电功与电功率 期末专题突破课件-2024-2025学年九年级人教版物理全一册

电功与电功率 思维导图 1. 电能的计量工具是电能表。 2. 电功的概念、决定电功大小的因素与电功的计算。 3. 电功率的概念与意义以及电功率的计算。 4. 额定功率与电功率的测量。 知识要点： 一、电能 1. 用电器是消耗电能的装置，消耗电能的过程，就是把电能转 化为其他形式的能的过程，消耗了多少电能就有多少电能转化为其 他形式的能。 2. 电能的单位：在国际单位制中是焦耳（J），常用单位是度 （kW·h），1度=1千瓦时，1 kW·h=3.6×106 J。 3. 电能表：用于计量用电器在一段时间内消耗电能的多少。 二、电功 1. 电功：规定电流在某段电路上所做的功等于这段电路两端的电 压、电路中的电流和通电时间的乘积。 2. 电功的公式：W=UIt=Pt（适用于所有电路）；推导公式： W=t=I2Rt（适用于纯电阻电路）。 （1）串联电路：=。 （2）并联电路：=。 三、电功率 1. 电功率：电流在单位时间内所做的功。物理意义：表示电流做 功快慢的物理量。 2. 电功率的公式：P==UI（适用于所有电路）；推导公式： P=I2R=（适用于纯电阻电路）。 （1）串联电路：=。 （2）并联电路：=。 难点解析：不论是串联电路还是并联电路，都有以下等式成立：W 总=W1+W2、P总=P1+P2。 四、额定功率与电功率的测量 1. 用电器正常工作时的电压叫作额定电压，用电器在额定电压下工 作时的电功率叫作额定功率。 2. 由“小灯泡的电功率随电压变化”实验可知，小灯泡的亮度取决于小灯泡的实际功率大小：①当U实=U额时，P实=P额，小灯泡正常发光；②当U实<U额时，P实<P额，小灯泡偏暗；③当U实>U额时，P实>P额，小灯泡偏亮，易被烧坏。 3. 电功率可以使用电力监测仪直接测量，还可以通过测量用电器两 端的电压和通过用电器的电流，由电功率公式P=UI计算得出。 难点解析：测量小灯泡的电功率实验中，滑动变阻器的作用是保 护电路以及改变小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流，使小灯泡在不 同电压下发光；本实验中多次测量的目的是获得不同电压下小灯泡的电 功率，不需要取平均值。 知识点一：电能与电能表 　如图所示分别为某同学家上月初和月末的电能表的表盘，表盘上 “1600 imp/（kW·h）”表示每消耗1 kW·h的电能，指示灯闪烁1600次。 下列说法中正确的是 （　　） A. 若指示灯闪烁得越快，则电能表所在电路消耗的电能越多 B. 该同学家上月消耗的电能为911 kW·h C. 该电路允许通过的最小电流为10 A D. 若只让一个标有“220 V 1000 W”的电热水器正常工作15 min，则指示 灯要闪烁400次 　通过表盘信息和电功公式W=Pt来判断和计算即可。 　在相同时间内，若指示灯闪烁得越快，则电能表所在电路 消耗的电能越多；该同学家上月消耗的电能为5637.8 kW·h-5546.7 kW·h=91.1 kW·h；“10（20） A”表示电能表的额定电流是10 A，短时间内允许通过的最大电流为20 A；若只让一个标有“220 V 1000 W”的电热水器正常工作15 min，则消耗的电能W=Pt=1 kW×0.25 h=0.25 kW·h，指示灯要闪烁1600 imp/（kW·h）×0.25 kW·h=400次。 　D 　理解电能表参数的含义及相关计算，知道电功率是表示电 流做功快慢的物理量。 　如图所示为某家用电器工作时的能量输入和输出情况，据 此推测该家用电器可能是（　B　） A. 