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第十六章 电流做功与电功率
单元总结
电流做功与电功率
知识要点一、电功与电能
【知识详解】
1、 电能：电源将其他形式的能转化为电能。用电器可以把电能转化成其他形式的能。（将电能全部转化成内能的用电器称为纯电阻用电器。如电饭煲、电炉子等；非纯电阻电路是有一部分电能转化成除内能以外的其他形式的能，如洗衣机，电风扇等。
2、电能的单位：国际单位是焦耳，简称焦，符号J，常用的单位是度，即千瓦时，符号kW·h，1kW·h =3.6×106J
3、电能表
作用：电能表是测量电功或者说是用户的用电器在某段时间内消耗电能多少的仪表。
读数：电能表的计数器上前后两次的读数之差就是用户在这段时间内用电的度数。
注意：计数器显示的数字中最后一位是小数。
表盘上的参数：
220V表示电能表应接到220V的电路中使用；
5A表示电能表允许通过的最大电流不超过5A；
2500r/kW·h表示消耗1kW·h的电能，电能表的表盘转2500转；
50HZ表示这个电能表应接在频率为50HZ的电路中使用。
4、电功与电能
电流做功的实质：电流做功的过程实质就是电能转化成其他形式的能的过程。电流做了多少功就有多少电能转化成其他形式的能。
电功的单位也是焦耳。
5、计算
普遍适用公式W=UIt=Pt (所有电路) 即电流在某段电路上所做的功等于这段电路两端的电压和电路中的电流，和通电时间的乘积。电压的单位用V，电流的单位用A，时间的单位用s，电功的单位就是J。
导出公式（纯电阻电路）时
【典例分析】
例1、（2018•河北模拟）1、如图是新式的电子式单相电能表，电能表上标有6400imp/kW•h，它表示 ；10A字样表示 ；一台标有800W的取暖器，连续工作2小时，则电能表的计数器上的显示数将从图甲变为 ；电能表的耗电指示灯将闪烁 次。电能表的耗电指示灯闪烁越快，表示接入电路中的用电器的总功率 。（填“越大”或“越小”）
【答案】每消耗1kW•h的电能，耗电指示灯将闪烁6400次 ；标定电流为10A； 00332；10240； 越大。
【解析】6400imp/kW•h，它表示每消耗1kW•h的电能，耗电指示灯将闪烁6400次，10A表示标定电流为10A；
消耗电能W=Pt=0.8kW×2h=1.6kW•h；
电能表的计数器上的显示数将从图甲变为31.6kW•h+1.6kW•h=33.2kW•h；即变为00332；
电能表的耗电指示灯将闪烁6400imp/kW•h×1.6kW•h=10240次；
在相等的时间内，电能表的耗电指示灯闪烁越快，表示接入电路中的用电器的总功率越大，消耗的电能越多。
【技巧总结】
6400imp/kW•h，它表示每消耗1kW•h的电能，耗电指示灯将闪烁6400次，10A表示标定电流为10A；已知功率和工作的时间，根据公式W=Pt可求消耗的电能，进一步求出电能表的示数；电能表的耗电指示灯闪烁越快，表示接入电路中的用电器的总功率越大。
知识要点二、电功率
【知识详解】
1、 定义：电功与时间之比。它是表示电流做功快慢的物理量。
2、单位：国际主单位 瓦特（W）
常用单位 千瓦（kW）
换算关系 1kW=1000W
3、计算 普遍适用公式
推导公式 P=I2R=U2/R (适用于纯电阻电路)
4、额定功率和实际功率
额定功率：用电器在额定电压下的功率。（用电器在正常工作时的功率）
实际功率：用电器在实际电压下的功率。
【要点诠释】
1、实际功率随电压的变化而变化：
当U实=U额时，P实=P额用电器正常工作；
当U实<U额时，P实<P额用电器不能正常工作；
当U实>U额时，P实>P额长期使用会影响用电器的寿命，有时会损坏用电器。
2、对某一用电器而言，额定电压和额定功率只有一个，而实际电压和实际功率却有无数个。灯泡的亮度是由它的实际功率决定的。
3、若不考虑温度对用电器电阻的影响，则有，即电阻一定时，实际电压是额定电压的n倍，则实际电流也是额定电流的n倍，实际功率是额定功率的n2倍。
【典例分析】
例2、（2018•深圳模拟）甲、乙两灯分别标有“220V 60W”和“220V 40W”字样，若它们串联后接入220V的电路中，＿＿＿＿＿（选填“甲”或“乙”）灯较亮。
【答案】乙
