板块1 第15讲 电功和电功率（word教参）-【中考复习指南】2025年湖北新中考物理(北师大版)

第十五讲　电功和电功率 课标要求：1.电能、电能的计量、电功、“千瓦时”的来历。(了解知道)2.电功率、额定电压、额定功率、测量小灯泡的电功率。(理解应用) 考情分析：2024湖北省中考第22题考查电能和电功率计算；2024武汉市中考第12题考查电路分析、电能和电功率计算、最大电流分析和计算。 知识点一　电能 1．电能 (1)获取：电源提供电能 (2)使用：用电器将电能转化为其他形式的能 (3)单位：基本单位：焦耳； 常用单位：千瓦时。 换算关系：1 kW·h＝3.6×106J。 2．电能表及其使用 (1)作用：测量消耗的电能。 (2)单位：千瓦时。 (3)参数： 220 V 额定电压为220 V 10(20)A 标定电流为10 A 额定最大电流为20 A 600 r/(kW·h) 每用1度电，表的转盘转600转 2500 imp/(kW·h) 每用1度电，表的指示灯闪2_500次 (4)读数：家用电能表计数器末尾数字表示小数位 知识点二　电功率 1．电功率 (1)定义：用电器单位时间内所消耗的电能。 (2)意义：表示用电器消耗电能的快慢。 用电器功率大，说明用电器消耗电能快，但不一定消耗电能多。 (3)单位：瓦特，符号W；1 kW＝103W。 (4)公式：P＝＝UI。 2．电功和电功率常用公式 基本公式 导出公式 电功 W＝Pt＝UIt W＝t＝I2Rt 电功率 P＝＝UI P＝＝I2R 适用范围 普遍适用 纯电阻电路 3.额定电压和额定功率 额定电压 额定功率 概念 用电器正常工作的电压 用电器在额定电压下的功率 铭牌 灯泡“PZ 220V　40 W”指灯泡的额定电压为220 V，额定功率为40 W 知识点三　焦耳定律 1．焦耳定律 (1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 (2)基本公式：Q＝I2Rt(普遍适用)。 (3)导出公式：Q＝W＝Pt＝UIt＝(纯电阻适用)。 2．纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)电路为纯电阻电路，如电饭煲等，电能全部转化成内能，则Q＝W＝UIt＝I2Rt＝。 (2)电路中包含电动机、电解槽等用电器，电能除部分转化为内能外，还要转化为机械能、化学能等，则电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，而Q<W。 ①电动机的总功率：P＝UI； ②电动机的发热功率：P热＝I2R； ③电动机的机械功率：PE＝UI－I2R； ④电动机的效率：η＝×100%＝×100%。 3．电热的利用和防止 (1)电热的利用——电热器 ①原理：电流的热效应； ②组成：主要结构为发热体； ③优点：清洁卫生无污染，效率高，可以方便地控制和调节温度； ④示例：电饭煲、电烙铁、电烤箱等。 (2)电热危害及防止 ①危害：烧坏用电器，加速绝缘材料的老化，造成输送电能过程中电能损失； ②防止：电视机是安装散热窗，电动机外壳是安装散热片，电脑机箱内安装散热风扇。 4．电热的计算——电热器的高低温档位 在电源电压不变的情况下，通过改变电阻大小来改变电功率，由P＝可知，高挡位电阻小，低挡位电阻大。常见的电路有两种： (1)串联短路型 ①同时闭合S1和S2时，电阻R2被短路，只有R1工作，此时为高温挡，P高＝。 ②只闭合S1时，R1与R2串联，总电阻变大，总电流变小，总电功率变小，此时为低温挡，P低＝。 (2)并联断路型 ①只闭合S1时，电阻R2断路，只有R1工作，此时为低温挡，P低＝。 ②同时闭合S1和S2时，R1与R2并联，总电阻变小，总电流变大，总电功率变大，此时为高温挡，P高＝＋。 考点一　电能 [例1] (2024·白银)如图所示，电能表的读数为213.9度；该电路中能接入的用电器总功率最大为4400W。 方法技巧 电能表示数的最后一位为小数点后一位；电流越大，总功率越大，所以当通过电能表的电流为最大额定电流20A时，总功率为最大值。 [变式] (2024·绥化)如图为家庭电路的电能表，该电能表允许接入用电器的最大总功率是8800W；表盘上的某个参数模糊不清，为测得这个参数，仅将额定功率为1200W的空调接入电路，正常工作1min电能表转盘转了60转，计算可知该参数为3000r/(kW·h)。 