教科版物理初三寒假第十二讲 电功 电功率
【知识回顾】
一、电功
1.电功的概念
电流做的功叫电功,符号W,电流做功的过程实际上就是电能转化成 过程。
如:白炽灯 能转化为 能和 能,电热毯 能转化为 能,手机电池充电 能主要转化为 能,电风扇 能转化为 能和 能。
2.电功的大小
电功的多少与三个因素有关:加在用电器两端的电压U,通过用电器的电流I以及通电时间t,W= 。
对于纯电阻电器:
W= =
3.电功的测量与单位
电功用 来测量。电功的国际单位是 ,常用单位是 , 1kw.h= J
电能表(如图1)的220V表示: ,5A表示: ,此电能表能承受的最大电功率为 ,当其铝盘转动250圈时表示耗电 ,若用时20分钟,则用电器的功率为 。
4.串并联电路中的电功关系:
串:W1∶W2= ;
并:W1∶W2= 。
二、电功率:
1.物理意义:表示
2.电功率的概念
电流在 所做的 叫做电功率。
3.电功率的公式
用电器的电功率的大小等于加在用电器两端的电压U和通过用电器的电流I的乘积:
P=
对于纯电阻电器:
P= =
4.电功率的单位
国际单位是 ,常用单位是 。
5.用电器的铭牌
(1)额定功率
一个用电器正常工作时的电压,叫做用电器的额定电压U额,用电器在额定电压下,通过的电流叫做额定电流I额,用电器在额定电压下的功率叫额定功率P额。
P额=
(2)用电器铭牌
额定功率和额定电压是在制造用电器时就已设计的,一般都标在用电器上或其使用说明书上,称为用电器铭牌。如一般灯泡上标有“PZ220 40”字样,即220表示 ,40表示 。
(3)实际功率
实际功率是指用电器某一电压下工作时的功率,它随用电器的工作条件的变化而变化,当实际加在用电器两端的电压为额定电压时,实际功率就等于额定功率;当加在用电器两端的电压小于或大于额定电压时,实际功率就小于或大于额定功率,例如“PZ220 40”的白炽灯,当实际电压为110V时,其实际功率P实= (电压减半,功率变为原来的1/4),当然,在这里我们忽略了灯丝电阻的变化。
5.伏安法测小灯泡的电功率:
(1)原理:
(2)电路图及实物图:
(3)实验中应特别注意以下几条:
a.连接电路时,开关一定要断开,滑动变阻器的滑片要移到电阻的最大位置,只有检查无误才能闭合开关。
b.调节滑动变阻器的滑片,同时观察电压表的示数,当电压表的示数等于小灯泡的额定电压时停止移动滑片,记下此时电流表的示数,根据P=们求出小灯泡的额定功率;若电压表的示数不等于额定电压,则求出的功率是小灯泡的实际功率。
c.伏安法测小灯泡的电功率和用伏安法测导体的电阻,其实验的器材、测量的方法、实验电路 图和记录的数据都基本相同,但原理不同,测电阻是R=U/I,测功率是P=UI.为了减小误差,测电阻时要多次测量取平均值,而测电功率不能取平均值。
(3)实验记录表格
实验次数 电压(V) 电流(A) 功率(W) 明暗程度
1
2
3
(4)常见故障:
电流表 电压表 故障原因
示数不为零 示数为零
示数为零 示数不为零
示数为零 示数为零
6.串、并联电路中的功率分配(电阻性用电器)
(1)串:P1∶P2= ;
(2)并:P1∶P2= 。
三.家庭电路:
1.家庭电路组成:进户线→ 表→总开关→ 盒→用电器组成。
2.两根进户线是 线和 线,它们之间的电压是 伏,可用 来判别。如果测电笔中氖管发光,则所测的是 线,不发光的是 线。
3.所有家用电器和插座都是 联的,而开关则要与它所控制的用电器 联。
4.保险丝:是用 大, 低的铅锑合金制成。它的作用是当电路中有过大的电流时,保险产生较多的热量,使它的温度达到 ,从而熔断,自动切断电路,起到保险的作用。
5.引起电路中电流过大的原因有两个:一是电路发生 ;二是 。
