的总功率：P=UI=6V×0.5A=3W，故C正确不合题意；D.这段时间电路消耗的电能为：W=Pt=3W×3×60s=540J，故D错误。故选D。 如图所示，电源电压保持不变，电阻R1的阻值为20Ω，闭合开关S，电流表 A1的示数为0.3A，电流表 A2的示数为0.2A，电路通电时间为3min，下列说法不正确的是 (　　) A．电源电压为 6 V B．电阻R2的阻值为30Ω C．电路的总功率为3W D．这段时间电路消耗的电能为9J 课堂小练习 【答案】B 【解答】 B.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；A.由题知，R1＜R2，且电压相等，由可知I1＞I2，故A错误；C.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；D.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。 如图所示的电路中，定值电阻阻值 闭合开关S后，电阻. 两端的电压分别为U1、U2，通过电阻R1、R2的电流分别为 电流通过电阻R1、R2做功的功率分别为P1、P2，在相等的时间内，电流通过电阻R1、R2做的功分别为W1、W2。下列判断中正确的是 (　　) A． B． C． D． 课堂小练习 【答案】B 【解答】 由题意可知，R甲：R乙=2：3，I甲：I乙=3：1，由Q=I2Rt可得，在相同时间内产生的热量之比： ，故B正确，ACD错误。故选B。 甲、乙两电热丝的电阻之比为2：3，通过的电流之比为3：1，则相同时间内产生的热量之比为 (　　) A．2：1 B．6：1 C．1：2 D．1： 6 $$