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18.2 电功率
1．电功率
(1)物理意义：反映电流做功的快慢。功率大的用电器做功快，功率小的用电器做功慢。
比较电流做功快慢的方法：
①相同时间，比较电流做功的多少，电流做功越多，表示电流做功越快；
②做相同的功，比较所用时间的长短，用的时间越短，表示电流做功越快。
(2)定义：电功与时间之比。它在数值上等于电流在单位时间内所做的功。
(3)符号：P
(4)公式及单位：
①定义式：P＝，定义式中各符号的意义及单位如下表所示：
符号 意义 单位
W 消耗的电能 焦耳(J)
t 所用的时间 秒(s)
P 用电器的功率 瓦特(W)
②计算式：根据P＝及电功的计算式W＝UIt可得：P＝UI，公式中各物理量的意义及单位如下表所示：
符号 意义 单位
I 电流 安培(A)
U 电压 伏(V)
P 用电器的功率 瓦特(W)
③纯电阻电路中的推导式：根据欧姆定律R＝和电功率计算式P＝UI可以推导出：P＝I2R、P＝。
谈重点 对电功率的理解
(1)电功率表示电流做功的快慢，而不是多少。
(2)应用电功率公式进行计算时需注意以下几点：
①灵活选用公式P＝和P＝UI，在解决实际问题时，哪个方便就用哪个；
②P＝I2R和P＝只适用于纯电阻电路，即电能全部转化为内能的电路，例如电饭锅、电炉等。
(5)常见用电器的功率
常见家用电器的电功率
空调 约 1 000 W 洗衣机 约 500 W
微波炉 约 1 000 W 电视机 约 200 W
电炉 约 1 000 W 电子计算机 约 200 W
电热水器 约 1 000 W 电冰箱 约 100 W[21世纪教育网]
抽油烟机 约 800 W 电扇 约 100 W
吸尘器 约 800 W 手电筒 约 0.5 W
电吹风机 约 500 W 计算器 约 0.5 mW
电熨斗 约 500 W 电子表 约 0.01 mW
【例1－1】 家用的手电筒，用干电池作电源。正常发光时电流为0.32 A。小灯泡的电功率接近( )
A．1 W B．10 W21世纪教育网
C．0.1 kW D．1 kW
解析：这是一道估算题，题目中要求出小灯泡的电功率，根据公式P＝UI可知，应该分别找出通过小灯泡的电流和加在小灯泡两端电压的多少，而小灯泡正常发光时的电流0.32 A已知，那么只需要知道电压就可以了。家用手电筒，用干电池作电源，一般使用2节干电池，所以我们可以用3 V的电压代入公式来计算。
答案：A
【例1－2】 小明利用电能表测某家用电器的电功率。当电路中只有这个用电器工作时，测得在15 min内，消耗电能0.2 kW·h，这个用电器可能是( )
A．电饭煲 B．电冰箱
C．电视机 D．收音机
解析：根据公式P＝＝＝0.8 kW＝800 W，
所以可能是电饭煲。
答案：A
【例1－3】 灯泡L正常发光时的电压为6 V，小星通过实验测得其电流随电压变化的曲线如图所示。由图可知，当小灯泡L正常发光时，通过其灯丝的电流是________A；通过调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压为3 V，则此时小灯泡L消耗的实际功率为________W。
解析：灯正常发光时电压为6 V，从图中可知电流为0.6 A，当电压为3 V时，通过灯泡的实际电流是0.5 A，所以灯泡的实际功率是P＝UI＝3 V×0.5 A＝1.5 W。
答案：0.6 1.5
析规律 图象法求电功率的注意事项
如图图象中灯丝的电阻是变化的，就不能用公式P＝来计算。
2．“千瓦时”的来历
(1)由W＝Pt可知，在国际单位制中，如果P的单位是W，t的单位是s，则W的单位是J；如果P的单位用kW，t的单位用h(小时)，则W的单位是kW·h。
(2)物理意义：表示功率是1 kW的用电器正常工作1 h所消耗的电能。
(3)kW·h与J的换算关系：1 kW·h＝3.6×106 J。
【例2】 将一个功率为800 W的电暖气接入示数为的电能表所在的电路中，正常工作5 h，消耗的电能是__________kW·h，此时电能表的示数变为。
解析：电暖气正常工作5 h所消耗的电能为W＝Pt＝0.8 kW×5 h＝4 kW·h，所以电能表的示数变为03 660。
答案：4
3．额定功率和实际功率
(1)基本概念：
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就是额定电压，用U额表示
额定功率 用电器正常工作时的功率 用电器上标明的功率就是额定功率，用P额表示
实际电压 用电器实际工作时的电压 可能与额定电压相同，也可能不相同，用U实表示
