1、18 电功率 第 1 节电能 电功 一、电能 1、我们使用的电能是有其他形式的能转化而来的，电源是提供电能的装置。2、用电器时消耗电能的装置，用电器消耗电能的过程，就是把电能转化为其他形式的能的过程，消耗了多少电能就得到了多少其他形式的能。3、电能的单位（1）国际单位：焦耳，简称焦，用符号 J 表示。（2）常用单位：千瓦时，用符号 kWh 表示，俗称度。（3）换算关系：1kWh=1103W3600s=3.6106J。二、电能的计量 1、电能的计量工具电能表，也叫电度表，是计量用电器在一段时间内消耗电能多少的仪表。2、电能表的读数 电能表计数器上显示着数字，计数器前后两次示数之差就是这段时间内用
2、电的度数（消耗电能的多少），单位是 kWh（度）。注意电能表计数器中最后一位数字是小数（十分位）。3、电能表上所标参数的含义（1）“220V”这个电能表应该在 220V 的电路中使用。（2）“10（20）A”这个电能表的标定电流为 10A，额定最大电流为 20A。电能表工作时的电流不能超过额定最大电流。（3）“50Hz”这个电能表在频率为 50Hz 的交流电路中使用。（4）“3000revs/（kWh）”接在这个电能表上的用电器，每消耗 1kWh 的电能，电能表上的转盘转过 3000 转。4、1kWh 的作用：洗衣机工作约 2.7h；电脑工作约 5h；电车行驶 0.85km；灌溉农田 330m
3、2。三、电功 1、电功概念（1）定义：当电能转化为其他形式的能时，我们说电流做了功，简称电功。电功用“W”表示。（2）实质：电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。所以说用电器消耗了多少电能和电流做了多少功，两种说法是一样的。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，就消耗了多少电能。2、电流做功多少的影响因素：跟电压的高低、电流的大小、通电时间的长短都有关。3、电功的计算（1）电功的公式：UItW （2）电功的变形公式：RtIWtRUW22、（两推导公式只适用于纯电阻电路）。说明：纯电阻电路是指消耗的电能全部转化为内能的电路。如电熨斗、电水壶、电饭锅等。但含有电动机的电路（如电风
4、扇）不是纯电阻电路，计算电功时只能用UItW。4、串并联电驴中电功特点及分配关系 特点：串并联电路中电流做的总功等于各部分用电器电流做功之和，即21WWW 分配关系：串联电路电流通过各电阻所做的功与其电阻成正比，即2121:RRWW 并联电路电流通过各电阻所做的功与其电阻成反比，即1221:RRWW 第 2 节电功率 一、电功率 1、比较电流做功快慢的三种方法（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）在物理学中，用电功率表示电流做功的快慢，电功率越大，表示电流做功越快。2、单位：在国际单位制中，电功率的单位
5、是瓦特，简称瓦（W）。常用单位还有千瓦（kW），1kW=103W 3、电功率的定义：电功与时间之比叫电功率，电功率用 P 表示。注意：（1）电功率是表示电流做功快慢的物理量。用电器的电功率大说明电流通过该用电器时做功快，即消耗电能快，并不表示消耗电能多。（2）电功率可以反应电流通过用电器时产生的效果。如：某灯泡的电功率大，说明单位时间内灯泡消耗的电能多，电能转化成的光能就多，灯泡的亮度就大。4、电功率的计算（1）定义式：tWP （2）计算式：根据tWP 与电功的公式UItW 得：UItUIttWP。（3）推导式：根据欧姆定律RUI 和电功率的计算式UIP 可以推导出RURIP22。注意：推导公
6、式仅适用于纯电阻电路。二、额定电压 额定功率 1、额定功率和实际功率及相关物理量 定义 说明 额定电压 用电器正常工作时的电压 用电器上标明的电压值就是额定电压，常用 U额表示 额定电流 用电器正常工作时的电流 用电器上标明的电流值就是额定电流，常用 I额表示 额定功率 用电器在额定电压小工作时的电功率 用电器上标明的功率值就是额定功率，常用 P额表示 实际电压 用电器实际工作时的电压 可能与额定电压相等，也可能不相等，常用 U实表示 实际功率 用电器在实际电压下工作时的电功率 可能与额定功率相等，也可能不相等，常用 P实表示 说明：使用用电器时一定要注意它的额定电压，只有在额定电压下用电器才
7、能正常工作。标有“PZ 220V 60W”的灯泡，其中“PZ”表示普通照明的意思，“220V 60W”表示该灯泡的额定电压时 220V，额定功率是 60W。2、额定功率与实际功率的区别与联系 注意：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。3、用电器实际功率的计算思路 物理量 区别 与联系 额定功率 实际功率 区别 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电功率 是否 变化 是确定的、唯一的，不随实际工作电压的改变而改变 是不确定的，随用电器两端所加电压的改变而改变 联系 当用电器两端的实际电压等于额定电压时，用电器的实际功率等于额定功率 思路 1：RU
