1、第11讲 电功与电功率 考点扫描 1电流所做的功叫电功。电功的实质：电流做功的过程就是_转化为_的过程，电流做了多少功就有多少_转化为其他形式的能。2公式：W_，单位为_(简称焦，符号为J)、千瓦时(kWh)。1 kWh_J。3对于纯电阻性用电器，电功还可用公式_计算。4影响电功大小的因素有电压、_和通电_。5测量电功的仪表是_(电度表或千瓦时计)，计数器上前后两次读数之差就是这段时间内消耗的千瓦时数。考点一 电功(九上教材P110)UIt其他形式能 电能焦耳3.6106WI2Rt电流时间电能电能表考点二 电功率(九上教材P111)1概念：电流在单位时间内所做的功叫_，是用来表示_的物理量。2
2、单位：瓦特(简称瓦，符号为W)、千瓦(kW)。1 kW1000 W。3电功率的计算公式：P_、P_，对于纯电阻性用电器，电功率还可用公式P_、P_计算。4额定功率(1)用电器在_下工作时所消耗的电功率。电功率电流做功快慢WtUII2RU2R额定电压(2)用电器只有在额定电压下工作时，实际功率才等于额定功率。灯泡的亮度取决于灯的_电功率。5识别用电器的额定功率 以灯泡为例：PZ220 V 40 W。PZ表示_，220 V表示_，40 W表示该灯泡的_。实际普通照明灯泡额定电压为220 V额定功率为40 W考点三 电流的热效应(九上教材P117)1定义：电流通过导体时，_能转化为_能，这种现象叫做
3、电流的热效应。2电流热效应的影响因素用控制变量法进行研究(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。电内(2)在 电 阻 相 同、通 电 时 间 相 同 的 情 况 下，通 过 电 阻 的 电流越大，这个电阻产生的热量越多。3焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量，跟_的平方、导体的_和通电时间成正比。(2)表达式：Q_。电流电阻I2Rt重点突破 1电功的计算 用电器消耗多少电能，即电流就做了多少功。电能表是测量电功的仪表，电路中消耗了多少电功不仅可以从计数窗中读出，也可根据计数窗中数据结合电能表转盘转过的转数来测定。例1 如图所示，是小静同学观察到自家电能表
4、的情况，其显示的示数为_kWh。他关掉其他用电器，只让电饭锅处于加热状态工作，观察到电能表的转盘在8 min内转动了72转。则他家的电饭锅加热时的电功率为_W。1919.8900变式1 电冰箱使用时外壳一定要_，以保证安全。夏天，为了节能，可将冰箱的设置温度适当调_(选填“高”或“低”)，有一台冰箱铭牌上标有“220 V 150 W”字样，测得其一天消耗的电能为1.2 kW h。假设冰箱在压缩机停止工作时不消耗电能，估算该冰箱压缩机在一天内工作的总时间为_h。8高接地2电功率的计算 公式 PWt是功率的定义式，适用于一切功率的运算。而公式PUI 仅适用于计算电功率，它反映了电功率的大小跟哪些因
5、素有关，即电路消耗的电功率的大小由电路两端的电压与通过电路的电流这两个因素来决定。例2 如图甲所示电路，电源电压恒为6 V，滑动变阻器R的规格为“25 1 A”，电流表量程选择“00.6 A”，电压表量程选择“03 V”，小灯泡上标有“4.5 V 0.3 A”字样，其IU图象如图乙所示。闭合开关S，为保证电路安全，在移动滑片P的过程中，下列选项正确的是()A电路的最大功率是3.6 W B小灯泡的最小功率是0.75 W C电流表的最小示数是0.15 A D电流表的最大示数是0.4 A B变式2 图中电源电压为6 V并保持不变，定值电阻R为10，滑动变阻器R标有“20 0.5 A”字样，电流表量程
6、为“00.6 A”，电压表量程为“03 V”，闭合开关，移动滑片P的过程中，为保证电路元件安全，滑动变阻器R接入电路的最小阻值为_，定值电阻R的最大功率为_W。100.93电流的热效应 电流通过导体产热的多少不易直接比较，实验时常把它转换为给一定质量的物体加热，比较升温的多少、气球的膨胀程度、U形管内两侧液面的高低等定性或定量的观测方法；另外，因电流的大小、电阻的大小、通电时间的长短等多个因素会影响产热的多少，实验时需采用控制变量法，常通过串联滑动变阻器、更换阻值不同的电阻丝来改变电阻大小。例3 同学们准备了学生电源、滑动变阻器、电流表、开关、导线，还有完全相同的甲、乙两烧瓶，其中分别装有电阻
7、R甲、R乙和相同的温度计，连接成如图所示的电路，进行实验探究。(1)小明利用这套装置比较甲、乙两瓶中液体的比热容，为了使两种液体在一定时间内吸收的热量相等，他设计电路时必须满足的条件是R甲、R乙的阻值_(选填“相同”或“不同”)。实验中保持液体质量相同，闭合开关，通电一段时间后，小明发现甲瓶中温度计示数升高5，乙瓶中温度计示数升高10，则_(选填“甲”或“乙”)瓶中液体的比热容较小。(2)小丽利用这套装置探究电流产生的热量跟电阻的大小是否有关，她设计电路时应使R甲、R乙阻值_(选填“相同”或“不同”)；除控制电流大小和通电时间相同外，还应控制液体的种类和_相同。相同乙不同质量【拓展】用QI2R
8、t可以计算电流通过任何用电器产生的热量，能用QUIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因。_。不能，含有电动机的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转换化内能，即发热了，WUItQ变式3 如图所示是物理实验小组探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气，且都有一段电阻丝。将透明容器与U形管相连，接入电路。(1)组装之前，U形管内注入适量红墨水，U形管_(选填“属于”或“不属于”)连通器。(2)图甲是探究在通电时间相同和_相同的情况下，导体产生的热量与_大小是否有关的装置。(3)实验中通过观察_的变化反映密闭空气温度的变化，
9、在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列研究实例采用的研究方法与此相同的是_。A探究电流与电压、电阻的关系 B用铁屑显示磁体周围磁场分布 C研究光的传播时，引入“光线”D扩散现象表明分子在不停地做无规则运动 属于电流电阻U形管液面高度BD(4)由图乙所示，电流表的示数为_A，在这种情况下，右侧容器中定值电阻在10 s内产生的热量是_J。(5)某实验小组发现通电一段时间后，其中一个U形管中的液面高度几乎不变，发生此现象的原因可能是_。2200透明容器密闭性不好诊断自测 1(2021，台州)某电热器的简化电路如图所示，可通过转动旋钮开关实现加热和保温功能。该电热器额定电压为220伏，R12000
10、欧，R248.4欧。(1)开关转至ac位置时，电阻R1和R2的连接方式是_。(2)开关转至bd位置时，该电热器可实现_功能，它的额定功率是_瓦。电功和电功率的计算 串联加热10002(2021，温州)疫情期间只允许体温正常的师生进入校园。为此，小明设计了一款“智能门禁”，能检测体温并进行人脸识别。工作原理为：若体温正常开关S1闭合，人脸识别成功开关S2闭合，电动机M工作(门打开)，警示灯不亮；若体温异常S1不闭合，人脸识别成功S2闭合，电动机M不工作且警示灯亮起；不管体温是否正常，若人脸识别失败S2不闭合，电动机M不工作且警示灯不亮。(1)下列电路设计符合要求的是_。(可多选)(2)若警示灯工
11、作时，两端电压为3伏，电阻为10欧，其工作时的功率为_瓦。A BCDBC0.93(2021，杭州)如图电路中，电源电压恒为4.5 V，灯泡规格是“3 V 0.75 W”。(1)灯泡正常工作时，电压表V1、V2示数分别为多少？滑动变阻器接入的电阻为多少？(2)灯泡正常工作4分钟，整个电路消耗的电能是多少？解：(1)U13 V，U2UU14.5 V3 V1.5 V，灯泡常工作电流 IP1U1 0.75 W3 V0.25 A，滑动变阻器接入电阻：RU2I 1.5 V0.25 A 6。(2)WUIt4.5 V0.25 A460 s270 J。4(2020，杭州)如图电路中，电源电压恒为9 V，灯泡L规
12、格为“6 V 3 W”。闭合开关，灯泡正常工作。求：(1)电阻R的阻值。(2)灯泡工作5分钟消耗的电能及电阻R产生的热量。解：(1)灯泡正常工作电流 I1P1U1 3 W6 V 0.5 A，电阻两端的电压 U2UU19 V6 V3 V，电阻阻值 RU2I2 U2I1 3 V0.5 A 6。(2)5 分钟内灯泡消耗的电能 W1P1t3 W560 s900 J，电阻 R 产生的热量 Q2I2Rt(0.5 A)26 560 s450 J。5(2021，金华)研究性学习小组利用图甲电路研究电阻的电功率变化规律。图中电源电压恒为4 V，R0为定值电阻，R为滑动变 阻 器。实 验 过 程 中，调 节 滑
13、动 变 阻 器，逐 次 读 取 数 据并记录，计算定值电阻电功率。数据如下表：测量电功率 实验次数12345电流(A)0.100.150.200.250.30电压(V)1.01.52.02.53.0R0的电功率(W)0.100.2250.400.6250.90(1)完成第3次实验后，接下来要获得第4次实验的数据，则滑动变阻器R的滑片P应向_(选填“左”或“右”)移动到适当位置。(2)小组同学根据表中数据，得出了定值电阻R0的电功率与其电流的定量关系。他们的结论正确的是_。A定值电阻的电功率与电流成正比 B定值电阻的电功率与电流的平方成正比 左B(3)小科提出：要得知滑动变阻器的电功率，还需要用
14、电压表测出滑动变阻器两端的电压；小金却认为：无需测滑动变阻器两端的电压，通过推算即可得出滑动变阻器的电功率。比如，当定值电阻两端的电压为1.0V时，滑动变阻器的电功率为_瓦。(4)小组同学对小金的方法进行了归纳，结合表中数据，画出了电路总功率和定值电阻功率与电流的PI关系图像(如图乙所示)。请分析判断，图中线段AA表示的含义是_。0.3滑动变阻器的电功率6(2020，湖州)方方用图甲所示电路研究电功率和电流的关系，绘制了定值电阻R0、滑动变阻器R的功率与电流的关系图，如图乙。(1)实线表示的是_(选填“R”或“R0”)的功率与电流的关系。(2)求R0的阻值。(写出计算过程)(3)当电流表示数为
15、0.5安时，求R消耗的功率。(写出计算过程)R0解：(2)由(1)可知，图乙中实线表示 R0 的功率与电流的关系，当 I2 A 时，PR032 W，根据 PI2R 可知，R0PI2 32 W（2 A）2 8。(3)由图乙可知，当 I2 A 时，滑动变阻器 R 功率为 0，即滑片位于最左端，滑动变阻器接入电路的电阻为 0，此时电源电压UU0PI 32 W2 A16 V，当 I0.5 A 时，U0IR00.5 A8 4 V，则 URUU016 V4 V12 V，所以 PRURI12 V0.5 A6 W。7某科学小组对电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关进行了研究。装置如图，2只烧瓶内装满煤油，
16、瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙。电流的热效应 猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多。猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。为验证猜想一，设计以下方案：将电阻丝R甲和R乙串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置，闭合开关记下电流表的读数I1，经过一段时间后标出2根玻璃管内液面的位置。断开开关，当2根玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关记下电流表的读数I2，经过相同时间后标出2根玻璃管内液面的位置。请回答下列问题：(1)为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想，为比较电 热 丝 产 生 热 量 的 多 少，实 验
17、中 体 现 这 些 思 想 的 设 计 有_(写出一条即可)。(2)为验证猜想一：必需比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度，原因是_。(3)科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例：_。通过玻璃管内液面上升的高度来反映电阻丝产生热量的多少保持前后两次电阻的大小相同相同时间内电水壶中的发热体放热比连接电水壶的导线放热多8如图是探究“电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关”的实验电路(烧瓶、煤油质量和玻璃管均相同)。瓶中的电阻采用金属丝。(1)完成电路的连接，要求滑动变阻器滑片向左移动时，电流表示数变小。(2)实验中，通过观察_来判断电流通过导体产生热的多少。(3
18、)在电流与通电时间相同条件下，选用长度和横截面积都相同的两种材料进行实验。为了使实验现象最明显，可以选用表中的铜与_进行对比。长1米、横截面积1毫米2的几种材料的电阻(20 时)材料铜铝钨镍铬合金电阻(欧)0.01750.0290.0531.0玻璃管内液面上升的高度镍铬合金(4)要进一步探究导体产生的热的多少与电流是否有关，可以采取的方法是_(允许改变元件位置、更换元件等。只要求写出一种)。保持其他不变，改变滑动变阻器阻值，进行相同时间的二次实验9(2021，嘉兴)学习了电学知识后，某科学兴趣小组开展制作“电热水壶”的项目化学习。【项目任务】制作一款电热水壶。经过小组同学讨论后确定电热水壶的要
19、求如下：容积：1 L；功能：加热；保温；性能：能在7分钟内将1 L水从20 加热到100(不计热量损失)。【方案设计】(1)为实现上述功能，同学们利用两个不同阻值的电阻(R1R2)进行设计，其中方案一如图所示。利用方案一中的器材，请将方案二的电路补充完整。【器材选择】(2)若该壶是按照方案一设计的，根据项目任务中的性能要求，选择的加热电阻阻值最大为多少欧姆？Q吸cm(tt0)，c水4.2103 J/(kg)方案一方案二(2)mV1.0103 kg/m31103 m31 kg，Q吸cm(tt0)4.2103 J/(kg)1 kg(100 20)3.36105 J，WPtQ，PQt 3.36105
20、 J760 s800 W，PU2R，RU2P（220 V）2800 W60.5 答：选择的加热电阻阻值最大为 60.5。【方案反思】(3)有同学认为电器设计还应考虑使用安全，从安全角度提出一条设计建议_在加热的支路上增加温度控制开关_。【项目制作】实验突破 实验：测量小灯泡的功率一、实验原理与器材 PUI1实验原理：_。2测量器材：电压表(测电压)、电流表(测电流)。3实验电路图如图所示。二、实验设计与实施 1把电压表并联在小灯泡两端，把电流表串联在电路中。2移动滑动变阻器的滑片，分别使电压表的示数小于、等于和略大于(约为额定电压的1.2倍)小灯泡的_，观察_，读出每次_和_的示数，并将观察到
21、的现象和对应的测量数据记录在表格中。3测定小灯泡的额定功率和实际功率，收集和整理实验数据得出实验结论。调节滑动变阻器，当电压表读数不等于额定电压时，可测实际功率；当电压表读数_额定电压时，可测额定功率。额定电压小灯泡的亮度电流表电压表等于三、分析数据和现象 1额定功率计算(PUI)。2绘制UI图像以及对UI图像的理解。(1)根据UI图像计算小灯泡的额定功率。(2)UI图像不符合实际的理由：_。(3)根据UI图像比较电阻变化量的大小并给出理由。3根据实验数据总结规律。实际电压大于小灯泡的额定电压，小灯泡会烧坏四、交流与反思 1小灯泡的额定功率不能求平均值的原因。2过了用电高峰期，家中的电灯功率变
22、大，亮度增加，其原因：_。3在输电线路中，为了减少电能的损耗，应尽量选择短而粗的导线。4实验结束后，是否可以利用本实验装置探究电流与电压的关系：_。5用定值电阻替换小灯泡，根据IR图像计算滑动变阻器的最大阻值。实际电压接近额定电压不能，因为小灯泡电阻随温度的升高而增大6注意事项(1)电源电压应高于小灯泡的额定电压，例如，测定额定电压为2.5 V的小灯泡的电功率时至少要选两节干电池串联作电源。(2)电压表的量程应大于小灯泡的额定电压，电流表的量程要大于小灯泡正常工作电流。(3)滑动变阻器允许通过的最大电流要大于灯泡的正常工作电流，而滑动变阻器的最大电阻值应与小灯泡的电阻差不多，以使调节效果明显。
23、(4)根据串联分压原理进行判断，准确熟练地调节滑动变阻器，使小灯泡在等于额定电压、略高于额定电压的和低于额定电压三种条件下发光。尤其在做第二次实验时，需小心调节滑动变阻器，以免因实验电压超过额定电压太多而烧坏灯泡。(5)开始连接电路时，要使开关断开，闭合开关前，要把滑动变阻器滑片置于最大阻值处。(6)开 始 实 验 前，要 检 查 电 路 并 试 触，实 验 结 束，要 先 断开开关，再整理电路。【例】(2020，金华)某班同学在实验室做“测定小灯泡额定电功率”的分组实验。实验老师提供给各小组的实验器材如下：规格为“3.8 V”的小灯泡、学生电源(电压恒为6 V)、电流表(00.6A，03 A
24、)、电压表(03 V，015 V)、滑动变阻器(“20 1A”)、开关各一只，导线若干。(1)小金组按图甲正确连接电路，闭合开关，调节滑动变阻器，当电压表的示数为3.8伏时，小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为_瓦；(2)小丽组同学发现，实验桌上的电压表015 V的量程已损坏，其 他 器 材 完 好。他 们 经 讨 论 后 认 为，用 该 电 压 表 0 3 V的 量程，通过改变电压表的连接位置也能测出小灯泡的额定功率。他们的实验操作步骤如下：步骤一：按图甲电路先将电压表(03 V)接在小灯泡两端，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为3伏，断开开关，拆下电压表；1.52步骤二：保持滑动变阻器的滑片位置不变，再将该电压表接在_两端；步骤三：闭合开关，将滑动变阻器的滑片向_(选填“左”或“右”)移动，直到电压表示数为_伏，读出此时电流表的示数，算出小灯泡的额定电功率。(3)反思：实验原理相同的情况下，我们可以采用不同的实验途径来完成实验。滑动变阻器左2.2