实际功率 用电器在实际电压下的功率 可能与额定功率相同，也可能不同，用P实表示
(2)额定功率与实际功率的联系与区别
物理量 额定功率 实际功率
区别 概念21世纪教育网 在额定电压下的功率 在实际电压下的功率[来源:21世纪教育网]
是否变化 是确定的，唯一的，不随实际电压的改变而改变 是不确定的，随实际电压的改变而改变
联系 当用电器两端的电压等于额定电压时，用电器的实际功率等于额定功率
(3)在已知额定电压U额和额定功率P额的情况下，根据公式P＝UI可得额定电流I＝。
【例3－1】 如图所示，将灯L1“6 V 3 W”和L2“6 V 6 W”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。
解析：L1正常工作时的电流
I1＝＝＝0.5 A，
L2正常工作时的电流
I2＝＝＝1 A，
因在串联电路中电流处处相等，所以要使其中一灯正常发光，电路电流最大为0.5 A。根据R＝可知，
灯L1的电阻R1＝＝＝12 Ω，
灯L2的电阻R2＝＝＝6 Ω，
所以电源电压
U＝I(R1＋R2)＝0.5 A×(12 Ω＋6 Ω)＝9 V，
电路的总功率
P＝＝＝4.5 W。
答案：9 4.5
【例3－2】 一个灯泡的铭牌如图所示，根据图中所给信息判断下列说法中正确的是( )
A．只有在220 V的电压下工作，灯泡的功率才是25 W
B．灯泡工作时的功率一定是25 W
C．只要电压高于220 V，灯泡一定会烧坏
D．只要电压低于220 V，灯泡一定不能工作
解析：当灯泡两端的电压高于或低于220 V时，灯可能会工作，若电压很高，灯泡可能会烧坏。
答案：A
4．串、并联电路中电功率与电阻的关系
(1)有两个电阻R1、R2，如果将它们串联在电路中，设通过它们的电流为I，则R1、R2消耗的电功率分别为：
P1＝I2R1，P2＝I2R2
所以＝＝，即在串联电路中，纯电阻用电器消耗的电功率与其电阻成正比。
(2)如果把电阻R1、R2并联在电压为U的电路中，则R1、R2消耗的电功率分别为：
P1＝，P2＝
所以＝∶＝，即在并联电路中，纯电阻用电器消耗的电功率与其电阻成反比。
5．电功和电功率的区别与联系
电功 电功率
定义 电流通过用电器所做的功 用电器1 s内所消耗的电能
物理意义 表示电流做功的多少 表示电流做功的快慢
单位 J和kW·h W和kW
常用公式 W＝UIt，电功与电压、电流和通电时间有关 P＝UI，电功率与电压和电流有关
联系 利用公式P＝W/t可得W＝Pt
【例4】 如图所示，将标有“6 V 3 W”和“6 V 2 W”的甲、乙两只小灯泡串联起来，接在电压为6 V的电源两端，接通电路后，以下说法正确的是( )
A．两只小灯泡都不能正常工作，甲灯比乙灯亮
B．两只小灯泡都能正常发光
C．通过乙灯的电流较大，所以乙灯较亮
D．因乙灯的电阻大，所以乙灯较亮
解析：因两灯串联，所以电流相同，因总电压为6 V，串联后两个灯两端的电压均达不到额定电压，
所以两灯均不能正常发光。
由公式R＝可得，甲的电阻是12 Ω，乙的电阻是18 Ω，因串联，根据公式P＝I2R可得，电阻大的灯实际功率较大，也就较亮，因乙的电阻大于甲，所以乙比甲亮。
答案：D
析规律 比较灯泡的亮度
在串联电路中，灯泡的电阻越大功率越大，灯越亮；在并联电路中，灯泡的电阻越小功率越大，灯越亮。
【例5】 下列说法正确的是( )
A．用电器电功率越大，消耗的电能越多
B．通电时间越短，电功率越大
C．用电器的功率越小，消耗电能越慢
D．以上说法均不正确
解析：由P＝可知，电功率P与W和t有关，分析P与W的关系时，要限定时间不变；
分析P与t的关系时，要限定电功不变，所以A、B均不对。电功率与电功不同，它表示的是用电器消耗电能的快慢。
答案：C
6．求解某一用电器或某一电路消耗的实际电功率的方法
(1)利用所给纯电阻用电器的额定电压和额定功率求出用电器的电阻R＝；
(2)根据欧姆定律求出用电器在实际电路中的电流；
(3)将相应的实际电压和实际电流值相乘就能求出实际功率。
应用公式P＝UI时，需注意公式中P、U、I必须是同一导体上的三个量；三个量的单位必须分别用W、V、A。应用公式P＝W/t时，若W单位用J，t单位用s，则P单位用W；若W单位用kW·h，t单位用h，则P单位用kW。,
【例6】 观察如图所示的白炽灯的铭牌，求：
(1)灯泡的电阻是多少欧？
(2)若将该灯接在110 V的电路中，求实际功率是多少瓦？
解析：已知灯的额定电压和额定功率，求电阻可直接代入公式R＝即可。要求灯的实际功率，可先利用欧姆定律I＝求电流，再利用P＝UI计算。
(1)R＝＝＝484 Ω。
(2)灯在110 V电压下的电流I＝＝＝ A
所以实际功率P＝UI＝110 V× A＝25 W。
