第13章 电功率（知识清单）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

第13章 电功率（知识清单） 思维导图 知识清单 第1节 电功 一、电路中的电能的转化 1、电路中的电源和用电器的能量转化 ①电源将____________转化为电能； ②用电器工作时则将____________转化为其他形式的能量。 2、电功 ①在电能转化为其他形式的能量过程中，我们说电流做了功。物理学中，把电流所做的功称为____________，用____________表示，单位是____________（J ）。 ②电流做了多少功，就有多少电能转化为____________。例如，通过某电扇的电流每秒做 功 150 J，表明每秒有____________ J电能转化为机械能和内能。 ③我们也常用____________（俗称“度”）作为电能单位，符号是____________。 类比机械功和机械功率的关系，可以知道： 1 kW·h = 1 000 W ×3 600 s = 3.6 × 106J 二、用电能表计量电能 1、电能表 生活中可以用电能表计量家庭电路消耗的____________，也就是____________。图 13-1-2是普通电能表， 上方数字表示以千瓦 · 时（kW·h）为单位的当前用电量（俗称“抄见数”）。 2、智能电能表 ①随着电子技术和互联网技术的发展，目前家庭电路基本采用图 13-1-3 所示的智能电能表。 该类电能表靠专用的芯片计量电能，每计量一定量的电能会输出一个脉冲，对应的脉冲指示灯闪烁一次。智能电能表利用网络回传数据，实现了远程抄表。 ②电能表的表盘上还会标识一些常见参数。图 13-1-3 中表盘上的“220 V”和“50 Hz”表示电能表所接家庭电路中交流电的____________和____________。 ③记录电能表前后两次示数，计算其差值，就可以得到某一段时间内的____________。 三、 电流做功与哪些因素有关 1、电流做功的影响因素 电流做功的多少与____________、____________、____________有关。 2、电功的物理表达式 电流通过用电器所做的功W等于用电器两端的电压U、通过用电器的电流I和通电时间t的乘积，即 W =____________ 在国际单位制中， 电压的单位是伏（V）、 电流的单位是安（A）、时间的单位是秒（s）， 电功的单位是焦（J）。它们之间的关系为：1 J = 1 V·A·s 第2节 电功率 一、电流做功的快慢 1、不同用电器的电流做功快慢一般不同 消耗 1 kW·h 电能让电扇工作十几个小时， 但只能让空调工作 1 h 左右，说明电扇和空调消耗电能的快慢不同，也就是电流通过两种用电器 做功的快慢不同。 2、 电功率 类比机械功率，我们将一段时间内电流做的功W与做功时间t的比叫做____________，用字母____________表示，即 电功率表示电流做功的快慢。将电功的表达式W = UIt 代入上式，可得 也就是说，电功率P等于用电器两端所加电压U与通过电流I的乘积。 在国际单位制中， 电功率的单位也是瓦（W）。它们之间的关系为：1 W = 1 J/s = 1 V·A 生活中常见的电功率单位还有千瓦（kW）。1 kW = 1 000 W 电功的常用单位千瓦 · 时（kW·h）；1kW·h表示电功率为____________的用电器持续工作____________所消耗的电能。 不同用电器的电功率差别可能很大，图13-2-2 展示了常见用电器电功率的数量级。 3、 用电器正常工作的条件 1、额定电压、额定电流、额定功率 由电功率的表达式可知，对于同一个用电器，两端所加电压或所通过的电流不同时，电功率不同。实际使用时，所有用电器都有一个正常工作的电压值，叫做____________。 用电器两端的电压为额定电压时，通过用电器的电流叫做____________，此时的电功率叫做____________。 