【解析】本题是一道综合题，主要考查实际功率和额定功率的关系。解题的关键是看它们的实际功率的大小，即灯泡的亮度由它们的实际功率决定。解答本题，按下列步骤进行：
（1）先求出两灯的电阻：
R甲＝＝，R乙＝＝
所以，R甲＜R乙。
（2）当两灯串联在220V电路中时：
由“220V 60W”和“220V 40W”可知，两灯正常发光的条件均是两端电压为220V，现在的条件是U甲＋U乙＝220V，所以U甲＜220V，U乙＜220V，两灯均不能正常发光。此时P甲＝I甲2R甲，P乙＝I乙2R乙，因为I甲＝I乙，R甲＜R乙，所以P甲＜P乙，即乙灯较亮。
【技巧总结】
（1）由铭牌可知两灯泡的额定电压相等，根据R=U2/P比较两灯泡的电阻关系；
（2）根据串联电路的电流特点和P=I2R比较两灯泡的实际功率，再根据灯泡的亮暗取决于实际功率的大小判断灯泡的亮暗。
【典例分析】
例3、（2017•河北）某家用电能表的表盘上标有“600r/kW•h”的字样，在电路中只接入一个用电器且正常工作时，电能表转盘在1min内转了10转，则该用电器的额定功率是( )
A．3600W B．1000W C．500W D．100W
【答案】B
【解析】
【技巧总结】
已知消耗1kw•h的电能，电能表的转盘转动600转，可求转10转消耗的电能，根据公式可求该电器的额定功率。
知识要点三、测量小灯泡的功率
【知识详解】
1、实验原理：P=UI 测出小灯泡的电压U和电流I，利用公式P=UI计算求得电功率。
2、实验器材：电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、小灯泡、灯座、导线等。
3、实验电路图及表格：
次数
电压U/V
电流I/A
功率P/W
发光情况
1
2
3
4、实验步骤：
（1）实验前准备：检查仪器是否齐全，规格是否合乎要求，查看小灯泡的额定电压U额；
（2）按电路图连电路，查无误，闭合开关，进行实验；
（3）调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为U额，记录电流表示数I额；
（4）调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压等于1.2U额，记下电压表、电流表的示数，并观察小灯泡发光情况；
（5）调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压小于U额，记下电压表，电流表的示数，并观察小灯泡发光情况；
（6）断开开关，计算电功率值填入表格。
5、数据分析，总结结论。
(1)分析数据知，实际功率随实际电压改变而改变；
(2)灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，实际功率越大灯泡越亮。
6、注意事项：
A．连接时，开关断开，防止因短路而损坏电源或灯泡。
B．闭合开关前，滑动变阻器的滑片应滑至滑动变阻器的最大阻值处，防止电路中的电流过大，将灯烧坏。
C．电源电压应高于灯泡的额定电压，防止无法调节到额定电压。
D．电压表的量程应大于灯泡的额定电压，电流表的量程应大于灯泡正常工作时的电流。
E．滑动变阻器允许通过的最大电流要大于灯泡正常工作时的电流，滑动变阻器的最大电阻值应与灯泡的电阻差不多，以使调节效果明显。
F．通过三次不同电压下（额定电压，1.2倍额定电压和低于额定电压）的测量，体会用电器的实际功率并不一定等于额定功率，而是取决于加在用电器两端的实际电压。
G．在做第二次实验时（实际电压不能超过额定电压的1.2倍）需要小心调节滑动变阻器，以免烧坏灯泡。
H．实验前，要检查电路并试触，实验结束后，要先断开开关，再整理器材。
【典型分析】
例4、（2017•海南中考）某同学做“测量一个小灯泡的电功率”实验，所用灯泡的额定电压是2.2V。
（1）如图是他实验的电路，但连接不完整，请你帮他完成电路的连接。
（2）电路连接完整后，当向右移动滑动变阻器的滑片P时，电压表的示数将_________，电流表的示数将________ （3）实际实验的有关记录与计算如下表
实验次数
1
2
3
电压（V）
2.20
1.50
2.50
电流（A）
0.22
0.16
0.24
功率（W）
0.484
0.24
0.60