答案： (1)484 (2)25
点技巧 电功率公式的选择
在已知实际电压和电阻的情况下，求实际功率也可直接代入变形公式P＝进行计算。
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18.1 电能 电功
1．电能可以与各种形式的能量发生转化
(1)电能在现代社会中的来源与应用。
电源：把其他形式的能转化为电能。
用电器：把电能转化为其他形式的能。
(2)电能的优点：来源广泛、容易输送、使用方便。
(3)电能的来源：日常生活中使用的电能主要来自其他形式能量的转换，包括水能(水力发电)、内能(俗称热能、火力发电)、原子能(原子能发电)、风能(风力发电)、化学能(电池)及光能(光电池、太阳能电池)等。电能也可转换成其他所需能量形式。
谈重点 电能的转化
用电器消耗电能的过程，也就是电能转化成其他形式能的过程，用电器消耗多少电能，就能多少电能转化成其他形式的能。
【例1】 下列情况下不属于消耗电能的是( )
A．摩擦起电 B．白炽灯的工作
C．电动机的工作 D．电暖器的工作
解析：A是消耗机械能来获得电能，电能是增加的；B是电能转化为光能和内能，电能减少；C是电能转化为机械能，电能减少了；D是电能转化为内能，电能也减少。
答案：A
2．消耗电能的计算
(1)用电器消耗电能的过程就是电流做功的过程。电流通过某段电路所做的功叫电功，用W表示。
(2)电流在某段电路上所做的功，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，即W＝UIt。
对于纯电阻电路可推导出：W＝I2Rt＝t。
无论用电器串联或并联，计算在一定时间所做的总功，常用公式W＝W1＋W2＋…＋Wn。
(3)单位：在国际单位制中电能的单位是焦耳，简称焦(J)，常用单位：度(kW·h)
1度＝1千瓦时 1 kW·h＝3.6×106 J。
【例2－1】 用两节串接后的干电池给小灯泡供电，电压是3 V，小灯泡发光时通过的电流为0.3 A，此时小灯泡的电阻为________ Ω，工作0.5 min消耗的电功为________ J。
解析：已知电压和电流，求导体的电阻，可直接应用欧姆定律R＝U/I＝3 V/0.3 A＝10 Ω，灯泡消耗的电能W＝UIt＝3 V×0.3 A×30 s＝27 J。
答案：10 27
谈重点 电功的计算式 W、U、I、t的单位必须分别用J、V、A、s，若有一个单位与上述单位不符，不经过换算就代入公式，就会出现错误。
【例2－2】 在如图所示的电路中，电源电压保持不变，电阻R1的阻值为20 Ω。闭合开关S，电流表A1的示数为0.3 A，电流表A2的示数为0.2 A。求：
(1)电源电压U。
(2)电阻R2的阻值。
(3)通电10 s，电流通过电阻R2做的功W2。
解析：电源电压也就是R1两端的电压，根据欧姆定律即可求出，第(3)在用公式W＝UIt时，“I”必须是通过R2的电流I2，这样算出的结果才是电流通过电阻R2所做的功W2。
(1)U＝I1R1＝0.3 A×20 Ω＝6 V。
(2)R2＝U/I2＝6 V/0.2 A＝30 Ω。
(3)W2＝UI2t＝6 V×0.2 A×10 s＝12 J。
答案：(1)6 V (2)30 Ω (3)12 J
辨误区 运用公式解题的注意点
W＝UIt，W、U、I、t四个物理量必须是同一个用电器上的四个物理量，不能把不同用电器的电压、电流、电阻和通电时间相混淆，如：电流通过某灯做的功，等于该灯两端电压、通过该灯的电流和该灯通电时间的乘积。
3．电能的计量
(1)电能表：是测量用户用电器在某一段时间内所做电功(某一段时间内消耗电能)的仪器。
(2)读数：电能表接入家庭照明电路，当电路接通、用电器工作时，电能表中间的铝质圆盘转动，计数器就将用电器所消耗的电能以千瓦时为单位显示出来。电能表的计数器上前后两次示数之差，就是这段时间内用电器消耗的电能。21世纪教育网
(3)铭牌：家庭电路中电能表上标有“220 V,10(20) A,50 Hz,600 revs/(kW·h)”，它的含义是：
①该电能表的额定电压是220 V，表明电能表应该在等于额定电压的电路中使用。
②“10(20) A”表示这个电能表的标定电流为10 A，额定最大电流为20 A。
③所用交流电的频率是50 Hz。
④600 revs/(kW·h)表示接在这个电能表上的用电器，每消耗1 kW·h的电能，电能表上的转盘转过600转。
【例3－1】 小华家电能表4月底的示数为，5月底的示数为，则小华家5月份消耗的电能为________kW·h，应付电费____________元(按每度电均价0.5元计算)。[来源:21世纪教育网]
