第13章 电功率（复习课件）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

该初中物理课件系统梳理了电功率单元的电功、电功率、焦耳定律及家庭电路核心知识，通过定义、公式推导、实验探究与生活应用的逻辑脉络，构建“能量转化-规律描述-实际电路”的完整知识网络，如从电功的电能转化本质，到电功率的做功快慢描述，再到焦耳定律的电热效应，最终关联家庭电路的电能计量与安全用电。 其亮点在于融合科学探究与生活实践，如通过电热丝实验探究焦耳定律影响因素，结合智能电能表、安全用电案例培养科学思维与科学态度，利用公式对比表格（电功、电功率、焦耳定律公式及适用范围）和用电器功率数量级分层设计，帮助学生巩固物理观念，教师可精准实施分层复习，提升复习效率。

沪科版（五·四学制） 九年级上册 第13章 电功率 单元复习 01 02 03 04 05 CONTENTS 电功 电功率 焦耳定律 家庭电路 PART ONE 电功 电源将其他形式的能量转化为电能，而用电器工作时则将电能转化为其他形式的能量，如扫地机器人工作时将电能转化为机械能和内能等。电能利用的过程就是电能转化为其他各种形式能量的过程。 机械能 用电器举例：扫地机器人 内能 电能 其他形式的能量 其他形式的能量 电能 电源 用电器 电能 + 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）。 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。 电功 电能的国际单位：焦耳（J） 生活中的电能单位：千瓦·时，符号是 kW·h, 俗称 “度” 他们之间的换算关系是：1kW·h=1×103W ×3600s=3.6 ×106J 电能的单位 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”）。 图13-1-2 普通电能表 拓展：720r/kW∙h表示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720转 电能表 IC卡式电能表 电子式电能表 机械式电能表 认识不同的电能表 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。 图13-1-3 智能电能表 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。 图13-1-3 智能电能表 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。 上周用电： 823.3kw.h-781.5kw.h=41.8kw.h ①.数字表盘有5位数字，最后一位红框里表示小数位。 ②.读数方法：一段时间电能表计数器前后两次读数差，就是这段时间用去的电能。 如：某电能表在一周内的示数变化为： 电能表的读数 同一用电器的使用时间越长，消耗的电能越多，意味着电流做功越多。可见，电流做功的多少与用电器的通电时间有关。此外，电流做功的多少还与电压、电流有关。 电压 电流 通电时间 电流做功的多少 电功的影响因素 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 电功的计算公式 由W＝UIt 和欧姆定律 I＝ 可知: ①电功变形公式的适用条件：只适用于纯电阻电路； ②利用电功公式及其变形公式时，要注意各物理量的同一性和同时性； ③ W＝UIt 是普遍适用的公式。 W＝ t W＝I2Rt 电功的推导计算公式 13 PART TWO 电功率 不同用电器的电流做功快慢不同 消耗1kW·h 消耗1kW·h（俗称1度）电能让电扇工作十几个小时， 但只能让空调工作1h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。 十几个小时 1小时 左右 电流做功快慢不同 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 P= 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 P= =UI 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： 1W= 1J/s = 1V·A P=UI 电功率的有关单位 电功率 瓦（W） 电压 物理量： 国际单位： 伏（V） 电流 安（A） 生活中常见的电功率单位还有千瓦（kW）。 1kW = 1000 W kW · h 和 kW 是两个不同物理量的单位。 如果 P 和 t 的单位分别用 kW、h，那么它们相乘之后，就得到电能的另一个单位：千瓦时（度）。 W = Pt P = W t 电功的常用单位千瓦 · 时（kW·h）表示电功率为1kW的用电器持续工作1h所消耗的电能。 kW · h 和 kW 因为W=UIt，则 P = W t P = W t 电功率 （适用纯电阻电路） U2 R P =UI = U （普遍适用） = I2R = UI UIt t = 因为 ，则 I = U R P =UI= IR •I U R = 电功率推导公式 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。 图13-2-2 常见用电器电功率的数量级 常见用电器电功率的数量级 PART TWO 用电器正常工作的条件是什么？ 