电能及其应用 --2024～2025学年人教版九年级物理学案

2024~2025学年九年级物理学案 电能及其应用 知识点1 电能及其测量 1.电能的产生：由其他形式的能转化而来 2.电能的利用：通过用电器将电能转化为其他形式的能 3.单位：国际单位制中的单位焦耳（J） 常用单位：千瓦时（kW·h），俗称“度” 换算关系：1度 = 1 kW·h = 3.6×106 J 4.电能的计量工具——电能表 （1）作用：测量用电器在一段时间内消耗的电能表。 （2）计量电能的方法：电能表计数器上前后两次示数之差就是某段时间内消耗的电能，即 W=W末-W初。注意：电能表中计数器示数的最后一位小数点的后一位。（如图甲所示） （3）电能表铭牌上（如图乙所示）重要参数的理解： 220V：电能表应该接在220 V的电路中使用。 10（40）A：电能表的标定电流是10 A，额定最大电流是40 A。 50 Hz：电能表应该在频率为50 Hz的交流电路中使用。 3000 imp/(kW·h)：接在这个电能表上的用电器每消耗1kW·h的电能，电能表上的指示灯闪烁3000下；3000 r/(kW·h)：接在这个电能表上的用电器每消耗1kW·h的电能，电能表上的转盘转过3000转。 （4）种类：机械电能表、电子式电能表、IC卡电能表等。 拓展解读 1.自然界中存在各种形式的能量，如机械能、光能、内能、太阳能、化学能等，电能只是能量中的一种。 2.常见的用电器分为两类：一类是将电能全部转化为内能的装置；另一类是只有一部分电能转化为内能的装置。 知识点2 电功 1.定义：电流做的功，符号 W。 2.单位：焦耳（J）。 3.实质：电流做功的过程，实际是电能转化为其他形式能（消耗电能）的过程。 4.做功形式：电流通过各种用电器使用电器转动、发热、发光、发声等。 5.电功计算：。结合欧姆定律后的变形式：和 拓展解读 ：可以用来计算任何情况下电流所做的电功； 和：仅适用于电能全部转化为内能的电路中电功的计算。若电能只有一部分转化为内能，如含有电动机的电路，是不能用和来计算电功的。 知识点3 电功率 1.电功率的物理意义：表示电流做功的快慢 2.电功率的单位：国际单位制中的单位：瓦特，简称瓦，用符号W表示 常用单位：千瓦（kW），1 kW = 1×103 W 3.定义式：；普适公式：；纯电阻电路公式：和 4.测量方法：测量出用电器两端的电压和通过该用电器的电流，用公式 P=UI计算 知识点4 额定电压与额定功率 1.额定电压、额定电流、额定功率、实际电压和实际功率 概念 说明 额定电压 用电器正常工作时的电压 用电器上标明的电压值就是额定电压，通常用U额表示 额定电流 用电器在额定电压下工作时的电流 用电器上标明的电流值就是额定电流，通常用I额表示 额定功率 用电器在额定电压下工作时的电功率 用电器上标明的功率值就是额定功率，通常用P额表示 实际电压 用电器实际工作时的电压 与额定电压可能相等也可能不相等，通常用 U 来表示 实际功率 用电器在实际电压下工作时的电功率 与额定功率可能相等也可能不相等，通常用 P 来表示 2.用电器的电压和电功率关系 电压关系 功率关系 用电器工作情况 U实 = U额 P实 = P额 用电器正常工作 U实 < U额 P实 < P额 用电器不能正常工作 U实 > U额 P实 > P额 易损坏用电器 3.一个用电器消耗电能的快慢取决于它的实际功率的大小。 拓展解读 （1）灯泡的亮度取决于实际功率，如果实际功率相等，则亮度相同 （2）用电器只有在额定电压下才能正常工作 （3）串联电路中电功率与电压、电阻的关系： （4）并联电路中电功率与电流、电阻的关系： （5）无论用电器串联还是并联，电路消耗的总功率都等于各用电器实际功率之和 知识点5 用电能表测量电功率 1.