2、用电器的铭牌参数 额定电压和额定功率是用电器的重要参数， 通常可以在产品铭牌或说明书上查到。表13-2-1是某电扇和某空调的部分参数。 从表中数据可以看出，某空调的额定功率是某电扇的几十倍，也就是说若电扇和空调工作同样长的时间，空调消耗的电能将是电扇的几十倍，所以我们常说空调“更费电”。 3、 实际功率 用电器工作时两端的实际电压可能偏离额定电压，从而使用电器工作时的功率偏离额定功率。用电器实际工作时的电功率称为____________。 以用电器小灯泡为例， ①当小灯泡两端的U实= U额时，P实 = P额 ，小灯泡正常发光。 ②当小灯泡两端的U实 < U额时，P实 < P额 ，小灯泡发光偏暗或不亮。 ③当小灯泡两端的U实 >U额 时，P实 >P额 ，小灯泡发光偏亮易被烧坏。 在生产生活中，为了不损坏用电器，也为了保证用电安全，一般不允许用电器的实际功率长 时间超过额定功率。 第3节 焦耳定律 一、 电流通过导体产生热量的影响因素 1、电流的热效应 电流通过导体时，导体会发热，内能增加， 这种现象叫做电流的____________。 举例：取暖器、电热水壶、灯泡、导线等工作时发热，都是电流的热效应。生活经验告诉我们，这些导体产生的热量差异巨大。 2、自主活动 取甲、乙、丙三根电热丝，甲、丙电热丝的电阻相等，乙电热丝的电阻较大。将三根电热丝分别浸入装有煤油的三个瓶子中，且三个瓶中 煤油的质量和初温都相等。可将温度计或温度传感器探头插入煤油中测量温度。 1. 研究电流、通电时间一定时，电流产生的热量与电阻的关系 如图 13-3-2（a）所示，将甲、乙电热丝串联接入电路，接通电源 一段时间后断开，观察比较两瓶中煤油的最终温度。 现象：乙瓶中的温度计示数大于甲瓶中温度计示数。 结论：电流通过导体产生的热量与电阻有关。且导体电流、通电时间一定时，导体电阻越大，产生的热量越多。 2. 研究电阻、通电时间一定时，电流产生的热量与电流的关系 如图 13-3-2（b ）所示，将丙电热丝单独接入电路，设法使通过它 的电流与实验 1 中通过甲电热丝的电流大小明显不同，但通电时间相同。 观察比较甲、丙两瓶中煤油的最终温度。 现象：（以通过丙电热丝的电流比甲的大为例）丙瓶中的温度计示数大于甲瓶中温度计示数。 结论：电流通过导体产生的热量与电流有关。且导体电阻、通电时间一定时，通过导体的电流越大，产生的热量越多。 小结：电流通过导体产生的热量与通电时间、____________和____________有关。通过导体的电流越大、导体电阻越大、通电时间越长，产生的热量越多。 3、焦耳定律 焦耳通过实验研究，于 1840 年发现了电流 通过导体时产生的热量与电流、电阻、通电时间的定量关系： 电流通过导体时产生的热量，与电流的二次方成正比，与导体电阻成正比，与通电时间成正比。 这一规律称为焦耳定律，可表示为 Q =____________其中，电流I的单位是安（A），电阻R的单位是欧(Ω), 时间t的单位是秒（s），电流产生热量Q的单位是焦（J ）。 注意： 1. 从公式我们能看出，电流通过导体产生的热量受电流的影响最大。 2. 在应用焦耳定律的表达式来解决问题时，应该根据具体情况进行分析选用，例如，当几个导体串联起来时，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，应用表达式Q = I2Rt分析，此时导体产生的热量与电阻R成正比；当几个导体并联起来时，由于加在导体两端的电压相等，通电时间也相等，应用表达式Q =分析，此时导体产生的热量与电阻成反比。 3.电功、电功率和焦耳定律计算公式对比 4. 只有在纯电阻电路中可以用电功公式计算电热。因为在纯电阻电路中，电流做的功全部用来产生热量，此时电功等于电热，即W=Q。而在非纯电阻电路中，电流所做的功只有一部分用来产生热量，如电动机工作时，既产生热量又产生机械能，电功等于热量与机械能之和，即W>Q，故此时就不能用电功的公式来计算电热了。 