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。 额定电压 额定电流 额定功率 标有“36V 25W”字样的灯泡 “25W”表示额定功率为25瓦 “36V”表示额定电压为36伏 实验发现，当用电器两端所加电压小于额定电压时，实际功率小于额定功率。反之，当所加电压大于额定电压时，实际功率大于额定功率。 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。 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。 用电器两端的实际电压明显低于或高于额定电压时，用电器将无法正常工作。 正常工作 ①当小灯两端的U实 = U额 时，P实 = P额 ，小灯正常发光。 ②当小灯两端的U实 < U额 时，P实 < P额 ，小灯发光偏暗或不亮。 ③当小灯两端的U实 >U额 时，P实 >P额 ，小灯发光偏亮易被烧坏。 小结 以额定电压为36V，额定功率为25W的小灯泡为例，且电源电压全部加在小灯泡两端。 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。 表13-2-1 某电扇和某空调部分参数 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”。 如图，在串联电路中，R1、R2两端的电压分别为U1、U2，电路中的电流为I，分别求出R1、R2的功率P1、P2和电路的总功率P，并比较各部分功率与总功率的关系。 R2的功率P2=U2I 总功率：P=UI=（U1+U2）I=U1I+U2I =P1+P2 R1的功率P1=U1I 串联电路的总功率等于各部分功率之和。P=P1+P2 电功率在串联电路的应用 R1、R2串联时，电流通过R1做功的功率P1=U1I1 电流通过R2做功的功率P2=U2I2 由于I1=I2，则P1：P2=U1：U2 由于U1=I1R1，U2=I2R2 ，则P1：P2=R1：R2 串联电路中，电流通过各用电器所做功的功率与其电阻成正比，即：P1∶P2＝R1∶R2 如图，在并联电路中，通过R1、R2两端的电压分别为I1、I2，电源电压为U，分别求出R1、R2的功率P1、P2和电路的总功率P，并比较各支路功率与总功率的关系。 R2的功率P2=UI2 总功率：P=UI=U（I1+I2）=UI1+UI2 =P1+P2 R1的功率P1=UI1 并联电路的总功率等于各支路功率之和。P=P1+P2 电功率在并联电路的应用 R1、R2并联时，电流通过R1做功的功率P1=U1I1 电流通过R2做功的功率P2=U2I2 由于U1=U2，则P1：P2=I1：I2 由于I1=U1/R1，I2=U2/R2 ，则P1：P2=R2：R1 并联电路中，电流通过各用电器所做功的功率与其电阻成反比，即：P1∶P2＝R2∶R1 PART THREE 焦耳定律 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。 2.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。 取暖器 电热水壶 灯泡 导线 电流的热效应 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。 自主活动 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。 图13-3-2 （a） 探究电流产生的热量与电阻的关系 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。 图13-3-2 （b） 探究电流产生的热量与电流的关系 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。 调节滑动变阻器 电流 电阻 通电时间 电流通过导体产生的热量 通过上述实验发现，电流通过导体产生的热量还与电流和电阻有关。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。 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。 Q = I2 R t 热量 电流 电阻 时间 J A Ω s 物理量： 单位： 内容： 1. 公式： 2. 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： 小明发现将电饭煲接入家庭电路通电后，电饭煲温度逐渐升高将饭煮熟，但与电饭煲连接的导线却几乎不热，你能帮助小明解释其中的原因吗? 导线和电饭煲串联，电流、通电时间都相同，而电饭煲加热盘的电阻比导线的电阻大得多，根据Q=I2Rt可知，电流通过电饭煲产生的热量多，因此电饭煲热而导线却不热. 思考 小明发现家里的空调、电饭锅等大功率家用电器的电源线明显比台灯等小功率家用电器的电源线粗，这是为什么？ 空调、电饭锅等功率较大的用电器，工作时通过导线的电流较大，如果导线横截面积过小，导线电阻就会过大，在一定时间内电流通过导线产生的热量越多，容易引起火灾等安全事故. 思考 当电动机通电但电动机不转时，消耗的电能只会让电动机线圈发热， (相当于纯电阻电路) 当电动机工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，同时，电动机线圈也会发热： 电能(W ) 内能(Q)+机械能(E) W = UIt Q =I2Rt E=W–Q 此时，W =UIt=Q=I2Rt . 