电能表可以用来测量用电器的电功率。 2.待测用电器的电功率表达式。其中 N 表示用电器消耗1 kW·h的电能，电能表转盘转过的圈数；n为时间t内转盘转动的圈数；t为待测用电器工作的时间。 知识点6 测量小灯泡的电功率 1.“测量小灯泡的电功率”与“测量小灯泡的电阻”的比较 测量小灯泡的电功率 测量小灯泡的电阻 相同点 所测物理量 小灯泡两端的电压，通过小灯泡的电流 电路图 连接电路时 开关断开，滑动变阻器的滑片位于组织最大处 不同点 原理 P = UI 滑动变阻器的作用 保护电路，改变灯泡两端电压，使其等于、小于或大于额定电压 保护电路，改变待测电阻两端的电压或电流，多次测量出电压和电流 2.特殊方法测电功率 （1）“伏阻法”测电功率 如图1所示，用电压表、已知阻值的定值电阻R0、电源、开关、导线若干，可以测出Rx的电功率。 此方法应用的原理主要为串联电路中电流处处相等。具体做法：用R0的阻值和它两端的电压求电路中的电流，然后用已求得的电流和测得的待测电阻两端的电压，求待测电阻的电功率，。 （2）“安阻法”测电功率 如图2所示，用电流表、已知阻值的定值电阻R0、电源、开关、导线若干，可以测出Rx的电功率。 此方法应用的原理主要为并联电路各支路两端的电压相等。具体做法：用R0的阻值和通过它的电流求它两端的电压，然后用已求得的电压和测得的通过待测电阻的电流，求待测电阻的电功率，Px = UxIx = I0R0Ix 知识点7 测量小灯泡的电功率实验中的故障原因分析 现象 故障原因 电压表或电压表的指针反向偏转 电流表或电压表的正、负接线柱接反了 电流表示数偏大，电压表无示数 小灯泡或电压表短路 电流表无示数，电压表示数接近电源电压 小灯泡断路或电流表与电压表的位置颠倒 电压表和电流表都无示数 滑动变阻器断路 电流表示数较大且不可变，电压表示数接近电源电压 滑动变阻器接入电路中时使用了上面两个接线柱 电流表示数很小且不可变，电压表示数较小 滑动变阻器接入电路中时使用了下面两个接线柱 闭合开关瞬间，灯泡发出强光后立即熄灭，电流表指针偏转后又回到零刻度线处，电压表仍有示数 灯泡两端的实际电压远大于灯泡的额定电压，闭合开关前，没有将滑动变阻器的滑片移到最大阻值处 拓展解读 问题1：当开关闭合后，两个电表的指针左右摆动，灯泡忽亮忽暗。 原因：线路接触不良。 解决方法：逐个接头进行检查，特别检查线柱下面的螺母是否松动，若松动请将其扭紧。 问题2：当开关闭合后，灯泡虽能正常工作，但电流表或电压表的指针偏转太大（超过了电表的量程）或太小。 原因：电表的量程选择不当。 解决方法：改用合适的量程。 重点实验 伏安法测量小灯泡的电功率 装置 实验原理 P = UI 实验过程 步骤1 按电路图连接实物图，将滑动变阻器的滑片滑到阻信最大(最右)端； 步骤2 检查电路无误后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片当电压表的示数等于额定电压时，停止滑动，记录此时电流表的示数，并观察灯泡的亮度，记录在表格中； 步骤3 调节滑动变阻器的滑片，分别使电压表的示数低于额定电压、等于额定电压的1.2倍（注意不能超过小灯泡的额定电压太多，否则会损坏小灯泡），记录每一次对应电流表的示数，并观察灯泡的亮度，记录在表格中； 步骤4 将实验中记录的数据分别代入P = UI，算出小灯泡的实际功率，并填入表格中 实验现象 当灯泡两端电压为额定电压时，灯泡正常发光；当灯泡两端电压低于额定电压时，灯泡发光较暗；当灯泡两端电压大于额定电压时，灯泡发光较亮 分析 （1）灯泡的发光情况由它的实际功率决定，实际功率越大，灯泡越亮。