第六章 电功率 课件 (共29张PPT) 2024~2025学年物理教科版九年级上册

(共29张PPT)
第六章 电功率
1.结合电流做功过程中的能量转化，理解消耗的电能、电功、导体产生的热量，弄清楚三者之间的关系；会测量电能，能熟练应用电功公式和焦耳定律及其变形公式解决问题。
2.结合电功率的定义、电功公式、焦耳定律，区分电功率、电热功率；能熟练选择适当的功率公式进行分析和计算。
3.会根据P＝UI测量小灯泡的额定功率和实际功率；能根据转换法和控制变量法，设计实验探究导体产生热量多少的影响因素。
◎重点:利用电功率、焦耳定律及其变形公式进行分析和计算；
测量小灯泡的电功率。
素养目标
思维导图
电能的计量
如图所示的电能表的读数是　201.8　kW·h；若该电能表的表盘转了360转，
则此时的用电器消耗了　0.6　kW·h的电能。
201.8　
0.6　
　电能表读数时，注意最后一位是小数，单位是kW·h；已知电能表消耗1 kW·h时转的转数N，电能表实际的转数n，则用电器消耗的电能为W＝。
1.小林家中五月月初和月末电能表示数如图所示。这个月他家的用电量是　80　度，若小林家所在地区每度电的电费是0.6元，这个月他家应交　48　元电费。
解析　这个月消耗的电能W＝866.9 kW·h－786.9 kW·h＝80 kW·h＝80度，这个月应交的电费为0.6元/度×80度＝48元。
80　
48　
电功、电功率的计算
如图所示，电源电压恒定，R1为定值电阻，灯泡L上标有“6 V　3.6 W”，将R2的滑片P移至b端，先闭合S、S2，电流表示数I＝0.12 A；再将R2的滑片P移至a端，L正常发光，忽略温度对灯泡电阻的影响。
(3)若R2的滑片P的位置及各开关状态任意组合，
求电路工作时的最小电功率。
(1)求电源电压U。
(2)最后闭合S1，电流表示数变为I'＝0.9 A，求R1的阻值。
　　解　灯泡L的电阻RL＝＝＝10 Ω
灯泡的额定电流IL额＝＝＝0.6 A
(1)当S、S2闭合，将R2的滑片P移至a端时，电路为灯泡L的简单电路，此时电源电压与灯泡L两端的电压相等，因为此时灯泡正常发光，所以电源电压U＝UL额＝6 V
解　灯泡L的电阻RL＝＝＝10 Ω
(2)当S、S1、S2闭合，R2的滑片P移至a端时，电阻R1与灯泡L并联，
通过灯泡L的电流:
IL＝IL额＝0.6 A
此时R1中的电流I1＝I'－IL＝0.9 A－0.6 A＝0.3 A
定值电阻R1的阻值R1＝＝＝20 Ω
(3)当S、S2闭合，将R2的滑片P移至b端时，滑动变阻器的最大阻值与
灯泡L串联，此时电路的总电阻:
R总＝＝＝50 Ω
滑动变阻器的最大阻值:
R2＝R总－RL＝50 Ω－10 Ω＝40 Ω
由P＝可知，电源电压U恒定时，电路中的总电阻最大时，电路的电功率最小，因为R1＞RL，所以当定值电阻R1与变阻器R2的最大阻值串联时，电路的总电阻最大，此时应闭合开关S、S1，断开S2，总电阻R＝R2＋R1＝40 Ω＋20 Ω＝60 Ω
电路的最小电功率:P＝＝＝0.6 W
利用P＝求出灯泡L的电阻，利用P＝UI求灯泡的额定电流；(1)当S、S2闭合，将R2的滑片P移至a端时，电路为灯泡L的简单电路，灯泡L正常发光，电压为额定电压，也是电源电压；(2)当S、S1、S2闭合，R2的滑片P移至a端时，电阻R1与灯泡L并联，利用并联电路的电流特点求出通过R1的电流，利用R＝求R1的阻值；
(3)由P＝可知，电源电压U恒定时，电路中的总电阻最大时，电路的电功率最小。利用串联电路的电阻特点求出电路中的最大电阻，利用P＝求出电路中的最小电功率。
2.某些电阻的阻值会随温度的变化而明显改变，利用电阻的这种特性可以制成电阻温度计，从而用来测量温度。在如图甲所示的电路中，电流表量程为0~0.6 A，电源电压恒为6 V，R滑为滑动变阻器，电阻R作为温度计的测温探头。当t≥0 ℃时，R的阻值随温度t的变化关系图像如图乙所示。闭合开关S后，把R放入0 ℃环境中，调节滑动变阻器R滑，使电流表指针恰好满偏(即0.6 A)，然后保持R滑的阻值不变。
(2)滑动变阻器接入电路的电阻R滑为多大？
(1)在0 ℃环境中通电30 s，整个电路消耗的电能是多少？
(3)再把测温探头R放到100 ℃环境中时，R消耗的电功率多少？
解　闭合开关S后，滑动变阻器R滑与测温探头R串联，电流表测电路中的电流。
(1)在0 ℃环境下电路中的电流I＝0.6 A
则通电30 s内整个电路消耗的电能:W＝UIt＝6 V×0.6 A×30 s＝108 J
(2)当R放入0 ℃环境中时，由图乙可知，测温探头电阻R0＝2 Ω，电路的总电阻:
R总＝＝＝10 Ω
滑动变阻器接入电路的电阻:R滑＝R总－R0＝10 Ω－2 Ω＝8 Ω
(3)把测温探头R放到100 ℃环境中时，由图乙可知，测温探头电阻R＝7 Ω
此时电路中的电流I1＝＝＝0.4 A
R消耗的电功率PR＝R＝(0.4 A)2×7 Ω＝1.12 W
额定功率与实际功率
　将“12 V　12 W”的小灯泡L1和“12 V　6 W”的小灯泡L2串联起来，直接接到电压恒定的电源两端。开关闭合后，恰好有一个小灯泡正常发光，而另一个小灯泡比正常发光时暗些，则正常发光的小灯泡是　L2　，电源电压是　18　V，发光较暗的小灯泡的实际功率是　3　W。(灯丝电阻不变)
L2　
18　
3　
　根据电功率公式的变形计算两灯的正常发光时的电流，根据欧姆定律的变形计算两灯泡的电阻；串联后，电流相等，所以额定电流小的灯泡正常发光，额定电流大的灯泡比正常发光时暗；已知两灯电阻，电路电流，根据U＝IR计算电源电压；由电功率公式P＝I2R计算发光较暗的小灯泡的实际功率。
3.小王为了延长楼道路灯使用寿命，将标有“220 V　100 W”和“220 V　40 W”的两只灯泡串联使用。他观察两灯发现“220 V　100 W”的灯丝较　粗　(选填“粗”或“细”)，二者串联使用时，该灯泡的亮度较　暗　(选填“亮”或“暗”)。
粗　
暗　
解析 由R＝可得，电压U相同时，功率越大的灯泡，其电阻越小，则“220 V　100 W”的灯泡电阻小。又知道灯丝的电阻与材料、长度、横截面积有关，在其他因素相同时，灯泡灯丝越粗电阻越小，因此“220 V　100 W”的灯丝粗。二者串联使用时，电路中的电流相同，“220 V　100 W”的灯泡电阻小，由公式P＝I2R可得，“220 V　100 W”的灯泡实际功率小，所以会暗一些。
电热的相关计算
　如图所示，这是某款家用电热器的简化电路，R1、R2为阻值一定的电热丝。该电热器接入电压恒为220 V的电路中。电热器高温挡的功率为990 W，低温挡的功率为110 W。求:
(1)低温挡时通过电路的电流。
(2)电热丝R2的阻值。
解　(1)当S1闭合，S2断开时，电热器处于低温挡，低温挡功率P1＝110 W，I1＝＝＝0.5 A
(2)当S1、S2都闭合时，电热器处于高温挡，电阻R2的功率P2＝P总－P1＝990 W－110 W＝880 W
电阻R2＝＝＝55 Ω
　由P＝可知，电源电压不变，当总电阻最大时，总功率最小，电热器处于低温挡，此时开关S1闭合，S2断开，R1工作；当总电阻最小时，总功率最大，电热器处于高温挡，此时S1和S2闭合，R1和R2并联。(1)已知电源电压、低温挡功率，根据P＝UI变形公式可得低温挡时电流；(2)根据R1和R2并联，R2的功率P2＝P总－P1，再根据R2＝可得电阻。
4.图甲为某电烤箱的内部简化电路，S1为自动控制开关，R1和R2均为电热丝，图乙是电烤箱正常工作时电流随时间变化的图像。求:
(1)低温挡工作时的功率。
(2)电热丝R2的阻值。
(3)15 min内R1消耗的电能。
解　由图可知，闭合开关S，电路为R1的简单电路，电路中的电阻较大，由P＝可知电功率较小，处于低温挡；当S和S1闭合时，两个电阻并联，电路中的总电阻较小，由P＝可知电功率较大，处于高温挡。
(1)由图乙可知，低温挡时的电流是6 A，低温挡工作时的功率:
P低＝UI低＝220 V×6 A＝1320 W
(2)低温挡时只有R1的简单电路，低温挡时的电流是6 A，通过R1的电流是6 A，高温挡时的总电流是10 A，高温挡两个电阻并联，通过R2的电流:
I2＝I－I1＝10 A－6 A＝4 A
电热丝R2的阻值为R2＝＝＝55 Ω
(3)15 min内R1消耗的电能:
W1＝UI1t＝220 V×6 A×15×60 s＝1.188×106J＝0.33 kW·h
测量小灯泡的电功率
　图1是“测量小灯泡电功率”的实验电路图，电源电压恒定不变，小灯泡的额定电压为2.5 V。
(1)本实验中测量小灯泡电功率的实验原理是　P＝UI　。
P＝UI　
(2)闭合开关前滑片P应移至　b　(选填“a”或“b”)端。图2为根据电路图所连接的实物电路，其中有一根导线连接不合理，请你在这根导线上画“×”并改正。
答
b　
答
实验序号 电压U/V 电流I/A 电功率P/W
1 1.5 0.28
2 2.5
3 3.0 0.38
(4)如图3所示，移动滑片P使电压表的示数为2.5 V时，电流表的示数为　0.34　A。
0.34　
排除故障后进行实验，并将实验数据记录在下表中。
(3)连接好电路，闭合开关后，无论怎样移动滑片P，小灯泡都不发光，电流表指针几乎不偏转，电压表示数接近电源电压，出现这种现象的原因可能是小灯泡　断 。