解析：电能表的计数器上前后两次示数之差，就是这段时间内用电器消耗的电能。故用电器消耗电能为40 kW·h。应交电费为40 kW·h×0.5元/(kW·h)＝20元。[来源:21世纪教育网]
答案：40 20
【例3－2】 如图所示，对于电能表面板上的一些参数的理解，下列说法错误的是( )
A．此时电能表的读数为120.7 kW·h
B．“220 V”是指这个电能表应该在220 V的电路中使用21世纪教育网
C．“10(20) A”是指这个电能表使用时正常工作电流为10 A或20 A
D．“600 r/(kW·h)”是指用电器每消耗1千瓦时电能，电能表的转盘转过600转
解析： “10(20) A”是指这个电路短时间允许通过的最大电流是20 A，电能表的标定电流是10 A，在电路电流小于或等于10 A时，这个电能表可以稳定、安全、准确地工作。
答案：C
4．串、并联电路用电器消耗电能的规律
(1)有两个电阻R1、R2，如果将它们串联在电路中，设通过它们的电流为I，则在时间t内R1、R2消耗电能的多少分别为：
W1＝I2R1t，W2＝I2R2t
所以＝＝，即在串联电路中，相同时间内纯电阻用电器消耗的电能与其电阻成正比。
(2)如果把电阻R1、R2并联在电压为U的电路中，则在时间t内R1、R2消耗电能的多少分别为：
W1＝t，W2＝t
所以＝t∶(t)＝，即在并联电路中，相同时间内纯电阻用电器消耗的电能与其电阻成反比。
5．串、并联电路中总共消耗的电能与各用电器消耗电能之间的关系
(1)如图甲所示，有两个电阻R1、R2，如果将它们串联在电压为U的电路中，设它们两端的电压分别为U1和U2，电路中的电流为I，则在时间t内R1和R2消耗的电能分别是：
W1＝U1It，W2＝U2It
因U＝U1＋U2[来源:21世纪教育网]
所以W总＝(U1＋U2)It＝U1It＋U2It＝W1＋W2。
(2)如图乙所示，有两个电阻R1、R2，如果将它们并联在电压为U的电路中，设通过它们的电流分别为I1和I2，干路电流为I，则在时间t内R1和R2消耗的电能分别是：
W1＝UI1t，W2＝UI2t
因I＝I1＋I2
所以W总＝U(I1＋I2)t＝UI1t＋UI2t＝W1＋W2。
【例4】 已知电阻R1＝10 Ω，R2＝20 Ω，若把这两个电阻串联在同一电路中，如图甲所示，则在相同时间内，电阻R1与R2消耗的电能之比是__________；若把这两个电阻并联在同一电路里，如图乙所示，则在相同时间内，电阻R1与R2消耗的电能之比是________。
解析：在串联电路中，相同时间内用电器消耗的电能与其电阻成正比，因R1∶R2＝1∶2，所以消耗的电能之比为1∶2；在并联电路中，用电器消耗的电能与其电阻成反比，所以消耗的电能之比为2∶1。
答案：1∶2 2∶1
析规律 电能在串、并联电路中的关系
在串联电路中，相同时间内用电器消耗的电能与其电阻成正比，用公式表示为＝；在并联电路中，相同时间内用电器消耗的电能与其电阻成反比，用公式表示为＝。
【例5】 如图所示，已知电阻R1＝20 Ω，R2＝30 Ω，电源电压为6 V，闭合开关，求在10 s内电阻R1与R2总共消耗的电能是多少焦？
解析：要求电路消耗的总电能，有两种方法：
一是直接用公式W＝UIt计算，U指总电压，即电源电压，I指电路干路电流；
二是用公式W＝W1＋W2，即分别求出电阻R1和R2消耗的电能，将两者相加，就是电路消耗的总电能。
方法一：
总电阻R＝＝＝12 Ω
电路电流I＝＝＝0.5 A
电路消耗的电能W＝UIt＝6 V×0.5 A×10 s＝30 J。
方法二：
R1消耗的电能W1＝t＝×10 s＝18 J
R2消耗的电能W2＝t＝×10 s＝12 J
电路消耗的总电能W＝W1＋W2＝18 J＋12 J＝30 J。
答案：30
析规律 对总电能的理解
无论在串联电路还是并联电路中，电路消耗的总电能都等于各用电器消耗的电能之和。
6．测量电能大小的方法
(1)由电功公式设计实验测量
可以用电压表、电流表以及秒表分别测量出电压值、电流值和通电时间，根据电功定义式W＝UIt计算。
(2)用电能表测量
方法通常有两种：
①读数法：用户在某一段时间内所消耗的电能，就是这段时间始、末电能表读数器两次示数之差。
②计算法：由电能表参数N revs/(kW·h)(N由不同电能表规格而定)，测出某段时间内电能表转过的转数n，则这段时间内所消耗的电能W＝ kW·h。
【例6】 如图所示是小明家的电能表，已知月初电能表的示数是，月末的示数如图所示，则小明家该月总共消耗的电能是__________kW·h。若小明将家中的其他用电器均关闭，只让空调开着，一段时间内小明发现电能表的转盘总共转过了30转，则空调消耗的电能是__________J。