8、PPURRUP222实实额额额思路 2：额额实实额实额实实实额额PUUPRURUPPRUPRUP22222:4、串、并联电路中电学公式汇总 串联电路 并联电路 电流 电压 电阻 分配 电压：RRUURRUU112121 电流：111221RRIIRRII 电功 电功 分配 电功率 电功率 分配 第 3 节 测量小灯泡的电功率 一、伏安法测量小灯泡的电功率 1、实验目的：学习用电压表和电流表测量小灯泡的额定功率和实际功率，并加以比较 2、实验原理：要测量小灯泡的电功率，根据电功率公式UIP，可以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。3、实验器材：电源、滑动变阻器、电压表、电
9、流表、小灯泡、开关、导线若干。4、设计并进行实验：（1）按照图所示的电路图连接好实验电路，连接电路时，开关处于断开状态，滑动变阻器的滑片置于最大阻值处。（2）检查电路连接无误后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片，使小灯泡两端的电压等于额定电压，记录电压表与电流表的示数，观察并记录小灯泡的发光情况。（3）调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压小于小灯泡的额定电压，记录电压表和电流表的示数，观察并记录小灯泡的发光情况。（4）调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压约为额定电压的 1.2 倍，记录电压表与电流表的示数，观察并记录小灯泡的发光情况。（5）整理好实验器材。（6）用公式UIP 计算出小灯泡的
10、额定功率和实际功率，记录在下表中。实验序号 电压/V 电流/A 电功率/W 小灯泡亮度 1 2.5 0.31 0.78 正常 2 2.0 0.25 0.50 较暗 3 3.0 0.38 1.14 较亮 5、分析与论证（1）分析表格中的实验数据后，发现小灯泡两端的实际电压越高，小灯泡的电功率越大，灯泡发光越亮。（2）小灯泡的亮度直接由它的实际功率决定。（3）小灯泡两端的实际电压只有在不高于额定电压时，才处于安全使用状态。（4）小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。6、实验结论（1）当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。（2）当实际电压低于额定电压时，小灯泡的
11、实际更率小于额定功率，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。7、注意事项（1）电源电压应高于灯泡的额定电压；滑动变阻器允许通过的最大电流要大于小灯泡的正常工作电流，滑动变阻器的最大阻值应与小灯泡的电阻差不多，这样会使滑动变阻器的调压效果明显。（2）连接电路时，电压表的量程要参照小灯泡的额定电压来选择，电流表的量程应根据灯泡的额定电流来选择，如果灯泡的额定电压或电流位置，则要采用试触的方法判断。（3）连接电路时，开关要断开，防止由于电路连接错误而发生短路，损坏电流表。（4）闭合开关前，要将滑动变阻器的滑片置于阻值最大的位置，以防止电路中电流
12、过大，其保护电路作用。（5）调节小灯泡两端的电压高于额定电压时要注意缓慢调节滑动变阻器的滑片，实际电压不能超过额定电压的 1.2 倍，同时通电时间不能过长，否则容易烧坏小灯泡。注意：伏安法测小灯泡电功率与伏安法测电阻阻值的异同 相同点：实验电路基本相同，可采用同一电路；实验方法相同，都是伏安法；测量的物理量相同，都测量电流 I 和电压 U。不通电：实验原理不同，测小灯泡电功率的实验原理UIP，测电阻阻值的实验原理是IUR；数据处理方式不同，测电阻阻值时需要多次测量，最后求平均值以减小实验误差，而测小灯泡电功率时也需要多次测量，但不能用来求平均值，而是寻找不同电压下的电功率有什么规律。二、实验中
13、电路故障分析 故障 现象 故障原因 灯泡不亮 闭合开关，灯泡不亮，电压表、电流表有示数 滑动变阻器接成定值电阻 电源电压太低 闭合开关，灯泡不亮，电压表、电流表无示数 电源、电流表、开关或滑动变阻器损坏 接线柱接触不良 连接导线断裂 闭合开关，灯泡不亮，电流表几乎无示数，电压表指针明显偏转 灯泡的灯丝断了或灯座与灯泡接触不良 电流表和电压表的位置互换了 电表问题 电流表与电压表的指针向没有刻度的方向偏转 电流表和电压表的“”“”接线柱接反了 电流表与电压表的指针偏转角度很小 电表的量程都选择过大 电源电压过低 电表的指针超过最大刻度 量程选择过小 电路中出现短路 滑动变阻器问题 滑动变阻器的滑
14、片滑动时，电表示数及灯泡的亮度无变化 滑动变阻器连接错误，没有遵循“一上一下”的接线原则，使滑动变阻器接成了定值电阻 无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数总小于灯泡的额定电压 电源电压过低 闭合开关瞬间，灯泡发出强光后立即熄灭，电流表指针偏转后又回到零刻度线处，电压表仍有示数 灯泡两端电压过高，滑动变阻器的滑片没有置于阻值最大位置 三、用电能表测量用电器的电功率 1、测量原理：用电能表测出用电器在某段时间内消耗的电能，利用停表测出消耗这些电能所用的时间，然后利用公式tWP 进行计算。2、测量方法（1）记下电能表每消耗 1kWh 电能时，电能表转盘转过的转数 N。（2）关闭其他用电器，只让待测用电
