第六章　电功率（知识清单）物理教科版2024九年级上册

第六章 电功率（知识清单） 思维导图 第1节 电功 一、电能与电功 1.电能的获取及能量转化 电能的获取 能量转化 水力发电 　　能转化为电能 风力发电 　　能转化为电能 火力发电 燃料的　　能转化为电能 太阳能发电 　　能转化为电能 核能发电 　　能转化为电能 干电池、蓄电池、锂电池 化学能转化为　　能 2.电能的利用及能量转化 电能的利用（用电器） 能量转化 电灯 电能转化为光能和　　能 电风扇、电动车 电能转化为　　能 热水器、电饭煲 电能转化为　　能 电视机 电能转化为光能和　　能 空调 电能转化为　　能 充电宝充电 电能转化为　　　能 3.电能的单位 （1）国际单位：　　，简称　　，符号是　　。 （2）常用单位：　　　，符号是　　　。即常说的“　　”。 （3）单位换算：1　　=1　　　=1×103W×3600s=　　　J 4.电功 电流所做的功叫　　，用W表示。 5.电能与电功的关系（实质） （1）电流做功的过程（用电器消耗电能）的过程，实质上就是电能转化为其他形式能量的过程。 （2）电流做了多少功就有多少电能转化为其他形式的能。即消耗了多少电能，获得了多少其他形式的能。 二、测量电功 1.电能表：计量用电器在一段时间内　　　　　的仪表。 10（100）A ：表示电能表的标定电流为　　A，额定最大电流为　　A。电能表工作时的电流不应超过额定最大电流。 220V：表示该电能表正常工作电压为　　V。 800imp /（kW·h）：表示接在这个电能表上的用电器，每消耗1kW·h的电能，电能表上的脉冲指示灯闪烁　　次。 50Hz：表示这个电能表在频率为　　Hz的交流电路中使用。 2.电能表的读数： 电能表可以显示表开始计数到读数时为止用户消耗的电能。 计量某段时间内消耗的电能，要记录这段时间起始和结束时电能表的示数，两次示数　　就是这段时间内的用电量。 10月用电量： 9149.9kW·h-9029.1kW·h ＝120.8kW·h＝　　度 3.利用电能表求消耗的电能 （1）电能表计算器上前后两次的示数之差，为这段时间内消耗的电能：即：　　　 （2）利用电能表的转数求电能 根据电能表转盘的实际转速n和电能表参数Nrevs/kw·h，可较精确的计算出某段时间内消耗的电能。即 三、节约用电 1. 地球一小时 “地球一小时”是一项全球性活动，号召人们在每年3月最后一个星期六的20：30～21：30熄灯一小时，以此引发人们对地球环境问题的思考。 2. 居民阶梯电价 为引导节约用电、合理用电，促进社会公平，促进绿色发展，我国自2012年7月1日起全面试行居民阶梯电价制度。 3. 一度电的作用 第2节 电功率 一、认识电功率 1. 比较电流做功快慢 【例题】把一盏电灯接在家庭电路中通电1h，消耗的电能是3.6×105J；把一只电炉接在家庭电路中通电1min，消耗的电能是6×104J。谁消耗的电能较多？谁消耗电能较快? 分析：分别求出电灯和电炉在1s（单位时间内）内消耗的电能多少，即可比较二者消耗电能的快慢。 解：在1s内，电灯内消耗的电能： 在1s内，电炉内消耗的电能： 由此可知，在相同时间内电炉消耗电能比电灯泡更快。即，比较电流做功的快慢，可以通过 2.电功率 （1）物理意义：电功率是表示电流做功快慢的物理量。 （2）定义：在物理学中，用电器消耗的电能W与通电时间t的比值叫电功率。即 （3）计算公式： （4）公式变形： （5）单位： ①国际单位：　　，简称　　，符号是 　　。 ②常用单位：千瓦（kW），毫瓦（mW） ③换算关系：1kW = 　　 W　　　1W = 　　mW 3.电功率和电功的区别: 电 功 电功率 物理意义 表示电流做功的　　 表示电流做功的　　 定义 电功等于电压、电流与通电时间的乘积 电功与时间之比 公式 W=UIt P=W/t=UI 单位 焦（J）、　　（kw·h） 瓦（w）、　　（kw） 二、电功率的大小 实验：电功率与电压、电流的关系 猜想与假设： 1.电功率可能跟电压有关，电压越高，电功率越大。 2.电功率可能跟电流有关，电流越大，电功率越大。 实验思路： 灯泡电功率的大小可通过灯泡的亮度粗略判断，要准确判断，需测量它两端的电压和通过的电流。根据控制变量法： 1.研究电功率跟电流的关系时，应设法控制电压不变。 