解析：电能表前后两次示数之差，就是用电器消耗的电能，读数时注意表盘的最后一位是小数，所以用电器消耗的电能W＝(7 624.0－7 526.1) kW·h＝97.9 kW·h。由表盘参数可知，每消耗1 kW·h的电能，转盘转动3 000转，所以转动30转消耗的电能：
W＝×30＝3.6×104 J。
答案：97.9 3.6×104
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18.3 测量小灯泡的电功率
1．伏安法测小灯泡的电功率
实验原理 P＝UI
实验电路图
实验器材 电源、滑动变阻器、电压表、电流表、小灯泡、灯座、开关、导线若干
实验步骤 (1)按设计的电路图连接实物，并设计实验记录表格； (2)检查电路无误后，闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P，观察电压表的示数。当电压表的示数等于小灯泡的额定电压时，停止滑动，并记下电流表的示数； (3)调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压为额定电压的1.2倍，观察小灯泡的发光情况，并记下电压表和电流表的示数； (4)调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压低于额定电压，观察小灯泡的发光情况，并记下电压表和电流表的示数； (5)整理实验器材21世纪教育网
实验表格 项目电压U/V电流I/A电功率P/W灯泡亮度U实＝U额U实>U额U实实验结论 若U实＞U额，则P实＞P额，小灯泡很亮； U实＝U额，则P实＝P额，小灯泡正常发光； U实＜U额，则P实＜P额，小灯泡很暗。
【例1】 安娜同学想利用图甲所给实验器材“测定小灯泡的额定功率”，已知电源电压为6 V，小灯泡的额定电压为3.8 V，电阻约为10 Ω。
(1)电路连接中有一处明显错误，请你在错误处打“×”，并在原图中画出正确的电路连线。
(2)正确连接电路后，闭合开关，移动滑片P到某一点时，电压表示数为2.4 V；继续将滑片P向____(选填“A”或“B”)端移动，使电压表的示数为3.8 V，此时电流表的示数如图乙所示为________A，小灯泡的额定功率是________W。
解析：测电功率是常考的一个实验。(1)因灯泡的额定电压为3.8 V，所以电压表应选用0～15 V量程。 (2)要使电压表的示数由2.4 V变为3.8 V，在灯泡电阻不变的情况下，可减小电路电阻以增大电流，所以滑片需向B移动，此时电流表示数为0.32 A，所以灯泡的额定功率P＝UI＝3.8 V×0.32 A＝1.216 W。
答案：(1)如图所示
(2)B 0.32 1.21621世纪教育网
2．在进行实验时应注意的问题
(1)电源电压应高于小灯泡的额定电压，例如，测定额定电压为2.5 V的小灯泡的电功率时至少要选两节干电池串联作电源。
(2)电压表的量程应大于小灯泡的额定电压，电流表的量程要大于小灯泡正常工作电流。21世纪教育网
(3)滑动变阻器允许通过的最大电流要大于灯泡的正常工作电流，而滑动变阻器的最大电阻值应与小灯泡的电阻差不多，以使调节效果明显。
(4)根据串联分压原理进行判断，准确熟练地调节滑动变阻器，使小灯泡在等于额定电压、略高于额定电压和低于额定电压三种条件下发光。尤其在做第二次实验时，需小心调节滑动变阻器，以免因实际电压超过额定电压太多而烧坏灯泡。
(5)开始连接电路时，要使开关断开，闭合开关前，要把滑动变阻器滑片置于最大阻值处。
(6)开始实验前，要检查电路并试触，实验结束，要先断开开关，再整理电路。
【例2】 在做“测定小灯泡电功率”的实验中，已知小灯泡的额定电压为2.5 V，电源为两节干电池，其余器材均完好。
(1)小明同学在连接电路时，将最后一根导线接好后，就看到灯泡发光，而且很亮，同时电压表指针偏转角度较小。你认为他在连接电路时可能存在的错误或不妥是：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
(2)正确连接电路后，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，当____________时，可知小灯泡处于正常发光状态，此时电流表示数如图所示，则小灯泡的额定功率为__________W。
解析：题中给出了小灯泡的额定电压，并且电源是两节干电池，即其电压为3 V。由此可以判断出电压表的量程用0～3 V即可；“将最后一根导线接好后，就看到灯泡发光”说明在连接的过程中没有将开关断开，这是做实验时需要注意的地方；“看到灯泡发光，而且很亮”说明了电路中的总电阻很小，灯泡的电阻是不变的，所以只可能是滑动变阻器接入的阻值过小造成的。电压表的示数为2.5 V时小灯泡处于正常发光状态，此时电流表读数为0.32 A，根据P＝UI可得P＝UI＝2.5 V×0.32 A＝0.8 W。
