【学习要求】

1.能结合实例理解电功和电功率.

2.知道用电器的额定功率和实际功率.

3.知道在电流一定时，导体消耗的电功率与导体的电阻成正比.

4.通过实验，探究并了解焦耳定律，能用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象.

【知识网络】

【知识要点】

1.电功（W）

电流所做的功叫做电功.在家庭用电中所消耗的电能是用电能表来测量的，电能表是测量电功的仪表.

电流做功的特点：电流做功就是把电能转化为其他形式的能，且电功等于消耗的电能，也等于转化成其他形式的能.

电流做功的多少与电压、电流和通电时间有关.

电功计算公式：W=UIt.

电功的单位：J（焦耳）.电功的实用单位：kW·h（千瓦·时）.1kW·h=3.6×106J.

2.电功率（P）

（1）电功率表示电流做功的快慢.

电功率计算公式：.

电功率的单位W（瓦特，简称瓦）..电功率的单位还有千瓦，1kW=1000W.

（2）额定电压是用电器正常工作时的电压，额定电流是用电器正常工作时的电流，额定功率就是用电器在额定电压下，或额定电流下工作的电功率.也是用电器正常工作时的功率.

通常用电器上所标的电压值（或电流值）、功率值是指其额定电压（或额定电流）和额定功率.（3）用电器的实际功率

用电器在实际工作中，由于工作电压不同可能出现三种工作状况：

①当用电器的实际工作电压低于额定电压值时，用电器不能正常工作，没能发挥用电器的真正效能，用电器的实际功率小于额定功率.

②当用电器的实际工作电压高于额定电压值时，用电器的实际功率高于额定功率.用电器也不能正常工作，甚至会烧毁用电器，造成危险.

③当用电器的实际电压等于额定电压值时，用电器的实际工作电流和实际功率都等于它的额定值，用电器处于正常工作状态.既能长时间安全工作，又能充分发挥用电器的真正效能.

图　9-1

（4）测小灯泡的电功率

在伏安法测小灯泡电功率的实验中，其实验原理和计算结果都是P=UI.在常规实验中使用的器材是电流表、电压表、滑动变阻器、开关各一个，符合要求的电池组，导线若干.实验电路如图9-1所示.

此实验与伏安法测电阻的最大区别在于：测电阻时对电源电压没有要求（只要电表能显示示数即可），测小灯泡功率时，电源电压值需高于待测灯泡的额定电压值，否则就无法测定小灯泡的额定功率.伏安法测电阻可以通过多次测量求平均值来减小实验误差，测小灯泡的电功率则不可以用取平均值的方法来测量.

在电学实验的步骤中，第一步应写明按电路图对应连接实物；连实物图时要注意根据实际情况确定各种电表的量程及其正确使用要求；闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于电阻最大端，逐渐调节灯泡两端电压至额定值，再记录相应的电流表示数.

实验中要注意检测并排除故障.

（5）电流一定时，导体消耗的电功率与导体的电阻成正比，即.

（6）电压一定时，导体消耗的电功率与导体的电阻成反比，即.

思考：串联在电路中的两个灯泡，额定电压相同、额定功率不同，哪个亮？为什么？

3.电热

电流通过用电器产生的热量，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，这个规律叫焦耳定律.焦耳定律反映了电能转化为内能的规律.

计算公式：Q=I2Rt.

如果计算电功时的研究对象是电热器，即在这部分电路中，电能全部转化为内能.那么电功的计算公式又可以写成.

电流的热效应在生产、生活中有着广泛的应用.电热器是常用的加热设备，其核心部分是电阻率大、熔点高的合金丝.另外，电子仪器、用电器、电路中的过热会影响它们的正常工作、损坏用电器，甚至引起火灾.

【典型例题】

例1　某家用电器正常工作时的电流约为4A，此用电器可能是（　　）.

A.空调机　　B.日光灯　　C.电冰箱　　D.电风扇

点拨　（1）注意家庭电路的供电电压，并对常用用电器的功率有一个大致的了解.（2）本题的命题意图是希望同学对有关物理量的大小和单位有一个较具体的认识.

例2　电风扇、白炽灯、电烙铁三个用电器上都标有“220V　60W”字样，正常工作时，相同的时间内产生的热量（　　）.

A.电风扇最多　　B.白炽灯最多　　C.电烙铁最多　　D.三者一样多

点拨　（1）注意电风扇、白炽灯、电烙铁工作过程中的电能转化问题.（2）本题旨在以生活中的用电器为背景，从应用的角度出发，考查电能的转化问题.

例3　小华在探究电功率大小与哪些因素有关的实验中，所用的实验装置如图9-2所示，写出从图9-2（a）、（b）中观察到的现象及其中的道理，并回答：实验最后能得出什么结论.

图　9-2

图　9-3

点拨　（1）注意观察，通过读图获取有关信息：灯越亮，表明实际功率越大.（2）注意结合串、并联电路的特点与电表读数的关系，得出实验结论.

例4　如图9-3所示是研究导体产生的热量与导体电阻关系的实验装置.

（1）将两根不同的电阻丝串联起来主要是为了控制什么物理量相同？

（2）小强发现这种用加热煤油的方法来比较导体产生热量的多少，所用时间较长，回家后想用另外一种方法来比较.请你帮他想出一种方法，并说明是如何比较导体发热多少的.

点拨　中考物理实验试题，一方面考查学生的基本实验知识和基本实验技能；另一方面更加注重实验能力的检测.实验能力既包括实验操作能力，也包括实验方案设计、实验数据分析等方面的能力.对实验能力的考查主要有观察分析实验现象、处理实验数据、归纳总结实验结论、实验设计、能真实再现学生实验全过程的实验报告撰写以及实验报告的分析说明等.

例5　小明在进行“测量小电灯的电功率”实验时，实验台上给他提供的器材有：蓄电池（电压约为6V），滑动变阻器R（50Ω、1.5A），电流表（小量程为0～0.6A、分度值为0.02A，大量程为0～3A、分度值为0.1A）、电压表（小量程为0～3V、分度值为0.1V，大量程为0～15V、分度值为0.5V）各1个，额定电压为2.5V的小灯泡、开关各1只，导线若干.

（1）请你用笔画线代替导线将图9-4中的实验电路连接完整.

（2）闭合开关时，小明发现小灯泡不亮，电流表的示数为零，电压表的指针迅速向右偏转，产生此故障的原因可能是下列情况中的__________.（填写序号）

A.小灯泡短路；B.小灯泡的灯丝断了；C.小灯泡与灯座之间接触不良；D.电压表的正、负接线柱接反；E.滑动变阻器的滑片连入电路的阻值最小.

图　9-4

图　9-5

（3）小明改正错误后再进行实验，依据实验记录的数据，画出了通过小灯泡的电流随其两端电压变化关系的曲线，如图9-5所示.则这只小灯泡的额定功率是__________W.小明由表中数据计算后发现，当小灯泡的亮度不同，灯丝的电阻值不相等.你认为造成这种结果的原因是：____________________________________________________________________.

点拨　分组实验必须做到熟悉每一个细节，从实验原理（方法）、方案设计（串联或并联、等效或变化）、器材选用（电表量程、滑动变阻器的规格）、操作步骤、操作注意事项、故障解决（开路、短路或接错）、数据分析（识图）到得出结论（相关性）、过程评价等都要落到实处.

【例题解析】

例1：该家用电器正常工作时的电流约为4A，而家庭电路的供电电压为220V，则该家用电器的额定功率约为880W.这与“1～1.2匹”的家用空调机的功率相近.(www.daowen.com)

例2：由于电风扇工作时电能大部分转化为机械能，白炽灯工作时电能一部分转化为光能，电烙铁工作时电能几乎全部转化为内能，故应选C.

例3：从图9-2（a）中观察到的现象是：这是一个串联电路，V1测灯L1两端电压，V2测灯L2两端电压，灯L1两端电压大于灯L2两端电压，灯L1比灯L2亮.以上现象表明：当灯L1与灯L2的电流相等时，两端电压大的灯，它的实际功率大.

从图9-2（b）观察到的现象是：这是一个并联电路，通过灯L2的电流比通过灯L1的电流大，灯L2比灯L1亮.以上现象表明：在电压相等时.电流越大的灯，它的实际功率也大.

图　9-6

综上所述得到的结论是：电功率受到电压与电流两个因素影响，且电压越大，电功率越大；电流越大，电功率越大.

例4：（1）控制电流相同.（2）方法一：可以用加热固体的方法来比较，如在电阻丝上沾上质量相同的凡士林，通过观察电阻丝上的凡士林熔化所用的时间长短进行比较.方法二：可以用加热气体的方法来比较，如把两个烧瓶密闭，中间插入带有水柱的细玻璃管，通过观察细玻璃管中水柱位置的变化来比较.

例5：（1）见图9-6.（2）B、C、E.　（3）0.625，灯丝的电阻随温度的升高而增大.

自我评估

一、填空题

1.家庭电路中的电能表是用来测量________________的仪表.1kW·h可使一盏标有“PZ220-40”的电灯正常照明________h.

2.标有“PZ220-60”的白炽灯，正常工作电压为________V.额定功率为11W的节能灯与该灯泡均正常发光时亮度相当，如各自正常工作10h，节能灯少消耗________kW·h的电能.

3.课外兴趣小组的同学自制了一只电烙铁.这只电烙铁正常工作时的电阻是1100Ω，通过的电流是0.2A，它正常工作5min产生的热量是__________J.若电源电压不变，要使它在相等的时间内产生的热量变为原来的，应给它串联一个________Ω的电阻.

4.某款手机使用的锂电池上标有“3.6V　900mA·h”字样，请估算这种电池可储存的电能是__________.

图　9-7

5.如图9-7（a）所示，电源电压保持不变，小灯泡的额定电压为12V.闭合开关S后，当滑片P从最右端滑到最左端的过程中，小灯泡L的I-U关系图像如图9-7（b）所示，则小灯泡的额定功率为__________W，滑动变阻器的最大阻值为__________Ω.

二、选择题

6.三峡工程举世瞩目，其水电站的年发电量在847亿kW·h以上.下列物理量中，以“kW·h”为单位的是（　　）.

A.时间　　B.电压　　C.电功率　　D.电功

7.判别电灯亮度的主要依据应是（　　）.

A.电压大小　　B.电流大小　　C.额定功率大小　　D.实际功率大小

8.把粗细、长度都相同的铁丝和铜丝串联起来，通电后，流过它们的电流和产生的热量情况是（　　）.

A.电流、热量都相同　　B.电流相同、热量不同

C.电流不同、热量相同　　D.电流、热量都不同

9.图9-8（a）所示是某电热器内部电路结构图，其中R1、R2为电热丝（R1＞R2）.图（b）中四个图是电热丝的四种连接方式，其中可使电热器发热功率最大的连接图是（　　）.

图　9-8

A.甲　　B.乙　　C.丙　　D.丁

10.把10Ω和20Ω的两个电阻串联接在12V的电源上，它们消耗的电功率之比为（　　）.

A.1∶2　　B.2∶1　　C.1∶1　　D.1∶4

11.有两只白炽灯，甲灯标有“220V　40W”字样，乙灯标有“220V　60W”字样，下列说法正确的是（　　）.

A.甲灯灯丝比乙灯灯丝细

B.两灯都正常发光时，甲灯消耗的电能较少

C.甲灯电阻小于乙灯电阻

D.两灯串联后，接在220V电路中，甲灯比乙灯暗

图　9-9

三、作图与实验题

12.某班同学在实验室做“测定小灯泡额定功率”的实验.被测小灯泡的额定电压为3.8V，电阻约为10Ω.实验室有如下器材：电源（电压为6V）、电流表（0～0.6A　0～3A）、电压表（0～3V　0～15V）、开关各一只，导线若干，滑动变阻器三只，规格为：R1（5Ω　0.5A）、R2（10Ω　0.5A）、R3（500Ω　1A）.同学们设计的电路如图9-9所示：

（1）电压表应选用________挡，滑动变阻器应选用________（选填“R1”“R2”或“R3”）.

（2）实验电路接好后，合上开关时，部分同学发现电路出现故障，主要有下表所列的两种情况.请根据现象和检测结果指出故障的可能原因.

（3）下表为某小组的实验记录分析表：

老师认为该小组数据处理过程有误，你认为正确测量结果P额=__________W.

13.某工厂装配车间有一个纯电阻元件，其上标有“1？V　6W”字样，其中额定电压值不清，估计在10～19V之间.若要正确使用这个元件，需找出它的额定电压值.现在实验室中有以下实验器材：一个蓄电池（电压约6V），一只电流表（量程：0～0.6A　0～3A），两个开关，导线若干.另外，还有可供选择的定值电阻R0，分别为A.1Ω、B.30Ω、C.500Ω、D.1kΩ.请你利用上述器材，通过实验测量，找出此元件的额定电压值.

（1）根据学过的电功率公式，只要测量出元件的某一物理量__________，即可计算出它的额定电压值.

（2）为较准确地测量，电流表的量程应选________，选用的定值电阻R0（要求从四个电阻中任选一个）为__________.

（3）在虚线框中画出实验电路图.

（4）按照你设计的电路图，补全下列实验步骤，并写出实验中要测量的物理量（用字母表示）.

a.连接电路；

b.____________________；

c.____________________；

d.断开电路，整理器材；

e.用测得的物理量和已知物理量表示计算元件额定电压的公式为U额=__________.

图　9-10

14.如图9-10所示是“探究电流通过导体产生热量与导体电阻关系”的实验装置，甲、乙两电阻丝的阻值分别为R和2R.将其分别浸在质量和初温均相同的煤油中，且每个烧瓶里各插一支温度计.闭合开关，经过一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过________________________反映出来的；温度计的示数上升较快的是__________（选填“甲”或“乙”），原因是：______________.

四、计算题

图　9-11

15.饮水机是一种常用的家用电器，其加热水槽部分工作原理电路图如图9-11所示.其中S是一个温控开关，R1为电加热管.当饮水机处于加热状态时，水被迅速加热；达到预定温度时，S自动切换到另一处，使饮水机处于保温状态.请回答下列问题：

（1）A、B是两种不同颜色的指示灯.如果用红色表示正在对水加热，黄色表示保温，则A灯为__________色，B灯为__________色.

（2）若饮水机加热时加热管的功率为550W，而保温时加热管的功率为88W，求电阻R2的阻值（不考虑温度对阻值的影响，且不计指示灯的阻值）.

（3）若加热水槽储水1.0kg，将其从初温20℃加热到100℃，加热管的热效率为90%，试计算出加热需要多少时间？

16.由电源连接某工地的一只标有“220V　100W”的灯泡亮度较暗，测得该灯泡的实际功率只有81W，而电源的电压却为220V.输电导线上消耗的功率约有多大？你在计算中用到了什么近似？