2.研究电功率跟电压的关系时，应设法控制电流不变。 实验器材： 2.5 V、3.8 V 灯泡各1只、 电压表和电流表各1只、电池3节、开关1个、滑动变阻器1只、导线若干。 实验过程： （1）研究电功率跟电压的关系 　　根据电路图连接电路，将“2.5 V 0.3 A”和“3.8 V 0.3 A”的灯泡串联。比较两只灯泡的发光情况，并用电压表测量各灯泡两端的电压，分析电功率与电压的关系。 分析论证： 结论一：通过用电器的电流相同时，用电器两端的电压　　，电功率　　。 （2）研究电功率跟电流的关系 　　根据电路图连接电路，将“2.5 V 0.3 A”和“3.8 V 0.3 A”的灯泡并联。比较两只灯泡的发光情况，并用电流表测量通过两只灯泡的电流。分析电功率与电流的关系。 分析论证： 结论二：通过用电器的电压相同时，用电器两端的电流　　，电功率　　。 归纳总结： 拓展： （1）根据进一步的研究，可得：电功率等于电压与电流的　　。即 （2）电流在某段电路上所做的功，与这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间成　　，即 三、额定功率 1. 实验：比较灯泡的亮度 取 2.5V的灯泡， 按图连线。 调节滑动变阻器，使灯泡两端电压为2.5V，此时灯泡正常发光。 再分别使灯泡两端电压略大于或小于2.5V，比较不同电压下灯泡的亮度。 实验数据： 实验结论： 2.5 V、3.8 V 灯泡各1只、 电压表和电流表各1只、电池3节、开关1个、滑动变阻器1只、导线若干。 实验过程： 在不同的电压下，同一个小灯泡的亮度不同，电功率不一样；小灯泡的电功率随它两端的电压　　而　　。 2. 额定功率 （1）额定电压与额定功率及其相关物理量 项目 定义 说明 额定电压 用电器　　　　　时的电压 用电器铭牌上所标电压值 额定功率 用电器在 　　　　下工作时的电功率 用电器铭牌上所标功率值 额定电流 用电器 　　　　　时的电流 小电灯铭牌上所标电流值 实际电压 用电器 　　　　　 时的电压 可能等于额定电压也可能不相等 实际功率 用电器在 　　　　　下工作时的功率 可能等于额定功率也可能不相等 灯泡的亮度由　　　决定。 （2）额定功率与实际功率的区别 项目 额定功率 实际功率 概念 用电器在 　　　　下工作时的电功率 用电器在 　　　　下工作时的功率 变化情况 一个用电器只有一个额定电压和一个额定功率，是确定的，与实际电压无关。 用电器的实际功率是不确定的，随着它两端电压的改变而改变。 （3）一些用电器的额定功率 第3节 焦耳定律 一、电流的热效应 1.电流的热效应 生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫作　　　　　。 2. 实验：电功率与电压、电流的关系 猜想与假设： （1）有电流导体时，导体才会发热。则可能与通过导体的电流有关。 （2）电烤炉工作时，烤炉温度高，导线几乎不发热。则可能与导体的电阻有关 （3）电热水壶刚通电时，水并不能立即沸腾，而需要一定的时间。则可能与通电时间有关。 实验思路： 选取阻值不一样的电阻丝，如5Ω和10Ω的电阻丝，装入实验装置中，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。 实验过程： （1）电热与电阻的关系：如图两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？ 结论一：在电流相同、通电时间相同的情况下，一段电阻丝的电阻　　，电阻丝产生的热量　　。 （2）电热与电流的关系：选取阻值相同的两个5Ω电阻丝，装入两个透明容器中，并在其中一个容器的外部，并联一个阻值为5Ω电阻丝，则通过两个容器中电阻丝的电流不同。闭合开关，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？ 结论二：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一段电阻丝的电流　　，电阻丝产生的热量　　。 （3）电热与通电时间的关系：将一阻值为5Ω电阻丝，装入一个透明容器中。闭合开关，在通电时间相同的情况下，观察U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？ 结论三：电流通过导体产生的热量跟通电时间有关。通电时间　　，电阻丝产生的热量　　。 归纳总结： ①在电流相同和通电时间一定时，电阻　　，这个电阻产生的热量　　； ②在电阻和通电时间相同时，通过电阻电流　　，电阻产生的热量　　； ③在电流相同、电阻相同时，通电时间　　，这个电阻产生的热量　　。 理论探究： 两个定值电阻（R1＞R2）串联起来，接在电源上，通过它们的电流应该是相等的。通电一段时间后，假设电能全部转化为内能，对这两个电阻产生的热量，应用电功计算式和欧姆定律进行分析，我们能得出什么推论？ 结论：在电流和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟导体电阻成　　。 二、焦耳定律 焦耳定律 （1）定义：电流通过导体产生的热量跟电流二次方成　　，跟导体的电阻成　　，跟通电时间成　　，这个规律叫作　　　　　。 （2）表达式： 用I表示电流，R表示电阻，t表示时间，只表示热量，焦耳定律可以表示为 Q＝I2Rt （3）单位： I的单位用安(A)，R的单位用欧(Ω)，t的单位用秒(s)，Q的单位用焦(J)。 1J＝1A2·Ω·s （4）焦耳定律的理解 （5）运用焦耳定律公式的计算热量 【例 题】四个电阻器的电阻分别为R1、R2、R3、R4。如图甲所示，电阻为R1、R2的电阻器串联后接在电压为U的电路中；如图乙所示，电阻为R3、R4的电阻器并联后也接在电压为U的电路中。已知R1＝R3， R2＝R4，R1＞R2。 ①电阻为 R1 和 R2 的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多？ ②电阻为 R3 和 R4 的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多？ 答：①R1放出的热量更多；②R4放出的热量更多。 三、电热的利用与危害 1. 电热的利用 电流的热效应在生产生活中有着广泛的应用。 常见的家用电热器、孵化器、电烤箱、烘干机等也利用了电流的热效应。 2. 电热的危害 电流的热效应也可能产生危害。 例如，计算机、电视机工作时电流的热效应，导致温度过高，会影响其正常工作和使用寿命。故计算机、电视机的后盖都留有小孔，计算机还装有风扇。 第4节 跨学科实践　半导体与光伏发电 一、认识半导体 1. 半导体 （1）定义：半导体是导电性能介于导体和　　　之间的一些材料，如锗、硅、砷化镓等。 （2）特性：温度、光照、杂质等外界因素对半导体的导电性能有很大影响。 2. 常见半导体 （1）二极管和三极管 将N型半导体和P型半导体，两种类型的半导体以不同的方式结合，能制成二极管、三极管等各种半导体元器件。 发光二极管较常用，正负极易区分：长引脚为　　极，短引脚为　　极。 （2）二极管的导电性 发光二极管具有　　导电性 二、半导体的应用 　　半导体广泛应用于多个重要技术领域。某些半导体材料的导电性能受温度、光照、压力等影响而显著变化，某些半导体有特殊的光电特性，能在一定条件下释放光能。 　　人们利用半导体的这些特性，制成了热敏电阻、光敏电阻、力敏电阻等传感元件，以及二极管、三极管、整流器等电子元件，还发明了半导体激光器、LED 光源、太阳能电池、芯片等器件。 三、设计校园光伏发电项目方案 活动背景 1.认识光伏发电 （1）光伏发电的基本原理 通过半导体材料将太阳能直接转换为电能的技术，其核心器件为太阳能电池。 （2）光伏发电系统的构成 由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等组成。 2.光伏发电的前景 在我国的电源结构中，火电依然占据主导地位；而水电，作为常规能源中唯一的清洁能源，稳居第二位。风电发电量为9940.4亿千瓦时，占比9.88%;太阳能(光伏)发电则贡献了8390.4亿千瓦时，同比增长率高达43.6%占比达到8.32%。 活动方案 设计校园光伏发电项目方案，我们需要通过探究解决三个问题： （1）影响太阳能电池输出功率的因素有哪些？ （2）校园的地理、环境特征是怎样的？ （3）学校的用电需求是多少？ 实验：探究影响太阳能电池的输出功率的因素 【实验器材】 太阳能电池板2片、卤素光源1个、 滑动变阻器1只、电压表1只、电流表1只、开关1只、挡光板1片、导线若干。 【实验方案】 在不同条件下，测量太阳能电池的电压和电流，计算太阳能电池的输出功率，进一步确定影响太阳能电池的输出功率的因素。 【实验过程】 （1）改变光照强度，测量太阳能电池的电压和电流； （2）改变光源入射角度，测量太阳能电池的电压和电流； （3）改变2片太阳能电池板的连接方式，测量太阳能电池的电压和电流。 【实验结论】 （1）光照强度越大，太阳能电池的输出功率　　； （2）当光源　　入射时，太阳能电池的输出功率最大； （3）　　联连接时电流是　　联连接时的　　，电压是并联连接时的　　倍，两种连接方式的输出功率　　。 活动实施 1.测算学校屋顶光伏理论发电量及学校用电量 请各小组通过实地调查、网络查询和图书查阅，估算学校日常用电量，研究测算学校屋顶太阳能电池板的理论日发电量。 实际发电量估算方法 日发电量=组件标称功率×　　　　　×　　　　　（通常0.7-0.8） 2.确定太阳能电池板安装方式 查阅电子地图，记录学校所在位置及当日太阳高度角，模拟并测算出太阳能电池板最佳方位角及当日太阳能电池板倾角度数。 （1）位置选择： ①屋顶（混凝土或彩钢瓦）是常见选择，需确保承重能力（如100平方米屋顶可安装15-20千瓦系统），并检查防水性。 ②地面安装适用于大型系统，但需更多空间；墙面安装效率较低，不推荐。 ③避免树木、建筑物遮挡，确保光照充足。 （2）角度与方向设计： ①北半球朝南安装，南半球朝北，以最大化接收阳光。 ②倾斜角度根据当地纬度调整:纬度0°-25°设为25°，纬度26°-40°增加5°-10°(如北纬30°地区建议40°-45°)。 3.撰写学校屋顶光伏发电项目方案 搜集本地区自然环境特征资料，分析实际发电量少于理论发电量的原因，分析影响学校发电量的有利条件和不利条件，思考如何提高太阳能电池板的发电量，撰写项目方案。 4.交流展示 学科网（北京）股份有限公司 $ 第六章 电功率（知识清单） 思维导图 第1节 电功 一、电能与电功 1.电能的获取及能量转化 电能的获取 能量转化 水力发电 机械能转化为电能 风力发电 机械能转化为电能 火力发电 燃料的化学能转化为电能 太阳能发电 太阳能转化为电能 核能发电 核能转化为电能 干电池、蓄电池、锂电池 化学能转化为电能 2.电能的利用及能量转化 电能的利用（用电器） 能量转化 电灯 电能转化为光能和内能 电风扇、电动车 电能转化为机械能 热水器、电饭煲 电能转化为内能 电视机 电能转化为光能和声能 空调 电能转化为内能 充电宝充电 电能转化为机化学能 3.电能的单位 （1）国际单位：焦耳，简称焦，符号是J。 （2）常用单位：千瓦时，符号是kW·h。即常说的“度”。 （3）单位换算：1度=1kw·h=1×103W×3600s=3.6×106J 4.电功 电流所做的功叫电功，用W表示。 5.电能与电功的关系（实质） （1）电流做功的过程（用电器消耗电能）的过程，实质上就是电能转化为其他形式能量的过程。 （2）电流做了多少功就有多少电能转化为其他形式的能。即消耗了多少电能，获得了多少其他形式的能。 二、测量电功 1.电能表：计量用电器在一段时间内消耗的电能的仪表。 10（100）A ：表示电能表的标定电流为10A，额定最大电流为100A。电能表工作时的电流不应超过额定最大电流。 220V：表示该电能表正常工作电压为220V。 800imp /（kW·h）：表示接在这个电能表上的用电器，每消耗1kW·h的电能，电能表上的脉冲指示灯闪烁800次。 50Hz：表示这个电能表在频率为50Hz的交流电路中使用。 2.电能表的读数： 电能表可以显示表开始计数到读数时为止用户消耗的电能。 计量某段时间内消耗的电能，要记录这段时间起始和结束时电能表的示数，两次示数之差就是这段时间内的用电量。 10月用电量： 9149.9kW·h-9029.1kW·h ＝120.8kW·h＝120.8度 3.利用电能表求消耗的电能 （1）电能表计算器上前后两次的示数之差，为这段时间内消耗的电能：即：W=W后-W前 （2）利用电能表的转数求电能 根据电能表转盘的实际转速n和电能表参数Nrevs/kw·h，可较精确的计算出某段时间内消耗的电能。