6.安全用电的四不原则是:①不 ;②不 ;③不弄湿用电器;④不损坏绝缘层
7.在安装电路时,要把电能表接在干路上,保险丝应接在 线上(一根已足够);控制开关也要装在 线上,螺口灯座的中间触点也要接在 线上。
【例题解析】
考点一、探究影响电流做功多少的因素
例1.如图所示是研究电流做功多少跟什么因素有关的实验装置图。图中砝码被提起越高,表明电流做的功越多,现将质量一定的砝码通过细线挂在定滑轮下面,闭合开关,测得的数据如下表:
实验次数 电流表示数(A) 电压表示数(V) 通电时间(s) 砝码上升高度(m)
1 0.20 1.5 1 0.4
2 0.20 1.5 2 0.8
3 0.32 3 1 1.2
(1) 比较实验次数1和2,可以归纳的结论是 。
(2)比较实验次数1和3,可以归纳的结论是 。
(3)通过(1)和(2)可以发现,这里研究物理规律采用的方法在物理学中叫做______法,请举出采用这种方法研究物理规律的两个实例:_______________、______________。
变式训练:
在探究影响电流做功多少的实验中,我们采用的探究方
法是 ,实验设计依据的是电流的 效应.通过
探究发现, 、 和 都能影响电流做功的多
少。如图15.1一l所示是探究电流做功与 的关系
考点二、电能表
例2.图4是一个电能表,对其中的重要参数,下列说法
错误的是( )
A.“220V”是说这个电能表应该在220伏的电路中使用
B.“10(20)A”是说这个电能表使用时允许通过的电流为20安
C.“50Hz”是说这个电能表应在50赫兹的交流电路中使用
D.“600revs/(kW·h)”是说,接在这个电能表上的用电器,每消耗1千瓦时的电能,电能表上的转盘转过600转
变式训练:
一只家用电能表标着3000r/(kW·h),现在室内只接了一只灯泡,测出转盘3min内转了15r,利用这些数据,算出灯泡在这段时间内消耗的电能是______ kW·h=________J.灯泡的电功率是 W。
考点三、电功公式W=UIt及其变形式W=(U2/R)t=I2Rt的使用
例3.将电阻值分别为12Ω和8Ω的电阻接在电压为12V的电源上(1)如果两个电阻串联,在2min内电流通过两个电阻做功的总和是多少?(2)如果两个电阻并联,在2min内电流通过两个电阻做功的总和是多少?
变式训练:
有一台电风扇的电阻是100Ω,接在家庭电路上正常工作时的电流是0.5A,求:(1)每1min内消耗的电能是多少?(2)每1min内有多少电能转化为热能?(3)这台电风扇的效率是多少?
考点四、电功率概念的理解及常见家用电器功率的了解
例4.关于电功率的描述,下列说法中正确的是 ( )
A.电流通过用电器所做的功越多,该用电器的功率就越大
B.电功率越大的用电器消耗的电能就越多
C.在相同时间内消耗电能越少的用电器电功率就小
D.单位时间内电流做功越多,电功率就越小
变式训练:
一台家用彩色电视机正常工作时电功率最接近于 ( )
A.1 W B.10 W C.200 W D.2000 W
考点五、电功率的计算
例5.一只阻值为20欧的电阻接在电压为10V的电源上,当电路接通后,它的电功率为大?2S内它将消耗多少电能?
变式训练:
如图所示的电路中,电源电压保护不变,滑动变阻器的最大阻值是40Ω。闭合开关S后,当滑动变阻器的滑片P置于b端时,电流表的示数为0.3A,电压表的示数为6V。求:
(1)电阻R1的阻值是多少?(2)当滑动变阻器的滑片置于a端时,电流表和电压表的示数分别是多少?(3)滑动变阻器的滑片在a、b两端点处时,R1消耗的功率之比。
考点六、灯泡的额定功率与实际功率
例6. 把标有“9V、6W”的小灯泡接在15V的电源上照明,应串联一个多大的电阻,灯泡才能正常发光?