二、电流热效应的常见现象 1、电流热效应的有关现象 ①人们利用电流的热效应开发了各式各样的电加热器，如生活中常用的电热水器、烤面包机等。图13-3-3所示的电烙铁是焊接电路的常用工具，用发热的烙铁头熔化焊锡可以连接电路元件。如图13-3-4所示，工②人正在铺设发热电缆， 这是电地暖的主要部件之一。此外，串联在电路中的熔丝（俗称“保险丝”），也利用了电流热效应，当通过熔丝的电流超过一定限度时，其温度将达到熔点而熔断，电路随之切断，以此保证用电安全。 2、 电流通过导体产生的热量有时是“无用”的。除了电热器外，大多数通过用电器的电流做功将一部分电能转化为内能，也就是说，电流产生的热量小于电功。例如，电动机工作时，消耗的电能大部分转化为机械能，但有一小部分转化为 “无用”的内能。白炽灯消耗的电能只有一小部分转化为光能，其余大部分转化为“无用”的内能。与之相比，LED灯将电能转化为光能的效率更高一些，比较节能。 3、 电流的热效应除了消耗电能外，还可能造成一些危害。大功率用电器持续发热可能影响其性 能，甚至缩短使用寿命，因此提高用电器散热性 能非常重要。电路发生短路故障时，电流会急剧 增大，短时间内产生大量的热量，造成用电器损 坏，甚至引发火灾。因此需要实时检查电路和电气设备，避免发生事故。 第4节 家庭电路 一、家庭电路的组成部分 1、家庭电路的组成部分 家庭电路包含供电线路、电能表、低压断路器、开关、插座和用电器，用电器插头插入插座后，用电器即接入家庭电路。在布线时，考虑到 不同家用电器的功率差异较大，往往将家庭电路 分为若干支路，以便于安装和检修。 2、简单的家庭电路示意图 图13-4-2 所示是一个简单的家庭电路示意图。 3、家庭电路的组成部分的介绍 ①电能表：家庭电路经过电能表后入户，电能表用来计量家庭的用电量。 ②低压断路器：低压断路器俗称“空气开关”，当家庭电路 中用电器的总功率过大或发生短路时，通过断路 器的电流超过规定电流，断路器会自动切断供电 线路，避免用电器损坏或发生其他危险。 ③相线、零线和地线：家庭电路的供电线路通常隐藏在墙体中，包含相线（俗称“火线”）、零线和地线。火线与零线之间有____________V的电压。 ④插座：两孔插座的一孔接火线， 一孔接零线，用电器的两脚插头接入插座后即可工作；三孔插座中，并排的两个孔分别接火线和零线，另一个孔与地线相连（图 13-4-3 ）。 2、 家庭用电的注意事项 1.触电 过量的电流通过人体会引起不同程度的组织损伤或器官功能障碍，俗称触电，触电会造成机体破坏甚至死亡。人体能导电，人体两端的电压越高，通过人体的电流就越大。 2.触电的类型 ①单线触电 如图，假如人的一只手接触火线，另一只手虽然没有接触零线，但是由于站在地上，导线、人体、大地和电网中的供电设备同样构成了闭合电路，电流同样会流过人体，发生触电事故。 ②双线触电 如图，假如人的一只手接触火线，另一只手接触零线，这样，人体、导线和电网中的供电设备就构成了闭合电路，大电流流过人体，就会发生触电事故。 3、防止触电的措施 在家庭电路的使用中，为了防止电流流过人体，①我们应避免用湿手去插、拔插头（图 13-4-4 ）； ②搬动家用电器时不能拖拽用电器和接线板，避免损坏导线；③如图 13-4-5 所示，为防止幼儿触电， 插座的位置不宜过低，还应该安装插座保护壳等。 ④使用三脚插座：为了充分保证使用时的安全，洗衣机、电冰 箱、空调等电器一般采用三脚插头，其中一脚与电器的金属外壳相连（图 13-4-6）。当三脚插头插入三孔插座时，用电器的金属外壳首先接地， 从而有效保证人身安全。 4、发生触电后的正确行为 一旦发生触电事故，应迅速切断电源，并用绝缘物体将触电人员与电源分离，切记不能直接 触碰触电人员。 5、家庭电路中的一些常见电压值 在一般环境下， 人体两端所加电压不超过____________ 时，通过人体的电流是安全的。家庭电路的电压一般是____________， 远远大于安全电压。 