电饭锅 B. 电扇 C. 电热水器 D. LED照明灯 B 知识点二：电功与电功率的计算 　如图甲所示的电路，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器 的滑片P从最右端滑至最左端的过程中，小灯泡的I-U关系图像如图乙所 示，且滑片P在最左端时小灯泡恰好正常发光。求： （1）小灯泡的额定功率。 （2）滑片P在最左端时，5 min内电路消耗的电能。 （3）滑动变阻器的最大阻值。 　由图甲可知，当滑片P位于最左端时，滑动变阻器接入电 路的阻值为0，电路中的电流最大；当滑片P位于最右端时，小灯泡与滑 动变阻器串联，电路中的电流最小。根据图像读出两电表的示数，再根 据电功、电功率的公式进行计算。 　（1）由图甲可知，当滑片P位于最左端时，滑动变阻器接 入电路的阻值为0，电路中的电流最大，此时小灯泡恰好正常发光，U电 源=UL=6 V，此时通过小灯泡的电流IL=0.4 A，P额=ULIL=6 V×0.4 A=2.4 W。 （2）滑片P在最左端时，5 min内电路消耗的电能W=UI大t=6 V×0.4 A×5×60 s=720 J。 （3）当滑片位于最右端时，UL'=2 V，I小=0.2 A，U滑=U-UL'=6 V-2V=4V； 滑动变阻器的最大阻值R滑===20 Ω。 　本题考查串联电路的特点、欧姆定律以及电功和电功率的 计算，结合电路图、分析图像的变化得出两电表对应的示数是解题的关 键。 　实验室有“110 V　25 W”和“110 V　60 W”的灯泡各一只，小明设计了如图所示的四种接法，将两灯泡接入电源电压为220 V的电 路中，使两灯泡都正常发光的最佳方案是（　D　） A. B. C. D. D 【解析】设“110 V 25 W”和“110 V 60 W”的灯泡分别为A、B。根据P= 可知，电路电 阻越大，消耗的功率就越小，比较选项A、D，两种接法都能使灯正常发 光，但是选项D所示的接法总电阻较大，消耗的功率较小，是最佳方案。 知识点三：额定功率与电功率的测量 　小明想知道小灯泡的亮暗程度与什么因素有关，于是找来额定电 压为2.5 V、电阻约为10 Ω的小灯泡L，按照图甲所示的电路，将其接在 电源电压为6 V的电路中展开探究。 （1）小明根据图甲所示的电路图，完成图乙所示实物图的连接后，闭 合开关，发现小灯泡特别亮，此时电流表、电压表都有示数，出现该现 象的原因可能是 　 　 。 （2）小明移动滑动变阻器的滑片P，记下三组数据（如表所示），其中 当电压表的示数为2 V时，电流表的示数如图丙所示，这时通过小灯泡 的电流是 　　 A。 实验次序 电压U/V 电流I/A 小灯泡的亮度 1 2.0 暗 2 2.5 0.25 亮 3 2.8 0.26 很亮 分析上表，可以发现小灯泡的亮度是变化的，小灯泡的亮度是由 　　 （填“实际功率”或“额定功率”）决定的。小灯泡正常工作时的电功率 为 　　 W。 （3）小明从数据中发现，小灯泡的电阻是变化的，你认为影响其变化 的主要因素是 　 　 。 （4）完成上述实验后，小明认为把小灯泡换成定值电阻，该实验可以 用来探究“电流与电压、电阻的关系”，于是继续进行下面的实验。在探 究“电流与电阻的关系”的过程中，应控制  　　 不变。实验中小明将定 值电阻由10 Ω更换为20 Ω时，闭合开关后，下一步的操作应当是使滑动 变阻器的滑片向 　　 （填“左”或“右”）移动。 　（1）为了保护电路，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑 片移至阻值最大处。