即 三、节约用电 1. 地球一小时 “地球一小时”是一项全球性活动，号召人们在每年3月最后一个星期六的20：30～21：30熄灯一小时，以此引发人们对地球环境问题的思考。 2. 居民阶梯电价 为引导节约用电、合理用电，促进社会公平，促进绿色发展，我国自2012年7月1日起全面试行居民阶梯电价制度。 3. 一度电的作用 第2节 电功率 一、认识电功率 1. 比较电流做功快慢 【例题】把一盏电灯接在家庭电路中通电1h，消耗的电能是3.6×105J；把一只电炉接在家庭电路中通电1min，消耗的电能是6×104J。谁消耗的电能较多？谁消耗电能较快? 分析：分别求出电灯和电炉在1s（单位时间内）内消耗的电能多少，即可比较二者消耗电能的快慢。 解：在1s内，电灯内消耗的电能： 在1s内，电炉内消耗的电能： 由此可知，在相同时间内电炉消耗电能比电灯泡更快。即，比较电流做功的快慢，可以通过 2.电功率 （1）物理意义：电功率是表示电流做功快慢的物理量。 （2）定义：在物理学中，用电器消耗的电能W与通电时间t的比值叫电功率。即 （3）计算公式： （4）公式变形： （5）单位： ①国际单位：瓦特，简称瓦，符号是 W。 ②常用单位：千瓦（kW），毫瓦（mW） ③换算关系：1kW = 103 W　　　1W = 103 mW 3.电功率和电功的区别: 电 功 电功率 物理意义 表示电流做功的多少 表示电流做功的快慢 定义 电功等于电压、电流与通电时间的乘积 电功与时间之比 公式 W=UIt P=W/t=UI 单位 焦（J）、千瓦时（kw·h） 瓦（w）、千瓦（kw） 二、电功率的大小 实验：电功率与电压、电流的关系 猜想与假设： 1.电功率可能跟电压有关，电压越高，电功率越大。 2.电功率可能跟电流有关，电流越大，电功率越大。 实验思路： 灯泡电功率的大小可通过灯泡的亮度粗略判断，要准确判断，需测量它两端的电压和通过的电流。根据控制变量法： 1.研究电功率跟电流的关系时，应设法控制电压不变。 2.研究电功率跟电压的关系时，应设法控制电流不变。 实验器材： 2.5 V、3.8 V 灯泡各1只、 电压表和电流表各1只、电池3节、开关1个、滑动变阻器1只、导线若干。 实验过程： （1）研究电功率跟电压的关系 　　根据电路图连接电路，将“2.5 V 0.3 A”和“3.8 V 0.3 A”的灯泡串联。比较两只灯泡的发光情况，并用电压表测量各灯泡两端的电压，分析电功率与电压的关系。 分析论证： 结论一：通过用电器的电流相同时，用电器两端的电压越大，电功率 越大。 （2）研究电功率跟电流的关系 　　根据电路图连接电路，将“2.5 V 0.3 A”和“3.8 V 0.3 A”的灯泡并联。比较两只灯泡的发光情况，并用电流表测量通过两只灯泡的电流。分析电功率与电流的关系。 分析论证： 结论二：通过用电器的电压相同时，用电器两端的电流越大，电功率越大。 归纳总结： 拓展： （1）根据进一步的研究，可得：电功率等于电压与电流的乘积。即 （2）电流在某段电路上所做的功，与这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间成正比，即 三、额定功率 1. 实验：比较灯泡的亮度 取 2.5V的灯泡， 按图连线。 调节滑动变阻器，使灯泡两端电压为2.5V，此时灯泡正常发光。 再分别使灯泡两端电压略大于或小于2.5V，比较不同电压下灯泡的亮度。 实验数据： 实验结论： 2.5 V、3.8 V 灯泡各1只、 电压表和电流表各1只、电池3节、开关1个、滑动变阻器1只、导线若干。 实验过程： 在不同的电压下，同一个小灯泡的亮度不同，电功率不一样；小灯泡的电功率随它两端的电压改变而改变。 2. 额定功率 （1）额定电压与额定功率及其相关物理量 项目 定义 说明 额定电压 用电器正常工作时的电压 用电器铭牌上所标电压值 额定功率 用电器在 额定电压下工作时的电功率 用电器铭牌上所标功率值 额定电流 用电器 正常工作时的电流 小电灯铭牌上所标电流值 实际电压 用电器 实际工作 时的电压 可能等于额定电压也可能不相等 实际功率 用电器在 实际电压下工作时的功率 可能等于额定功率也可能不相等 灯泡的亮度由实际功率决定。 （2）额定功率与实际功率的区别 项目 额定功率 实际功率 概念 用电器在 额定电压下工作时的电功率 用电器在 实际电压下工作时的功率 变化情况 一个用电器只有一个额定电压和一个额定功率，是确定的，与实际电压无关。 用电器的实际功率是不确定的，随着它两端电压的改变而改变。 （3）一些用电器的额定功率 第3节 焦耳定律 一、电流的热效应 1.电流的热效应 生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫作电流的热效应。 2. 实验：电功率与电压、电流的关系 猜想与假设： （1）有电流导体时，导体才会发热。则可能与通过导体的电流有关。 （2）电烤炉工作时，烤炉温度高，导线几乎不发热。则可能与导体的电阻有关 （3）电热水壶刚通电时，水并不能立即沸腾，而需要一定的时间。则可能与通电时间有关。 实验思路： 选取阻值不一样的电阻丝，如5Ω和10Ω的电阻丝，装入实验装置中，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。 实验过程： （1）电热与电阻的关系：如图两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？ 结论一：在电流相同、通电时间相同的情况下，一段电阻丝的电阻越大，电阻丝产生的热量越多。 （2）电热与电流的关系：选取阻值相同的两个5Ω电阻丝，装入两个透明容器中，并在其中一个容器的外部，并联一个阻值为5Ω电阻丝，则通过两个容器中电阻丝的电流不同。闭合开关，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？ 结论二：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一段电阻丝的电流越大，电阻丝产生的热量越多。 （3）电热与通电时间的关系：将一阻值为5Ω电阻丝，装入一个透明容器中。闭合开关，在通电时间相同的情况下，观察U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？ 结论三：电流通过导体产生的热量跟通电时间有关。通电时间越长，电阻丝产生的热量越多。 归纳总结： ①在电流相同和通电时间一定时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多； ②在电阻和通电时间相同时，通过电阻电流越大，电阻产生的热量越多； ③在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。 理论探究： 两个定值电阻（R1＞R2）串联起来，接在电源上，通过它们的电流应该是相等的。通电一段时间后，假设电能全部转化为内能，对这两个电阻产生的热量，应用电功计算式和欧姆定律进行分析，我们能得出什么推论？ 结论：在电流和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟导体电阻成正比。 二、焦耳定律 焦耳定律 （1）定义：电流通过导体产生的热量跟电流二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，这个规律叫作焦耳定律。 （2）表达式： 用I表示电流，R表示电阻，t表示时间，只表示热量，焦耳定律可以表示为 Q＝I2Rt （3）单位： I的单位用安(A)，R的单位用欧(Ω)，t的单位用秒(s)，Q的单位用焦(J)。 1J＝1A2·Ω·s （4）焦耳定律的理解 （5）运用焦耳定律公式的计算热量 【例 题】四个电阻器的电阻分别为R1、R2、R3、R4。如图甲所示，电阻为R1、R2的电阻器串联后接在电压为U的电路中；如图乙所示，电阻为R3、R4的电阻器并联后也接在电压为U的电路中。已知R1＝R3， R2＝R4，R1＞R2。 ①电阻为 R1 和 R2 的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多？ ②电阻为 R3 和 R4 的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多？ 答：①R1放出的热量更多；②R4放出的热量更多。 三、电热的利用与危害 1. 电热的利用 电流的热效应在生产生活中有着广泛的应用。 常见的家用电热器、孵化器、电烤箱、烘干机等也利用了电流的热效应。 2. 电热的危害 电流的热效应也可能产生危害。 例如，计算机、电视机工作时电流的热效应，导致温度过高，会影响其正常工作和使用寿命。故计算机、电视机的后盖都留有小孔，计算机还装有风扇。 第4节 跨学科实践　半导体与光伏发电 一、认识半导体 1. 半导体 （1）定义：半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的一些材料，如锗、硅、砷化镓等。 （2）特性：温度、光照、杂质等外界因素对半导体的导电性能有很大影响。 2. 常见半导体 （1）二极管和三极管 将N型半导体和P型半导体，两种类型的半导体以不同的方式结合，能制成二极管、三极管等各种半导体元器件。 发光二极管较常用，正负极易区分：长引脚为正极，短引脚为负极。 （2）二极管的导电性 发光二极管具有单向导电性 二、半导体的应用 　　半导体广泛应用于多个重要技术领域。某些半导体材料的导电性能受温度、光照、压力等影响而显著变化，某些半导体有特殊的光电特性，能在一定条件下释放光能。 　　人们利用半导体的这些特性，制成了热敏电阻、光敏电阻、力敏电阻等传感元件，以及二极管、三极管、整流器等电子元件，还发明了半导体激光器、LED 光源、太阳能电池、芯片等器件。 三、设计校园光伏发电项目方案 活动背景 1.认识光伏发电 （1）光伏发电的基本原理 通过半导体材料将太阳能直接转换为电能的技术，其核心器件为太阳能电池。 （2）光伏发电系统的构成 由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等组成。 2.光伏发电的前景 在我国的电源结构中，火电依然占据主导地位；而水电，作为常规能源中唯一的清洁能源，稳居第二位。风电发电量为9940.4亿千瓦时，占比9.88%;太阳能(光伏)发电则贡献了8390.4亿千瓦时，同比增长率高达43.6%占比达到8.32%。 活动方案 设计校园光伏发电项目方案，我们需要通过探究解决三个问题： （1）影响太阳能电池输出功率的因素有哪些？ （2）校园的地理、环境特征是怎样的？ （3）学校的用电需求是多少？ 实验：探究影响太阳能电池的输出功率的因素 【实验器材】 太阳能电池板2片、卤素光源1个、 滑动变阻器1只、电压表1只、电流表1只、开关1只、挡光板1片、导线若干。 【实验方案】 在不同条件下，测量太阳能电池的电压和电流，计算太阳能电池的输出功率，进一步确定影响太阳能电池的输出功率的因素。 【实验过程】 （1）改变光照强度，测量太阳能电池的电压和电流； （2）改变光源入射角度，测量太阳能电池的电压和电流； （3）改变2片太阳能电池板的连接方式，测量太阳能电池的电压和电流。 【实验结论】 （1）光照强度越大，太阳能电池的输出功率越大； （2）当光源垂直入射时，太阳能电池的输出功率最大； （3）串联连接时电流是并联连接时的一半，电压是并联连接时的2倍，两种连接方式的输出功率相同。 活动实施 1.测算学校屋顶光伏理论发电量及学校用电量 请各小组通过实地调查、网络查询和图书查阅，估算学校日常用电量，研究测算学校屋顶太阳能电池板的理论日发电量。 实际发电量估算方法 日发电量=组件标称功率×峰值日照小时数×系统效率（通常0.7-0.8） 2.确定太阳能电池板安装方式 查阅电子地图，记录学校所在位置及当日太阳高度角，模拟并测算出太阳能电池板最佳方位角及当日太阳能电池板倾角度数。 （1）位置选择： ①屋顶（混凝土或彩钢瓦）是常见选择，需确保承重能力（如100平方米屋顶可安装15-20千瓦系统），并检查防水性。 ②地面安装适用于大型系统，但需更多空间；墙面安装效率较低，不推荐。 ③避免树木、建筑物遮挡，确保光照充足。 （2）角度与方向设计： ①北半球朝南安装，南半球朝北，以最大化接收阳光。 ②倾斜角度根据当地纬度调整:纬度0°-25°设为25°，纬度26°-40°增加5°-10°(如北纬30°地区建议40°-45°)。 3.撰写学校屋顶光伏发电项目方案 搜集本地区自然环境特征资料，分析实际发电量少于理论发电量的原因，分析影响学校发电量的有利条件和不利条件，思考如何提高太阳能电池板的发电量，撰写项目方案。 4.交流展示 学科网（北京）股份有限公司 $