第十八章 电功率（培优复习课件）物理新教材人教版九年级全一册

九年级 全一册 人教版 第十八章 电功率 从林海雪原到江南水乡，从大漠戈壁到东海之滨，我国的高速铁路横跨江河湖泊、穿越崇山峻岭、通达四面八方，深刻地改变了人们的生活和出行方式。在京沪高铁、京津城际铁路、成渝高铁等线路上，复兴号动车组已达到350 km/h的商业运营速度。 我们怎样计算用电器消耗了多少电能？ 牵引供电系统是高速铁路运输的动力来源，复兴号动车组一小时消耗的电可以让一台家用空调工作约一年。 单元复习 1 电能 电功 01 电功率 02 焦耳定律 03 第十八章 电功率 本章思维导图 第十八章 电功率 电能 电功 电功率 焦耳定律 电热 电热的利 用和防止 能量 转化 为家庭节约用电提建议 应用 规律 跨学科实践 第1节 电能 电功 第十八章 电功率 知识一 电能 1. 电能的来源与能量转化 电能的来源 能量转化过程 干电池、蓄电池、锂电池 化学能转化为_____ 火力发电 燃料的_____能转化为电能 风力发电 ______能转化为电能 地热发电 _____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 电能 化学 机械 地热 太阳 核 知识一 电能 2. 电能的利用与能量转化 用电器 能量转化过程 电灯 电能转化为光能和____能 电动机（电风扇、电动车） 电能转化为_____能 电热器（热水器、电饭煲） 电能转化为____能 电视机 电能转化为______能、声能 空调 电能转化为____能 对手机充电 电能转化为_____能 内 机械 内 光 内 化学 知识一 电能 3. 电能的单位 1kW·h=3.6×106J （1）国际单位：焦耳，简称焦，用字母 J 表示。 （2）常用单位： 千瓦时，字母符号为 kW·h，也叫“度”。 （3）单位换算关系： 1度=1kW·h=1×103 W×3600s= 3.6×106 J 知识一 电能 4. 电能表 （1）作用：用来计量用电器在一段时间内消耗的电能。 （2）电能表的重要参数 符号或参数 物理意义 kW·h 电能表示数的单位为_______ 220V 表示该电能表正常工作电压为______伏. 10（20）A 表示这个电能表的标定电流为____，额定最大电流为_____。电能表工作时的电流不能超过额定最大电流. 3000r/kW·h 表示接在这个电能表上的用电器，每消耗1kW·h时的电能，电能表上的转盘转过_______转. 50Hz 表示这个电能表在频率为______的交流电路中使用. 千瓦时 220 10A 20A 3000 50Hz 知识一 电能 （3）电能表的种类 常见的电能表：机械式电能表、电子式电能表。 其中电子式电能表表盘上有一指示灯，标有“1600imp/（kW·h）”（不同型号的表，该数值不同）字样。其含义是指用电器每消耗lkW·h的电能，指示灯闪烁______次。 （4）电能表的读数 电能表计数器上显示的数字是表从开始到 读数为止用电器消耗的电能。示数：整数加 一位小数，如图所示为______ kW·h 。 1600 318.6 知识一 电能 （5）利用电能表求消耗的电能 ①电能表计数器上前后两次的示数之差就是用电器在这段时间内消耗的电能：W=W后-W前 ②利用电能表的转数求电能的方法 利用电能表转盘的实际转数n和电流表参数Nrevs/kW·h，可以比较精确的计算出某段时间内消耗的电能。即 W= ×3.6×106 J 如有一电表上标有“3000r/kW·h”的字样。一段时间内该电能表盘转了60转，则在这段时间内用电器消耗的电能为 W= = 7.2×104 J 知识二 电功 1. 电功的概念 （1）定义：电流所做的功叫做电功，用W表示。 （2）实质：电能转化为其他形式能的过程是电流做功的过程，有多少电能发生了转化就说电流做了多少功，即电功是多少。 电能是状态量：反映了做功的本领； 电功是过程量：反映了一段时间内电能转化或消耗电能的多少。 知识二 电功 2. 实验探究：影响电流做功多少的因素 （1）探究电功与电压的关系 ①把两盏规格不同的小灯串联在电路中，用电压表分别测量它们两端的电压，同时观察比较小灯的发光情况。 ②现象：电流与通电时间相同，两端电压较高的小灯较亮。 ③结论：在通过用电器的电流与 通电时间相同时，用电器两端的电压 越大，电流做功就越多。 知识二 电功 （2）探究电功与电流的关系 ①如图所示，把两盏规格不同的小灯并联，用电流表分别测量通过它们的电流，同时观察比较小灯的发光情况。 ②现象：电压与通电时间相同，通过电流较大的灯泡较亮。 ③结论：在用电器两端的电压与通电时间相同时，通过用电器的电流越大，电流做功就越多。 （3）进一步实验可得出： 电流所做功的大小与电压、电流、通电时间成正比. 知识二 电功 （1）物理学规定：电功等于电压、电流与通电时间的乘积。 （2）公式：电功=电压×电流×通电时间 W = UIt （3）国际单位：焦耳（J） 1J =1V × 1A × 1s 常用单位：千瓦时（kW·h） 1kW·h=3.6×106J 3. 