第3节 电功与电热(赋能课—精细培优科学思维)
课标要求 层级达标
1.理解电功、电功率及焦耳定律。2.能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。 学考层级 1.初步形成电功与电热的概念。2.通过对焦耳定律内容的理解，可以在熟悉的情境中分析解决问题。
选考层级 1.通过对电功与电功率、电热与热功率的综合分析，可以解释生活中的实际问题。2.通过生活实例，能将电气设备耗能问题中的对象和过程转化成电功与电热问题。3.通过分析生活中的用电现象，提出可探究的电功与电热问题。
一、电功和电功率
电功 电功率
概念 电场力对定向移动的自由电荷所做的功 单位时间内______所做的功
公式 W＝qU＝______ P＝＝UI
单位 焦耳，符号为J 瓦特，简称瓦，符号为______
物理
意义 描述______转化为其他形式的能的多少 描述电流做功的快慢
W＝UIt，在科学研究中称为静电力做功，在生产生活中称为电流做功，简称电功。
[情境思考]
如图所示，一段电路两端的电压为U，电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，形成电流I。则在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q为多少？在这个过程中，静电力做了多少功？
二、焦耳定律
1．内容：电流通过导体产生的热量与______的二次方成正比，与导体的______及通电时间成______。
2．公式：Q＝________。
3．单位：焦耳，简称焦，符号为J。
4．微观解释：当导体内的电子在电场力作用下做定向运动时，会与金属离子不断______，在碰撞过程中把一部分动能传递给离子，使离子的热运动加剧，导致导体______。
5．纯电阻电路和非纯电阻电路
(1)纯电阻电路：电路中只含电阻，电流所做的电功与产生的热量______。
(2)非纯电阻电路：电路中还含有电动机等其他转换能量的装置，电流所做的电功与产生的热量________。
[情境思考]
如图所示，是一种过去常用的电炉子。
(1)该用电器电路是纯电阻电路，还是非纯电阻电路？
(2)电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线几乎不发热？
三、身边的电热
1．电水壶、电饭锅等家用电器都利用了电流的热效应，它们的电阻丝都由电阻率________的材料制成。
2．电阻焊就是在被焊接的金属接触面上通过______，利用接触电阻产生的______得到适合焊接的高温，对接触面进行焊接的。
3．插头和插座之间、电线连接处如果接触不良，都会产生大电阻，容易______，甚至迸出火花。
4．电视机和计算机显示器的后盖有很多孔，计算机的中央处理器上要安装散热片及风扇，都是为了______。
[情境思考]
电吹风工作时，将电能转化为什么能？电风扇工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？
强化点(一) 对电功与电功率的理解
任务驱动
当家中只开一盏节能灯时，电能表的表盘转得很慢，而用电烧水壶烧水时，电能表的表盘转得很快。
那么节能灯和电烧水壶在相同时间内，哪个用电器消耗电能多？哪个用电器的电功率大？
[要点释解明]
1．对电功的理解
(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。
(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小度量了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。
(3)电功W＝UIt＝qU对任何电路都适用。
2．对电功率的分析
(1)电功率P＝＝UI对任何电路都适用。
(2)额定功率和实际功率。
①额定功率：用电器正常工作所消耗的功率。
②实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。
3．对电功、电功率的三点说明
(1)电功W＝UIt适用于任何电路。
(2)在纯电阻电路中，由于I＝，所以电功可表示为W＝UIt＝I2Rt＝t。
(3)P＝UI适用于任何电路，在纯电阻电路中P＝UI＝I2R＝。
[题点全练清]
1．一种称作地中海电鳐的电鱼能够电击它的猎物，一般来说，在一次电击中它不必移动，就能引起0.20 kV电势差，以18 A的电流传送电荷，持续时间为1.5 ms，则在这次电击中( )
A．传输的电荷量为18 C
B．电鱼能将机械能转化为电能
C．电鱼的电器官功率为3.6 kW
D．电鱼的电器官所做的功为3 600 J
2.(2024·四川1月学考)如图所示是手电筒的电路图，小灯泡的额定电压是 2.5 V，额定电流是0.3 A。开关断开时，小灯泡两端的电压是________V；开关闭合时，小灯泡正常发光的功率是_________W。
强化点(二) 电功与电热的关系
[要点释解明]
1．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
项目 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器
电流、电压、电阻三者的关系 遵循欧姆定律I＝ 不遵循欧姆定律，由W＝UIt＝I2Rt＋W其他知U>IR或I<
能量转化形式 电流做功全部转化为内能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t 电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他
元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯 电动机、电解槽、电风扇
2．对纯电阻电路和非纯电阻电路的三点说明
(1)电能全部转化成电热为纯电阻电路，电能转化成电热和其他形式的能为非纯电阻电路。
(2)非纯电阻电路只能用Q＝I2Rt计算电热，电功W＝UIt大于Q。
(3)对于含电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻电路，电动机不转时是纯电阻电路。
3．电动机的功率和效率
(1)输入功率：电动机的总功率。由电动机电路的电流和电压决定，计算公式：P总＝UI。
(2)输出功率：电动机做有用功的功率。
(3)热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率P热＝I2r。
(4)功率关系：P总＝P出＋P热。
(5)电动机的效率：η＝。
[典例] 在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和 1.0 V；重新调节滑动变阻器R使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。
尝试解答：
[变式拓展] 上述[典例]中，若电动机以v＝1 m/s 的速度匀速竖直向上提升重物，该重物的质量为多少？(g＝10 m/s2)
电动机电路的分析与计算
[题点全练清]
1．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B．W＝UIt＝I2Rt＝ t，对任何电路都适用
C．U＝IR对于纯电阻电路和非纯电阻电路都适用
D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
2．服务型机器人无处不在，彰显着技术的魅力。如图所示，一款微型机器人的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在输出电压为U的直流电源上，电动机恰好能正常工作，下列说法正确的是( )
A．电动机消耗的热功率为UI
B．电动机的输出功率为UI－I2R
C．流过电动机的电流为
D．电动机的输入功率为I2R
第3节 电功与电热
一、电流 UIt W 电能
[情境思考]
提示：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量为q＝It，在这个过程中，静电力做功为W＝UIt。
二、1.电流 电阻 正比 2.I2Rt 4.碰撞 发热
5．(1)相等 (2)不相等
[情境思考]
提示：(1)纯电阻电路。
(2)电炉丝电阻较大，通电时间相同，电炉丝产生的热量较多。
三、1.较大 2.电流 热量 3.发热 4.散热
[情境思考]
提示：电吹风和电风扇都有电动机，它们将电能转化为内能和机械能，电熨斗工作时将电能转化为内能。
强化点(一)
[任务驱动] 提示：电烧水壶在相同时间内消耗电能多，对应电功率大。
[题点全练清]
1．选C 在这次电击中，传输的电荷量为q＝It＝18×1.5×10－3 C＝2.7×10－2 C，A错误；电鱼能将生物化学能转化为电能，B错误；通过电鱼的电器官的电流为18 A，电鱼的电器官功率为P＝UI＝0.2×103×18 W＝3.6×103 W＝3.6 kW，C正确；电鱼的电器官所做的功为W＝Pt＝3.6×103×1.5×10－3 J＝5.4 J，D错误。
2．解析：开关断开时，小灯泡右端与电源断开，两端的电压是0；
小灯泡正常发光的功率是P＝UI＝2.5×0.3 W＝0.75 W。
答案：0 0.75
强化点(二)
[典例] 解析：当电动机停止转动时，电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V，电动机中只有线圈的电阻消耗电能，其阻值r＝＝ Ω＝2 Ω
当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V，
则电动机的总功率P总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W
线圈电阻的热功率P热＝I22r＝2.02×2 W＝8.0 W
所以电动机的输出功率
P输出＝P总－P热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W。
答案：22.0 W 2 Ω
[变式拓展] 提示：P输出＝mgv，则m＝＝2.2 kg。
[题点全练清]
1．选D 由电功率公式P＝知，电功率越大，表示电流做功越快，对于一段电路，有P＝UI，则焦耳热Q＝2Rt，可见Q与P、t都有关，所以，P越大，Q不一定越大，选项A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而W＝I2Rt＝ t只适用于纯电阻电路，选项B错误；U＝IR只能用于纯电阻电路中，非纯电阻电路不适用，选项C错误；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中，选项D正确。
2．选B 电动机正常工作，消耗的热功率P＝I2R，A错误；电动机的输出功率P出＝UI－I2R，B正确；电动机所在的电路不是纯电阻电路，则流过电动机的电流I≠，C错误；电动机的输入功率P电＝IU>I2R，D错误。
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电功与电热
(赋能课——精细培优科学思维)
第 3 节
课标要求
1.理解电功、电功率及焦耳定律。
2.能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。
层级达标 学考 层级 1.初步形成电功与电热的概念。
2.通过对焦耳定律内容的理解,可以在熟悉的情境中分析解决问题。
选考 层级 1.通过对电功与电功率、电热与热功率的综合分析,可以解释生活中的实际问题。
2.通过生活实例,能将电气设备耗能问题中的对象和过程转化成电功与电热问题。
3.通过分析生活中的用电现象,提出可探究的电功与电热问题。
1
课前预知教材
2
课堂精析重难
3
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
课前预知教材
一、电功和电功率
电功 电功率
概念 电场力对定向移动的自由电荷所做的功 单位时间内_____所做的功
公式 W=qU=____
单位 焦耳,符号为J 瓦特,简称瓦,符号为____
物理意义 描述_____转化为其他形式的能的多少 描述电流做功的快慢
电流
UIt
W
电能
[微点拨]
W=UIt,在科学研究中称为静电力做功,在生产生活中称为电流做功,简称电功。
[情境思考]
如图所示,一段电路两端的电压为U,电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动,形成电流I。则在时间t内,通过这段电路上任一横截面的电荷量q为多少 在这个过程中,静电力做了多少功
提示:在时间t内,通过这段电路上任一横截面的电荷量为q=It,在这个过程中,静电力做功为W=UIt。
二、焦耳定律
1.内容:电流通过导体产生的热量与______的二次方成正比,与导体的_____及通电时间成_____。
2.公式:Q=_____。
3.单位:焦耳,简称焦,符号为J。
电流
电阻
正比
I2Rt
4.微观解释:当导体内的电子在电场力作用下做定向运动时,会与金属离子不断_____,在碰撞过程中把一部分动能传递给离子,使离子的热运动加剧,导致导体_____。
5.纯电阻电路和非纯电阻电路
(1)纯电阻电路:电路中只含电阻,电流所做的电功与产生的热量_____。
(2)非纯电阻电路:电路中还含有电动机等其他转换能量的装置,电流所做的电功与产生的热量_______。
碰撞
发热
相等
不相等
[情境思考]
如图所示,是一种过去常用的电炉子。
(1)该用电器电路是纯电阻电路,还是非纯电阻电路
提示:纯电阻电路。
(2)电炉丝和导线通过的电流相同,为什么电炉丝热得发红,而导线几乎不发热
提示:电炉丝电阻较大,通电时间相同,电炉丝产生的热量较多。
三、身边的电热
1.电水壶、电饭锅等家用电器都利用了电流的热效应,它们的电阻丝都由电阻率______的材料制成。
2.电阻焊就是在被焊接的金属接触面上通过______,利用接触电阻产生的______得到适合焊接的高温,对接触面进行焊接的。
较大
电流
热量
3.插头和插座之间、电线连接处如果接触不良,都会产生大电阻,容易_____,甚至迸出火花。
4.电视机和计算机显示器的后盖有很多孔,计算机的中央处理器上要安装散热片及风扇,都是为了_____。
发热
散热
[情境思考]
电吹风工作时,将电能转化为什么能 电风扇工作时,将电能转化为什么能 电熨斗工作时,将电能转化为什么能
提示:电吹风和电风扇都有电动机,它们将电能转化为内能和机械能,电熨斗工作时将电能转化为内能。
课堂精析重难
当家中只开一盏节能灯时,电能表的表盘转得很慢,而用电烧水壶烧水时,电能表的表盘转得很快。
强化点(一)对电功与电功率的理解
任务驱动
那么节能灯和电烧水壶在相同时间内,哪个用电器消耗电能多 哪个用电器的电功率大
提示:电烧水壶在相同时间内消耗电能多,对应电功率大。
1.对电功的理解
(1)从力的角度看,电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。
(2)从能的角度看,电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程,电功的大小度量了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少。
(3)电功W=UIt=qU对任何电路都适用。
要点释解明
2.对电功率的分析
(1)电功率P==UI对任何电路都适用。
(2)额定功率和实际功率。
①额定功率:用电器正常工作所消耗的功率。
②实际功率:用电器在实际电压下电流做功的功率。
3.对电功、电功率的三点说明
(1)电功W=UIt适用于任何电路。
(2)在纯电阻电路中,由于I=,所以电功可表示为W=UIt=I2Rt=t。
(3)P=UI适用于任何电路,在纯电阻电路中P=UI=I2R=。
1.一种称作地中海电鳐的电鱼能够电击它的猎物,一般来说,在一次电击中它不必移动,就能引起0.20 kV电势差,以18 A的电流传送电荷,持续时间为1.5 ms,则在这次电击中 ( )
A.传输的电荷量为18 C
B.电鱼能将机械能转化为电能
C.电鱼的电器官功率为3.6 kW
D.电鱼的电器官所做的功为3 600 J
题点全练清
√
解析:在这次电击中,传输的电荷量为q=It=18×1.5×10-3 C=2.7×10-2 C,A错误;电鱼能将生物化学能转化为电能,B错误;通过电鱼的电器官的电流为18 A,电鱼的电器官功率为P=UI=0.2×103×18 W=3.6×103 W=3.6 kW,