断路　
(5)分析实验数据，小灯泡的额定功率为　0.85　W。当电压表示数为1.5 V时，小灯泡的亮度比正常发光时　暗　。
解析　(1)测量小灯泡电功率的实验原理是P＝UI；(2)闭合开关S前，为保护电路，应将滑动变阻器的滑片P滑到阻值最大处，根据电源电压分析电压表所选的量程；
0.85　
暗　
(3)电流表无示数，说明电路存在断路，电压表有示数，且接近电源电压，说明电压表与电源两端直接连接，说明电压表并联电路之外不存在断路，据此分析可能是小灯泡断路；(4)根据电流表所选量程确定分度值读数；(5)根据P＝UI求出灯泡的额定功率，灯泡的亮度关键是看灯泡所在电路的实际电压的大小，实际电压大实际功率就大，灯泡就亮，实际电压小，实际功率就小，灯泡就暗。
(3)电流表无示数，说明电路存在断路，电压表有示数，且接
近电源电压，说明电压表与电源两端直接连接，说明电压表并
联电路之外不存在断路，据此分析可能是小灯泡断路；(4)根据
电流表所选量程确定分度值读数；(5)根据P＝UI求出灯泡的额
定功率，灯泡的亮度关键是看灯泡所在电路的实际电压的大小：
实际电压大，实际功率就大，灯泡就亮；实际电压小，实际功率
就小，灯泡就暗。
5. 小红同学用图甲所示的电路测量小灯泡的电功率。小灯泡标有“2.5 V”字样。
甲　　　　　　　　　　　乙
(1)连接电路前，开关应　断开　。
断开　
(2)图甲中有一根导线连接错误，请在该导线上打“×”，并用笔重新画一根正确连接的导线。(要求滑动变阻器的滑片向A端移动时接入电路中的电阻变大，导线不得交叉)
答
答
(3)正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电路　不一定　(选填“一定”或
“不一定”)出现了故障。
(4)实验过程中，当电压表示数为1.8 V时，为了测量小灯泡的额定功率，需将滑片
向　B　(选填“A”或“B”)端移动，此过程中小灯泡明显变　亮　。
不一定　
B　
亮　
(5)根据测量的数据绘制成I－U图像(如图乙)，得出小灯泡的额定功率为　0.625　W。分析图像还发现，小灯泡的电阻值是变化的，主要受　温度　影响。
0.625　
温度　
解析　(1)图甲中，连接电路时，为了保护电路，开关应处于断开状态；(2)原图中导线接在滑动变阻器的电阻丝两端，应采用一上一下的接法，根据滑片向A端移动时接入电路中的电阻变大可知，应接B接线柱，改正后的电路如图所示；
(3)灯泡不发光，可能是电路电流太小，也可能是电路断路或小灯泡被短路，故正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电路不一定出现了故障；(4)灯在额定电压下正常发光，示数为1.8 V小于灯的额定电压2.5 V，应增大灯的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器两端的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向B移动，直到电压表示数为额定电压；
(3)灯泡不发光，可能是电路电流太小，也可能是电路断路或小灯泡被短路，
故正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电路不一定出现了故障；
(4)灯在额定电压下正常发光，示数为1.8 V小于灯的额定电压2.5 V，应增大
灯的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器两端的电压，由分压
原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向B移动，直到电压表示
数为额定电压；
此时小灯泡两端的电压增大，通过的电流增大，小灯泡的实际功率变大，小灯泡的亮度变大；(5)由图乙所示的I－U图像可知，灯泡两端的电压等于额定电压2.5 V时，通过灯泡的电流等于0.25 A，则灯泡的额定功率P＝UI＝2.5 V×0.25 A＝0.625 W；由图像知，当小灯泡两端电压增大时，通过的电流也增大，实际电功率增大，灯丝温度越高，电阻越大。
此时小灯泡两端的电压增大，通过的电流增大，小灯泡的实
际功率变大，小灯泡的亮度变大；(5)由图乙所示的I－U图像可
知，灯泡两端的电压等于额定电压2.5 V时，通过灯泡的电流等
于0.25 A，则灯泡的额定功率P＝UI＝2.5 V×0.25 A＝0.625 W；
由图像知，当小灯泡两端电压增大时，通过的电流也增大，实
际电功率增大，灯丝温度越高，电阻越大。