电功的计算 知识二 电功 由W＝UIt 和欧姆定律 I＝ 可推导出电功的两个公式： W = t W＝I2Rt 提示： （1）W＝UIt 是普遍适用的公式；电功的两个推导公式只适用于________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。 4. 电功的推导公式 纯电阻 题型一、电能 【例题1】在下列有关实验中能量转化关系的描述中，不正确的是（　　） A．电热水壶工作时，电能主要转化为内能 B．风扇转动时，电能全部转化为机械能 C．给蓄电池充电时，电能转化为化学能 D．LED灯发光时，电能转化为光能和少量内能 B 【解析】A．电热水壶工作时，通过内部的电阻加热元件（如电阻丝）将电能转化为内能。故A正确，不符合题意； B．风扇转动时，电能大部分转化为机械能，还有一部分转化为内能，故B错误，符合题意； C．给蓄电池充电时消耗电能，把电能转化为化学能储存起来，故C正确，不符合题意；D．LED灯发光时，消耗了电能，电能转化为光能和少量内能，故D正确，不符合题意。故选B。 题型一、电能 【例题2】机场规定严禁携带超过160W·h的充电宝乘飞机，其中“W·h”是________（填物理量）的单位。小马同学某次带了一个充电宝，铭牌上写着电池容量10000mA·h/3.7V，则充满电后，此充电宝的容量是________W·h，他________（选填“能”或“不能”）携带此充电宝上飞机。 电能 【解析】机场规定严禁携带超过160W•h的充电宝乘飞机，其中“W•h”是功率单位与时间单位的乘积，由W=Pt可知，“W•h”是电能（电功）的单位。 充满电后，此充电宝的容量W=UIt=3.7V×10000×10-3A×1h=37W•h 37W•h＜160W•h，他能携带此充电宝上飞机。 37 能 题型二、电能表及其相关计算 【例题3】一位同学家中的电能表，月初示数为 ，月末示数为 ，则这个月该同学消耗的电能为_______度，如果当地家庭用电的收费标准是0.6元/kW·h，他家这个月的电费是 _______元。电能表上的参数为3000r/kW·h，电路中只有一个电饭煲在工作，铝盘10min内转了300圈，则电饭煲消耗的电能为 _________J，电饭煲的功率为 ________W。 50 3.6×105 30 600 【解析】 电能表的读数方法为月末的示数减去月初的示数，最后一位是小数，则这个月该同学消耗的电能为 W=268.1kW·h-218.1kW·h=50kW·h=50度 这个月电费为50kW·h×0.6元/kW·h=30元 3000r/kW·h表示电路中用电器每消耗1kW·h电能，电能表的转盘转过3000圈，现电能表10min内转了300圈，电饭煲消耗的电能为 根据公式P=W/t可知，电饭煲的功率为 题型二、电能表及其相关计算 题型三、电功及其计算 【例题4】小明和小华协作测量如图甲所示的家用养生壶的热效率（水吸收的热量与消耗电能之比），单独将该养生壶接入家庭电路中进行测试。该养生壶将1kg水从20℃加热到80℃的过程中，如图乙所示的电能表指示灯闪烁了160次。已知 ，求该过程中： （1）水吸收的热量； （2）养生壶消耗的电能； （3）养生壶的热效率。 题型三、电功及其计算 【解析】 （1）水吸收的热量 （2）养生壶消耗的电能 （3）养生壶的热效率 题型三、电功及其计算 【例题5】如图所示电路，电源电压保持不变，定值电阻R1=20Ω。闭合开关S，电流表A的示数为0.9A，电流表A1的示数为0.3A。求： （1）电源电压U； （2）通过定值电阻R2的电流I2； （3）通电10s，定值电阻R1消耗的电能W1。 题型三、电功及其计算 【解析】 （1）由电路图可知，R1、R2并联，电流表A测干路电流，电流表A1测通过R1的电流，电源电压为 U=U1=I1R1=0.3A×20Ω=6V （2）通过定值电阻R2的电流为I2=I-I1=0.9A-0.3A=0.6A （3）通电10s，定值电阻R1消耗的电能为 W1=UI1t=6V×0.3A×10s=18J 第2节 电功率 第十八章 电功率 知识一 电功率 （1）相同时间，比较电功的多少，电功越多，表示电流做功越快； （2）电功相同，比较所用的时间，用的时间越短，表示电流做功越快； （3）用电功与时间的比值表示电流做功的快慢，比值越大，表示电流做功越快。 1. 比较电流做功快慢的方法 知识一 电功率 （1）物理意义：是表示电流做功快慢的物理量。 （2）定义：电功率等于电功与时间之比。 （3）公式：电功率= P = P=UI （具有普遍意义） （4）电功率的推导公式: 由 P=W/t W=UIt I=U/R得 P= P=I2R （只适用于纯电阻电路） 2. 