答案：(1)①在连接电路时没有将开关断开；
②滑动变阻器初始连入电路的电阻没有调到最大；
③电压表选择了大量程；(其他答案只要合理也可)。
3．测量小灯泡的电功率电路故障及分析
故障1：闭合开关，灯泡不亮，电流表几乎没读数、电压表指针明显偏转。
判断：灯泡灯丝断了或灯座与灯泡接触不良或电压表和电流表位置接反。
故障2：电流表和电压表的指针向没有刻度的方向偏转。
判断：电流表和电压表的“＋”“－”接线柱接反。
故障3：电流表和电压表的指针偏转角度很小。
判断：电压表和电流表的量程选择过大或电源电压过小。
故障4：电流表指针超过最大刻度。
判断：量程选择过小或电路中出现短路。
故障5：滑动变阻器的滑片滑动时，电表示数及灯泡亮度无变化。
判断：滑动变阻器连接错误，没遵循“一上一下”的原则。
故障6：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。
判断：电源电压过低，更换电源。
【例3】 在“测定2.5 V小灯泡功率”的实验中，小红设计了如图甲所示的电路。
甲
(1)请在图甲中的“○”内填入合适的“灯泡”或“电表”符号。
(2)小红按电路图连接电路，进行实验，测得数据如下表所示。断开开关时，发现电表如图乙所示，其中电流表出现这种现象的原因是_________________________________。
U/V 2 2.5 3
I/A 0.22 0.26 0.30
乙
(3)假如不重新实验，请你利用小红已获取的信息，计算出该灯泡的额定功率是________ W。若小灯泡两端的实际电压为3 V，则小灯泡的实际功率________额定功率(选填“大于”“等于”或“小于”)。
解析：电路断开时，电压表示数为零，电流表指针在－0.04 A处，说明电流表使用前没有调零。(3)小灯泡的实际功率跟它两端的实际电压有关，当实际电压大于额定电压时，小灯泡的实际功率也大于额定功率，小红利用表中数据计算该灯泡额定功率时，应注意小灯泡的额定电流不等于0.26 A，应为0.26 A＋0.04 A＝0.3 A，所以P额＝UI＝2.5 V×0.3 A＝0.75 W。
答案：(1)如图所示(小灯泡与电压表的位置可交换)
(2)电流表使用前未校零 (3)0.75 大于
4．利用电能表和停表测量用电器的电功率
电能表是电学中的重要仪表之一，它除用来测量电功外，还有一个较为广泛的用途就是测量用电器的功率值，测量时通常采用下列步骤：
(1)明确测量的是哪个用电器；
(2)观察电能表铭牌，记下它1 kW·h的转数N；
(3)测量时只使待测用电器工作，其他用电器都停止工作；
(4)用停表记下电能表转一定圈数(盘的边缘有个红点)n时所用时间t，可用秒作单位。
(5)利用下列公式算出所测电器的功率值。
P＝
【例4】 小明学习了电功率的知识后，想利用家里的电能表(如图所示)和手表，测出一些家用电器的有关数据。
(1)当家里只有一台电冰箱在正常工作时，他测出电能表1分钟转了3圈，求电冰箱在这段时间消耗的电能是多少焦耳？
(2)当电冰箱和电热水壶同时工作时，他测出电能表1分钟转33圈，求此时电热水壶的电功率是多少瓦？21世纪教育网
解析：(1)电能表指针转动的转数与用电器消耗的电能成正比，从表盘参数可知，指针转动1 500转用电器消耗1 kW·h的电能，据此可求得电冰箱1分钟消耗的电能和冰箱与水壶1分钟消耗的总电能。(2)求出水壶1分钟消耗的电能，再根据P＝W/t即可求出水壶的电功率。
(1)电冰箱消耗电能为
W冰＝×3.6×106 J＝7.2×103 J
(2)共消耗电能为W＝×3.6×106 J＝7.92×104 J
电热水壶消耗电能为
W热＝W－W冰＝7.92×104 J－7.2×103 J＝7.2×104 J[来源:21世纪教育网]
t＝1 min＝60 s
电热水壶的电功率为P＝＝＝1 200 W。
答案：(1)7.2×103 J (2)1 200 W
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18.4 焦耳定律
1．电流的热效应
1．电流的热效应：电流通过导体时，导体总是要发热的，即电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。电流通过导体时产生的热量称为电热。
2．应用：像电炉、电饭锅、电灯等电热器就是利用电流的热效应来工作的。
谈重点 电热器
电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大，熔点高的合金丝绕在绝缘材料上做成的。