（2）灯泡实际消耗的电功率随着加在它两端的电压的改变而改变，电压越大，功率越大。（3）灯泡的实际功率可以等于额定功率，也可以不等于额定功率 巩固训练 一、【刷基础】 1.关于电功率，下列说法中正确的是( ) A.电功率大的用电器做功一定快 B.电功率大的用电器做功一定多 C.电流做功多少与电功率的大小无关 D.kW·h是电功率的常用单位 2如图所示，电源电压恒为4.5V，灯泡L上标有“3V 1.5W”字样，滑动变阻器上标有“15Ω 1A”字样，定值电阻阻值为10Ω，电压表量程为0～3V，不计温度对灯丝电阻的影响，在保证电路元件安全的前提下，下列说法错误的是( ) A.小灯泡正常工作时电流为0.5A B.当开关断开，S闭合时，接入电路的最小阻值为3Ω C.当开关S、闭合，断开时，电路总功率最小值为3.375W D.当开关S、闭合，断开时，接入电路的最大阻值为15Ω 3.明明家的家用电能表的表盘及参数如图所示，下列说法正确的是( ) A.电能表是计量用电器电功率的仪表 B.该电能表的示数是 C.该电能表应该接在110 V的电路中使用 D.明明家中同时开启的用电器的总功率不能超过4400 W 4.如图甲所示，将一个标有“36V 25W”的小灯泡接在电压为12V的恒压电源上，闭合开关的瞬间（）开始利用传感器记录电路中电流随时间的变化情况（如图乙），利用慢速摄影技术可以观察到前0.04s灯丝经历了从不发光、微微发光到逐渐变亮的过程，从第0.04s后灯泡逐渐变为稳定发光。下列说法正确的是( ) A.灯丝的实际功率先变大后不变 B.闭合开关瞬间，灯丝的实际功率最小 C.小灯泡稳定发光后实际功率为25W D.当电源电压变为6V时，灯丝稳定发光时的实际功率大于3W 5.如图所示电路，电源电压恒为6 V，定值电阻，开关S始终处于闭合状态，当开关S，由断开到闭合时，以下说法中( ) ①小灯泡继续发光 ②电压表的示数变为6 V ③电路中消耗的总功率变为9 W ④电流表的示数变为1 A A.只有①②正确 B.只有①④正确 C.只有②③正确 D.只有②④正确 二、【刷能力】 6.如图甲所示，电源电压不变，电流表的量程为0—0.6A，电压表的量程为0—15V，小灯泡参数“？V ？W”模糊不清，滑动变阻器参数为“0.5A ？Ω”。第一次只闭合开关S、S1，滑片P从a端向左移动；第二次只闭合开关S、S2，保证电路中所有元件都安全的前提下，最大范围内移动滑片P。图乙是这两次实验过程绘制的电压表和电流表示数变化的关系图像。下列判断正确的是( ) ①的阻值为20Ω ②小灯泡的参数为“4V 2W” ③只闭合开关S、S1，定值电阻的功率最大值与滑动变阻器的功率最大值之比为25∶9 ④若将电压表量程换为0—3V，只闭合开关S、S2，小灯泡的功率一定大于0.9W A.①③ B.②③ C.②④ D.②③④ 7.某同学家中的电能表表盘标有“”字样，当消耗的电能时，转盘转过_________转；关掉其他用电器只让某个灯泡工作，电能表转盘转过30转用时，该灯泡的实际功率是_________W。 8.小明同学在“测量小灯泡正常发光时通过的电流”实验中，所用小灯泡上标有“3.8V”字样，电源电压恒为6V。 （1）根据图甲所示的电路图，请用笔画线代替导线，完成图乙所示实物图的连接； （2）小明按图甲正确连接实物电路后，电压表选择最大量程，闭合开关进行试触，电流表指针几乎不偏转，电压表指针静止时如图丙所示，原因可能是__________； （3）排除故障后开始实验，小明在调节变阻器滑片的过程中，眼睛应注视电压表的示数，直到电压表的示数为__________V时，灯泡正常发光，此时电流表如图丁所示，则通过灯泡的电流为__________A，灯的额定功率为_________W； （4）小华刚准备拆除电路结束实验时，同组的小红提出：在调节变阻器滑片使灯泡正常发光时，电压表的示数很难准确达到3.8V；在排除故障后，对实验电路作出一定的改动，量筒元器材就能提高测量数据的精确度，请你帮小红将实验步骤补全： ①断开开关，电压表用0~3V的量程，将电压表并联在_________两端； ②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为_________V，并记录此时电流表的示数； ③利用测出的实验数据，可以计算出灯泡的额定功率。 9.我校新装修的教学楼在一般情况下每节课至少有15间教室同时使用，每间教室有额定功率为40W的护眼灯15盏，额定功率为500W的某款白板显示器。若它们同时正常工作，求： （1）每间教室的总电流I； （2）1节课（时间40分钟）15间教室共消耗多少度电。 10.如图所示为某家用电水壶的简化电路图，表格中为其铭牌的部分参数，、为发热丝且阻值不变，其中。 型号 SDS-15X05 容量 1L 额定电压 220V 额定频率 50Hz 额定加热功率 ?W 额定保温功率 44W （1）当闭合、拨到“1”时，电水壶处于___________（选填“加热”或“保温”）状态。求该电水壶的额定加热功率； （2）求电水壶在保温挡正常工作时电路中的电流； （3）求的阻值。 答案以及解析 1.答案：A 解析：A.电功率是描述电流做功快慢的物理量，因此电功率大的用电器做功一定快，故A正确； B.电功率是指单位时间内电流做的功，因此电流做的功越多，电功率不一定越大，故B错误； C.由可知，电流微功多少与电功率大小和时间多少有关，故C错误； D.“kW”是电功率的单位，而“kW·h”是电功（电能）的单位，故D错误。 2.答案：D 解析：A.小灯泡正常工作时电流，A正确。 B.当开关断开，闭合时，滑动变阻器与灯泡L串联，则电路中允许通过的最大电流，此时两端电压接入电路的最小阻值，B正确。 C.当开关闭合，断开时，滑动变阻器与定值电阻并联，通过的电流，通过的最小电流，干路中的最小电流，电路总功率最小值，C正确。 D.当开关闭合，断开时，滑动变阻器与灯泡L串联，电压表测两端电压，根据串联分压原理，当电压表示数为量程最大值时，接入电路的阻值为允许的最大值，此时灯泡L两端电压；不计温度对灯丝电阻的影响，灯泡L的阻值，此时电路中的电流，则接入电路的最大阻值，D错误。 3.答案：D 解析：A.电能表是测量用电器消耗电能多少的仪表，不能直接测量电功率，故A错误；B.电能表读数时，最后一位是小数，单位kW·h。由图可知，当前电能表的读数为31.6kW·h，故B错误；C.根据电能表铭牌上的参数知，此电能表正常工作的电压为220V，故应该接在电压为220V的电路中使用，故C错误；D.由图可知，该电能表的额定电压为220V，允许通过的最大电流为20A，则同时使用的用电器总功率不能超过，故D正确。 故选D。 4.答案：D 解析：A.电源电压恒定，则小灯泡两端的电压不变，由图乙可知，通过灯泡的电流先减小后不变，由可知，灯丝的实际功率先变小后不变，故A错误； B.由图乙可知，闭合开关瞬间，电流最大，灯丝的实际功率最大，故B错误； C.小灯泡稳定发光后实际功率为故C错误； D.由乙图知，小灯泡稳定发光的电阻为 由知，当电源电压变为6V时，灯丝稳定发光时的实际功率为 但小灯泡两端的电压由12V变为6V后，小灯泡的实际电阻会变小，故灯丝稳定发光时的实际功率大于3W，故D正确。 故选D。 5.