电功率 知识一 电功率 W—焦耳（J） t — 秒（s） P—瓦特（W） 1W=1J/s （5）电功率单位 国际单位：瓦特（W） 常用单位：千瓦（kW）、毫瓦（mW） 换算关系： 1kW = 103 W 1 W = 103 mW U —伏（V） I —安（A） P —瓦特（W） 1W=1V·1A P=UI P=W/t 知识一 电功率 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 单位 焦（J）、_____（kW·h） 瓦（W）、_____（kW） 多少 快慢 W=UIt P=W/t=UI 千瓦时 千瓦 知识二 额定电压 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 额定功率 用电器在__________下 工作时的电功率 额定电流 用电器________时的电流 实际电压 用电器_________时的电压 实际功率 用电器在__________下 工作时的功率 正常工作 额定电压 正常工作 实际工作 实际电压 用电器铭牌上所标电压值 用电器铭牌上所标功率值 小电灯铭牌上所标电流值 可能等于额定电压， 也可能不相等 可能等于额定功率， 也可能不相等 知识二 额定电压 额定功率 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 变化情况 用电器在实际电压 下工作时的功率 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。 用电器在额定电压 下工作时的功率 知识三 电功率的测量 1. 设计实验 （1）需要测定的物理量 根据公式P=UI，若求小灯泡的电功率，需测定小灯两端的电压与通过的电流。 用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，就可以计算出小灯泡的电功率，这种测量方法也叫做伏安法。 知识三 电功率的测量 （2）实验电路图 在电路中，使小灯泡与滑动变阻器串联，电压表与小灯并联，电流表串联在电路中。移动滑动变阻器的滑片，可以改变小灯泡两端的电压及通过的电流，使小灯泡在不同电压下发光。 A V L R S （3）选择实验器材 根据小灯泡的额定电压选择实验器材的规格。例如选用的小灯泡标有“2.5V 0.3A”，则电源至少需要2节干电池串联（电压为3V），电压表使用0～3V量程，电流表使用0～0.6A量程。 知识三 电功率的测量 实验次数 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 灯泡发光情况 1 2.5 2 2.0 3 2.9 0.44 0.65 0.81 正常 较暗 较亮 0.22 0.26 0.28 （4）数据处理 根据公式P=UI 计算出小灯泡的额定功率和实际功率。 知识三 电功率的测量 （1）当小灯泡的实际电压等于额定电压时，小灯泡的实际功率等于额定功率，小灯泡正常发光。 P额=UI=2.5V×0.26A=0.65W （2）当实际电压低于额定电压时，小灯泡的实际功率小于额定功率，小灯泡发光较暗。 （3）当实际电压高于额定电压时，小灯泡的实际功率大于额定功率，小灯泡发光较亮。 2. 实验结论 知识三 电功率的测量 电功率可以使用电力监测仪直接测量。它是目前能够直接完成电功率测量的专用设备，在工业场景和家庭日常用电监测中都有广泛应用。 便携式微型电力监测仪（功率计量插座）操作简单，只需插入插座再连接用电设备，就能直接在屏幕上读取当前有功功率，还可同时监测电压、电流、累计电量，适合家庭排查待机功耗、核算家电用电成本。 3. 使用电力监测仪直接测量电功率 【例题1】下列关于电功率的说法中正确的是 （ ） A．电功率是表示电流做功多少的物理量 B．电流通过用电器做的电功越快，电功率就越大 C．用电器在相同的时间内消耗的电能越多，电功率越大 D．额定功率大的用电器一定比额定功率小的用电器消耗的电能多 题型一、电功率 BC 【解析】 AB．电功率是表示电流做功快慢的物理量，电流做功越快，电功率越大，故A错误，B正确； C．由P=W/t得，时间t相同时，消耗的电能W越大，电功率P越大，故C正确； D．由W=Pt得，消耗电能多少由功率和工作时间共同决定，仅额定功率大无法判断消耗电能更多，故D错误。故选BC。 【例题2】使用一节干电池可以使教室墙上挂的石英钟连续工作近一年时间，迷你小风扇使用一节同样的干电池只能连续工作几小时。与石英钟相比，迷你小风扇（ ） A．消耗电能较多 B．消耗电能较少 C．实际功率较小 D．实际功率较大 题型一、电功率 D 【解析】 AB．两者使用的是同样的一节干电池，干电池储存的电能相同，因此消耗的电能相同，故AB错误； CD．根据公式P=W/t，消耗的电能W相同，迷你小风扇的工作时间远短于石英钟，所以迷你小风扇的实际功率更大，故C错误，故D正确。 故选D。 【例题3】某电热器铭牌上标有“220V 110W”的字样，用电器的额定功率是______W，额定电流是______A，正常工作时的电阻为______Ω。 题型二、额定功率与实际功率 110 【解析】 由铭牌“220V 110W”知电热器的额定电压U=220V，额定功率P=110W。 由公式P=UI得通过电热器的额定电流为 电热器的电阻为 0.5 440 【例题4】甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示，（灯丝电阻不随温度改变），下列说法中正确的是（　 　） A．甲灯的额定功率是220W B．两灯均正常发光时，乙灯消耗的电能较多 C．将甲乙两灯串联接入220V电路中，乙灯较亮 D．将甲乙两灯并联接入110V电路中，乙灯电功率为25W 题型二、额定功率与实际功率 D 【解析】 AB．由图可知，两灯的额定电压均为220V，甲灯的额定功率为25W，乙灯的额定功率为100W。根据可知，两灯均正常发光时，消耗的电能的多少与实际功率和工作时间有关，由于不知道工作时间，故两灯均正常发光时，乙灯消耗的电能不一定较多，故AB错误； C．灯丝电阻不随温度改变，甲灯的额定功率为25W，乙灯的额定功率为100W，且二者的额定电压均为220V，根据 可知R甲>R乙，将甲乙两灯串联接入220V电路中，串联电路中电流处处相等，根据P=I2R可知，甲灯的实际功率较大，可知甲灯较亮，故C错误； D．将甲乙两灯并联接入110V电路中，根据并联电路的电压特点可知乙灯两端的电压为110V，为额定电压220V的一半，则乙灯的实际功率 故D正确。故选D。 题型二、额定功率与实际功率 题型三、电功率的综合计算 【例题5】有一只标有“PZ220—40”的灯泡，接在220V家庭电路中，忽略温度对灯丝电阻的影响，求： （1）灯泡正常发光时的电阻？ （2）此灯泡正常工作1小时，消耗多少电能？ （3）若实际电压为110V，则灯泡的实际功率为多大？ 题型三、电功率的综合计算 【解析】 （1）灯泡正常工作的电阻 （2）灯泡正常工作1小时消耗的电能为 （3）实际电压为110V时灯泡的实际功率 题型三、电功率的综合计算 【例题6】电热暖手宝是生活中常见的取暖设备。某款电热暖手宝的主要参数如下图所示，其正常工作4min，恰好将袋内液体从10℃加热至32℃[袋内液体的比热容取4.2×103J/（kg⋅℃）]。求： （1）电热暖手宝正常工作时的电流； （2）袋内液体从10℃加热至32℃吸收的热量； （3）该过程中、电热暖手宝的加热效率。 题型三、电功率的综合计算 【解析】（1）根据参数可知，电热暖手宝正常工作时的电流为 （2）袋内液体从10℃加热至32℃吸收的热量为 （3）该过程中、电热暖手宝消耗的电能为 电热暖手宝的加热效率为 【例题7】小华用电压表、电流表、滑动变阻器、导线、开关及新的干电池等实验器材，测量额定电压为2.5V小灯泡L的额定功率。 （1）小华连接好实验电路，闭合开关S，发现小灯泡L发光暗淡，观察电压表、电流表均有示数，移动滑动变阻器的滑片P，电压表、电流表示数均不变，出现这种现象的原因是_______________________； （2）小华改正实验错误后，正确的电路图如图甲所示，在某次实验时发现电压表的示数为图乙，应_________________________________________以确定小灯泡L正常发光， 此时电流表示数如图丙 所示，则小灯泡L的额定 功率P=______W。 题型四、电功率的测量 0.75 将滑动变阻器的下面两个接线柱连入了电路 将变阻器的滑片向左移动，使电压表的示数是2.5V 题型四、电功率的测量 【解析】（1）闭合开关S，观察电压表、电流表均有示数，说明电路为通路，发现小灯泡L发光暗淡，说明电路中的电流过小，移动滑动变阻器的滑片P，电压表、电流表示数均不变，说明变阻器没有了变阻的作用，可能将滑动变阻器的下面两个接线柱连入了电路。 （2）由图乙可知，电压表的量程是0~3V，分度值是0.1V，电压表的示数是2V，灯泡正常发光的电压是2.5V，应增大灯两端的电压，减小变阻器分得的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，所以滑片向左端移动，使电压表的示数是2.5V，小灯泡L正常发光。 由图丙可知，电流表选择小量程，分度值为0.02A，示数大小为0.3A，灯的额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W 【例题8】如图甲是小明测量小灯泡电功率的电路，小灯泡额定电压为2.5V，电阻为10Ω左右。 （1）正确连接电路后闭合开关，改变滑动变阻器滑片位置，他根据测量数据画出了通过灯丝电流与其两端电压关系的图像如图乙。根据图像可得小灯泡的额定功率为______W。 题型四、电功率的测量 0.625 （2）在测量小灯泡电功率拓展实验过程中，电流表坏了，小明找来一只阻值合适的定值电阻R0，设计了如图丙电路图，操作步骤如下： ①断开S1，闭合S2，移动滑动变阻器滑片，使电压表示数等于小灯泡的额定电压U额； ②保持滑动变阻器滑片位置不变，断开S2，闭合S1，记下此时电压表示数为U； 则小灯泡额定功率表达式 P额=____________（用U额、U和R0表示）。 题型四、电功率的测量 题型四、电功率的测量 【解析】（1）由题意知，小灯泡额定电压为2.5V，由乙图可知，小灯两端电压为2.5V时，灯丝中电流为0.25A，则其额定功率为P=UI=2.5V×0.25A=0.625W （2）由图可知，断开S1，闭合S2，此时定值电阻、灯泡和滑动变阻器串联，电压表测灯泡两端电压，所以移动滑动变阻器滑片，使电压表示数等于小灯泡的额定电压U额；保持滑动变阻器滑片位置不变，断开S2，闭合S1，此时定值电阻、灯泡和滑动变阻器串联，电压表测灯泡和定值电阻两端的总电压，记下此时电压表示数为U；根据串联电路电压的特点可知，定值电阻两端的电压为U0=U-U额 根据串联电路电流的特点和欧姆定律可知， 小灯泡的额定电流为 则小灯泡额定功率表达式 第3节 焦耳定律 第十八章 电功率 知识一 电流的热效应 电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。 1. 电流的热效应 知识一 电流的热效应 （1）探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系。将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路，使用学生电源供电。 （2）闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。 2. 探究影响电流的热效应的因素 电流通过导体时电能转化成内能的现象。 1. 电流的热效应 知识一 电流的热效应 （3）按照图乙将密封容器、开关及电源连接起来。实验中在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3 ，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。 由于R3的分流作用，通过两个容器中电阻的电流不同：I1=2I2 知识一 电流的热效应 （4）闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒U形管液面的高度差的变化。 Δh 知识一 电流的热效应 实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间 关系 U形管液面 高度差⊿h 左 右 左 右 左 右 左 右 1（甲图） 相等 5 10 相等 2（乙图） 大 小 相等 相等 【收集证据】 大 大 小 小 知识一 电流的热效应 【实验结论】 （1）在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 （2）在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 （3）在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。 知识一 电流的热效应 用如图所示的装置也可以探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。请你对该装置进行评价。 该装置中，两个相同的烧瓶盛有质量相同、温度相同的同种液体；烧瓶内插有温度计，可以测量液体的温度。 烧瓶内部有两个阻值不同的电阻丝，组成串联电路接入电路中。 通过比较烧瓶内__________________可以探究影响电流通过导体产生热量的因素。 【交流讨论】 液体升高的的温度 知识二 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二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 （2）公式： Q = I2Rt  （3）公式中各物理量单位： I 表示电流，单位是安培（A） R 表示电阻，单位是欧姆（Ω） t 表示时间，单位是秒（s） Q表示热量，单位是焦耳（J） 知识二 焦耳定律 2. 推导焦耳定律   电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么电流产生的热量Q = W  因为电功 W = UIt   根据欧姆定律 U=IR 所以 Q = W = UIt = I2Rt 可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。 知识二 焦耳定律 3. 电功与电热的区别与联系 （1）电功与电热的区别 电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，也表示有多少电能转化为其他形式的能。电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。 两者表示的意义不同，是两个不同的概念。 知识二 焦耳定律 （2）电功与电热的联系 ①纯电阻电路 该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即电热等于电功 Q热量=W Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt 这些公式适用于纯电阻电路。 ②非纯电阻电路 在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能 ，即电热小于电功 Q热量＜W 。 W总＝UIt =W机械能＋Q热量 知识二 焦耳定律 推导公式 电功 电功率 焦耳定律 适用条件 基本公式 W=UIt P=UI Q=I2Rt 普遍适用 纯电阻电路 Q=W 4. 电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围 W=t=I2Rt P==I2R Q=t=UIt 知识三 电热的利用和防止 1. 电热的利用 电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，电热器的主要部分是发热体，用电阻率大、熔点高的金属导线制成的。家中的热水器、电饭煲、电熨斗，养鸡场中的孵化器等都是利用电热的例子。 2. 电热的防止 有些用电器工作时将电能转化为其他形式能的过程中，总有一部分转化为内能。例如电视机、计算机、电动机等用电器工作时都不可避免地发热，这既浪费能源，同时又使导线温度升高，绝缘材料会老化，造成短路烧毁用电器，这就需要散热。 因此很多家用电器采用设置散热孔、散热片或在发热体部分安装电风扇等方法散热。 【例题1】（多选题）如图是“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器内密封着等量的空气，所用电源电压相同。下列说法正确的是（　　） A．该实验装置利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝产生热量的多少 B．乙实验用来探究电流产生的热量与电阻大小的关系 C．将甲实验密封容器外的电阻由5Ω换成10Ω，不能研究电流产生的热量与电流的关系 BD 题型一、探究影响电流热效应的因素 D．相同时间内，甲实验中左侧U形管比右侧U形管的液面高度差大 【解析】A．电流通过电阻丝产生热量，会使容器内空气受热膨胀，从而导致U形管中液面出现高度差，所以该实验利用密闭容器内空气受热膨胀引起U形管液面高度差变化来反映电阻丝产生热量的多少，故A错误； B．乙实验中两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，电阻分别为5Ω和10Ω（电阻不同），因此实验探究的是电流通过导体产生的热量与导体电阻的关系，故B正确； C．将甲实验密封容器外的电阻由5Ω换成10Ω，左右两侧密闭容器内电阻仍相等，且左侧容器内电阻丝通过的电流等于右侧容器内外电阻丝通过电流之和，即左侧容器内电阻丝通过的电流与右侧容器内电阻丝通过的电流不等，在时间相等时，可用来研究电流产生的热量与电流的关系，故C错误； D．通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器中电阻的电流，在其他条件相同时，左侧电阻产生的热量大于右侧电阻产生的热量，因此左侧U形管中液面的高度差比右侧的大，故D正确。 故选BD。 题型一、探究影响电流热效应的因素 【例题2】小强用如图装置，探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系：甲、乙两个相同的烧瓶中盛有等质量等初温的煤油，烧瓶中电阻丝的阻值分别为R甲和R乙，且R甲˂R乙。 （1）甲、乙两电阻串联的目的是为了控制通电时间和_____________相同，通电一段时间后，小强通过观察比较温度计示数的变化情况来比较两电阻的发热量，这是实验方法中的______法。 当观察到乙瓶中的温度计示数升高得快， 由此得出的实验结论是：______。 在电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，电流产生的热量越多 题型一、探究影响电流热效应的因素 通过电阻的电流 转换 （2）将甲中的煤油，换成等质量等初温的水，并更换甲中的电阻丝，使R甲=R乙，保持两电阻串联的连接方式不变，通电后可以观察到烧瓶______（选填“甲”或“乙”）中的液体升温更快。比较同一时刻水和煤油的吸热量：______（选填“水多”、“煤油多”或者“一样多”）。 （3）由此可以得出结论：______的吸热能力更强。 题型一、探究影响电流热效应的因素 乙 水 一样多 【解析】（1）串联电路电流处处相等，将甲乙电阻丝串联，能控制电流、通电时间相同，只改变电阻大小，用控制变量法探究电流通过导体时产生热量与电阻的关系。 电流产生的热量无法直接观测，煤油吸热升温，温度计示数变化反映产热多少，将不易测量的热量转换为易观察的温度变化，是转换法。 乙电阻更大，温度计升温更快，说明乙产热更多；由此得出的实验结论：在电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，电流产生的热量越多。 （2）更换后R甲=R乙，串联电流、通电时间相同，两电阻放热相等；甲中是水，乙中是煤油。水的比热容c水>c煤油，根据Q吸=cmΔt，Q吸、m相同时，比热容越小，温度变化Δt越大，煤油升温更快，所以乙升温快。 两电阻丝阻值相等、串联，电流与通电时间完全相同，由Q=I2Rt可知，两根电阻丝放出的热量相等；液体吸收的热量等于电阻丝放出的热量，因此水和煤油吸收热量一样多。 （3）相同质量的水和煤油吸收相等热量，水升温幅度更小，说明升高相同温度时水能吸收更多热量，因此水的吸热能力更强。 题型一、探究影响电流热效应的因素 【例题3】用甲、乙两根电热丝（R甲>R乙）烧水，若电源电压不变，在其他条件相同的情况下，下列情形中可使水温升高得最快的是（      ） A．只使用甲 B．只使用乙 C．两根串联 D．两根并联 D 题型二、焦耳定律及其应用 题型二、焦耳定律及其应用 【解析】水温升高最快对应电热丝总发热功率最大，纯电阻电路发热功率公式为P=U2/R，电源电压U不变，总电阻R越小，总功率P越大。根据串并联电阻规律可知，串联总电阻大于任意分电阻，并联总电阻小于任意分电阻，结合R甲>R乙，可得四种连接方式总电阻大小关系为R串>R甲 >R乙>R并，故并联时总功率最大，水温升高最快，ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 【例题4】将规格都是“220V 400W”的一台电风扇、一台电视机和一把电熨斗分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（　 　） A．电风扇产生的热量最多 B．电视机产生的热量最多 C．电熨斗产生的热量最多 D．三个用电器产生的热量一样多 C 题型二、焦耳定律及其应用 题型二、焦耳定律及其应用 【解析】三个用电器的额定功率均为400W，通电时间相同。根据公式 W=Pt，三个用电器消耗的电能相等。然而，不同用电器将电能转化为其他形式能量的比例不同：电风扇主要将电能转化为机械能，仅少量转化为热能；电视机将电能主要转化为光能，部分转化为热能；电熨斗是利用电流的热效应工作的，将电能转化为热能。因此，电熨斗产生的热量最多，而电风扇和电视机产生的热量较少。 故C正确，ABD错误。 故选C。 【例题5】如图甲是一款车载电热水杯，将其插头插在汽车电源上就可以使用，简单方便。该水杯有高、低两个挡位，图乙为其简化电路图，汽车电源电压为12V，电阻R1的阻值为4Ω。求： （1）开关S闭合、S1断开时，电路中电流为2A，则R2阻值是多少？ （2）开关S、S1闭合时，工作10min，电阻R1产生的热量为多少？ 题型三、有关电热的综合计算 2Ω 21600J 题型三、有关电热的综合计算 【解析】（1）当开关S闭合、S1断开时，电阻R1和R2串联在电路中。根据欧姆定律，电路的总电阻为 R=U/I=12V/2A=6Ω 根据串联电路电阻的特点，R2的阻值为R2=R-R1=6Ω-4Ω=2Ω （2）当开关S、S1都闭合时，电阻R2短路，电路中只有电阻R1工作。此时通过R1的电流为 根据焦耳定律，电阻R1产生的热量为 　课堂巩固与总结 第十八章 电功率 课堂巩固 1. 如图是小明家里用的电能表，电能表的部分参数及上月末的示数如图所示。下列有关说法正确的是（　　） A．指示灯闪烁越快，电能表在电路消耗的电能越多 B．小明家上月消耗的电能为772.3kW⋅h C．断开其它用电器，只让洗衣机单独工作2min，指示灯闪烁32次，此时洗衣机的功率为300W D．小明家同时工作的用电器的总功率不能超过2200W C 课堂巩固 【解析】A．指示灯闪烁快慢反映的是用电器的功率大小，但“消耗的电能”还与时间有关，仅闪烁快，不能说明消耗的电能多，故A错误。 B．电能表的示数仅表示当前示数为772.3kW·h，但题目未给出上月初的示数，无法计算上月消耗的电能，故B错误。 C．电能表参数“3200imp/(kW·h)”表示每消耗1kW·h电能，指示灯闪烁3200次。 洗衣机消耗的电能：W=32/3200 kW·h=0.01kW·h 工作时间：t=2min=1/30h 功率： 故C正确。 D．电能表参数“220V 10(20)A”中，“20A”是最大允许电流，总功率最大值： Pmax=UI=220V×20A=4400W，并非2200W，故D错误。故选C。 课堂巩固 2. 如图所示是某同学设计的探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置。两个透明容器中分别接入了不同阻值的电阻丝R1和R2且密封着等量的空气。将导线a和b接入电路进行实验，下列说法正确的是（      ） A．右侧容器中导体R2产生的热量较多 B．R1和R2两端的电压可能相等 C．图中装置能探究电流通过导体产生的热量与电流的关系 D．用图中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象 D 课堂巩固 【解析】A．两电阻串联，电流I和通电时间t相同，左侧U形管液面高度差较大，说明左侧电阻丝R1产生的热量多， 故A错误； B．两电阻串联，电流I相同，根据U=IR，因R1≠R2，故U1≠U2，故B错误； C．装置中两电阻串联，控制电流 I和通电时间t相同，改变电阻R，探究的是热量与电阻的关系，故C错误； D．电炉丝与导线串联，电流I和通电时间t相同，电炉丝电阻R炉大于导线电阻R线，由Q=I2Rt可知 Q炉˃Q线，图中实验结论能解释该现象，故D正确。 故选D。 课堂巩固 3. 如图是电动汽车动力系统示意图，汽车行驶时，通过改变滑动变阻器的阻值来调节电动机转速，从而改变行驶速度，当汽车速度最大时电压表的示数为180V，电流表的示数为15A，此时电动机消耗的功率为__________W，若电动机的内阻为0.4Ω，则电动机内阻的发热功率为_________W，电动机的效率是______。 2.7×103 90 96.7% 课堂巩固 【解析】由图可知，电动机和滑动变阻器串联，电压表测量电动机两端的电压，电流表测量电路电流。 电动机消耗的功率为P=UI=180V×15A=2700W 电动机内阻的发热功率为 电动机的机械功率为 电动机的效率为 81 课堂巩固 4. 如图甲是某品牌的电吹风，图乙为电吹风的电路原理图，其中电热丝通电后可以发热，电动机通电后可以送风，当选择开关接在C、D位置时，电吹风处于关停状态。其中冷风吹干的额定功率为110W，热风烘干的额定功率是660W，额定电压为220V。 （1）热风烘干时，通过电热丝的电流是多少？ （2）若在热风烘干状态下正常工作5min，则电热丝产生的热量是多少？ （3）若在热风烘干状态下正常工作10min，图丙所示的电能表转过多少转？ 课堂巩固 【解析】（1）由图乙可知，通过旋转选择开关实现冷风吹干衣物时，此时电路为电动机的简单电路，冷风吹干的额定功率为110W；通过旋转选择开关实现热风烘干衣物时，电热丝和电动机同时并联，热风烘干的额定功率是660W，额定电压为220V，由于并联电路各支路互不影响，所以电热丝正常工作的功率为 PR=P热-P冷=660W-110W=550W 通过电热丝的电流 （2）在热风烘干状态下正常工作5min，电热丝产生的热量是 QR=PRt=550W×5×60s=1.65×105J （3）在热风烘干状态下正常工作10min，消耗的电能为 W=P热t=660W×10×60s=3.96×105J=0.11kW·h 3000r/kW⋅h表示电路每消耗1kW⋅h的电能，电能表的转盘转过3000r，故电吹风消耗0.11kW·h的电能时，电能表转盘转过的圈n=0.11kW⋅h×3000r/kW⋅h=330r 课堂巩固 5. 如图所示的电路中，电源电压恒定，R1、R2均为定值电阻，R1的阻值为5 Ω。 （1）闭合开关S1、断开开关S2，电流表示数为0.6A，求电源电压； （2）闭合开关S1、S2，电流表示数为0.9A，求电阻R2的阻值； （3）闭合开关S1、S2，通电10s，求电路产生的热量。 课堂巩固 【解析】（1）闭合S1、断开S2时，电路为仅R1的简单电路，电流表测通过R1的电流。 可得电源电压 U=I1R1=0.6A×5Ω=3V （2）闭合S1、S2时，R1与R2并联，电流表测干路总电流。 并联电路各支路独立工作，因此通过R1的电流仍为I1=0.6A；根据并联电路电流规律，通过R2的电流I2=I-I1=0.9A-0.6A=0.3A 并联电路各支路电压等于电源电压，由欧姆定律可得R2的阻值   （3）由于该电路为纯电阻电路，所以电路总热量 Q=W=UI总t=3V×0.9A×10s=27J 课堂巩固 6. 如图甲是某家用电暖器，图乙是其工作原理图。R1、R2是电热丝，且R1˂R2，R2=60.5Ω。工作时它有高温、中温、低温三个挡位，中温挡功率为1100W。【c空气=1.0×103J/(kg⋅°C)】 （1）该电暖器低温挡的功率是多少； （2）电阻丝R1的阻值是多大； （3）若房间内空气质量为60kg，用该电暖器的高温挡正常工作20min，放出的热量50%被房间内的空气吸收，可使此房间空气的温度升高多少。 800W 19°C 44Ω 课堂巩固 【解析】（1）由图可知当开关拨至bc上时，只有电阻R2接入电路，电路中电阻最大，此时处于低温挡，低温挡的功率 （2）当开关S拨至de上时，电路中只有R1接入电路，此时电路处于中温挡，电阻丝R1的阻值 （3）当开关S拨至cd上时，电阻R1与R2并联接入电路，此时处于高温挡。 高温挡的功率P高=P低+P中=800W+1100W=1900W 高温挡工作20min放出的热量 Q放=W=P高t=1900W×20×60s=2.28×106J 空气吸收的热量Q吸=ηQ放=50%×2.28×106J=1.14×106J 空气升高的温度 课堂小结 一、重点： 1. 电能和电能的计量。 2. 电功率的概念。 3. 用伏安法测量小灯泡实际功率的方法和步骤。 4. 焦耳定律的理解及应用。 二、难点： 1. 电功概念。 2. 额定电压与实际电压、额定功率与实际功率的区别。 3. 焦耳定律的理解及应用。 谢谢观看 $