考点二　电功率及其计算 [例2] 许多汽车的后视镜配备了如图甲所示的加热装置，该装置有“低温”除雾和“高温”除霜功能，保持镜面清晰，确保驾驶安全。其内部电路如图乙所示，R1和R2为加热电阻。下列分析正确的是(D) 　 A．除雾状态，电路中只有R1工作 B．除霜状态，电路中只有R2工作 C．除雾状态，电路的总电流最大 D．除霜状态，电路的总功率最大 [例3] (2024·达州)定值电阻R和灯泡L，其电流随两端电压的变化图像如图所示。若将R与L串联在4V电源两端，则R与L消耗的电功率之比为3∶1；若将R与L并联在2V的电源两端，电路消耗的总功率为1.3W。 [例4] (2024·扬州)家中应急手电筒的电路图如图所示，电源电压为3V，闭合开关，通过灯泡的电流为0.6A，忽略灯泡电阻的变化。求： (1)灯泡电阻R； (2)电路工作1min消耗的电能W。 (1)解：(1)灯泡电阻为 R＝＝＝5Ω (2)电路工作1min消耗电能为 W＝UIt＝3V×0.6A×60s＝108J 考点三　电热的计算 [例5] 电饭煲是常用的家用电器，它是利用电流的热效应工作的。某品牌电饭煲有“加热”和“保温”两挡功能，简化电路如图，R1＝242Ω，R2＝60.5Ω。当该电饭煲处于“加热”挡工作10min，其消耗的电能是6×105J。 [例6] (2024·滨州)(多选)某次实践活动中，小滨观察了某型号家用电热水器的铭牌如图甲所示，他查看说明书发现其简化电路如图乙所示。已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/(kg·℃)。下列分析正确的是(ABD) 项目 参数 额定电压(V) 220 低温挡功率(W) 200 高温挡功率(W) 2000 容积(L) 60 甲 　 A．当S接“1”时，电热水器为高温挡 B．满箱水由20℃升高到70℃，水吸收的热量为1.26×107J C．R的阻值为24.2Ω D．断开其他用电器，仅让电热水器高温挡正常加热1min，可使图丙所示电能表的转盘转100r [例7] (2024·广州) 某电热敷腰带如图甲所示，有高温、中温和低温三个挡位，图乙是内部简化电路图，R1、R2、R3为加热电阻，其中R1、R2的阻值均为1100Ω，通过旋转开关可以实现挡位切换。把电热敷腰带接入220V的家庭电路中。 　 (1)旋转开关转至de(选填“ab”“bc”“cd”或“de”)时，电热敷腰带处于高温挡工作，理由是：旋转开关转至de时，电路电阻最小，电功率最大。 (2)电热敷腰带在高温挡工作时的总电流为0.25A，通电10min消耗的电能为3.3×104J。 (3)旋转开关转至bc时，电热敷腰带的功率为22W，电路的总电流为0.1A。 (4)旋转开关转至cd时，电热敷腰带的功率为44W。 [变式] (2024·广水模拟)如图甲所示是爸爸办公的时候用的电热桌垫，小丽想知道它的工作原理，查看说明书后发现：该电热桌垫的材质为亲肤硅胶，质量为0.15kg，工作电路如图乙所示，12V电源供电，电热丝R1＝6Ω、R2＝4Ω，设计高、低温两挡，旋钮开关S可置于“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱。某次高温模式下工作2min，桌垫的温度升高了20℃(不考虑温度的变化对电阻的影响)。求： (1)当开关置于“2和3”时处于低温挡，低温挡加热时的电路总电流大小； (2)高温挡加热时，整个电路在2min内消耗的电能； (3)电热桌垫处于高温模式时的加热效率。[c硅胶＝2×103J/(kg·℃)，保留一位小数] 　 解：(1)当开关置于“2和3”时处于低温挡，只有电阻R1接入电路，低温挡加热时的电路总电流 I＝＝＝2A (2)高温挡加热时，电阻R1与R2并联，通过电阻R2的电流为 IR2＝＝＝3A 整个电路在2min内消耗的电能为 W＝U(I＋IR2)t＝12V×(2A＋3A)×2×60s＝7200J (3)高温模式下工作2min桌垫吸收的热量为 Q＝c硅胶mΔt＝2×103J/(kg·℃)×0.15kg×20℃＝6×103J 电热桌垫处于高温模式时的加热效率 η＝×100%＝×100%≈83.3% 实验一　测量小灯泡的电功率 【实验方案与证据】 1．实验原理：P＝UI。 2．实验电路图 3．实验过程 (1)按照电路图连接电路。连接电路时，开关要断开，滑动变阻器的滑片要移动至阻值最大处。电压表的量程由电源电压及灯泡的额定电压决定，电流表的量程由欧姆定律来判断。 (2)调节滑动变阻器改变灯泡两端的电压，使电压表的示数等于、稍大于和小于灯泡的额定电压，测量出对应的电流值。 实验序号 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 1 2 3 4.计算小灯泡的功率并分析实验数据。 【结论与解释】 5．小灯泡的额定功率P额＝U额I额。 6．实际功率越大，小灯泡越亮。 【交流与反思】 7．多次实验的目的是寻找小灯泡的实际电功率或亮度与实际电压的关系。 8．小灯泡的实际电功率随电压的改变而改变，测小灯泡的额定功率不能(选填“能”或“不能”)求平均值。 9．实验中，小灯泡不发光，不一定是小灯泡断路，还可能是由于滑动变阻器连入的阻值太大，使电路中的电流太小，小灯泡的实际功率太小(选填“太大”或“太小”)，以致灯泡不发光。此时电流表和电压表指针会稍有偏转。 [例1] 在“测量小灯泡电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，电源由3节干电池组成，每节干电池电压为1.5V。小婷按照图甲正确连接电路后进行实验。 　 (1)请你将图甲电路补充完整。(要求：滑片向A端移动变阻器接入电路的阻值变大) (2)电路正确连接后，闭合开关，改变滑动变阻器滑片发现小灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数，出现这一故障的原因可能是灯泡短路(选填“短路”或“断路”)。 (3)实验小组多次改变滑动变阻器滑片的位置，并根据实验数据画出了小灯泡的I－U关系图像如图乙所示。由图像可知：小灯泡的额定功率为0.75W，分析图像后发现：通过灯泡的电流与其两端电压不成正比，形成这一现象的原因是电阻随温度变化而变化。在实验中还观察到：当小灯泡两端的电压低于1.5V时，小灯泡不发光，根据图像分析其原因是实际功率过小。 (4)完成上面实验后小婷同学进行了反思，如果电压表损坏了，能不能用其他实验器材来完成实验呢？经过思考，她选用了一个阻值为10Ω的定值电阻R0。设计了如图丙所示的电路，请将实验步骤补充完整： ①闭合开关S1，将S2拨到触点“1”，移动滑动变阻器滑片，使电流表的示数为0.25A； ②保持滑动变阻器的滑片位置不变，再将开关S2拨到触点“2”，读出电流表的示数I； ③灯泡额定功率的表达式为P额＝2.5V×(I－0.25A)(用已知量和测量量表示)。 [变式] (2024·荆门模拟)在“测量小灯泡的额定电功率”的实验中，老师准备了以下器材：电源、标有“2.5V”的小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、若干导线。请完成下列问题： (1)如图甲，请用笔画线代替导线将电路连接完整，要求滑动变阻器接入电路的阻值最大。 (2)连接好电路后，闭合开关S，发现灯泡不亮，电压表有示数，该电路故障可能是小灯泡断路。 (3)排除故障后，闭合开关S，移动滑片P，当电压表示数为2.5V时，小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，小灯泡的额定功率为0.75W。 (4)同学们继续移动滑片P，多次改变小灯泡两端的电压，观察小灯泡的亮度变化，同学们画出小灯泡的I－U图，发现小灯泡的电阻会随着电压的变化而变化，下列图像符合的是B。 实验二　探究影响电流热效应的因素 【实验方案与证据】 1．猜想：电流的热效应可能与导体电阻、电流大小、通电时间等有关。 2．实验装置： 　 3．实验方法： (1)转换法：通过U形管两侧液面的高度差来判断电流产生的热量的多少。 (2)控制变量法： ①探究电热与电阻的关系，控制通过电阻丝的电流(两电阻丝串联)和通电时间相同，选择两个不同的电阻丝(如图甲)。 ②探究电热与电流的关系，控制电阻丝的电阻和通电时间相同，改变两个阻丝中的电流(如图乙)。 ③探究电热与通电时间的关系，控制通过电阻丝的电流和电阻相同，改变通电时间的长短。 4．进行实验，记录实验现象。 【结论与解释】 5．分析实验现象，得出实验结论：电流通过导体时产生的热量的多少与导体电阻、电流和通电时间有关。 【交流与反思】 6．被加热的材料选用煤油和空气的原因：煤油比热容小且绝缘；空气热胀冷缩明显。 7．对被加热物质的要求：初温和质量相同。 8．多次实验的目的：避免偶然因素对实验结论的影响，得出普遍规律。 [例2] (2024·荆门模拟)在实验中，为了探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”，按照如图1、2所示安装实验器材，其中甲、乙玻璃瓶内装有初始温度相同、质量相等的煤油，内部各装有电阻R1和R2(R1的阻值大于R2)。 (1)图一中的实验装置可探究电流产生的热量与电阻的关系。电流通过电阻时产生的热量的多少是通过观察温度计示数的变化判断的，实验表明，在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流通过这个电阻产生的热量越多。 (2)由于实验室煤油储备不够，有一组同学将玻璃瓶内的煤油换成了水，加热一段时间后，这组同学发现温度计示数变化几乎无差别，则出现这一现象的主要原因是：水的比热容大。 (3)另一组同学探究电流大小对产生热量的影响时，将R1和R2并联后接入电路，如图二所示，闭合开关通电一段时间后，此过程中，通过电流大的电阻是R2，产生热量多的电阻是R2，于是小明便得出了结论。小明的这一做法可行吗？说明你的理由，不可行(选填“可行”或“不可行”)，理由：实验中未能保持电阻不变。 1. 手机已成为人们生活中主要的通讯工具，其中手机电池能否支持快充是消费者决定是否购买的重要因素，市面上很多手机已配备了“快充”功能(A) A．“快充”是指手机充电时的充电器输出功率较大 B．“快充”是指手机充电时的充电器输出电流较大 C．“快充”是指手机充电时的充电器输出电压较大 D．“快充”是指手机电池存储的电能较多 2．(2024·盐城)在“对家庭用电的调查研究”综合实践活动中，小明发现家中电能表表盘如图所示，该电能表的示数为326.6kW·h，他家同时工作的用电器总功率不能超过8800W。小明想测家中电水壶的功率，只让电水壶在电路中工作，当指示灯闪烁了48次，用时1min，则该电水壶的功率为1800W。 3．(2024·连云港)小明家的电水壶的内部电路如图甲所示，其中R1、R2为电热丝，S是电源开关，S0是温控开关(水温达到100℃，自动由加热状态切换为保温状态)。该电水壶的部分重要参数如图乙所示。已知电源电压为220V。求： ××牌电水壶 额定电压 220V 电源频率 50Hz 加热功率 880W 保温功率 44W 乙 (1)当开关S闭合，S0断开时，电路中的电流； (2)当开关S和S0均闭合时，R1的电功率； (3)在加热状态下，该电水壶工作50s消耗的电能。 解：(1)当开关S闭合，S0断开时，电路是由R2组成的简单电路，当开关S和S0均闭合时，电路是由R2和R1组成的并联电路，由于并联电路电阻比并联的任何一个电阻的阻值都小，根据P＝可知，当开关S闭合，S0断开时，电水壶处于保温状态，则 I＝＝＝0.2A (2)当开关S和S0均闭合，此时电水壶处于加热状态，R1的电功率为 P1＝P总－P2＝880W－44W＝836W (3)在加热状态下，该电水壶工作50s消耗的电能 W＝P总t＝880W×50s＝4.4×104J 4．(2024·齐齐哈尔)如图甲所示是一款利用高温水蒸气熨烫衣服的家用便携式挂烫机，它的正常工作电压为220V。有高温、低温两个加热挡位，其内部简化电路如图乙所示，当双触点开关S接触1和2时为关机状态。R1、R2是两个阻值不变的电热丝，R1＝R2＝48.4Ω。求： (1)挂烫机使用低温挡位正常工作时的电功率； (2)若某次使用时，用高温挡位正常工作，将0.2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量； (3)若(2)问中用高温挡位正常工作，加热过程共用时80s，则此次加热过程，该挂烫机的加热效率。 　 解：(1)当开关接触2和3时，R1与R2串联接入电路，使用低温挡位工作，R1与R2串联的总电阻为 R总＝R1＋R2＝48.4Ω＋48.4Ω＝96.8Ω 使用低温挡位正常工作时的电功率 P低＝＝＝500W (2)水吸收的热量是 Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×0.2kg×(100℃－20℃)＝6.72×104J (3)当开关接触3和4时，只有R2工作，用高温挡位加热，挂烫机高温挡位的电功率 P高＝＝＝1000W 挂烫机高温挡位加热消耗的电能 W＝P高t＝1000W×80s＝8×104J 该挂烫机的加热效率 η＝＝×100%＝84% 学科网（北京）股份有限公司 $$