15、器工作。（3）用手表或停表测量待测用电器工作时电能表转盘转过 n 转所用的时间 t。（4）计算待测用电器的实际功率。电能表的转盘转 n 转所消耗电能为JNnW6106.3。则用电器的实际功率为WNtnWtNntWP66106.3106.3。第 4 节焦耳定律 一、电流的热效应 1、定义：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。2、电热器：利用电流的热效应来工作的设备叫电热器，所有电热器都是把电能转化为内能的装置。如：电烙铁、电熨斗、电炉子、电饭锅、电暖气、电烤箱、电热水器等。二、电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关。提出问题：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关。猜想：
16、因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少可能跟电流的大小有关；电炉接入电路时，电炉丝和连接电炉丝的导线中的电流是相同的，电炉丝和导线都要发热，可是电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热，可能此案刘产生热的多少跟电阻的大小有关；通电时间越长，电流产生的热也会越多。设计并进行实验：（1）探究电流产生热量与电阻的关系 如图所示，在两个透明容器中封闭着等量的空气，容器分别连着 U 形管的一端；没有加热时，U 形管中液面是相平的。两密闭容器中各有一段电阻丝，且右边容器中的电阻比较大。当通电时，电阻丝发热，加热容器中的空气，空气受热膨胀，U 形管中液面高度会发生变化，U 形管中液面高度的变
17、化反映了密闭空气温度的变化。将两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两电阻丝的电流相等。通电一段时间后，比较两个 U 形管中液面高度的变化。发现与右边容器相通的 U 形管中液面高度的变化更大些。结论：在电流、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）探究电流产生的热量与电流的关系 如图所示，两个密闭容器中的电阻丝阻值均是 5，在右侧容器的外部，将一个 5的电阻与这个容器中的电阻并联，因此通过左侧容器中电阻丝的电流大于通过右侧容器中电阻丝的电流。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，发现左侧 U 形管中液面高度的变化更大一些。结论：在电阻、通电时间相同
18、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）探究电流产生的热量与通电时间的关系 如图所示，将这套装置接到电源两端，在通电过程中，只观察左侧 U 形管中液面高度的变化，发现随着通电时间的增加，U 形管中液面高度的变化逐渐变大。结论：在电流、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。注意：第一次实验中，5和 10的电阻丝串联，目的是控制电流和通电时间相同。第二次实验中控制电阻和通电时间相同，两次实验均采用了控制变量法。本实验中将电阻丝产生的热量通过 U 形管中液面高度的变化显示出来，运用了转换法。实验中应适两容器密闭，不能漏气。三、焦耳定律 1、内容：电流通过导体
19、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。这个规律叫做焦耳定律。2、公式：RtIQ2；在国际单位制中，热量 Q 的单位是焦耳，符号“J”。3、电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量 Q 就等于消耗的电能（或电功）W，即UItWQ。注意：对焦耳定律的进一步理解（1）焦耳定律是一个实验定律，当电流做的功全部转化为热时，可根据电功公式和欧姆定律，从理论上证明该定律的正确性。在纯电阻电路中：WQ，由于UItW，IRU，所以RtIWQ2。（2）该定律适合于任何用电器产生的热量计算。对于纯电阻电路也可用：UItWQ，PtWQ，t
20、RUWQ2进行计算。（3）在非纯电阻电路中，电流做功，只有一部分电能转化成内能，所以消耗的电能大于电热，即 WQ，例如：电流通过电动机，一少部分电能转化成内能，还有一大部分转化成机械能，此时机WQW。在非纯电阻电路中，计算消耗的电能（电功）只能用UItPtW，计算电热只能用RtIQ2。四、电热的利用和防止 1、电热的利用：电热器是利用电热的设备，它是利用电流的热效应工作的，电热器的主要工作部分是发热体，发热体是用电阻率大、熔点高的金属电阻丝绕在绝缘材料上制成的。例如，家中的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场中的电热孵化器等，都是利用电能转化为内能来工作的，都是利用电热为人类服务的。2、电热的防止：电热器在使用时清洁、无污染、热效率高，且便于控制和调节。但有时也有不利的影响。用电器工作将电能转化为其他形式能的过程中，由于电流的热效应，总有一部分电能转化为内能。例如，电视机、计算机、电动机等用电器工作时，都不可避免的发热。这既浪费能源，同时又使导线温度升高，温度超过绝缘材料耐热温度后，绝缘材料会迅速老化，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。