6、 节能环保 家庭用电中不仅要时刻保持安全意识，还要 有节能环保意识。使用空调时，制冷温度不宜设置得太低，制热温度则不宜设置得太高。此外， 待机状态下的用电器仍在消耗电能，因此建议关闭长时间不使用的用电器。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第13章 电功率（知识清单） 思维导图 知识清单 第1节 电功 一、电路中的电能的转化 1、电路中的电源和用电器的能量转化 ①电源将其他形式的能量转化为电能； ②用电器工作时则将电能转化为其他形式的能量。 2、电功 ①在电能转化为其他形式的能量过程中，我们说电流做了功。物理学中，把电流所做的功称为电功，用W表示，单位是焦（J ）。 ②电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。例如，通过某电扇的电流每秒做 功 150 J，表明每秒有150 J电能转化为机械能和内能。 ③我们也常用千瓦 · 时（俗称“度”）作为电能单位，符号是 kW·h。 类比机械功和机械功率的关系，可以知道： 1 kW·h = 1 000 W ×3 600 s = 3.6 × 106J 二、用电能表计量电能 1、电能表 生活中可以用电能表计量家庭电路消耗的电能，也就是用电量。图 13-1-2是普通电能表， 上方数字表示以千瓦 · 时（kW·h）为单位的当前用电量（俗称“抄见数”）。 2、智能电能表 ①随着电子技术和互联网技术的发展，目前家庭电路基本采用图 13-1-3 所示的智能电能表。 该类电能表靠专用的芯片计量电能，每计量一定量的电能会输出一个脉冲，对应的脉冲指示灯闪烁一次。智能电能表利用网络回传数据，实现了远程抄表。 ②电能表的表盘上还会标识一些常见参数。图 13-1-3 中表盘上的“220 V”和“50 Hz”表示电能表所接家庭电路中交流电的电压和频率。 ③记录电能表前后两次示数，计算其差值，就可以得到某一段时间内的用电量。 三、 电流做功与哪些因素有关 1、电流做功的影响因素 电流做功的多少与通电时间、电压、电流有关。 2、电功的物理表达式 电流通过用电器所做的功W等于用电器两端的电压U、通过用电器的电流I和通电时间t的乘积，即 W = UIt 在国际单位制中， 电压的单位是伏（V）、 电流的单位是安（A）、时间的单位是秒（s）， 电功的单位是焦（J）。它们之间的关系为：1 J = 1 V·A·s 第2节 电功率 一、电流做功的快慢 1、不同用电器的电流做功快慢一般不同 消耗 1 kW·h 电能让电扇工作十几个小时， 但只能让空调工作 1 h 左右，说明电扇和空调消耗电能的快慢不同，也就是电流通过两种用电器 做功的快慢不同。 2、 电功率 类比机械功率，我们将一段时间内电流做的功W与做功时间t的比叫做电功率，用字母P表示，即 电功率表示电流做功的快慢。将电功的表达式W = UIt 代入上式，可得 也就是说，电功率P等于用电器两端所加电压U与通过电流I的乘积。 在国际单位制中， 电功率的单位也是瓦（W）。它们之间的关系为：1 W = 1 J/s = 1 V·A 生活中常见的电功率单位还有千瓦（kW）。1 kW = 1 000 W 电功的常用单位千瓦 · 时（kW·h）；1kW·h表示电功率为1 kW的用电器持续工作1 h所消耗的电能。 不同用电器的电功率差别可能很大，图13-2-2 展示了常见用电器电功率的数量级。 3、 用电器正常工作的条件 1、额定电压、额定电流、额定功率 由电功率的表达式可知，对于同一个用电器，两端所加电压或所通过的电流不同时，电功率不同。实际使用时，所有用电器都有一个正常工作的电压值，叫做额定电压。 用电器两端的电压为额定电压时，通过用电器的电流叫做额定电流，此时的电功率叫做额定功率。 2、用电器的铭牌参数 额定电压和额定功率是用电器的重要参数， 通常可以在产品铭牌或说明书上查到。表13-2-1是某电扇和某空调的部分参数。 