1、专项四 电学重难点16 电功、电功率【知识梳理】1.电功、电功率、电热物理量定义符号国际单位主要计算公式联系电功电流所做的功W焦耳（焦），符号：JW=UItW=Pt电功率单位时间内用电器所做的功P瓦特（瓦），符号：WP=UIP=W/t电热电能转化为内能（热效应）Q焦耳（焦），符号：JQ=I2Rt当电能全部转化为内能时，有Q=W2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。数学表达式：Q=I2Rt。3.额定功率和实际功率：用电器正常工作时的电压，叫额定电压；此时的功率，为额定功率；额定电压和额定功率都只有唯一确定值，不随电压、功率的改变而改变。实际
2、电压，决定实际功率，一一对应。实际电压与额定电压实际功率与额定功率U实U额P实P额U实=U额P实=P额U实U额P实P额4.测量小灯泡的电功率的原理：P=UI.5.主要计算公式和比例计算中的比例式物理量计算公式串联电路中比例并联电路中比例电功W=UItW=PtW1:W2=R1:R2;W总=W1+W2W1:W2=R2:R1W总=W1+W2电功率通用：P=UI;P=W/t。适用于纯电阻：P=I2R;P=U2/R。P1:P2=P1:P2P总=P1+P2P1:P2=P2:P1P总=P1+P2实际功率通用：P实=U实I实。适用于纯电阻：P实=I实2R;P=U实2/R。电热通用：Q=I2Rt适用于纯电阻：Q
3、=U2R/t.Q1:Q2=R1:R2;Q总=Q1+Q2Q1:Q2=Q2:Q1Q总=Q1+Q26.利用电能表测电功、电功率假设电能标有M转/Kw.h,电能表在t时间内转过N转，则电功 W=kW.h=3.6106J.电功率为P=W。【解题思路】1.总的来说，思考方法与欧姆定律的基本相同，要注意的是注意公式的使用范围。2.测小灯泡电功率的实验中不能对不同电压下的电功率求平均值。最高电压不要超过额定电压的1.2倍。电表量程的选择：额定电压的大小决定电压表的量程，电压表的量程要高于额定电压。求额定功率时，一定要用额定电压去乘以额定电压下的电流值。3.电热问题的解题思路（1）串联式电加热典型电路图只闭合S
4、，R2工作，低温档； S、S0同时闭合，高温档。R1、R2并联。（2）并联式电加热典型电路图只闭合S，R2工作，低温档； S、S0同时闭合，高温档。R1、R2并联。4.图像分析：主要是小灯泡的伏安曲线。在考虑灯丝电阻随温度改变的题目中，一般用伏安曲线给出小灯泡的电阻。在相应的计算中，要根据图像获取灯泡的电阻或者功率。【真题再现】1.（2019山东菏泽）下列电器中，利用电流热效应工作的是（）A电风扇B电暖气C电视机D电磁继电器【答案】B【简析】电风扇的电动机工作时主要把电能转化为机械能，A错。 电暖气工作时把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，B正确。 电视机主要是把电能转化为光能和声能，C
5、错。 电磁继电器主要利用了电流的磁效应工作的，D错。2.（2019浙江宁波）某些金属在温度降到一定值时，其电阻会突然消失，这种现象称为超导现象。假设白炽灯的灯丝、电风扇的线圈、电水壶和电熨斗的电热丝都用超导材料制作，通电时能正常工作的是（）B 电风扇A 白炽灯 B.白炽灯 C.电水壶 D.电熨斗【答案】B【简析】白炽灯灯丝、电水壶、电熨斗都是利用电流的热效应工作的，如果导体没有电阻，当用电器通电时，用电器不会产生电热，它们都无法工作。电风扇主要是电动机工作，将电能转化为机械能和内能，假设导体没有电阻，当电动机通电时，电动机不会产生电热，电能全部转化为机械能，效率更高更好，B正确。3.（2019
6、浙江宁波）如图所示，电源电压恒定，当开关S1和S2断开、S3闭合时，电压表的示数是2.0V，电流表的示数是0.1A，当开关S1和S2闭合、S3断开时，电压表的示数是6.0V，则此时（）A电路总电阻为60B电流表读数为0.3ACR2的功率为0.9WD1min内电路消耗的总电能为108J【答案】C【简析】（1）当开关S1和S2闭合、S3断开时，R1与R2并联，电压表测电源两端的电压，则电源两端的电压U6.0V；当开关S1和S2断开、S3闭合时，R1与R2串联，电压表测R1两端的电压，电流表测电路中的电流，由I可得R120；R2两端的电压：U2UU16.0V2.0V4.0V，则R2的阻值R240。（
7、2）当开关S1和S2闭合、S3断开时，R1与R2并联，电压表测电源两端的电压，电流表测干路电流，电路的总电阻R12，A错。干路电流表的读数I0.5A，B错。因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，R2的功率P21.2W，C正确。1min内电路消耗的总电能Wt60s180J，D错。4.（2019天津市）现有一个电压不变的电源，两个定值电R1、R2先将这两个电阻以某种形式连接到电源上，R1消耗功率为P0；再将它们以另一种形式连接到该电源上，R1消耗功率为9P0两种连接形式中均有电流通过R2，则先后两种连接形式中（）A.R1两端的电压比为1：2B.R1两端的电压比为1：3C. R2消耗的功率比为1：