（2）电流表读数时要看清量程和分度值，然后根 据指针的位置读数。小灯泡的亮度取决于实际功率，小灯泡正常工作时 的电功率是额定功率。小灯泡在额定电压下正常发光，由表中数据得出 额定电压下的电流，根据P=UI可求出小灯泡的额定功率。（3）导体的 电阻大小跟导体的材料、长度、横截面积和温度有关，从影响导体电阻 大小的因素来考虑。（4）探究“电流与电阻的关系”时，应控制电阻两 端的电压不变，改变电阻，比较电流与电阻的关系。将定值电阻由10 Ω 更换为20 Ω时，根据分压原理判断滑动变阻器滑片的移动方向。 （1）小灯泡特别亮，电路中的电流太大，由欧姆定律可 知，电路总电阻太小，因此出现该现象的原因可能是：闭合开关前，没 有将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处，滑动变阻器不能起到保护电路 的作用。（2）电流表选择的是0~0.6 A量程，对应的分度值是0.02 A，因 此电流表的示数为0.22 A。小灯泡的亮度是变化的，小灯泡的亮度是由 实际功率决定的。小灯泡在额定电压下正常发光，由表中数据可知，在 额定电压下通过小灯泡的电流为0.25 A，则小灯泡正常工作时的电功率 P=UI=2.5 V×0.25 A=0.625 W。（3）通过小灯泡的电流不同，灯丝的温度就不同，灯丝的电阻与温度有关，因此小灯泡的电阻是变化的。（4）在探究“电流与电阻的关系”的过程中，应控制电阻两端的电压不变。 将定值电阻由10 Ω更换为20 Ω时，根据分压原理，定值电阻两端的电压 变大，要保持定值电阻两端的电压不变，就要增大滑动变阻器两端的电 压，即要增大滑动变阻器连入电路的阻值，所以下一步的操作应当是使 滑动变阻器的滑片向右移动。 （1）闭合开关前，没有将滑动变阻器的滑片移至阻值最大 处 （2）0.22 实际功率 0.625 （3）温度 （4）电阻两端的电压 右 本题探究小灯泡的亮暗程度与什么因素有关，考查了实物电 路的连接、注意事项、电流表读数、电功率的计算、灯丝电阻的影响因 素和控制变量法的应用。  　小灯泡的额定电压已知、定值电阻R0的阻值已知，小明设 计了四种不同的方案测量小灯泡的额定功率，在电路不能重新拆接的条 件下，其中不能测出小灯泡的额定功率的是（　B　） A. B. C. D. B 　小明在做“测量小灯泡的电功率”实验，实验器材有：电源（电压恒 为6 V），小灯泡（额定电压为2.5 V，正常发光时灯丝的电阻约为10 Ω），电流表、电压表、开关各一个，规格分别为R1（10 Ω 1 A）和R2 （30 Ω 0.5 A）的滑动变阻器各一个，导线若干。 （1）连接电路时，滑动变阻器应选 　　　　（填“R1”或“R2”）。  （2）连接好如图甲所示的电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流 表有示数，电压表无示数，电路故障是 　　　　　　　。  （3）排除故障，闭合开关，移动滑片P至某位置时，电压表的示数为 2.2 V，若想测量小灯泡的额定功率，则应将滑片P向 　　　　（填“A”或 “B”）端移动。通过实验绘制出小灯泡的U-I图像如图乙所示，则小灯泡 的额定功率为 　　　　W。  （4）小军设计了如图丙所示的电路来测量另一只小灯泡的额定功率 （已知小灯泡的额定电压为U额），R0的阻值已知。 ①断开开关S3，闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器的滑片P，使得电流表示数为 　　　　（用字母表示），此时小灯泡正常发光。  ②保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开开关S2，闭合开关S1、S3，记下电流表的示数为I。 ③计算小灯泡额定功率的表达式P额= 　　　　　　　（用字母U额、I、R0 表示）。  　（1）由串联电路的特点求出小灯泡正常发光时滑动变阻 器接入电路的阻值，据此解答即可。（2）滑动变阻器与小灯泡串联， 电流表测电路中的电流，电压表测小灯泡两端的电压，根据电流表有无 示数判断短路或断路情况，根据电压表示数判断故障的具体位置。 （3）若要测小灯泡的额定功率，需使小灯泡两端的电压增大到2.5 V， 则通过小灯泡的电流要增大，电路中的阻值要变小，从而确定滑动变阻 器滑片的移动方向。从图乙中读出小灯泡的额定电流，再由P=UI求出小 灯泡的额定功率。（4）测小灯泡的额定功率，在没有电压表的情况 下，电流表与定值电阻R0相当于电压表，故将R与电流表串联后再与小 灯泡并联，根据并联电路电流的规律求出小灯泡的额定电流，再由P=UI 写出额定功率的表达式。 　（1）小灯泡正常发光时电路中的电流约为I'===0.25 A；此时U滑=U-UL=6 V-2.5 V=3.5 V；R滑===14 Ω>10 Ω，因此滑动变阻器应选R2。 （2）闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表有示数，说明电路是通 路；电压表无示数，说明电压表并联的支路短路，即电路故障是小 灯泡短路。 （3）电压表示数小于小灯泡的额定电压2.5 V，根据串联电路电压的规 律，应减小滑动变阻器两端的电压，则应减小滑动变阻器接入电路的阻 值，故滑动变阻器的滑片P应向B端移动。由U-I图像可知，UL=2.5 V时，IL=0.25 A，P额=ULIL=2.5 V×0.25 A=0.625 W。 （4）根据并联电路电压特点和欧姆定律可知，步骤①中使得电流表示 数为，小灯泡正常发光；步骤②中小灯泡与电阻R0仍并联，电流表测 通过小灯泡和电阻R0的总电流；因电路的连接关系没有改变，各电阻的 大小和通过的电流不变，小灯泡仍正常发光，根据并联电路电流的规 律，小灯泡的额定电流I额=I-，则小灯泡的额定功率P额=U额I额=U额 ×。 　（1）R2　（2）小灯泡短路　（3）B　0.625　（4）①　 ③U额× 　本题是测量小灯泡的电功率实验，该实验考查的知识点涉 及器材的选择、电路故障、实验操作、电功率的计算及实验方案设计 等。 1. 下列家用电器中，正常工作相同的时间，消耗电能最多的是 （　B　） A. 冰箱 B. 电热水壶 C. 液晶电视 D. 笔记本电脑 B 2. 如图所示为小华家电能表的表盘，他用秒表测出1 min内电能表上的 转盘转过100转，则这1 min内消耗的电能是（　A　） A. 0.04 kW·h B. 0.25 kW·h C. 0.4 kW·h D. 2.5 kW·h A 3. 如图所示的电路中，将两个规格不同的灯泡L1和L2串联接入电路，闭 合开关S后，下列说法中正确的是（　A　） A. 灯泡越亮，说明其实际功率越大 B. 灯泡越亮，说明其额定功率越大 C. 更亮的灯泡通过的电流更大 D. 若其中一个灯泡不亮了，则另一个灯泡一定会熄灭 A 4. 如图所示，甲、乙两电路的电源电压相等，其中R1=2R2，则两个电路 的总功率之比为（　B　） A. 9∶2 B. 2∶9 C. 2∶3 D. 3∶2 B 5. 如图所示的电路，电源电压为12 V，定值电阻R1=10 Ω，滑动变阻器R2 的最大阻值为50 Ω。下列说法中正确的是（　D　） A. 