有关电动机的电热讨论 拓展 电能 用电器 内能 机械能 其他 W = UIt Q = I2Rt 电风扇、电视机等非电热用电器： W>Q= I2Rt 电暖器，电饭煲等电热用电器： 此时： Q=W=UIt = U2 R = I2Rt t 其他形式的能量 电功 电功率 焦耳定律 适用范围 基本 公式 导出 公式 电功、电功率和焦耳定律计算公式对比 U2 R t W= =I²Rt W t P= =UI U2 R P= =I²R W=UIt =Pt Q=I²Rt Q =UIt = =Pt U2 R t 适用于纯电阻电路W=Q 普遍适用 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。 图13-3-3 用电烙铁焊接 图13-3-4 铺设发热电缆 电流的热效应的应用 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只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。 前面我们学习了焦耳定律，分析有关公式及其适用范围，下面我们将继续讨论这个话题。 ①.对于电热器而言，导体产生的热量就是“有用”的； 而对于除了电热器外，大多数用电器的导体产生的热量是“无用”的。 ②.复习教材概念：把电流所做的功称为电功；电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。 基于此，下面我们简单用导图将教材梳理一下，以便理解。 1.电热器 电功 W=UIt =Pt 其他形式的能量 内能 Q = I2 R t 联系 W=Q 2.非电热器 a.机械类电器 b.光能类电器 W=UIt =Pt W=UIt =Pt 内能 Q = I2 R t +机械能 W＞Q 内能 +光能 Q = I2 R t W＞Q LED灯产生的光能比白炽灯更大，LED灯将电能转化为光能的效率更高一些，比较节能。 2.a、2.b中的Q，即是教材中所提到的导体产生的热量是“无用”的。 白炽灯是由于灯丝被加热而发光。与白炽灯的发光原理不同， LED 由半导体材料制成， 是一种发光二极管。改变半导体的结构和成分能改变LED发光的颜色等特性。 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。 PART FOUR 家庭电路 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。 低压断路器 电能表 插座 开关 家庭电路的组成部分 图13-4-2所示是一个简单的家庭电路示意图。 （a）实物图 （b）电路图 图13-4-2简单的家庭电路示意图 空调、电饭煲、电水壶都是大功率电器。 如果这几个电器并联接入同一支路时，通常应避免它们同时工作，这是为什么呢？ 根据并联电路中电流的特点，电功率的特点，几个大功率用电器并联接入同一支路时，总电流等于各用电器的电流之和，总电功率也等于它们之和，当家庭电路中用电器的总电流或总功率过大时，容易造成负载过大，导线或保险丝烧坏等。 想一想 ①作用：测量用电器消耗电能的多少。 ②安装：安装在干路上，总开关之前。 ③读数：前后两次读数之差；红色方框中(最后一位)是小数。 如图：　3135.7 kw ·h 电能表 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。 干路 低压断路器 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。 火线、零线和地线 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。 两孔插座：“左零右火” 。 三孔插座：“左零右火，中接地” 两孔插座和三孔插座 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。前面我们也分析过触电的类型。 2. ①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。 ③家庭电路的电压一般是220 V， 远远大于安全电压。 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。 单线触电 双线触电 触电的类型 在家庭电路的使用中，为了防止电流流过人体，我们应避免用湿手去插、拔插头（图 13-4-4 ）； 搬动家用电器时不能拖拽用电器和接线板，避免损坏导线；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。 图 13-4-4 严禁用湿手触摸电器插头 图 13-4-5 严禁手指插进插座 一旦发生触电事故， ①应迅速切断电源，并用绝缘物体将触电人员与电源分离； ②切记不能直接触碰触电人员。 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。 图 13-4-6 三脚插头 家庭用电中不仅要时刻保持安全意识，还要节能环保意识。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。 电无处不在，为我们的生活带来了便利，而安全用电、节约用电人人有责，让我们一起行动起来。 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $