电功、电功率、焦耳定律
★☆★☆★ 【考纲要求】 ★☆★☆★
1.知道用电器消耗的电能可以用电功来量度。
2.会计算用电器消耗的电能,知道电功率的含义,能从说明书或铭牌了解家用电器的额定功率。
★☆★☆★ 【知识梳理】 ★☆★☆★
(一)电功
1.定义:电流所做的功。
2.电流做功的实质:电流做功的过程是电能转化为其它形式的能的过程,电功是电能转化的量度。电功是过程量,
电流做功时,总伴随着能量状态的变化。电流通过用电器所做的功的数值与该用电器此时消耗的电能数值完全
相同。
3.电功的公式及其变换式:W=UIt(变换式W=U2/Rt,W=I2Rt),即电流在某段电流上所做的功,等于这段电路两端的电压.电路中的电流和通电时间的乘积。
注:(1)W=UIt是计算电功普遍适应的公式,对于任何电器(或电路)都通用。
(2)W=U2/Rt,W=I2Rt只适用于电炉、白炽灯、电烙铁等纯电阻电路,而如电动机及给蓄电池充电等电路则不适用。
4.电功的单位;焦耳(J)、千瓦时(kwh)
5.电功测量:电能表是测量电功的仪表。
电能表的问题
(1)电能表是测量电功或者说是测量用户的用电器在一段时间内消耗电能的多少。
(2)读数:窗口两次之差就是这段时间内使用的千瓦时数,最后一位是小数。
(3)铭牌如图甲所示的物理意义:
①“220V”表示电能表的额定电压是220V;
②“20A”表示允许通过这只电能表的最大电流是20A;
③“kWh”表示电能表测量电功所用的单位是kWh,即“度”;
④“2500R/kWh”表示每消耗1度电,电能表的表盘旋转2500转。
(二)电功率
1.定义及意义:电流在单位时间内所做的功叫电功率。电流做功不仅有大小而且有快慢之分。用电器的功率表示做功的快慢。电功率大的用电器只能说明用电器电流做功快,并不表示电流做功的多少。
2.公式:P=W/t=UIt=UI,该公式适用于任何电器。
3.单位:瓦特(W),千瓦(kw)。
4.额定电压与额定功率:额定电压是用电器正常工作时的电压,额定功率是用电器在额定电压下的功率。
U实>U额,则P实>P额 U实=U额,则P实=P额 U实<U额,则P实<P额
5.测小灯泡的电功率:(1)实验原理;(2)实验电路图;(3)实验步骤;(4)数据处理。
(三)焦耳定律
1.焦耳定律: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。
2.焦耳定律的数学表达式:Q=I2Rt
(四)熟记电学中基本量的规律和特点,进行电功、电功率和电热的计算
物理量(符号) 公式 单位(符号) 测量仪器 串联电路特点 并联电路特点
电功(W) W=UIt 焦耳(J) 电能表 W=W1+W2W1:W2= R1:R2 W=W1+W2W1:W2=R2:R1
电功率(P) P = W /tP=UI 瓦特(W) 电流表电压表滑动变阻器(伏安法) P=P1+P2P1:P2= R1:R2 P=P1+P2P1:P2= R2 :R1
电热(Q) Q=I2Rt 焦耳(J) Q=Q1+Q2 Q=Q1+Q2Q1:Q2=R1:R2
一、选择题
1.如图电路中电源电压保持不变,闭合开关后,滑动变阻器滑片从左端向右移动的过程中,
下列说法正确的是 ( )
A.电压表示数逐渐变大
B.电流表示数逐渐变小
C.电灯的亮度逐渐增大
D.电路总功率逐渐变小
2.清华大学的虞昊教授致力于第三代照明技术——LED灯的普及工作。LED灯的能耗小,
造价低廉,使用寿命长。虞昊自制的LED台灯,用电压为6伏的电源供电,正常工作电流为300毫安。那么,此LED台灯正常工作时的功率为 ( )
A.1.8瓦 B.18瓦 C.180瓦 D.1800
3.在“测定小灯泡额定功率”的实验中,当手移动变阻器滑片时,眼睛应观察 ( )
A.灯泡的发光情况 B.变阻器滑片的位置 C.电压表的示数 D.电流表的示数
4.小科在学习科学过程中,对部分电学知识整理如下,其中有错误的是 ( )
A.物理量及单位 B.科学家及贡献 C.测量仪器及用途 D.家电及能量转化
5.(如图所示,电源电压为6 V,一只标有“3 V 3 w”的小灯泡与一个最大阻值为9 Ω的滑动变阻器串联,在保证电路安全工作的前提下,电路消耗的最大功率和滑动变阻器两端的最大电压分别为 ( )
A.6 W 4.5 V
B.4.5 W 6 V
C.6 W 6 V
D.9 W 4.5 V
6.把标有“36V 15W”的甲灯和标有“36V 5W ”的乙灯串联后接在电压是36V的电路中,则 ( )
A.因为甲灯额定功率较大,所以甲灯较亮 B.因为通过它们的电流相等,所以一样亮
C.因为甲灯的电阻较小,所以甲灯较亮 D.因为乙灯实际功率较大,所以乙灯较亮
7.甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示,下列说法中正确的是 ( )
A.两灯均正常发光时,乙灯消耗的电能较多
B.两灯均正常发光时,甲灯的电阻小于乙灯的电阻
C.两灯串联在220伏的电路中,甲灯比乙灯亮.
D.将乙灯接入110伏电路中,它的实际功率为50瓦
8.标有“6V 1.5W”的小灯泡,通过它的电流随两端电压变化的关系如图6所示,若把这样的
三只灯泡串联起来,接在12V的电源两端,灯泡的电阻及实际功率约为 ( )
A.24Ω 0.67W B.20Ω 0.8W C.24Ω 0.96W D.20Ω 0.67W
9.如图所示,电源电压保持不变,当变阻器滑片P滑到A端时,闭合开关S1和S2,灯泡L
恰好正常发光,以下说法正确的是 ( )
A.滑片P仍在A端,开关S1断开,S2闭合,灯泡L仍正常发光
B.滑片P仍在A端,开关S1闭合,S2断开,灯泡L仍正常发光
C.滑片P滑到B端,同时闭合开关S1和S2,灯泡L仍正常发光
D.滑片P滑到B端,开关S1闭合,S2断开,灯泡L仍正常发光
10.将额定电压相同的两个灯泡L1、L2串联后接入电路中,如图所示。接通电路后发现L1
要亮一些,则下列判断正确的是 ( )
A.L1的电阻比L2的小 B.L1的额定功率比L2的大
C.两灯正常工作时L1发光要暗一些 D.若将两灯并联接入电路,L1发光要亮一些
11.把两个分别标有“10V 10W”和“9V 5.4W”的灯泡串联后接到电源上,要使两灯都不被损坏,
则电源的最大电压应为 ( )
A.10V B.15V C.19V D.25V
12.下列电路图中电源电压U保持不变,小灯泡的额定电压为U0,且U>U0,定值电阻的阻
值为R。在不改变电路连接的情况下,能测出小灯泡额定功率的是 ( )
13.如图所示的电路中,电源两端电压保持不变,当开关S闭合时,灯L正常发光。如果将滑动
变阻器的滑片P向右滑动,下列说法正确的是 ( )
A.电压表的示数变大,等L变亮
B.电压表的示数变小,等L变暗
C.电压表的示数变大,等L变暗
D.电压表的示数变小,等L变亮
14.某实验小组在做“探究串联电路的电压规律”实验时,连好了如图所示的电路,闭合开关S
后发现L2正常发光,L1只能微弱发光。以下对于这一现象产生的原因分析中,合理的是 ( )
A.灯L1发生断路
B.灯L1发生短路
C.由于灯L1的电阻较大,实际功率较小
D.由于灯L1的电阻较小,其实际功率较小
二、填空题
15.在做“测定小灯泡的电功率”实验时,选用的器材有电压为6V的电源,额定电压为2.5V的
小灯泡,以及滑动变阻器、电流表、电压表、开关和导线等。下图是没有连接完的实物电路。
(1)请你用笔画线代替导线,将实物电路连接完整。
(2)连好电路闭合开关,发现电压表指针偏转很小,其原因可能是_______(写出一种即可)。
(3)经适当调整后,闭合开关,移动滑片P到某处,发现电压表的示数为2.2V,要测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向_______端滑动。
(4)通过移动滑片P,测得多组数据,绘制成U - I,图象如上图。据此可计算出小灯泡正常发光时,滑动变阻器消耗的功率是_______W(设电源电压保持不变)。
16.用两节串接后的干电池给小灯泡供电,电压是3V,小灯泡发光时通过的电流为0.3A,此时小
灯泡的电阻为_____,工作0.5min消耗的电功为_______J。
17.如图是测定小灯泡电功率的实验电路。闭合开关S,使滑片P向左不断移动,则电流表的示数__________(选填“增大”、“不变”或“减小”),小灯泡消耗的电功率__________(选填“增大”、“不变”或“减小”)。
18.家庭电路中,照明灯泡与控制它的开关之间的连接方式是____联.一只标有"PZ220—100”字样的白炽灯泡,正常工作5h消耗的电能是__________kW·h.
19.按如图所示的电路图做测量小灯泡额定功率的实验时出现下列两种情况:
(1)一位同学连接好电路,在闭合开关时发现小灯泡不亮,电流表无示数,但电压表有示数.出现这种故障的原因是________________________.
(2)另一位同学连接好电路,在闭合开关时发现小灯泡比正常工作时亮,这说明他在闭合开关前没有_______________________________________.
20.如图将灯L1“6V 3W”和L2“6V 6W”串联(灯泡电阻不变),现要使其中一盏灯长时间正
常发光,则电源电压是__________V,电路的总功率是__________W.
21.20W高效节能灯的亮度相当于100W的白炽灯。一户居民家中的4只100W的白炽灯
均换用该节能灯,若平均每天使用5小时,30天可以节电____度,可节约电费__元。(已知电费是0.5元/kW·h)
三、计算题
22.如图20所示,是一种自动测定油箱内油面高度的装置。R是滑动变阻器,它的金属片是
杠杆的一端,R′ ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )是阻值为12Ω的定值电阻,电流表量程为0—0.6A,电源电压为6V,由油量表(用电流表改装)的指针指示的刻度就可知油箱内油的多少。求:
(1)定值电阻R′ ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )的主要作用。
(2)当油量表的指针指在刻度盘中央时,滑动变阻器消耗的功率是多少?
(3)能否将电压表接入这个电路?为什么?
23.家用电器工作时往往达不到额定的电压和功率。某同学在家中做了如下实验:他首先查看
自己家的电能表,表上标有“3600R/kW·h”字样;随后他关闭了家中所有用电器,只让一只标有“220V、1210W”的电水壶盛满水持续工作,与此同时,观察到电能表转盘3分钟转过180圈。假设电水壶的电阻保持不变,
求:(1)电水壶的电阻;(2)电水壶工作时的实际电功率;(3)该同学家的实际电压。
24.为了探究影响电热的因素,实验室准备了两个装满煤油的烧瓶、两个带有橡皮塞的粗细均
匀的相同玻璃管,两根不同阻值的电阻丝,以及滑动变阻器、开关、导线、电源等.两个实验小组根据提供
的实验器材,分别设计了如图甲、乙所示的两个方案。
(1)这两个方案的共同点是通过观察什么知道电热的多少。
(2)甲方案探究的问题是什么
(3)乙方案探究的问题是什么
25.小华家买了一个家用电吹风,如图甲所示。其简化电路如图20乙所示,主要技术参数
如右表。请解答如下问题:
(1)当电吹风吹冷风时,正常工作5min消耗的电能是多少?
(2)当选择开关旋至何处时,电吹风正常工作的功率最大?此时电路中的总电流是多大?
(3)当电路供电电压为200V时,电吹风电热丝的实际电功率为多大?(计算结果保留一位小数)
型号 SHZ2010-624
热风温度 50℃~75℃
额定功率 热风时:1000W
冷风时:120W
额定电压 220V
质量 0.5kg
26.如图所示的是某型号电热水壶铭牌,壶中装有1.8L温度为20℃的水,求:
(1)将水烧开,水吸收的热量是多少?〔一个标准大气压下,c水 = 4.2×103J/(kg·℃)〕
(2)若在电热水壶工作时,标有“3000r/kW·h”的电能表在1min内转了50转,电路的实际电压是多少?
(3)不计热损失,此时烧开一壶水大约需要多少时间?
SHAPE \* MERGEFORMAT
0
2
220V 20A 50Hz
6
2
0
2500R/Kwb
甲
L
S
P
R
P
A B
S1
甲
乙
I/A
0.6
0.4
0.2
0
123
U/V
L1
L2
S
S2
L
S1
S2
S3
S1
S1
S1
S2
S3
A
V
V
A
R
R
R
R
2
1
1
2
A B C D
P
R2
R1
V
L
S
第13题图
L2
L1
第14题图
I/A
P
U/V
4
3
2
1
0
0.1 0.2 0.3
P
L
S
S
P
a b
U
L1 L2
第17题图 第19题图 第20题图
A
A
V
V
R′
R
油
量
表
浮标
图20
-
+
-
+
甲 乙
D
插头
220V
选择开关
A
B
C
电
热
丝
M
甲 乙
产品型号******
额定电压 220V
额定频率 50Hz
额定功率 1210W
容 量 1.8L