该同学注意到灯的亮度变化是：第二次比第一次暗，第三次比第一次更亮。你认为，根据他观察的现象和实验数据分析，可得出一些什么结论呢？请你说出两点（这两点的意思应不同）：
①________ ②________
（4）他还注意到，这个实验记录也可以用来计算灯丝的电阻，并完成了有关计算如下表格：
实验次数
1
2
3
电压（V）
2.20
1.50
2.50
电流（A）
0.22
0.16
0.24
灯丝电阻（Ω）
10.00
9.38
10.42
这位同学有些纳闷儿：导体的电阻不是与电压、电流无关吗？怎么三次计算的灯丝电阻却不一样呢？
请你对此做出两种可能性的解释： ①________ ②________
【答案】（1）如图
（2）变大 变大
（3） ①灯泡两端电压越大，灯越亮，
②功率越大灯越亮。
（4） ①可能实验有误差，②可能电阻与温度有关。
【解析】从题可知，两个电阻允许通过的最大电流值分别是Imax1=0.5A，Imax2=1A，
∵Imax1＜Imax2
∴当它们串连接到电路里时，为了让每一个用电器都工作，串联电路中的电流为Imax1=0.5A；
因此串联电路两端的最大电压为：U=Imax1（R1+R2）=0.5A×（40Ω+10Ω）=25V；
两个电阻两端的最大电压分别是Umax1=I1R1=0.5A×40Ω=20V，Umax2=I2R2=1A×10Ω=10V，
∵Umax1＞Umax2
∴当它们并连接到电路里时，为了让每一个用电器都工作，并联电路两端的电压为Umax2=10V，
此时并联电路中干路上允许的最大电流为：。
【技巧总结】
（1） 根据灯泡的额定电压确定电压表的量程，且与灯泡并联；滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中。
（2）根据确定接入电路电阻的变化，根据欧姆定律可知电路中电流的变化和灯泡两端的电压变化。
（3）表格中包含电压、电流、功率。观察到灯泡的亮度，可以分析，灯泡亮度与功率、功率与电压、电压与电流的关系等。
（4）根据电表的分度值和量程读出电表的示数，根据欧姆定律求出此时灯丝的电阻；分析灯泡在不同电压下温度发生了变化，故据此可判断电阻不同的原因。
知识要点四、焦耳定律
【知识详解】
1、探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
（1）实验方法：控制变量
（2）实验过程：
①热量与电阻的关系：控制电流（I）相同，通电时间（t）相同,电阻（R）不同。
②热量与电流的关系：控制电阻（R）相同，通电时间（t）相同，电流（I）不同。
（3）电路图
（4）实验结论：
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；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。
2、 焦耳定律：
电流的热效应：电流通过导体时电能转化成内能的现象叫做电流的热效应。
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。
公式：Q=I2Rt (普遍适用)
（纯电阻电路）
3、电热和电能的关系：
在纯电阻电路中，电能全部转化为内能，Q=W。如电炉子。
在非纯电阻电路中，电能只有部分转化为内能，电热小于电能，即Q<W。
【典型分析】
例5、（2017•海南中考）如图所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值．比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小，下面关系中正确的是（ ）
A．U甲=U乙，Q甲=Q乙 B．U甲＜U乙，Q甲＞Q乙 C．U甲＜U乙，Q甲＜Q乙 D．U甲＞U乙，Q甲＜Q乙
【答案】C
【解析】由于两电阻丝串联，流过它们的电流I相等，通电时间t相等，由题意知：R甲＜R乙，由U=IR知：U甲＜U乙；由Q=I2Rt知：Q甲＜Q乙；故选C。
【技巧总结】
两电阻丝串联，流过它们的电流I相等，通电时间t相等，由U=IR判断它们间的电压关系，由Q=I2Rt判断它们产生的热量关系。
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