8、9D.R2消耗的功率比为2：9【答案】B【解析】（1）将这两个电阻以某种形式连接到电源上，R1消耗功率为：P0=;另一种形式连接到该电源上R1消耗功率为：9P0=;比较两式可得：=9，解得R1两端的电压比为U1：U1=1：3，A错，B正确。（2）因为R1、R2接到同一电源上，且第2次R1两端的电压更大，所以，第一种以串联方式连接；第2次以并联方式连接，如下图：则由并联电路的特点和前面的解答可得，电源电压U=U1=3U1；因为串联电路两端电压等于各部分电压之和，所以，串联时，R2两端的电压U2=U-U1=3U1-U1=2U1，并联时，R2两端的电压U2=U=3U1；则第一种连接时，R2消耗的功率
9、：P2=；第二种连接时，R2消耗的功率：P2=；则=（）2=（）2=，C、D错。5.（2019山东枣庄）在如图所示的电路中，电源电压为4.5V保持不变，电压表量程03V，电流表量程00.6A，滑动变阻器R的规格是“10 1A”，灯泡L标有“2.5V 0.5A”字样，若闭合开关S，两电表示数均不超过所选的量程，灯泡两端电压不允许超过额定电压，不考虑灯丝电阻的变化，则下列说法正确的是（）A电流表的示数变化范围0.3A0.6AB灯泡消耗的最小功率为0.9WC电路消耗的最大总功率为2.7WD滑动变阻器允许调节的阻值范围是410【答案】D【简析】由图可知：灯泡和滑动变阻器是并联的，电流表测量整个电路电流
10、，电压表测量灯泡的电压。灯泡电阻RL5。当滑动变阻器向左移动时，电路中最大电流为0.5A，因为要照顾元件中最小的电流值，否则会烧坏最小电流的用电器。当滑动变阻器电阻最小时，电流表示数I最小=0.5A。当电流为0.5A时，灯泡正常工作，电压表测量灯泡电压，所以电压表示数为2.5V。此时滑动变阻器电阻R最小4。当滑动变阻器电阻最大时，电路电流最小电流表不会被烧坏，电压表示数也变小也不会被烧坏，所以滑动变阻器可以取最大值10。所以滑动变阻器允许调节的阻值范围是410。电路电流为I总0.3A；电压表示数为：ULI总RL0.3A51.5V,滑动变阻器可以取最大值为10。综合上面的种情况可得：电流表的示数
11、变化范围0.3A0.5A，A错。灯泡的最小电流为0.3A，最小电压是1.5V，灯泡消耗的最小功率：PUI总1.5V0.3A0.45W，B错。电源电压是4.5V，最大电流是0.5A，电路最大功率：PUI4.5V0.5A2.25WC错误。滑动变阻器的电阻变化范围是410，D正确。6.（2019湖南邵阳）李芳家的电子式电能表表盘上标有“3000imp/（kWh）”的字样，其含义是电路每消耗lkWh的电能，电能表上指示灯闪烁3000次。她把家中的其他用电器都与电源断开，仅让一个用电器工作3min，发现电能表指示灯闪烁了60次。该用电器在上述时间内消耗的电能为 kWh。【答案】0.02【简析】由电能表的
12、盘上标有“3000imp/（kWh）”，可知电路中每消耗1kWh的电能，电能表的指示灯闪烁3000次。指示灯闪烁60次消耗的电能W=kW.h= kW.h=0.02 kW.h。7.（2019山东威海）将分别标有“6V，6W“和“3V，3W”的甲、乙两只灯泡串联接在电压为3V的电源两端， 灯更亮；若并联接在该电源两端，两灯消耗的功率之比P甲：P乙 。（忽略温度对灯丝电阻的影响）【答案】甲 1：2【简析】（1）由P可得，两灯的电阻分别为：R甲6，R乙3。若两灯串联，因串联电路中电流处处相等，R甲R乙，由PI2R可得P甲实P乙实，所以甲灯比乙灯更亮。（2）若并联接在该电源两端，并联电路中各支路两端电压
13、相等，即U并甲U并乙，由PUI可得，两灯消耗的功率之比：P并甲：P并乙：。8.（2019天津市）如图甲所示的电路，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器滑片P从a端移动到b端的整个过程中，电流表示数I与电压表示数U的关系图象如图乙所示。则电阻R1的阻值为_；当变阻器滑片P处于a端时，电阻R1消耗的电功率为_W。【答案】10 0.1【简析】由甲图可知，定值电阻R1与滑动变阻器R2串联，电压表测R1两端的电压，电流表测电路中的电流。（1）当滑片位于b端时，电路为R1的简单电路，电压表测电源电压，此时电路中的电流最大，由乙图可知，电源电压U=3V，此时R1两端的电压U1=U=3V，电路中的电流I=
14、0.3A，R1=10。（2）当滑片位于a端时，R1、R2串联，电压表测R1两端的电压，由乙图象可知，此时电路中的电流I=0.1A时，R1两端的电压U1=1V，电阻R1消耗的电功率P1=U1I=1V0.1A=0.1W。9.在“探究电流产生的热里与哪些因素有关”的实验中，提供了如图的实验器材，其中R1R2。实验一：探究电流产生的热量与电阻的关系：（1）请按照图中的电路图将对应实物图连接完整；（2）电路中电阻丝的连接方式是为了控制_；电阻丝放出热量的多少，通过_来进行判断：（3）闭合开关，经过一定时间，用电阻丝R1热的煤油温度升高了t1，用电阻丝R2加热的煤油温度升高了t2，那么t1_t2（选填“大
15、于”，“等于”或“小于”）实验二：探究电流产生的热量与电流的关系（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑动触头，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝R1（或R2）加热的煤油，温度升高t1（或t2_2t1（或2t2）（选填“大于“等于”或“小于”），该实验说明电流产生的热量与电流的_正比例关系。（5）你认为做这个实验产生误差的主要原因是 。【答案】（1）（2）电流和通电时间相等 温度升高的示数 （3）大于 （4）大于 不成正比 （5）两瓶煤油的质量大小是否相等【简析】（1）探究电流产生的热量与电阻的关系，要使电流和通电时间相同，电阻不同，所以需要将R1和R2串联在电
16、路中。滑动变阻器的连接要“一上一下”接入电路，这里已经接好上面的接线柱，所以需将下面的一个接线柱接入电路，综合分析如上图所示。（2）将R1和R2串联在电路中，利用“串联电路中电流处处相等，同时工作，同时不工作”的特点来控制“电流”和“通电时间”这两个变量。这里比较电阻放热的多少，是通过加热等质量的煤油，让其温度升高的多少来间接判断的，使用了“转换法”。（3）因为R1R2，在电流和通电时间相等时，根据焦耳定律，电阻大的放热多，所以t1大于t2。（4）根据焦耳定律，在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多，所以t1（或t2大于2t1（或2t2）。（5）本实验的误差主要来源于两容器的质量和煤
17、油的质量是否相等。10.在小明“测量小灯泡的电功率”的实验中，有如下器材：电源为两节新的干电池，小灯泡额定电压为2.5，阻值约为10，滑动变阻器上标有“201A”字样。（1）请你在图甲中用笔画线代替导线帮助小明完成电路连接（要求导线不得交叉）；（2）连接电路时，小明应让开关处于状态，滑动变阻器的滑片置于端（填“A”或“B”）；（3）电路正确连接后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，出现这一故障的原因可能是小灯泡处 （选填“短路”或“断路”）；（4）排除故障后，闭合开关，调节滑动变阻器，使小灯泡正常发光，电流表示数如图乙所示，此时通过小灯泡的电流是 A，则小灯泡的额定功率是
18、W；（5）请你判断：小明能否求小灯泡在2V、2.5V和3V时对应的电功率的平均值， （选填“能”或“不能”），原因是 。【答案】（1）如图所示：（2）断开 B （3）断路 （4）0.28 0.7【简析】（1）小灯泡的额定电压为2.5V,所以电压表选用小量程与灯并联，变阻器应该“一上一下”接入电路中，这里已经接入了下端，所以应该将上端的一个接线柱接入电路中，如上图所示。（2）连接电路时，小明应让开关处于断开状态，避免接连过程中如果有短路现象，损坏电路。滑动变阻器的滑片在电键闭合前应该处于阻值最大处，这里连入的下端是A端，所以要滑到距A端最远的B端。（3）电流表无示数，是断路故障，电压表有示数，所
19、以是电压表所测部分的灯泡断路。（4）电流表示数如图乙所示，选用的是小量程，分度值为0.02A，所以通过小灯泡的电流是0.28A。因为此时小灯泡正常工作，所以小灯泡的额定功率是：PUI2.5V0.28A0.7W。（5）灯在额定电压下的功率为额定功率，灯在不同电压下的功率不同，故不能将小灯泡在不同电压下的电功率取平均值。11.（2019天津市）某电热水壶铭牌的部分信息如下表所示。该电热水壶正常工作时，把1kg水从20加热到100用时7min，已知c水=4.2103J/（kg），求：（1）水吸收的热量；（2）电热水壶的热效率。型号xx额定电压220V额定功率1000W频率50Hz【答案】（1）水吸收的热量为3.36105J （2）电热水壶的热效率为80%。【简析】（1）水吸收的热量：Q吸=c水m（t-t0）=4.2103J/（kg）1kg（100-20）=3.36105J。（2）工作时间t=7min=420s，电热水壶正常工作7min消耗的电能：W=Pt=1000W420s=4.2105J，则电热水壶的热效率：=100%=80%。