当滑片P在a端时，电流表的示数最小 B. 当滑片P在a端时，电压表的示数为12 V C. 当滑片P在b端时，电路的总功率最大 D. 当滑片P在b端时，电压表的示数为10 V D 6. 如图甲所示的电路，电源电压保持不变，当闭合开关S，调节滑动变 阻器的阻值从最大变化到最小时，两个电阻的U-I关系图象如图乙所示， 则电源电压为 V，定值电阻R1的阻值为 Ω，滑动变阻器的最 大功率为 W。  6　 10　 0.9　 7. 【金华】学习小组开展“测量小灯泡的电功率”实验，实验电路如图甲 所示，绘制出小灯泡的I-U关系曲线如图乙所示，已知小灯泡的额定电压为3.8 V，电源电压恒为6 V。 （1）闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为 ⁠V 时，读出电流表示数，即可计算小灯泡的额定功率。  （2）实验时，滑动变阻器的滑片向左移动的过程中，电流表与电压表 示数的比值将 （填“变大”“不变”或“变小”）。  3.8　 变小 8. 如图所示，电源的输出电压恒定不变，现将一个灯泡L接在离电源很 近的A、B两点间时，灯泡L的电功率为25 W；若将灯泡L接在离电源较远 的C、D两点时，灯泡L的电功率为16 W。输电导线AC、BD上的电功率为 （假设灯丝的电阻不变）（　C　） A. 1 W B. 2 W C. 4 W D. 9 W C 【解析】设灯泡L连接在A、B两点时，电路的电流为I1，则P1=I×25 W=20 W，所以导线AC和BD消耗的总功率 P=P3-P2=20 W-16 W=4 W。 9. 在如图甲所示的电路中，电源电压恒定，R1为滑动变阻 器，R2为定值电阻。开关S闭合后，将滑动变阻器的滑片从一端移至另 一端的过程中，滑动变阻器的功率P随其阻值R1的变化关系如图乙所 示。下列对电路的表述中正确的是（　B　） A. R2的阻值为5 Ω B. 电源电压为6 V C. 滑动变阻器的最大功率为9 W D. 电流表示数的变化范围是0.75~1.5 A B 【解析】由电路图可知，R1、R2串联，电压表测R1两端的电压，电流表测电路中的电流。（1）由题图乙可知，当R1接入电路的阻值为2 Ω时，滑动变阻器的功率为2 W，由P=UI=I2R可知，此时电路中的电流I1= =1.5 A，当滑动变阻器接入电路的阻值最大，为8 Ω时，电路中的电流最小，由（1）可知，最小电流I最小=I2=0.5 A，因此电流表示数的变化范围为0.5 ~1.5 A。 10. 如图所示，灯泡的规格均相同，图甲中电源电压恒为6 V，图乙中电 源电压恒为18 V。分别调节R1、R2使灯泡均正常发光，那么此时电路消 耗的总功率之比P1∶P2= ⁠，滑动变阻器接入电路中的阻值之比 R1∶R2= ⁠。 1∶1　 1∶9 【解析】设三个规格相同灯泡正常发光时的电流为IL，电压为UL。（1） 由题图甲可知，三个灯泡并联后与R1串联，因为并联电路中干路电流等 于各支路电流之和，且三个灯泡均正常发光，所以干路电流I1=3IL，电 路的总功率P1=UI1=U×3IL=6 V×3IL；由题图乙可知，三个灯泡与R2串 联，因为串联电路中各处的电流相等，所以电路的总功率P2=U'I2=18 V×IL，所以P1∶P2=（6 V×3IL）∶（18 V×IL）=1∶1。（2）因为串联电路中总电压等于各分电压之和，所以题图甲中R1两端的电压U1=U-UL=6 V-UL，由I= =1∶9。 11. 小华在做“测量小灯泡的电功率”的实验中，实验室有如下器材：电 源（电压恒为6 V），小灯泡L（额定电压为2.5 V，灯丝电阻约为10 Ω），电流表、电压表、开关以及规格分别为“10 Ω 1 A”的滑动变阻器R1 和“50 Ω 0.5 A”的滑动变阻器R2各一个，导线若干。 （1）请用笔画线代替导线，帮小华将图甲中的电路连接完整。 【答案】如图所示。 【解析】（1）小灯泡的额定电压为2.5 V，故电压表选用小量程与 小灯泡并联，灯丝电阻约为10 Ω，则小灯泡正常发光时电路中的电 流约为I= （2）为了顺利完成实验，小华应选用滑动变阻器 （“R1”“R2”）。 （3）分析图乙中的图象发现小灯泡的电阻是变化的，影响其变化的主 要原因是 ⁠。 R2　 小灯泡的电阻受温度的影响　 【解析】 =14 Ω>10 Ω，所以应选择规格为“50 Ω 0.5 A”的滑动变阻器。 【解析】 （3）小灯泡的电阻会受温度的影响，所以小灯泡的电阻是变化的。 （4）小华打算增加一个阻值为150 Ω的定值电阻R0，只利用一只 电表，通过操作图中单刀双掷开关（单刀双掷开关分别接a、b各一次） 测量小灯泡的额定电功率。图丙、图丁是他设计的两种不同方案的电路 图，则下列判断中正确的是 （填字母）。  A. 两种方案都能 B. 两种方案都不能 C. 图丙方案能，图丁方案不能 D. 图丙方案不能，图丁方案能 B （4）题图丙中，无论开关接a还是b都无法得知小灯泡是否正 常发光，此方案不能测定小灯泡的额定电功率； 题图丁中，R0、小灯泡、滑动变阻器三者串联，S接a时，电压表测 定值电阻两端的电压，当开关接b时，电压表测小灯泡和定值电阻 两端的总电压，不能通过调节滑动变阻器使小灯泡两端的电压为2.5 V，所以此方案不能测出小灯泡的额定电功率。 12. 在如图所示的电路中，R1的阻值为5 Ω，R和R2的阻值均为10 Ω，A、 B间的电压U为10 V，则A、B间的总电阻为 Ω，电阻R消耗的功率 为 W。  10 2.5 【解析】电路图的最右边，两个R1=5 Ω串联后的总电阻为10 Ω，再 和R2并联，并联后的总电阻为5 Ω，依次向左推导，CD右边的电阻 也为10 Ω，再和R=10 Ω并联，则C、D间的总电阻RCD=×1 A=0.5 A，电阻R消耗的电功率P=I2R=（0.5 A）2×10 Ω=2.5 W。 13. 如图甲所示，电源电压恒定，R1是一个定值电阻，R2是滑动变阻 器，小灯泡L的额定电压为6 V；如图乙所示为通过小灯泡L的电流随两端 电压变化的曲线。当开关S1闭合，S2断开，滑动变阻器的滑片移至最左 端时，小灯泡L恰好正常发光；滑动变阻器的滑片移至最右端时，电压 表的示数为5 V。当开关S1、S2都闭合，滑动变阻器的滑片移至最左端 时，电流表的示数为0.8 A，R1消耗的功率为P1。求： （1）小灯泡的额定功率PL。 【答案】（1）由题意知，小灯泡L的额定电压U额为6 V，由题图乙知， 小灯泡正常发光时通过的电流I=0.5 A，所以小灯泡的额定功率P额=U额I=6 V×0.5 A=3 W。 （2）滑动变阻器的最大阻值R2。 【答案】（2）当开关S1闭合、S2断开，滑动变阻器的滑片P移至最右端 时，电路为小灯泡和滑动变阻器的串联电路，则小灯泡两端的电压 UL=U-U2=6 V-5 V=1V；由题图乙知，此时通过电路的电流为I=0.2 A，则滑动变阻器的最大阻值R2==25 Ω。 （3）定值电阻R1消耗的功率P1。 【答案】（3）当开关S1、S2闭合，滑动变阻器的滑片P移至最左端时， 电路为小灯泡L与定值电阻R1的并联电路，此时通过小灯泡的电流IL=0.5 A，通过定值电阻R1的电流I1=I-IL=0.8 A-0.5 A=0.3 A；定值电阻R1消耗的功率P1=UI1=6 V×0.3 V=1.8 W。 $$