【例1】 下列各装置中，利用电流的热效应工作的是( )
A．电动机 B．电炉子
C．电磁铁 D．发电机
解析：电流的热效应是指利用导体通电发热的现象，利用这一现象工作的仪器只有电炉子。
答案：B
2.影响电热多少的因素
设计实验：
(1)怎样比较通电导体产生热量的多少？如果将一段电阻丝浸没在一定质量的液体(如煤油)中(如图)，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高。导体产生的热量越多，液体吸热后温度的升高也越大。因此，我们可以通过比较相等质量的同种液体温度的升高来比较电阻丝发热量的多少。
(2)要研究通电导体电阻的大小对产生热量的影响，可以选择两个阻值不同的电阻丝 (如电阻较小的铜丝和电阻较大的镍铬合金丝)。实验时，需控制通过两个电阻丝的电流大小相等，为此，可以将它们串联在电路中。此外，还应当控制它们的通电时间相等。
(3)要研究导体中电流的大小对产生热量的影响，应该使电阻丝的阻值不变，而使通过电阻丝的电流大小改变。实验时，只要调节串联在电路中的滑动变阻器，就可以改变电路中电流的大小。
进行实验：
(1)按下图所示的电路图连接电路，通电一定时间后切断电源，分别观测不同电阻丝所在液体温度的变化。
(2)保持通电时间相同，调节滑动变阻器改变通过电阻丝的电流大小，观测其中一根电阻丝(如镍铬合金丝)所在液体温度的变化。
(3)延长通电时间，观测液体温度的变化
实验结论：
电流通过电阻丝时产生的热量与导体本身的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关。导体的电阻越大、通过导体的电流越大、通电的时间越长，电流通过导体时产生的热量越多。
析规律 转换法和控制变量法
转换法：将不易直接观察的现象通过直观现象再现出来，这种方法叫转换法，如实验中将电流产生的热量的多少通过温度计的示数变化再现出来。
控制变量法：在物理学中，一个物理量可能与多个因素有关，在研究某一物理量与某一个因素之间的关系时，应采用控制变量法。因此在探究产生电热多少与电阻大小关系时，必须在电流大小和通电时间相同的情况下比较。
【例2】如图所示电路中，A、B、C三烧瓶中分别装有等质量的水或煤油，瓶内电阻丝电阻的大小关系为RA>RB＝RC，瓶中均插有同型号的温度计，则下列说法中正确的是( )
A．闭合S3，断开S1、S2，可用于探究电热与电阻的关系
B．闭合S3，断开S1、S2，可用于比较不同液体的比热容
C．闭合S1、S2，断开S3，可用于探究电功与电流的关系
D．闭合S2，断开S1、S3，可用于探究电热与电阻的关系[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
解析：A中情况下，有两个物理量不同，即液体与电阻，没有采用控制变量法，故A、B错；同理可判断C错误；D中瓶中的液体与电流相等，只有电阻不同，是探究电热与电阻的关系，因此答案为D。
答案：D
3．焦耳定律
(1)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。
(2)公式：Q＝I2Rt。
Q表示电流通过导体产生的热量，单位是J；I表示通过导体的电流，单位是A；R表示导体的电阻，单位是 Ω；t表示通电时间，单位是s。
【例3】 如图，电动机M的线圈电阻为0.5 Ω，当S断开时，电流表读数1 A，当S闭合时，电流表读数3 A。问：
(1)电阻R为多大？
(2)电动机的机械功率为多大？
(3)电动机工作2分钟，电动机线圈产生了多少热量？
解析：此题为电动机与多电路图问题的结合类问题，涉及电路开关闭合和断开时两种状态下的情况下电路图的改变，并结合了电动机问题。考查了学生对电动机电功率和理解及动态电路中各个物理量之间的关系换算。
(1)当S断开时，只有R连入电路中，则R＝U/IR＝10 V/1 A＝10 Ω
(2)电动机与电阻R并联，则通过电动机的电流为I动＝I总－IR＝3 A－1 A＝2 A[来源:21世纪教育网]
电动机将电能转化为内能和机械能，因此P机械＝P电－P热＝UI－I2R＝10 V×2 A－(2 A)2×0.5 Ω＝18 W
(3)由焦耳定律可得Q＝I2Rt＝(2 A)2×0.5 Ω×2×60 s＝240 J
答案：(1)10 Ω (2)18 W (3)240 J
4．电热的利用与防止
(1)电流的热效应最重要的应用就是电热器，另外还可解释一些与电热有关的现象，如电炉丝的电阻比导体的电线大得多，为什么电炉丝热的发红，而跟电炉丝串联的导线却几乎不发热，这是由于电炉丝与导线串联时，通过它们的电流和通电的时间相同，根据焦耳定律可知，电阻越大，产生的热量越多，即发热功率越大的原因。
(2)防止电热的危害：事物总是一分为二的，有些电热现象对人们有利，而有些电热现象对人们有害，如电视机工作时为了不使它的内部元件温度过高而损坏，人们在电视机的后盖上留有很多孔，俗称散热窗。电动机在制造时，除了外壳上有一些突起便于散热外，还有风扇散热；我们用的计算机内一般也有2～3个电风扇进行散热。
【例4】家用电器(如电视机)连续使用较长时间，要停一会再用，特别是在夏天，这是为什么？
答案：因为电流通过电器元件时，由于电流的热效应而发热，工作时间越长，发热越多，尤其夏天外界温度高，散热慢，为了散热，防止电器温度过高而烧毁元件，所以要停一会儿再用。[来源:21世纪教育网]
5．电热与电功的区别与联系
(1)纯电阻电路，就是指电路中只有电阻的电路，不含有电动机或电解槽等，从能量转化的角度看，纯电阻电路只将电能转化为热能(内能)，而电动机除将少量电能转化为热能外，电能主要转化为机械能；电流通过电解槽时，除将部分电能转化为热能外，还有部分电能转化为化学能。
(2)电流通过导体时，如果电能全部转化为热，而没有转化为其他形式的能，那么电流产生的热量就等于消耗的电能，即Q＝W＝Pt＝UIt＝t。
(3)只有纯电阻电路中，电能才全部转化为热，Q＝W才成立。
【例5】一电动机线圈的电阻为1 Ω，线圈两端所加电压为2 V时，电流为0.8 A，电动机正常工作。
(1)在求电动机正常工作1 min所消耗的电能时，有以下两种不同的解法
小明解：W＝UIt＝2 V×0.8 A×60 s＝96 J
小华解：W＝I2Rt＝(0.8 A)2×1 Ω×60 s＝38.4 J21世纪教育网
你认为哪位同学做得对，请作出判断并说明理由。
(2)求电动机正常工作1 min所转化的机械能是多少？
解析：电动机是将电能转化为机械能的用电器，其中有少部分电能转化为线圈的热能，即W＝Q＋W机，
其中W＝UIt是电流通过电动机时消耗的电能即电流做的功，而Q＝I2Rt是电流通过线圈时电流转化为电热的多少。W和Q是两个不同的物理量，在电热器一类的用电器中，W＝Q。
正确解答：(1)小明对
因为电动机工作时电能没有全部转化为内能，大部分电能转化为机械能，所以电动机工作时电功大于电热(或电动机的电流与电压、电阻之间的关系不满足欧姆定律)
(2)1 min内这台电动机所转化的机械能
W′＝W－Q＝96 J－38.4 J＝57.6 J
6．关于电热器中的挡位问题
电热器一般都有多个挡位，挡位是以功率的大小来区别的，一般情况下高温挡的功率大，电阻小，而低温挡的功率小，电阻大。例如：某电饭锅设有“加热”和“保温”两挡，其内部简化电路如图所示，当开关S置于“1”挡时，电饭锅处于________(选填“加热”或“保温”)状态；若电饭锅保温与加热时总功率之比为1∶50，则电阻R0和R1的比值为__________。
解析：开关S置于“1”挡时，R0与R1串联，总电阻较大，根据P＝知，总功率较小，为保温状态；开关S置于“2”挡时，R1短路，电路中只有R0，总功率较大，为加热状态；根据P保温∶P加热＝∶＝＝，得出＝。
辨误区 电热器的使用
在使用家用电器时，不管是使用高温挡，还是使用低温挡，电热器两端的电压是不变的，即为家庭电路电压220 V。
【例6】 某种家用电熨斗为适应不同衣料的熨烫，设计了调节温度的旋钮式多挡开关。其电路简图如图甲所示，两电阻丝的阻值R1＝R2＝121 Ω，旋转多挡开关的旋钮可以改变1、2、3、4四个接线点之间的连接情况，从而使电熨斗被加热到所需温度。图乙给出了四个接线点之间的一种有效连接方式。
(1)请画出其他的有效连接方式，并由此分析说明该电熨斗共有几个调温挡位；
(2)计算该电熨斗正常使用时的最小功率和最大功率。
答案：(1)如图所示，四个连接点的有效连接方式共六种，图①中两电阻丝串联，电阻最大，功率最小，为低温挡；图②、图③、图④中只有R2连在电路中，图⑤中只有R1连在电路中，因为两电阻丝阻值相等，所以图②③④⑤的连接是等效的，为同一挡，即中温挡；图⑥中两电阻丝并联，电阻最小，功率最大，为高温挡。通过以上分析可知，该电熨斗共有3个调温挡位。
(2)在低温挡时，两电阻丝串联，电熨斗的功率最小。
电路中的总电阻为R＝R1＋R2＝121 Ω＋121 Ω＝242 Ω，
电路中的电流I＝ A，
消耗的功率为P＝UI＝220 V× A＝200 W。
在高温挡时，两电阻丝并联，电熨斗的功率最大，电路中的总电阻为R′＝R1＝×121 Ω＝60.5 Ω，
电路中的电流I′＝＝＝ A，
消耗的功率为P′＝U′I′＝220 V× A＝800 W。
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