变式训练:
现有四个小灯泡L1、L2、L3、L4,分别标有“12V 20W”、“12V 10W”、“6V 5W”、“6V 10W”的字样,小明想把其中的两个小灯泡接在两端电压为18V的电源上,使两个小灯泡都能正常发光,则下列做法正确的是
A.把L1和L4串联后接入电路中 B.把L2和L4串联后接入电路中
C.把L1和L3串联后接入电路中 D.把L2和L3串联后接入电路中
例7. 灯泡L1和L2上分别标有"220 V 40W”和"220 V 100 W”的字样,把它们串联接在220 V电路中,两灯泡的实际功率分别为多大
变式训练:
如图4所示,电源电压U=18V,小灯泡L的额定电压为9V。当滑动变阻器的滑片P移至中点时,小灯泡L正常发光;当滑片P移至最右端时,小灯泡L的实际功率为6W。则小灯泡的额定功率和滑动变阻器的最大阻值分别为( )
A.13.5W 6Ω B.6W 13.5Ω C.6W 12Ω D.13.5W 12Ω
考点七、电动机(非纯电阻)电功、电功率及工作效率问题
例8. 小华准备参加玩具赛车比赛,他运用图5所示的电路来挑选一只能量转换效率较高的电动机.设电池的电压恒定不变,他先用手捏住电动机的转轴,使其不转动,闭合开关后读出电流表的读数为2A;然后放手,当电动机正常转动时,又读出电流表的读数为0.6A.则该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为( )
A.91% B.70% C.30% D.9%
变式训练:
电动自行车越来越受到人们的青睐,不少人用电动自行车替代了摩托车。电动自行车使用前要先对车上的蓄电池充电,骑行时,蓄电池对车上的电动车供电,电动机为车提供动力。下表是某品牌电动自行车的一些主要技术参数:
最高车速 ≤30km/h 一次充电连续行驶里程 50km
蓄电池工作电压 36V 充电时间 8h
一次充电耗电量 0.6kwh 电动机效率 75%
质量 40kg 最大骑行噪声 ≤62dB
若质量是60kg的人骑电动自行车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶时,受到的阻力是人与车总重的0.02倍,取g=10N/kg,求:
(1)行驶10分钟,电动机对自行车做的功。
(2)通过电动机线圈的电流。
(3)若摩托车百公里耗油2.5L,每升油4.65元,照明用电每度0.52元,试比较说明使用电动自行车与摩托车哪种更经济
考点八、测小灯泡的电功率
例9.在测2.5V小灯泡(电阻大约为 10Ω左右)额定功率的实验时,刘星连接了如图甲所示的电路。其中电源电压为6V。
(1)请用笔画线将甲图中的电路连接完整;
(2)在连接电路时,有甲“10Ω 1A”和乙“20Ω 1A”两个滑动变阻器可供选择,则应该选择变阻器________连入电路,才能保证实验的顺利进行;
(3)在连接电路时,开关应_________(选填“断开”或“闭合”),滑片应移到_______(选填“A”或“B”)处,闭合上开关之后,小明发现电压表、电流表均有示数,但小灯泡不亮,经检查,电路连接无误,各元件完好,那么可能的原因是_________ ,为了能使小灯泡发光,下一步应进行的操作是___ ______;
(4)刘星调节滑片P的位置,使电压表的示数为2.5V,这时电流表的示数如图乙所示,为___A,则该灯泡的额定功率是_______W。
变式训练:
小明测量额定电压为3.8V小灯泡的额定功率,使用6V的电源。连接电路前,他发现电压表的0~15V档已损坏,O~3V档完好,他马上改接电路,完成实验。
(1)请用笔画线代替导线,将图8甲实物电路连接完整。
(2)连好电路,闭合开关,移动变阻器的滑片到某一点,电压表的示数为3V,要测量小灯泡的额定功率,还应将滑动变阻器滑片向___移动(选填“左”、“右”),当电压表示数为_______V时,小灯泡正常发光,此时电流表的指针位置如图8乙所示,可得出小灯泡的额定功率为______W。
(3)小明完成实验后,他改变滑动变阻器的阻值,记录电流表、电压表的几组示数,然后确认小灯泡的电流、电压,算出几组电阻值,求出的平均值就是小灯泡正常发光的电阻。他的方法是________的(选填“正确”、“不正确”),原因是____ _____。
【随堂练习】
1.如图10所示,在探究电流做功与哪些因素有关的实验中
(1)通过观察___________来判断电流做功的多少。
(2)图10中甲、乙两根电阻丝是串联的,这是为了研究电流做功与________的关系。
2.一个家用电能表的盘面上标有“3000 r/kW·h”字样,它表示每消耗1kW·h的电能,电能表的转盘转3000转.若某个电热水器单独使用时,电表转盘在300s内转了210转,则热水器消耗的电能是 ,这个热水器放出的热量能使质量为__________的水温度升高10℃.[ 假设没有能量损失,已知:c水= 4.2×10 3 J/(kg·℃)]
3.已知电阻R1=20Ω,它和未知电阻R2串联接入电路中,电流为0.2A,它和R2并联后接入电压不变的同一电路中,总电流为0.8A,求:
(1)未知电阻阻值多少?
(2)在串联和并联电路中,相同时间内电流对电阻R2所做的功之比是多少?
4.如图所示的四个电路中,电源电压相同,,电路消耗的总功率由大到小的顺序是( )
A. 甲、乙、丙、丁 B. 丁、丙、乙、甲 C. 丁、甲、乙、丙 D. 丙、乙、甲、丁
5.小伟家有‘“PZ220—100”和“PZ220—40”的电灯各一只,将它们并联在照明电路上,消耗的电功率分别为P1、P2;现将两只灯泡串联后再接入照明电路,此时它们消耗的电功率分别是P1′、P2′。下列消耗的电功率由大至小顺序正确的是:( )
A.P1>P1′>P2>P2′ B.P1>P2>P2′>P1′C.P1>P2 > P1′>P2′D.P1′>P2′>P1 > P2
6.(多选)图8所示电路中,电源电压恒定,Rl为定值电阻,Rl为滑动变阻器。闭合开关S后,滑动变阻器滑片自b向a移动的过程中( )
A.电流表A的示数变大,电压表V2的示数与电流表A的示数之比变小
B.电流表A的示数变大,电压表V2的示数与电流表A的示数之比变大
C.电压表V1的示数不变,电路消耗的总功率变大
D.电压表V1的示数变大,电路消耗的总功率变大
7.图5是一种恒温式电烙铁的电路图,在不用电烙铁焊按时,断开开关S,使它处于保温状态;需要焊接时,闭合开关S就能很快达到焊接温度.若电烙铁的规格是“220V 40W”,且
R′=R.则保温时电路消耗的总功率为( )
A.20W B.40W C.60W D.80W
8.如图所示的电路中,不计温度对灯丝电阻的影响,电源电压保持不变。
当在ab间接入"6V 6W"的灯泡时,闭合开关,灯L恰能正常发光;断开开关,在ab间换接入一个“6V 4W”的灯泡后,再闭合开关,下列说法错误的是( )
A.灯L将变亮 B.灯L将变暗
C.换接的灯可能烧坏 D.电路总功率要小
9.如图所示的电路中,设电源电压不变,灯电阻不变。闭合开关S,在变阻器滑片移动过程中,电流表的最小示数是0.2A,电压表的最大示数是 4V,灯 L的最大电功率与最小电功率之比为9 :4。则:( )
A.电源电压是6V B.灯的电阻值是40Ω
C.电源电压是4V D.电路消耗的最大功率是 2.4W
10.两个灯泡,其中L1上标有"6V 3W",L2上没有标记,但测得它的电阻是4Ω,把它们串联在某一电路时,两灯均能正常发光,则这个电路两端的电压和灯L2的电功率分别是:( )
A.8V 1W B.2V 1W C. 6V 4W D. 8V 4W
11.在远距离输电时,一般采用高压输电,这样可以减少输电线路的能量损失.若苏州望亭火“力发电厂发电机组的输出功率为P。,如果采用电压U输送,线路损耗的功率为P;如果将输送电压提高为原来的n倍,则线路损耗的功率为( )
A. B. C. D.
12.图6是新安装的照明电路,已知两个并联灯泡的灯头接线存在一处故障。小明学电工的检修方法,在保险丝处接入一个“220V、40W”的灯泡。当只闭合S、S1时L0和L1都呈暗红色;当只闭合S、S2时,L0正常发光,L2不发光。由此可以确定( )
A.L1灯头断路 B.L1灯头短路
C.L2灯头短路 D.L2灯头断路
13.小明测量额定电压为3.8V小灯泡的额定功率,使用6V的电源。如图所示,电源电压是6 V,灯泡L的电阻是12Ω(其阻值不随温度变化),滑动变阻器的最大阻值是12 Ω。当滑片P移到最左端时,灯泡L正常发光,则①灯泡L的额定功率是多少W?②若滑片P移到最右端时,通过灯泡的实际电流多少?③此时灯的实际功率多少?