从表中数据可以看出，某空调的额定功率是某电扇的几十倍，也就是说若电扇和空调工作同样长的时间，空调消耗的电能将是电扇的几十倍，所以我们常说空调“更费电”。 3、 实际功率 用电器工作时两端的实际电压可能偏离额定电压，从而使用电器工作时的功率偏离额定功率。用电器实际工作时的电功率称为实际功率。 以用电器小灯泡为例， ①当小灯泡两端的U实= U额时，P实 = P额 ，小灯泡正常发光。 ②当小灯泡两端的U实 < U额时，P实 < P额 ，小灯泡发光偏暗或不亮。 ③当小灯泡两端的U实 >U额 时，P实 >P额 ，小灯泡发光偏亮易被烧坏。 在生产生活中，为了不损坏用电器，也为了保证用电安全，一般不允许用电器的实际功率长 时间超过额定功率。 第3节 焦耳定律 一、 电流通过导体产生热量的影响因素 1、电流的热效应 电流通过导体时，导体会发热，内能增加， 这种现象叫做电流的热效应。 举例：取暖器、电热水壶、灯泡、导线等工作时发热，都是电流的热效应。生活经验告诉我们，这些导体产生的热量差异巨大。 2、自主活动 取甲、乙、丙三根电热丝，甲、丙电热丝的电阻相等，乙电热丝的电阻较大。将三根电热丝分别浸入装有煤油的三个瓶子中，且三个瓶中 煤油的质量和初温都相等。可将温度计或温度传感器探头插入煤油中测量温度。 1. 研究电流、通电时间一定时，电流产生的热量与电阻的关系 如图 13-3-2（a）所示，将甲、乙电热丝串联接入电路，接通电源 一段时间后断开，观察比较两瓶中煤油的最终温度。 现象：乙瓶中的温度计示数大于甲瓶中温度计示数。 结论：电流通过导体产生的热量与电阻有关。且导体电流、通电时间一定时，导体电阻越大，产生的热量越多。 2. 研究电阻、通电时间一定时，电流产生的热量与电流的关系 如图 13-3-2（b ）所示，将丙电热丝单独接入电路，设法使通过它 的电流与实验 1 中通过甲电热丝的电流大小明显不同，但通电时间相同。 观察比较甲、丙两瓶中煤油的最终温度。 现象：（以通过丙电热丝的电流比甲的大为例）丙瓶中的温度计示数大于甲瓶中温度计示数。 结论：电流通过导体产生的热量与电流有关。且导体电阻、通电时间一定时，通过导体的电流越大，产生的热量越多。 小结：电流通过导体产生的热量与通电时间、电流和电阻有关。通过导体的电流越大、导体电阻越大、通电时间越长，产生的热量越多。 3、焦耳定律 焦耳通过实验研究，于 1840 年发现了电流 通过导体时产生的热量与电流、电阻、通电时间的定量关系： 电流通过导体时产生的热量，与电流的二次方成正比，与导体电阻成正比，与通电时间成正比。 这一规律称为焦耳定律，可表示为 Q = I2Rt 其中，电流I的单位是安（A），电阻R的单位是欧(Ω), 时间t的单位是秒（s），电流产生热量Q的单位是焦（J ）。 注意： 1. 从公式我们能看出，电流通过导体产生的热量受电流的影响最大。 2. 在应用焦耳定律的表达式来解决问题时，应该根据具体情况进行分析选用，例如，当几个导体串联起来时，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，应用表达式Q = I2Rt分析，此时导体产生的热量与电阻R成正比；当几个导体并联起来时，由于加在导体两端的电压相等，通电时间也相等，应用表达式Q =分析，此时导体产生的热量与电阻成反比。 3.电功、电功率和焦耳定律计算公式对比 4. 只有在纯电阻电路中可以用电功公式计算电热。因为在纯电阻电路中，电流做的功全部用来产生热量，此时电功等于电热，即W=Q。而在非纯电阻电路中，电流所做的功只有一部分用来产生热量，如电动机工作时，既产生热量又产生机械能，电功等于热量与机械能之和，即W>Q，故此时就不能用电功的公式来计算电热了。 二、电流热效应的常见现象 1、电流热效应的有关现象 ①人们利用电流的热效应开发了各式各样的电加热器，如生活中常用的电热水器、烤面包机等。图13-3-3所示的电烙铁是焊接电路的常用工具，用发热的烙铁头熔化焊锡可以连接电路元件。