答案：C 解析：①②由电路图可知，当开关断开时，灯泡L与定值电阻R串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流；当开关闭合时，灯泡L被短路，不发光，电路为R的简单电路，电压表测电源电压，即电压表的示数为6 V，故①错误，②正确； ③④当开关闭合时，电流表的示数 故④错误， 电路中消耗的总功率 故③正确。 故选C。 6.答案：C 解析：第一次只闭合开关S、，滑动变阻器与定值电阻串联，电压表测滑动变阻器两端电压，电流表测电路中的电流；第二次只闭合开关S、，滑动变阻器与灯泡L串联，电压表测滑动变阻器两端电压，电流表测电路中的电流；第一次只闭合开关S、，滑片P从a端移到b端，当滑片移动到b端时，滑动变阻器接入电路中的电阻为0，其分得的电压为0，即电压表示数为0，所以图乙中直线为滑动变阻器与串联时的图像，曲线为滑动变阻器与灯泡L串联时的图像。 ①③。只闭合开关S、，滑片P移动到b端时，电路中只有，此时电路中电流最大为；滑片在a端时，滑动变阻器与定值电阻串联，电路中的电流最小，最小为，滑动变阻器两端电压为4V；由欧姆定律和串联电路的电压特点得，电源电压 即 解得 电源电压 根据可知定值电阻的功率最大值 滑片在a端时，根据欧姆定律可知滑动变阻器的最大阻值 滑动变阻器的电功率 所以，当时，滑动变阻器的电功率最大，最大为 只闭合开关S、，定值电阻的功率最大值与滑动变阻器的功率最大值之比为 故①③错误。 ②图乙中曲线为滑动变阻器与灯泡串联时的图像，由图像可知，电压表示数最小为2V时，此时灯泡两端电压最大，则灯泡正常发光，额定电压是 此时电路中的电流是0.5A，则小灯泡的额定功率 则小灯泡的参数为“4.5V 2W”。故②正确； ④只闭合开关S、，若将电压表量程换为0~3V，当电压表示数最大为3V时如图可知 此时电路中电流最小电流大于0.3A，灯泡的电压最小为 此时灯泡的最小功率为 故④正确； 综上可知，故ABD错误，C正确。 故选C。 7.答案：3000；60 解析：电能表表盘标有“”字样，表示每消耗的电能，转盘就转动3000r。 灯泡消耗的电能 该灯泡的实际功率 8.答案：（1）见解析；（2）小灯泡断路；（3）3.8；0.24；0.912；（4）滑动变阻器；2.2 解析：（1）实验中，灯泡与变阻器串联，电压表测量灯泡的电压，电流表测量电路电流。小灯泡额定电压3.8V，故电压表选用大量程并联在灯泡两端，变阻器的连线一上一下，如图所示： （2）闭合开关进行试触，发现灯泡不发光，说明电路可能断路，即电压表有示数，则与电压表并联的电路以外的电路是完好的，即原因可能是小灯泡断路。 （3）当灯泡两端电压为额定电压时，即电压表示数为3.8V，灯泡正常发光。 由图丁得，电流表的分度值0.02A，灯泡的额定电流为0.24A。 小灯泡额定功率为 （4）灯泡正常发光时，变阻器的电压为 则可以将电压表并联在2.2V。 闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.2V时，灯泡正常发光。 9.答案：（1）5A；（2）11度 解析：（1）由于教室内的每盏护眼灯以及白板显示器工作时是互不影响的，因此它们是并联接入电路中，则每间教室的总功率为 由可得，每间教室的总电流为 （2）由W=Pt可得，1节课每间教室消耗的电能为 则15间教室消耗的电能为 10.答案：（1）加热；；（2）；（3） 解析：（1）当开关闭合、拨至“1”时，只有工作，电路中电阻小，根据可知，此时电水壶的功率大，为加热状态；当开关闭合、拨至“2”时，和串联，电路中电阻大，根据可知此时电水壶的功率小，为保温状态；电水壶的额定加热功率为 （2）根据可得，电水壶处于保温挡时电路中的电流为 （3）电水壶处于保温状态时，电路的总电阻为 由串联电路的电阻规律可得的阻值为 学科网（北京）股份有限公司 $$