C正确;电鱼的电器官所做的功为W=Pt=3.6×103×1.5×10-3 J=5.4 J,D错误。
2.(2024·四川1月学考)如图所示是手电筒的电路
图,小灯泡的额定电压是 2.5 V,额定电流是0.3 A。开关
断开时,小灯泡两端的电压是 V;开关闭合时,小灯
泡正常发光的功率是 W。
解析:开关断开时,小灯泡右端与电源断开,两端的电压是0;
小灯泡正常发光的功率是P=UI=2.5×0.3 W=0.75 W。
0
0.75
1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
要点释解明
强化点(二) 电功与电热的关系
项目 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器
电流、电压、电阻三者的关系
能量转化形式 电流做功转化为内能和其他形式的能量:电功W=UIt,电热Q=I2Rt,
W=Q+W其他
元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯 电动机、电解槽、电风扇
续表
2.对纯电阻电路和非纯电阻电路的三点说明
(1)电能全部转化成电热为纯电阻电路,电能转化成电热和其他形式的能为非纯电阻电路。
(2)非纯电阻电路只能用Q=I2Rt计算电热,电功W=UIt大于Q。
(3)对于含电动机的电路,电动机转动时是非纯电阻电路,电动机不转时是纯电阻电路。
3.电动机的功率和效率
(1)输入功率:电动机的总功率。由电动机电路的电流和电压决定,计算公式:P总=UI。
(2)输出功率:电动机做有用功的功率。
(3)热功率:电动机线圈上有电阻,电流通过线圈时要发热,热功率P热=I2r。
(4)功率关系:P总=P出+P热。
(5)电动机的效率:η=。
[典例] 在研究微型电动机的性能时,可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.5 A和 1.0 V;重新调节滑动变阻器R使电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。
[答案] 22.0 W 2 Ω
[解析] 当电动机停止转动时,电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V,电动机中只有线圈的电阻消耗电能,其阻值r== Ω=2 Ω
当电动机正常工作时,电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V,
则电动机的总功率P总=U2I2=15.0×2.0 W=30.0 W
线圈电阻的热功率P热=r=2.02×2 W=8.0 W
所以电动机的输出功率
P输出=P总-P热=30.0 W-8.0 W=22.0 W。
[变式拓展] 上述[典例]中,若电动机以v=1 m/s 的速度匀速竖直向上提升重物,该重物的质量为多少 (g=10 m/s2)
提示:P输出=mgv,则m==2.2 kg。
[思维建模]
电动机电路的分析与计算
1.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是 ( )
A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多
B.W=UIt=I2Rt= t,对任何电路都适用
C.U=IR对于纯电阻电路和非纯电阻电路都适用
D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
√
题点全练清
解析:由电功率公式P=知,电功率越大,表示电流做功越快,对于一段电路,有P=UI,则焦耳热Q=Rt,可见Q与P、t都有关,所以,P越大,Q不一定越大,选项A错误;W=UIt是电功的定义式,适用于任何电路,而W=I2Rt= t只适用于纯电阻电路,选项B错误;U=IR只能用于纯电阻电路中,非纯电阻电路不适用,选项C错误;Q=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路中,选项D正确。
2.服务型机器人无处不在,彰显着技术的魅力。如图所示,一款微型机器人的直流电动机的额定电压为U,额定电流为I,线圈电阻为R,将它接在输出电压为U的直流电源上,电动机恰好能正常工作,下列说法正确的是 ( )
A.电动机消耗的热功率为UI
B.电动机的输出功率为UI-I2R
C.流过电动机的电流为
D.电动机的输入功率为I2R
√
解析:电动机正常工作,消耗的热功率P=I2R,A错误;电动机的输出功率P出=UI-I2R,B正确;电动机所在的电路不是纯电阻电路,则流过电动机的电流I≠,C错误;电动机的输入功率P电=IU>I2R,D错误。
课时跟踪检测
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A级——学考达标
1.如图是电解硫酸铜溶液的装置示意图,图中电压表示数为U,电流表示数为I,通电时间为t,则下列说法正确的是( )
A.CuSO4溶液中的阳离子向铜板定向移动
B.IU是电能转化成化学能的功率
C.IUt是这段时间内电路消耗的总电能
D.IUt是这段时间内产生的总焦耳热
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解析:由于铜板接电源的正极,因此CuSO4溶液中的阴离子向铜板定向移动,A错误;该电路是非纯电阻电路,IU是消耗电能的总功率,其中有一部分转化为化学能,还有一部分产生焦耳热,因此,IUt是这段时间内电路消耗的总电能,而I2rt是这段时间内产生的总焦耳热(式中r表示电路的电阻),其余的才转化为化学能,B、D错误,C正确。
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2.小芳家正在使用的电器有电灯、洗衣机、电冰箱,小芳从家里的总电能表中测得在时间t内消耗的电能为W。设小芳家的供电电压为U,总电流为I,上述电器的总电阻为R,总功率为P。下列关系式正确的是 ( )
A.P= B.W=I2Rt
C.I= D.P=
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解析:由于洗衣机、电冰箱是非纯电阻电路,欧姆定律不成立,所以I=不成立,所以关系式P=不成立,关系式W=I2Rt不成立,故A、B、C错误;公式P=普遍适用,故D正确。
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3.某款新能源汽车,其电动机启动时电压与电功率分别为300 V、30 kW,则该电动机启动时电流为 ( )
A.10 A B.100 A
C.1 000 A D.10 000 A
解析:根据P=UI可得I== A=100 A,故选B。
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4.如图为甲、乙两种电学元件的I-U 图像,交点处的坐标为(U1,I1)。现在两元件两端分别加电压U1时,甲、乙元件的阻值分别为R甲、R乙,电功率分别为P甲、P乙,则 ( )
A.R甲>R乙,P甲>P乙 B.R甲
C.R甲=R乙,P甲解析:根据R=,P=UI,可知R甲=R乙,P甲=P乙,故选D。
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5.某品牌充电宝的参数如下表所示。下列说法正确的是 ( )
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产品净重 600 g
电芯类型 锂聚合物电池
电池容量 50 000 mA·h
输入电压 12 V
输出电压 12 V
输出快充功率 66 W
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A.电池容量中的“mA·h”是能量的单位
B.电池容量中的“mA·h”是电容的单位
C.该充电宝能输出的电能最多为2.16×106 J
D.该充电宝以快充功率可以持续供电约900小时
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解析:电池容量中的“mA·h”是电荷量的单位,A、B错误;该充电宝能输出的电能最多为W=UIt=Uq=12×50 000×10-3×60×60 J=2.16×106 J,
C正确;该充电宝以快充功率持续供电时的电流为I== A= A,所以可得持续供电时间为t'== h≈9 h,D错误。
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6.如下表所示是某款微波炉的产品规格,根据表格中的数据可以得出 ( )
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某型号微波炉产品规格 容量 25 L
重量 14 kg
尺寸 485*410*293 mm
微波功率 880 W
额定功率 1 100 W
额定电压 220 V
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A.微波炉的额定电流为4 A
B.微波炉的工作效率为80%
C.微波炉的内阻大小为55 Ω
D.微波炉连续工作0.5 h消耗的电能为0.44 kW·h
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解析:微波炉的额定电流为I额==5 A,故A错误;微波炉的工作效率为η==80%,故B正确;微波炉的热功率为P热=P额-P微=220 W,根据P热=I2R可得,微波炉的内阻为R==8.8 Ω,故C错误;微波炉连续工作0.5 h消耗的电能为W=P额t=0.55 kW·h,故D错误。
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7.(多选)已知在相等亮度下,白炽灯消耗的电能是荧光灯的5倍,是LED灯的15倍。在额定电压220 V下工作的白炽灯、荧光灯和LED灯,如果要求荧光灯和LED灯发光亮度与100 W的白炽灯相同,则 ( )
A.可选用 W的LED灯
B.通过LED灯的电流为 A
C.在60 s内通过LED灯的电荷量为 C
D.电流对荧光灯做的功是白炽灯的5倍
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解析:由题意可得,白炽灯的额定功率是LED灯额定功率的15倍,则P白=15PLED,所以要使LED灯发光亮度与100 W的白炽灯相同,则可选用LED灯的功率为PLED=×100 W= W,A正确;由公式P=UI,得通过LED灯的电流为ILED== A= A,B正确;
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在60 s内通过LED灯的电荷量为Q=ILEDt=×60 C= C,C正确;由题意可得,白炽灯的额定功率是荧光灯额定功率的5倍,则P荧=P白,由电流做功公式W=Pt,可得,电流对荧光灯做的功是白炽灯的,D错误。
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8.(多选)某抽油烟机的主要部件是照明灯L和抽气扇M(电动机),抽气扇有“强吸”和“弱吸”两个档位,内部电路如图所示。抽气扇额定电压为220 V,额定功率为220 W,线圈内阻为20 Ω,则 ( )
A.保持S1、S2闭合,断开S3,抽油烟机处于“弱吸”档
B.保持S1、S3闭合,断开S2,抽油烟机处于“弱吸”档
C.闭合S1、S2,抽气扇的输出功率为200 W
D.闭合S1、S2,若电动机被卡住,则抽气扇消耗的功率小于220 W
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解析:根据电路图,可知保持S1、S2闭合,断开S3时,定值电阻被短路,抽油烟机两端的电压为额定电压220 V,功率最大,处于“强吸”档,故A错误;根据电路图,可知保持S1、S3闭合,断开S2时,抽油烟机与定值电阻串联,其两端的电压小于额定电压220 V,处于“弱吸”档,故B正确;根据电路图,可知闭合S1、S2,抽气扇的输出功率为P=P额-rM=220 W-×20 W=
200 W,故C正确;闭合S1、S2,若电动机被卡住,则抽气扇消耗的功率为P'== W=2 420 W,故D错误。
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9.(12分)电动机也称电机(俗称马达),在电路中用字母“M”表明。它的首要作用是产生驱动力,作为用电器设备和机械设备的动力源。电动机分类方法很多,依据电动机工作时所需的电源不同,可分为直流电动机和交流电动机。直流电动机能将直流电能转换成机械能。已知一台直流电动机的额定工作电压U=110 V,正常工作时电流I=10 A,若该电动机在1 min
内把一个质量m=50 kg的物体匀速竖直向上提升H=105.6 m,不计摩擦及空气阻力,取重力加速度g=10 m/s2。求:
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(1)电动机内线圈的电阻r;
答案:2.2 Ω
解析:电动机的机械功率为P机=mgv=50×10× W=880 W,对电动机有UI=P机+I2r,解得r=2.2 Ω。
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(2)电动机的工作效率η。
答案:80%
解析:电动机的工作效率η=×100%=×100%=80%。
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B级——选考进阶
10.(多选)电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量,通常以“安时”(A·h)或“毫安时”(mA·h)作为单位。一般的锂电池,充电电压约为工作时额定电压的1.2倍。某款电动摩托车的部分参数如下表,由表中数据可知下列选项正确的是( )
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锂电池容量 额定电压 充电电压 最大速度 额定功率
20 A·h 60 V 72 V 48 km/h 800 W
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A.该车以额定功率行驶时,理论上的额定电流为20 A
B.该车以额定功率行驶时,理论上的额定电流约为13.3 A
C.该车的锂电池储存的能量理论上为1.2 kWh
D.该车在水平路面以最大速度行驶时,所受的阻力约为16.7 N
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解析:该车以额定功率行驶时,理论上的额定电流为I== A≈13.3 A,A错误,B正确;该车的锂电池储存的能量理论上为E=UIt=60 V×20 A·h
=1.2 kWh,C正确;该车在水平路面以最大速度行驶时,所受的阻力约为f== N=60 N,D错误。
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11.智能感应式矫正器能提醒不良姿势,起到矫正的作用。如图是某矫正器的铭牌信息,已知当剩余电池容量为总容量的20%时,智能感应式矫正器将停止工作。若该智能感应式矫正器工作时一直处于额定工作状态,使用前电池容量为零,则下列说法正确的是 ( )
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A.理论上该矫正器充满电可以连续工作约4.6小时
B.第一次充满电的时间和可正常工作时间之比约为
C.电池容量的单位mAh是能量单位
D.该矫正器充满电所储存的能量约为6.7×103 J
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解析:额定工作状态时的电流为I== A= A,理论上该矫正器充满电可以连续工作的时间为t== h=3.7 h,A错误;第一次充满电的时间t'== h=2.5 h,第一次充满电的时间和可正常工作时间之比为==,B错误;电池容量的单位mAh是电荷量单位,C错误;该矫正器充满电所储存的能量为E=UIt=3.7×500×10-3×3 600 J≈6.7×103 J,D正确。
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12.(14分)有一个直流电动机,把它接入0.2 V电压的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.4 A;把它接入2 V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1 A。
(1)求这台电动机的内阻;
答案:0.5 Ω
解析:电动机不转时电路为纯电阻电路,由欧姆定律可知电动机的内阻r== Ω=0.5 Ω。
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(2)求电动机正常工作时的输出功率;
答案:1.5 W
解析:电动机正常工作时电路为非纯电阻电路,
消耗的总功率P总=UI=2×1 W=2 W
线圈内阻的热功率P热=I2r=12×0.5 W=0.5 W
则电动机正常工作时的输出功率
P出=P总-P热=2 W-0.5 W=1.5 W。
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(3)如在正常工作时,转子突然被卡住,此时电动机的发热功率为多大
答案:8 W
解析:电动机的转子突然被卡住,此时电路为纯电阻电路,
发热功率P== W=8 W。
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4课时跟踪检测(十五) 电功与电热
(选择题1～8小题，每小题4分；10～11小题，每小题6分。本检测卷满分70分)
A级——学考达标
1.如图是电解硫酸铜溶液的装置示意图，图中电压表示数为U，电流表示数为I，通电时间为t，则下列说法正确的是( )
A．CuSO4溶液中的阳离子向铜板定向移动
B．IU是电能转化成化学能的功率
C．IUt是这段时间内电路消耗的总电能
D．IUt是这段时间内产生的总焦耳热
2．小芳家正在使用的电器有电灯、洗衣机、电冰箱，小芳从家里的总电能表中测得在时间t内消耗的电能为W。设小芳家的供电电压为U，总电流为I，上述电器的总电阻为R，总功率为P。下列关系式正确的是( )
A．P＝ B．W＝I2Rt
C．I＝ D．P＝
3.某款新能源汽车，其电动机启动时电压与电功率分别为300 V、30 kW，则该电动机启动时电流为( )
A．10 A B．100 A
C．1 000 A D．10 000 A
4.如图为甲、乙两种电学元件的I U 图像，交点处的坐标为(U1，I1)。现在两元件两端分别加电压U1时，甲、乙元件的阻值分别为R甲、R乙，电功率分别为P甲、P乙，则( )
A．R甲>R乙，P甲>P乙 B．R甲C．R甲＝R乙，P甲5．某品牌充电宝的参数如下表所示。下列说法正确的是( )
产品净重 600 g
电芯类型 锂聚合物电池
电池容量 50 000 mA·h
输入电压 12 V
输出电压 12 V
输出快充功率 66 W
A．电池容量中的“mA·h”是能量的单位
B．电池容量中的“mA·h”是电容的单位
C．该充电宝能输出的电能最多为2.16×106 J
D．该充电宝以快充功率可以持续供电约900小时
6．如下表所示是某款微波炉的产品规格，根据表格中的数据可以得出( )
某型号微波炉产品规格
容量 25 L
重量 14 kg
尺寸
微波功率 880 W
额定功率 1 100 W
额定电压 220 V
A.微波炉的额定电流为4 A
B．微波炉的工作效率为80%
C．微波炉的内阻大小为55 Ω
D．微波炉连续工作0.5 h消耗的电能为0.44 kW·h
7．(多选)已知在相等亮度下，白炽灯消耗的电能是荧光灯的5倍，是LED灯的15倍。在额定电压220 V下工作的白炽灯、荧光灯和LED灯，如果要求荧光灯和LED灯发光亮度与100 W的白炽灯相同，则( )
A．可选用 W的LED灯
B．通过LED灯的电流为 A
C．在60 s内通过LED灯的电荷量为 C
D．电流对荧光灯做的功是白炽灯的5倍
8．(多选)某抽油烟机的主要部件是照明灯L和抽气扇M(电动机)，抽气扇有“强吸”和“弱吸”两个档位，内部电路如图所示。抽气扇额定电压为220 V，额定功率为220 W，线圈内阻为20 Ω，则( )
A．保持S1、S2闭合，断开S3，抽油烟机处于“弱吸”档
B．保持S1、S3闭合，断开S2，抽油烟机处于“弱吸”档
C．闭合S1、S2，抽气扇的输出功率为200 W
D．闭合S1、S2，若电动机被卡住，则抽气扇消耗的功率小于220 W
9.(12分)电动机也称电机(俗称马达)，在电路中用字母“M”表明。它的首要作用是产生驱动力，作为用电器设备和机械设备的动力源。电动机分类方法很多，依据电动机工作时所需的电源不同，可分为直流电动机和交流电动机。直流电动机能将直流电能转换成机械能。已知一台直流电动机的额定工作电压U＝110 V，正常工作时电流I＝10 A，若该电动机在1 min内把一个质量m＝50 kg的物体匀速竖直向上提升H＝105.6 m，不计摩擦及空气阻力，取重力加速度g＝10 m/s2。求：
(1)电动机内线圈的电阻r；
(2)电动机的工作效率η。
B级——选考进阶
10．(多选)电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量，通常以“安时”(A·h)或“毫安时”(mA·h)作为单位。一般的锂电池，充电电压约为工作时额定电压的1.2倍。某款电动摩托车的部分参数如下表，由表中数据可知下列选项正确的是( )
锂电池容量 额定电压 充电电压 最大速度 额定功率
20 A·h 60 V 72 V 48 km/h 800 W
A.该车以额定功率行驶时，理论上的额定电流为20 A
B．该车以额定功率行驶时，理论上的额定电流约为13.3 A
C．该车的锂电池储存的能量理论上为1.2 kWh
D．该车在水平路面以最大速度行驶时，所受的阻力约为16.7 N
11．智能感应式矫正器能提醒不良姿势，起到矫正的作用。如图是某矫正器的铭牌信息，已知当剩余电池容量为总容量的20%时，智能感应式矫正器将停止工作。若该智能感应式矫正器工作时一直处于额定工作状态，使用前电池容量为零，则下列说法正确的是( )
A．理论上该矫正器充满电可以连续工作约4.6小时
B．第一次充满电的时间和可正常工作时间之比约为
C．电池容量的单位mAh是能量单位
D．该矫正器充满电所储存的能量约为6.7×103 J
12.(14分)有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A。
(1)求这台电动机的内阻；
(2)求电动机正常工作时的输出功率；
(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？
课时跟踪检测(十五)
1．选C 由于铜板接电源的正极，因此CuSO4溶液中的阴离子向铜板定向移动，A错误；该电路是非纯电阻电路，IU是消耗电能的总功率，其中有一部分转化为化学能，还有一部分产生焦耳热，因此，IUt是这段时间内电路消耗的总电能，而I2rt是这段时间内产生的总焦耳热(式中r表示电路的电阻)，其余的才转化为化学能，B、D错误，C正确。
2．选D 由于洗衣机、电冰箱是非纯电阻电路，欧姆定律不成立，所以I＝不成立，所以关系式P＝不成立，关系式W＝I2Rt不成立，故A、B、C错误；公式P＝普遍适用，故D正确。
3．选B 根据P＝UI可得I＝＝ A＝100 A，故选B。
4．选D 根据R＝，P＝UI，可知R甲＝R乙，P甲＝P乙，故选D。
5．选C 电池容量中的“mA·h”是电荷量的单位，A、B错误；该充电宝能输出的电能最多为W＝UIt＝Uq＝12×50 000×10－3×60×60 J＝2.16×106 J，C正确；该充电宝以快充功率持续供电时的电流为I＝＝ A＝ A，所以可得持续供电时间为t′＝＝ h≈9 h，D错误。
6．选B 微波炉的额定电流为I额＝＝5 A，故A错误；微波炉的工作效率为η＝＝80%，故B正确；微波炉的热功率为P热＝P额－P微＝220 W，根据P热＝I2R可得，微波炉的内阻为R＝＝8.8 Ω，故C错误；微波炉连续工作0.5 h消耗的电能为W＝P额t＝0.55 kW·h，故D错误。
7．选ABC 由题意可得，白炽灯的额定功率是LED灯额定功率的15倍，则P白＝15PLED，所以要使LED灯发光亮度与100 W的白炽灯相同，则可选用LED灯的功率为PLED＝×100 W＝ W，A正确；由公式P＝UI，得通过LED灯的电流为ILED＝＝ A＝ A，B正确；在60 s内通过LED灯的电荷量为Q＝ILEDt＝×60 C＝ C，C正确；由题意可得，白炽灯的额定功率是荧光灯额定功率的5倍，则P荧＝P白，由电流做功公式W＝Pt，可得，电流对荧光灯做的功是白炽灯的，D错误。
8．选BC 根据电路图，可知保持S1、S2闭合，断开S3时，定值电阻被短路，抽油烟机两端的电压为额定电压220 V，功率最大，处于“强吸”档，故A错误；根据电路图，可知保持S1、S3闭合，断开S2时，抽油烟机与定值电阻串联，其两端的电压小于额定电压220 V，处于“弱吸”档，故B正确；根据电路图，可知闭合S1、S2，抽气扇的输出功率为P＝P额－2rM＝220 W－2×20 W＝200 W，故C正确；闭合S1、S2，若电动机被卡住，则抽气扇消耗的功率为P′＝＝ W＝2 420 W，故D错误。
9．解析：(1)电动机的机械功率为P机＝mgv＝50×10× W＝880 W，对电动机有UI＝P机＋I2r，解得r＝2.2 Ω。
(2)电动机的工作效率η＝×100%＝×100%＝80%。
答案：(1)2.2 Ω (2)80%
10．选BC 该车以额定功率行驶时，理论上的额定电流为I＝＝ A≈13.3 A，A错误，B正确；该车的锂电池储存的能量理论上为E＝UIt＝60 V×20 A·h＝1.2 kWh，C正确；该车在水平路面以最大速度行驶时，所受的阻力约为f＝＝ N＝60 N，D错误。
11．选D 额定工作状态时的电流为I＝＝ A＝ A，理论上该矫正器充满电可以连续工作的时间为t＝＝ h＝3.7 h，A错误；第一次充满电的时间t′＝＝ h＝2.5 h，第一次充满电的时间和可正常工作时间之比为＝＝，B错误；电池容量的单位mAh是电荷量单位，C错误；该矫正器充满电所储存的能量为E＝UIt＝3.7×500×10－3×3 600 J≈6.7×103 J，D正确。
12．解析：(1)电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机的内阻r＝＝ Ω＝0.5 Ω。
(2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，
消耗的总功率P总＝UI＝2×1 W＝2 W
线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5 W＝0.5 W
则电动机正常工作时的输出功率
P出＝P总－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W。
(3)电动机的转子突然被卡住，此时电路为纯电阻电路，
发热功率P＝＝ W＝8 W。
答案：(1)0.5 Ω (2)1.5 W (3)8 W
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