如图13-3-4所示，工②人正在铺设发热电缆， 这是电地暖的主要部件之一。此外，串联在电路中的熔丝（俗称“保险丝”），也利用了电流热效应，当通过熔丝的电流超过一定限度时，其温度将达到熔点而熔断，电路随之切断，以此保证用电安全。 2、 电流通过导体产生的热量有时是“无用”的。除了电热器外，大多数通过用电器的电流做功将一部分电能转化为内能，也就是说，电流产生的热量小于电功。例如，电动机工作时，消耗的电能大部分转化为机械能，但有一小部分转化为 “无用”的内能。白炽灯消耗的电能只有一小部分转化为光能，其余大部分转化为“无用”的内能。与之相比，LED灯将电能转化为光能的效率更高一些，比较节能。 3、 电流的热效应除了消耗电能外，还可能造成一些危害。大功率用电器持续发热可能影响其性 能，甚至缩短使用寿命，因此提高用电器散热性 能非常重要。电路发生短路故障时，电流会急剧 增大，短时间内产生大量的热量，造成用电器损 坏，甚至引发火灾。因此需要实时检查电路和电气设备，避免发生事故。 第4节 家庭电路 一、家庭电路的组成部分 1、家庭电路的组成部分 家庭电路包含供电线路、电能表、低压断路器、开关、插座和用电器，用电器插头插入插座后，用电器即接入家庭电路。在布线时，考虑到 不同家用电器的功率差异较大，往往将家庭电路 分为若干支路，以便于安装和检修。 2、简单的家庭电路示意图 图13-4-2 所示是一个简单的家庭电路示意图。 3、家庭电路的组成部分的介绍 ①电能表：家庭电路经过电能表后入户，电能表用来计量家庭的用电量。 ②低压断路器：低压断路器俗称“空气开关”，当家庭电路 中用电器的总功率过大或发生短路时，通过断路 器的电流超过规定电流，断路器会自动切断供电 线路，避免用电器损坏或发生其他危险。 ③相线、零线和地线：家庭电路的供电线路通常隐藏在墙体中，包含相线（俗称“火线”）、零线和地线。火线与零线之间有220 V的电压。 ④插座：两孔插座的一孔接火线， 一孔接零线，用电器的两脚插头接入插座后即可工作；三孔插座中，并排的两个孔分别接火线和零线，另一个孔与地线相连（图 13-4-3 ）。 2、 家庭用电的注意事项 1.触电 过量的电流通过人体会引起不同程度的组织损伤或器官功能障碍，俗称触电，触电会造成机体破坏甚至死亡。人体能导电，人体两端的电压越高，通过人体的电流就越大。 2.触电的类型 ①单线触电 如图，假如人的一只手接触火线，另一只手虽然没有接触零线，但是由于站在地上，导线、人体、大地和电网中的供电设备同样构成了闭合电路，电流同样会流过人体，发生触电事故。 ②双线触电 如图，假如人的一只手接触火线，另一只手接触零线，这样，人体、导线和电网中的供电设备就构成了闭合电路，大电流流过人体，就会发生触电事故。 3、防止触电的措施 在家庭电路的使用中，为了防止电流流过人体，①我们应避免用湿手去插、拔插头（图 13-4-4 ）； ②搬动家用电器时不能拖拽用电器和接线板，避免损坏导线；③如图 13-4-5 所示，为防止幼儿触电， 插座的位置不宜过低，还应该安装插座保护壳等。 ④使用三脚插座：为了充分保证使用时的安全，洗衣机、电冰 箱、空调等电器一般采用三脚插头，其中一脚与电器的金属外壳相连（图 13-4-6）。当三脚插头插入三孔插座时，用电器的金属外壳首先接地， 从而有效保证人身安全。 4、发生触电后的正确行为 一旦发生触电事故，应迅速切断电源，并用绝缘物体将触电人员与电源分离，切记不能直接 触碰触电人员。 5、家庭电路中的一些常见电压值 在一般环境下， 人体两端所加电压不超过36 V 时，通过人体的电流是安全的。家庭电路的电压一般是220 V， 远远大于安全电压。 6、 节能环保 家庭用电中不仅要时刻保持安全意识，还要 有节能环保意识。使用空调时，制冷温度不宜设置得太低，制热温度则不宜设置得太高。此外， 待机状态下的用电器仍在消耗电能，因此建议关闭长时间不使用的用电器。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $