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3.6.2电能
化学观念：学习使用电流表和电压表测用电器功率的方法;了解用电器的功率跟用电器两端的电压有关，加深对额定电压和额定功率的理解。知道电热器的制作原理是电流的热效应，会描述焦耳定律的内容;了解电热器的主要组成部分。
科学思维:学会运用实验探究的方法解决电学问题；能应用其解释相关现象;应用焦耳定律公式计算用电器产生的热量。
科学探究与实践:运用电学实验测量小灯泡的功率；用控制变量法研究影响电热因素。
科学态度与责任:体会电能在生活和生产中的重要作用和意义。体会电能在人类生活、生产中的重要作用和意义。通过电热器的广泛使用，体会电能在生活和生产中的重要价值。
1.用电器的电功率等于用电器两端电压与通过用电器电流的乘积。用P表示电功率，U表示电压，I表示电流，则电功率的公式可表示为:P=U，使用公式时，若U的单位为伏，I单位为安，则P的单位为瓦。因此，电功率的单位瓦特也可表示为:1瓦=1伏·安。
2.测定小灯泡的功率
实验原理:P=UI。利用电压表和电流表分别测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流就可以求出小
灯泡的电功率。在额定电压下测出来的电功率就是额定功率。
3.用电能表测量电功率实验原理:
4.利用电流做功将电能转化为内能的装置叫做电热器。利用电流的热效应工作。主要元件:发热体它由电阻大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成。
5.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。这个规律叫做焦耳定律。公式:Q=I2Rt
6.对于纯电阻用电器，电能全部转化为热能，W=Q，对于非纯电阻用电器，电能部分转化为内能，W>Q如电动机，电能一部分转化为机械能，一部分转化为内能，故W=Q+W机械
任务一:探究电功率跟电功的计算
【思考与讨论】公式P＝W/t与P＝UI有什么不同？
【答案】P＝W/t是功率的定义式,适用于一切功率的计算。而P＝UI适用于计算电功率。
【例题】将图3-79所示的节能灯接在220伏的电路中，通过灯泡的电流有多大？这只节能灯正常工作2小时消耗多少电能？
解：灯泡的额定电压为220伏，额定功率为11瓦。
当灯泡接在220伏的电路中时，电流：I＝P/U＝11瓦/220伏=0.05安
消耗电能：W＝Pt=11瓦×2×3600秒=79200焦
答：当节能灯接在220伏的电路中时，通过灯泡的电流为0.05安，节能灯消耗的电能为79200焦。
【实验】测定小灯泡的功率
(1)伏安法测量电功率:用电压表测量用电器两端的电压,用电流表测量通过用电器的电流,再根据公式P=UI间接求出用电器的电功率,这种方法叫做伏安法。
(2)实验器材:常用的小灯泡1只(标明额定电压.未标明额定功率),电流表、电压表各1只,滑动变阻器1只,开关1只,电池组(总电压高于小灯泡的额定电压)1只,导线若干。
(3)实验电路图:如图所示
(4)过程和步骤
①按正确的电路图连接电路，
②调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压恰好等于小灯泡的额定电压。读出此时两只电表的示数,并记录在下表中。
③调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的1.2倍。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度),读出两只电表的示数,并记录在下表中。
④调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的0.8。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度),读出两只电表的示数,并记录在下表中。
⑤计算出三种情况下小灯泡的电功率;分析小灯泡的亮度和实际功率的关系。
序号 电压（伏） 电流（安） 功率（瓦） 灯泡亮度变化
1
2
3
【答案】
序号 电压（伏） 电流（安） 功率（瓦） 灯泡亮度变化
1 2.5 0.5 1.25 正常发光
2 3 0.6 1.8 偏亮
3 2 0.4 0.8 偏暗
小灯泡的额定电压是2.5v，额定电流是0.5A，额定功率是1.25w
实验结论：①当U实=U额时，P实=P额；②当U实>U额时，P实
P额。
小灯泡的明亮程度是由实际功率决定的，实际功率越大灯泡越亮。
【思考与讨论】1．小灯泡在哪种情况下属于正常发光？
2．如果一再降低或一再提高小灯泡两端的电压，将会出现什么情形？
【答案】1.电路中小灯泡两端的电压等于其额定电压时正常发光。
2.如果一再降低电路中小灯泡两端的电压，小灯泡将变得很暗甚至不再发光;如果一再提高电路中小灯泡两端的电压，小灯泡将会逐渐变亮最后被烧坏
任务二:探究电热器
【思考与讨论】1．还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的？
2．电流的热效应有什么利和弊？
【答案】1.电烙铁、电炉子、电暖器等都是利用电流的热效应工作的。
2.利：利用率高,无污染；弊：容易引起火灾，存在安全隐患。
【活动】探究影响电热的因素
提出问题:电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢
猜想与假设:结合生活经验,可能与导体的电阻有关,也可能与电流的大小有关,还可能与通电时间有关。设计实验:如下图所示(注意控制变量法的运用)。
控制t、I相同,研究热效应与电阻的关系。
控制t、R相同,研究热效应与电流的关系。
控制t、R相同,研究热效应与时间的关系。
进行实验：
①将两根电阻丝串联,通电加热一段时间后,观察两玻璃管中煤油上升的高度,并作出标记。
②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后,减小滑动变阻器接入电路的阻值使电流增大,在与①相同的时间内,观察同一玻璃管中煤油上升的高度,并作出标记。
③保持②电流大小不变,延长通电加热时间,观察同一玻璃管中煤油上升的高度,并作出标记。
④比较玻璃管中煤油上升高度的变化,得出结论。
【答案】
获得结论:
①当通电时间、电流相等时,电阻越大,电流产生的热量越多。
②当通电时间、电阻相等时,电流越大,电流产生的热量越多。
③当电流、电阻相等时,通电时间越长,电流产生的热量越多。
【思考与讨论】电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种用电器可以认为是将电能全部转化成了内能？
【答案】电熨斗可以认为是将电能全部转化成了内能。电吹风机工作时将电能一部分转化成机械能，另一部分转化成内能。
【例题】如图3-85是电饭锅的电路图。电饭锅工作时有两种状态：当自动开关 S 接通时，电饭锅处于加热状态，将锅内的水加热直到烧开；当自动开关 S 断开时，电饭锅处于保温状态。图中 R2 是加热用的电热丝，阻值为 55 欧；R1 是电阻，阻值为 145 欧。试求 :
（1）在加热状态下，电饭锅正常工作 30分钟产生多少热量？
（2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率多大？
解：（1）在加热状态下，开关S接通，电路中只接入电热丝R2，因此通过R2的电流：
根据焦耳定律，R2上产生的热量：Q=I2R2t=（4安）2×55欧×30×60秒=1.584×106焦
（2）在保温状态下，开关 S 断开，电阻 R1 与电热丝 R2 相串联，假设此时电路中的电流为I′，根据串联电路的电压特点：U=U1+U2=I′R1+I′R2
电饭锅消耗的功率：P′=UI′=220伏×1.1安 =242瓦
答：（1）电饭锅正常工作 30 分钟产生的热量为 1.584×106 焦。
（2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率为 242 瓦。
【思考与讨论】上面这个问题还可以用什么方法来求解？
解:(1)在加热状态下，开关S接通,电路中只接入电热丝R2因此电流通过电饭锅时，电能全部转化为内能，所以利用公式可计算出电饭锅产生的热量。
(2)在保温状态下,开关S断开电阻R1与电热丝R2串联，电路中的总电阻R=R1+R2=145欧+55欧=200欧,电饭锅消耗的功率
总结本节的概念，梳理概念之间的联系，画出思维导图。
1.小浔同学用如图所示电路探究“电功率与电压的关系”，灯的规格分别为L1“2.5V0.3A”、L2“3.8V0.3A”。下列观点正确的是（ ）
A．实验中将两灯串联的目的是使两灯通电时间相同
B．改变电源电压可以使两灯同时正常发光
C．该实验能探究出电功率跟电压的定量关系
D．灯L1和L2的亮暗是由额定电压和额定功率共同决定
【答案】B
【解析】【分析】 A.根据串联电路的电流特点判断；
B.两灯泡的额定电流相同，当两灯泡串联时，改变电源电压是可以使两灯同时正常发光的；
C.灯泡的亮度可以推断出功率的大小，但不能确定功率的数值，因此实验可以探究电功率跟电压的定性关系，不能探 究电功率跟电压的定量关系；
D.灯泡的亮度由实际功率决定。
【解答】A.电功率的大小与电流、电压有关，实验中将两灯串联的目的是使通过两灯的电流相同，故A错误；
B.两灯泡的额定电流相同，当两灯泡串联时，改变电源电压，当电路电流等于额定电流时，是可以使两灯同时正常发光 的，故B正确；
C.两灯串联保证了通过两灯的电流不变，由电压表V1和V2可以读出两个灯泡两端的电压，由灯泡的亮度可以推断出功率的大小关系，但不能确定功率的具体数值，因此实验可以探究电功率跟电压的定性关系，不能探究两者的定量关系，故C错误；
D.灯L1和L2的亮暗是由实际功率决定的，与额定电压和额定功率无关，故D错误。
故选B。
2.如图是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（ ）
A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显
B．若在该装置中串联一个滑动变阻器，就可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电流大小的关系
C．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．若要比较水和煤油的比热容大小，不仅需要将其中一个烧瓶内的煤油换成等质量的水，还需使烧瓶内两个电阻的阻值不相同
【解答】解：
A、在液体质量相同、吸收热量相同的情况下，比热容小的物质温度升高的多，所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显，故A正确；
B、由图可知，两瓶中电阻丝串联，实验中，移动滑动变阻器，可以改变电路中电流的大小，分析同一个烧瓶内温度计示数的变化，可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电流大小的关系，故B正确；
C、通电后电流通过电阻丝产生热量越多，煤油的温度升的越高，通过观察温度计的示数大小来判断电流产生的热量的多少，应用了转换法，故C正确；
D、比较水和煤油的比热容大小时，烧瓶内分别装有质量相同的水和煤油，要使它们在相同的时间内吸收相同的热量，所以要使两瓶中电阻丝的阻值相同，故D错误。
故选：D。
3.小宁想购买一个电热水壶，已知他家中电路电压是220V、室内插座额定电流是5A，则下列规格的电热水壶适合他家的是（ ）
A．额定电压220V；额定功率1500W B．额定电压220V；额定功率800W
C．额定电压120V；额定功率1500W D．额定电压120V；额定功率800W
【答案】B
【解析】【分析】根据P=UI计算插座允许接入的最大功率，再结合家庭电路电压的知识分析判断。
【解答】家庭电路的电压为220V，这个插座允许接入的最大功率P=UI=220V×5A=1100W，那么电热水壶的电功率应该小于1100W，故B正确，而A、C、D错误。
故选B。
4.为了测定小灯泡的额定功率，在具体实验操作中，手和眼的分工应该是（ ）
A．手移动变阻器的滑片，眼观电流表
B．手移动变阻器的滑片，眼观电压表
C．手移动变阻器的滑片，眼看小灯泡是否发光
D．手按开关，眼观电流表
【答案】B
【解析】【解答】解：由于滑动变阻器的作用是调节灯两端的电压，故在用手调节滑动变阻器的滑片时，眼应观察电压表的示数的变化，当电压表达到额定电压时，再去观察电流表的示数及灯泡的亮度．
故选B．
【分析】用手调节滑片时，眼要观察电压表的示数．
5.在测定小灯泡额定功率的实验中，某同学正确连接电路，闭合开关后灯泡发光，但在实验中无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数都达不到灯泡的额定电压，其原因可能是（ ）。
A．变阻器总电阻太大 B．电压表量程太大
C．电源电压太低 D．灯泡灯丝断开
【答案】C
【解析】【分析】根据测定小灯泡额定功率的实验过程分析判断。
【解答】闭合开关后灯泡发光，但在实验中无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数都达不到灯泡的额定电压，即当变阻器的阻值为零时，电压表的示数都小于额定电压。由于此时灯泡的电压为电源电压，因此肯定是电源电压过低造成的，故C正确，而A、B、D错误。
故选C。
6.如图所示是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻的关系”的实验装置，煤油的质量、初温均相同，5分钟后观察到甲瓶中温度计示数比乙瓶高，若电阻丝的电阻分别为R甲和R乙，通过的电流分别为Ⅰ甲和Ⅰ乙，则（ ）
A．I甲>l乙，R甲>R乙 B．I甲=I乙，R甲>R乙
C．I甲=I乙，R甲I乙，R甲【答案】B
【解析】根据串联电路的电流特点及焦耳定律进行解答。
【解答】由图中可知R甲与R乙串联在电路中，在串联电路中电流处处相等，所以I甲＝I乙；
由于5分钟后观察到甲瓶中温度计的求数比乙瓶高，由此可知Q甲＞Ｑ乙，
由于Q＝I2Rt，I甲＝I乙，所以R甲>R乙；故B正确。答案为：B。
7.下列电器工作时，主要利用电流热效应的是（ ）
A．电视机 B．洗衣机
C．电风扇 D．电热壶
【答案】D
【解析】【分析】电流通过导体时都会发热，这种现象叫电流的热效应，将电能转化为热能。
【解答】A.电视机将电能转化为光能和声能，故A不合题意；
B.洗衣机将电能转化为机械能，故B不合题意；
C.电风扇将电能转化为机械能，故C不合题意；
D.电热壶将电能转化为热能，故D符合题意。
故选D。
8.将规格都是“220V 100W”的一台电风扇、一台电视机和一只电饭煲正常工作相同时间，下列说法正确的是（ ）
A．三个用电器产生的热量一样多
B．电风扇产生的热量最多
C．电视机产生的热量最多
D．三者消耗的电能相等
【解答】解：由于三个用电器都正常工作，则三个用电器的实际功率：P＝P额＝100W；根据W＝Pt可知，三个用电器消耗的电能相同；因为电视机将一部分电能转化为光能，电风扇中的电动机将电能大部分转化机械能，电饭煲将电能全部转化为内能，所以产生热量最多的是电饭煲，故ABC错误，D正确。
故选：D。
9.把一个标有“10V 3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上（如图所示），小灯泡恰能正常工作。该电路工作10s定值电阻产生的热量是（ ）
A．6J B．30J C．36J D．60J
【解答】解：灯泡正常发光时的电压UL＝10V，功率PL＝3W，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，由P＝UI可得，灯泡正常发光时电路中的电流：IL0.3A，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，R两端的电压：UR＝U﹣UL＝12V﹣10V＝2V，
该电路工作10s定值电阻产生的热量：Q＝W＝URIt＝2V×0.3A×10s＝6J。
故选：A。
10.小宁同学在学习电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关时，设计了如图所示的实验装置，2只平底烧瓶内装有某种液体，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙，下列有关该实验的说法正确的是（ ）
①平底烧瓶内装有某种液体，该液体可以选择食盐溶液
②为了使实验现象更加明显，玻璃管内径可以再小一些
③本实验运用了控制变量法和转换法
④通过此实验研究可以得出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
⑤在研究电阻大小因素时，实验装置的电路设计成串联电路只是为了控制电流大小相等
A．②③ B．①⑤ C．②④ D．①④⑤
【解答】解：（1）借助某些物体的特性来研究看不到或不易观察到物质，形象直观，称为转换法，电流此时的热量无法直接观察，通过观察玻璃管内液体高度的变化来反映，为了使实验现象更加明显，玻璃管内径可以再小一些，电流通过导体产生的热的多少跟电阻、电流、通电时间有关，实验采用控制变量法，故②③正确；
（2）平底烧瓶内装的液体应该是绝缘体，食盐溶液是导体，煤油是绝缘体，实验平底烧瓶内装的液体应该是煤油，故①错误；
由图可知，两电阻丝串联，则两烧瓶中电流相同，通电时间相同，乙瓶中电阻较大，产生热量越多，乙瓶中的温度计示数升高的快；
（3）实验装置的电路设计成串联电路是为了控制电流大小和通电时间相等，故⑤错误；
（4）利用玻璃管内液柱的高度无法准确计算液体吸收的热量，所以此实验不能得出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，故④错误。
故选：A。
11.小科想要利用风扇、发热电阻等元件，制作一个有低温挡和高温挡的暖风机。他设计了发热部分的两种电路，分别如图甲、乙所示。下列说法错误的是（ ）
A．图甲中，当开关S闭合、S1断开时，此时处于低温挡工作状态
B．图甲中，当开关S闭合、S1闭合时，此时处于高温挡工作状态
C．图乙中，若电源电压为24伏，要实现电阻R3的发热电功率为120瓦，则R3阻值为5欧
D．图乙中，暖风机高温挡总功率为200瓦，在高温挡工作1分钟，暖风机消耗电能1.2×104焦
【解答】解：AB\甲方案中，开关S、S1均闭合时，电路为R1的简单电路，电路的总功率P甲1；
开关S闭合、S1断开时，R1与R2串联，由串联电路中总电阻等于各分电阻之和可知，电路的总功率P甲2，
因P甲1＞P甲2，
所以，开关S、S1均闭合时，电热器处于高温挡；开关S闭合、S1断开时，电热器处于低温挡；故AB正确；
C、乙图中两电阻R3和R4并联，电阻两端的电压都等于电源电压，
由P可得：
R3的阻值应为：R34.8Ω；故C错误；
（3）暖风机所消耗的电能：W＝Pt＝200W×60s＝1.2×104J。故D正确。
故选：C。
12.小科在“测量小灯泡的电功率”实验中，实验器材有：电压恒为3V的电源一个、小灯泡(额定电压为2.5V)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关各一个，导线若干。
（1）如图甲所示是小科连接的实物电路，图中有一根导线连接错误，请你在连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线。
（2）待连接正确后，发现接通开关，调节电路后电压表示数为2V；接下去小科应该如何操作 答： 。
（3）小科根据记录的多组1-U数据，画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图像(如图乙所示)，则小灯泡的额定功率为 W。
（4）小科根据小灯泡的I-U图像(如图乙所示)，分析出小灯泡的电阻在增大，你认为原因是 。
【答案】（1）
（2）向右调节滑动变阻器，使电压表示数为2.5V，读出电流表的示数
（3）0.625
（4）灯丝的电阻随温度升高而增大
【解析】“测量小灯泡的电功率” 用电压表测量灯泡两端电压，电流表测量灯泡通过的电流，电流乘以电压即为电功率。
【解答】（1）电流表应该与用电器串联。
（2）电压表示数小于额定电压，所以向右调节滑动变阻器，减小滑动变阻器的分压，增大灯泡电压，达到额定电压。
（3）电压等于额定电压的时候，电流为0.25A，P=UI=2.5X0.25W=0.625W
（4）灯泡的灯丝是金属做的，金属的电阻随温度升高增大。
13.用伏安法测定额定电压为3.8伏小灯泡的额定功率。
（1）请在下面的方框中画出实验电路图。
（2）将图1中的滑动变阻器接入电路。要求：滑片P右移时灯变亮。
图1
（3）小灯泡正常发光时，电流表的示数如图2所示，通过小灯泡的电流为 安。
图2
（4）小灯泡的额定功率为 瓦。
【答案】（1）解：如图所示：
（2）解：
（3）0.5
（4）1.9
【解析】【分析】（1）首先思考一下这个实验要用到的电器元件，然后确定它们的串并联关系，最后画出电路图即可；
（2）首先根据灯泡亮度的变化推测变阻器阻值的变化，然后根据滑片的移动方向确定变阻器所接的接线柱，最后将实物图补充完整；
（3）首先根据电流表的接线柱判断使用的量程，然后确定电流表的分度值，最后根据指针位置读数；
（4）已知额定电压和额定电流根据公式计算额定功率。
【解答】（1）在测定小灯泡的额定功率的实验中，电流表、小灯泡、变阻器和开关串联，电压表与灯泡并联测它的电压，电路图如下：
（2）灯泡变亮，说明电流变大，电阻变小；那么滑片P右移时灯变亮，其实就是右移时电阻变小，因此滑动变阻器下面接的是右边的接线柱，如下图：
（3）电流表选择的量程是0-0.6A，分度值是0.02A，那么通过小灯泡的电流是：0.4A+0.02A×5=0.5A；
（4）小灯泡的额定功率为：。
故答案为：（1）同解析；（2）同解析；（3）0.5；（4）1.9
14.如图-1，是某型号电暖器。它有高温、低温两个挡位，其简化电路图如图-2所示。R1和R2均为发热电阻，其部分参数如图表所示。请完成下列问题：
额定电压 220V
额定功率 高温挡 2200W
低温挡 1100W
（1）当开关S1、S2均闭合时，电暖器处于 挡；
（2）求该电暖器在低温挡正常工作时，电路中的电流大小；
（3）在某次用电高峰期，小金用如图-3所示的电力监测仪，测出该电暖器在低温挡工作时的实际电压为210V，实际功率为900W。小金由此认为实际功率小于额定功率，只是因为实际电压小于额定电压造成的。小兰和小江却一致认为小金的观点不全面。请你根据题中信息和所学知识，解释实际功率小于额定功率的原因。
【答案】（1）高温挡
（2）电暖器在低温挡正常工作时的功率为1100W，电路中的电流大小为
（3）由题意知，用电高峰期电暖器在低温挡工作时，实际电压为210V，实际功率为900W，根据P=U2/R可得，此时R1的阻值为49Ω。由此可知，原电阻发生了变化。所以造成实际功率小于额定功率的原因，不只是因为实际电压小于额定电压造成的，用电器电阻变大也是其中一个原因。
【解析】电路中的总电阻越小，电压一定，总功率越大。结合电功率公式进行分析。
【解答】（1）由图2可知，当开关S1、S2均闭合时，R1和R2并联，根据并联电路的电阻特点可知，电路中的总电阻最小，由可知，电路中的总功率最大，电加热器处于高温挡。
（3）根据进行分析， 实际功率小于额定功率，是由于实际电压小于额定电压造成的，用电器电阻变大也是其中一个原因。
15.为探究小灯泡亮度与电功率的关系，兴趣小组利用电压恒为3伏的电源、滑动变阻器、标有“2.5V”字样的小灯泡等器材按图甲进行实验，获得相关数据如表。图乙是实验过程中电路总功率、小灯泡功率随电流变化的曲线。
次数 1 2 3 4 5
电压U/V 0.1 0.9 1.7 2.1 2.5
电流I/A 0.05 0.19 0.24 0.26 0.28
功率P/W 0.005 0.171 0.425 0.546 0.725
小灯泡亮度 越来越亮
（1）从第2次到第3次实验，滑片P应向 移动。
（2）乙图中线段CD表示的物理量是 。
（3）整理数据发现，当小灯泡两端电压变大时，灯泡电阻也变大，请分析原因。
【答案】（1）左
（2）电流为I0时，滑动变阻器的电功率
（3）小灯泡两端的电压变大时，电流也变大，根据Q=I2Rt，相同时间产生的内能增多，温度升高，阻值增大
【解析】
（1）由表格数据可知，实验3中灯泡两端的电压值大于实验2中灯泡两端的电压值，而电源电压变，且U=U滑+UL，故实验3中应減小滑动变阻器两端的电压，根据串联分压特点可知滑动变阻器的滑片P的移动方向。
（2）根据电路的总功率等于各用电器功率之和，同时结合图乙分析回答。
（3）灯丝的电阻随温度的升高而增大。
【解答】
（1）由表格数据可知，实验3中灯泡两端的电压值大于实验2中灯泡两端的电压值，而电源电压不变，且U=U滑+UL，故完成实验2后，要想获得实验3的数据（即增大灯泡两端的电压），应减小滑动变阻器两端的电压，根据串联分压特点可知，应減小滑动变阻器接入电路的阻值，则由图甲可知滑片P应向左移动。
（2）由图乙可知，电流为I0时，C点是此时电路的总功率，D点是此时灯泡的功率，根据电路的总功率等于各用电器功率之和可知，线段CD表示电流为I0时，滑动变阻器的电功率。
（3）由表中数据可知，当灯泡两端电压增大，通过灯泡的电流也增大，根据P= UI可知，灯泡功率变大，温度升高，灯丝的电阻随温度的升高而增大。
16.为了验证通电导体产生的热量和导体的电阻之间的关系，某兴趣小组选择5欧，10欧，15欧三个定值电阻，将电阻封闭在塑料盒中，通过温度传感器记录塑料盒中空气温度值（塑料盒中空
气升高的温度与电阻产生的热量成正比）。兴趣小组设计如下两种方案：
电阻 塑料盒中温度值(℃)
0 1分钟 2分钟 3分钟 4分钟
5欧 26 26.5 27.1 27.7 28.4
10欧 26 27.1 28.2 29.6 30.8
15欧 26 27.5 29.3 31.5 33.2
方案一：如图甲，先接入R1，闭合开关，记录4分钟内温度值，换用R2和R3，记录温度值。
方案二：如图乙，直接将三个电阻同时接入电路，闭合开关，记录4分钟内温度值。
（1）请从两个方案中选出你认为合理的方案并说明理由 。
（2）选择正确的方案后，兴趣小组得到的实验结果如上表。得出结论：当其他条件相同时，导体产生的热量与电阻成正比。结合表中数据说明其证据是 。
（3）为了让实验结果更具有普遍性，你的做法有 。（写出一点）
【答案】（1）方案乙，方案甲每一次换电阻后，较难达到电流与通电时间相同。
（2）在通电3分钟时，三个电阻对应升高的温度呈等比例增加，为1.8：3.6：5.4，与电阻比值相同。
（3）换用不同的电阻重复上述实验；换用不同的电源电压重复上述实验；增加滑动变阻器改变电路电流重复上述实验等。（合理即可）
【解析】【分析】（1）根据Q=I2Rt可知，电流通过导体产生的热量与电流、时间和电阻大小有关。要通过电阻大小反应产生热量的多少，就必须控制电流和时间相同，而甲中很难做到。在乙中，三个电阻串联，则通过它们的电流和时间相同，据此分析解答。
（2）根据表格可知，当加热3分钟时，三个电阻温度的升高量依次为：（27.7℃-26℃）：（29.6℃-26℃）：（31.5℃-26℃）=1.7：3.6：5.5≈1：2：3，则它们三者产生的热量之比也是1：2：3，这和三个电阻的比值相同，因此当其他条件相同时，热量与电阻呈正比。
（3）在科学研究中，往往需要换用不同的实验器材，多次进行实验，收集多组数据，这样得到的结论会更客观准确，据此解答。
【解答】（1）我认为合理的方案是乙，理由：方案甲每一次换电阻后，较难达到电流与通电时间相同。
（2）得出结论：当其他条件相同时，导体产生的热量与电阻成正比。结合表中数据说明其证据是：在通电3分钟时，三个电阻对应升高的温度呈等比例增加，为1.8：3.6：5.4，与电阻比值相同。（例举4分钟的情况亦可）
（3）为了让实验结果更具有普遍性，我的做法有：换用不同的电阻重复上述实验；换用不同的电源电压重复上述实验；增加滑动变阻器改变电路电流重复上述实验等。
17.一种新型石墨烯电热桌垫在冬天很受欢迎（如图甲）。西溪中学综合实践活动小组的同学探究了它的原理。小组同学根据所学知识，讨论认为：两个电阻如需得到高、低两挡调温，则可能有图乙、丙两种电路。该电热桌垫由8伏电源供电，发热部分由R1和R2组成，已知两图中R1均为6欧，R2均为2欧。
（1）按如图乙电路，当S1闭合、S2断开时电热桌垫处于 挡（填“低温”或“高温”）。
（2）图乙中该电热桌垫消耗的最大功率是多少瓦？
（3）图乙中当电热桌垫处于低温挡时，求10分钟内产生的热量是多少焦？（不考虑温度的变化对电阻的影响）
【解答】解：（1）由图乙知，当S1闭合、S2断开时两电阻串联，此时电路中电阻较大，电源电压一定，由P可知，此时电热垫电功率较小，为低温状态；
两开关都闭合时，只有R2连入电路中，此时电路中电阻较小，电源电压一定，由P可知，此时电热垫电功率较大，为高温状态；
（2）两开关都闭合时，电热桌垫消耗的最大功率：
P最大32W；
（3）由串联电路特点和欧姆定律可得，低温挡时电路中电流：
I1A，
10分钟内产生的热量：
Q＝W＝UIt＝8V×1A×10×60s＝4800J。
故答案为：（1）低温；
（2）图乙中该电热桌垫消耗的最大功率是32W
（3）图乙中当电热桌垫处于低温挡时，10分钟内产生的热量是4800J。
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3.6.2电能
化学观念：学习使用电流表和电压表测用电器功率的方法;了解用电器的功率跟用电器两端的电压有关，加深对额定电压和额定功率的理解。知道电热器的制作原理是电流的热效应，会描述焦耳定律的内容;了解电热器的主要组成部分。
科学思维:学会运用实验探究的方法解决电学问题；能应用其解释相关现象;应用焦耳定律公式计算用电器产生的热量。
科学探究与实践:运用电学实验测量小灯泡的功率；用控制变量法研究影响电热因素。
科学态度与责任:体会电能在生活和生产中的重要作用和意义。体会电能在人类生活、生产中的重要作用和意义。通过电热器的广泛使用，体会电能在生活和生产中的重要价值。
1.用电器的电功率等于 。用P表示电功率，U表示电压，I表示电流，则电功率的公式可表示为:P=U，使用公式时，若U的单位为伏，I单位为安，则P的单位为瓦。因此，电功率的单位瓦特也可表示为:1瓦=1 。
2.测定小灯泡的功率
实验原理: 。利用电压表和电流表分别测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流就可以求出小灯泡的电功率。在额定电压下测出来的电功率就是 。
3.用电能表测量电功率实验原理:
4.利用电流做功将电能转化为 能的装置叫做电热器。利用 工作。主要元件: 它由 的电阻丝绕在 上制成。
5.电流通过导体产生的热量跟 成正比，跟 成正比，跟 成正比。这个规律叫做焦耳定律。公式:Q=I2Rt
6.对于纯电阻用电器，电能 转化为热能， ，对于非纯电阻用电器，电能 转化为内能，W Q如电动机，电能一部分转化为 能，一部分转化为 能，故W=
任务一:探究电功率跟电功的计算
【思考与讨论】公式P＝W/t与P＝UI有什么不同？
【例题】将图3-79所示的节能灯接在220伏的电路中，通过灯泡的电流有多大？这只节能灯正常工作2小时消耗多少电能？
【实验】测定小灯泡的功率
(1)伏安法测量电功率:用电压表测量用电器两端的电压,用电流表测量通过用电器的电流,再根据公式P=UI间接求出用电器的电功率,这种方法叫做伏安法。
(2)实验器材:常用的小灯泡1只(标明额定电压.未标明额定功率),电流表、电压表各1只,滑动变阻器1只,开关1只,电池组(总电压高于小灯泡的额定电压)1只,导线若干。
(3)实验电路图:如图所示
(4)过程和步骤
①按正确的电路图连接电路，
②调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压恰好等于小灯泡的额定电压。读出此时两只电表的示数,并记录在下表中。
③调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的1.2倍。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度),读出两只电表的示数,并记录在下表中。
④调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的0.8。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度),读出两只电表的示数,并记录在下表中。
⑤计算出三种情况下小灯泡的电功率;分析小灯泡的亮度和实际功率的关系。
序号 电压（伏） 电流（安） 功率（瓦） 灯泡亮度变化
1
2
3
【思考与讨论】1．小灯泡在哪种情况下属于正常发光？
2．如果一再降低或一再提高小灯泡两端的电压，将会出现什么情形？
任务二:探究电热器
【思考与讨论】1．还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的？
2．电流的热效应有什么利和弊？
【活动】探究影响电热的因素
提出问题:电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢
猜想与假设:结合生活经验,可能与导体的电阻有关,也可能与电流的大小有关,还可能与通电时间有关。设计实验:如下图所示(注意控制变量法的运用)。
控制t、I相同,研究热效应与电阻的关系。
控制t、R相同,研究热效应与电流的关系。
控制t、R相同,研究热效应与时间的关系。
进行实验：
①将两根电阻丝串联,通电加热一段时间后,观察两玻璃管中煤油上升的高度,并作出标记。
②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后,减小滑动变阻器接入电路的阻值使电流增大,在与①相同的时间内,观察同一玻璃管中煤油上升的高度,并作出标记。
③保持②电流大小不变,延长通电加热时间,观察同一玻璃管中煤油上升的高度,并作出标记。
④比较玻璃管中煤油上升高度的变化,得出结论。
【思考与讨论】电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种用电器可以认为是将电能全部转化成了内能？
【例题】如图3-85是电饭锅的电路图。电饭锅工作时有两种状态：当自动开关 S 接通时，电饭锅处于加热状态，将锅内的水加热直到烧开；当自动开关 S 断开时，电饭锅处于保温状态。图中 R2 是加热用的电热丝，阻值为 55 欧；R1 是电阻，阻值为 145 欧。试求 :
（1）在加热状态下，电饭锅正常工作 30分钟产生多少热量？
（2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率多大？
【思考与讨论】上面这个问题还可以用什么方法来求解？
总结本节的概念，梳理概念之间的联系，画出思维导图。
1.小浔同学用如图所示电路探究“电功率与电压的关系”，灯的规格分别为L1“2.5V0.3A”、L2“3.8V0.3A”。下列观点正确的是（ ）
A．实验中将两灯串联的目的是使两灯通电时间相同
B．改变电源电压可以使两灯同时正常发光
C．该实验能探究出电功率跟电压的定量关系
D．灯L1和L2的亮暗是由额定电压和额定功率共同决定
2.如图是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（ ）
A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显
B．若在该装置中串联一个滑动变阻器，就可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电流大小的关系
C．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．若要比较水和煤油的比热容大小，不仅需要将其中一个烧瓶内的煤油换成等质量的水，还需使烧瓶内两个电阻的阻值不相同
3.小宁想购买一个电热水壶，已知他家中电路电压是220V、室内插座额定电流是5A，则下列规格的电热水壶适合他家的是（ ）
A．额定电压220V；额定功率1500W B．额定电压220V；额定功率800W
C．额定电压120V；额定功率1500W D．额定电压120V；额定功率800W
4.为了测定小灯泡的额定功率，在具体实验操作中，手和眼的分工应该是（ ）
A．手移动变阻器的滑片，眼观电流表
B．手移动变阻器的滑片，眼观电压表
C．手移动变阻器的滑片，眼看小灯泡是否发光
D．手按开关，眼观电流表
5.在测定小灯泡额定功率的实验中，某同学正确连接电路，闭合开关后灯泡发光，但在实验中无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数都达不到灯泡的额定电压，其原因可能是（ ）。
A．变阻器总电阻太大 B．电压表量程太大
C．电源电压太低 D．灯泡灯丝断开
6.如图所示是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻的关系”的实验装置，煤油的质量、初温均相同，5分钟后观察到甲瓶中温度计示数比乙瓶高，若电阻丝的电阻分别为R甲和R乙，通过的电流分别为Ⅰ甲和Ⅰ乙，则（ ）
A．I甲>l乙，R甲>R乙 B．I甲=I乙，R甲>R乙
C．I甲=I乙，R甲I乙，R甲7.下列电器工作时，主要利用电流热效应的是（ ）
A．电视机 B．洗衣机
C．电风扇 D．电热壶
8.将规格都是“220V 100W”的一台电风扇、一台电视机和一只电饭煲正常工作相同时间，下列说法正确的是（ ）
A．三个用电器产生的热量一样多
B．电风扇产生的热量最多
C．电视机产生的热量最多
D．三者消耗的电能相等
9.把一个标有“10V 3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上（如图所示），小灯泡恰能正常工作。该电路工作10s定值电阻产生的热量是（ ）
A．6J B．30J C．36J D．60J
10.小宁同学在学习电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关时，设计了如图所示的实验装置，2只平底烧瓶内装有某种液体，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙，下列有关该实验的说法正确的是（ ）
①平底烧瓶内装有某种液体，该液体可以选择食盐溶液
②为了使实验现象更加明显，玻璃管内径可以再小一些
③本实验运用了控制变量法和转换法
④通过此实验研究可以得出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
⑤在研究电阻大小因素时，实验装置的电路设计成串联电路只是为了控制电流大小相等
A．②③ B．①⑤ C．②④ D．①④⑤
11.小科想要利用风扇、发热电阻等元件，制作一个有低温挡和高温挡的暖风机。他设计了发热部分的两种电路，分别如图甲、乙所示。下列说法错误的是（ ）
A．图甲中，当开关S闭合、S1断开时，此时处于低温挡工作状态
B．图甲中，当开关S闭合、S1闭合时，此时处于高温挡工作状态
C．图乙中，若电源电压为24伏，要实现电阻R3的发热电功率为120瓦，则R3阻值为5欧
D．图乙中，暖风机高温挡总功率为200瓦，在高温挡工作1分钟，暖风机消耗电能1.2×104焦
12.小科在“测量小灯泡的电功率”实验中，实验器材有：电压恒为3V的电源一个、小灯泡(额定电压为2.5V)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关各一个，导线若干。
（1）如图甲所示是小科连接的实物电路，图中有一根导线连接错误，请你在连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线。
（2）待连接正确后，发现接通开关，调节电路后电压表示数为2V；接下去小科应该如何操作 答： 。
（3）小科根据记录的多组1-U数据，画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图像(如图乙所示)，则小灯泡的额定功率为 W。
（4）小科根据小灯泡的I-U图像(如图乙所示)，分析出小灯泡的电阻在增大，你认为原因是 。
13.用伏安法测定额定电压为3.8伏小灯泡的额定功率。
（1）请在下面的方框中画出实验电路图。
（2）将图1中的滑动变阻器接入电路。要求：滑片P右移时灯变亮。
图1
（3）小灯泡正常发光时，电流表的示数如图2所示，通过小灯泡的电流为 安。
图2
（4）小灯泡的额定功率为 瓦。
14.如图-1，是某型号电暖器。它有高温、低温两个挡位，其简化电路图如图-2所示。R1和R2均为发热电阻，其部分参数如图表所示。请完成下列问题：
额定电压 220V
额定功率 高温挡 2200W
低温挡 1100W
（1）当开关S1、S2均闭合时，电暖器处于 挡；
（2）求该电暖器在低温挡正常工作时，电路中的电流大小；
（3）在某次用电高峰期，小金用如图-3所示的电力监测仪，测出该电暖器在低温挡工作时的实际电压为210V，实际功率为900W。小金由此认为实际功率小于额定功率，只是因为实际电压小于额定电压造成的。小兰和小江却一致认为小金的观点不全面。请你根据题中信息和所学知识，解释实际功率小于额定功率的原因。
15.为探究小灯泡亮度与电功率的关系，兴趣小组利用电压恒为3伏的电源、滑动变阻器、标有“2.5V”字样的小灯泡等器材按图甲进行实验，获得相关数据如表。图乙是实验过程中电路总功率、小灯泡功率随电流变化的曲线。
次数 1 2 3 4 5
电压U/V 0.1 0.9 1.7 2.1 2.5
电流I/A 0.05 0.19 0.24 0.26 0.28
功率P/W 0.005 0.171 0.425 0.546 0.725
小灯泡亮度 越来越亮
（1）从第2次到第3次实验，滑片P应向 移动。
（2）乙图中线段CD表示的物理量是 。
（3）整理数据发现，当小灯泡两端电压变大时，灯泡电阻也变大，请分析原因。
16.为了验证通电导体产生的热量和导体的电阻之间的关系，某兴趣小组选择5欧，10欧，15欧三个定值电阻，将电阻封闭在塑料盒中，通过温度传感器记录塑料盒中空气温度值（塑料盒中空
气升高的温度与电阻产生的热量成正比）。兴趣小组设计如下两种方案：
电阻 塑料盒中温度值(℃)
0 1分钟 2分钟 3分钟 4分钟
5欧 26 26.5 27.1 27.7 28.4
10欧 26 27.1 28.2 29.6 30.8
15欧 26 27.5 29.3 31.5 33.2
方案一：如图甲，先接入R1，闭合开关，记录4分钟内温度值，换用R2和R3，记录温度值。
方案二：如图乙，直接将三个电阻同时接入电路，闭合开关，记录4分钟内温度值。
（1）请从两个方案中选出你认为合理的方案并说明理由 。
（2）选择正确的方案后，兴趣小组得到的实验结果如上表。得出结论：当其他条件相同时，导体产生的热量与电阻成正比。结合表中数据说明其证据是 。
（3）为了让实验结果更具有普遍性，你的做法有 。（写出一点）
17.一种新型石墨烯电热桌垫在冬天很受欢迎（如图甲）。西溪中学综合实践活动小组的同学探究了它的原理。小组同学根据所学知识，讨论认为：两个电阻如需得到高、低两挡调温，则可能有图乙、丙两种电路。该电热桌垫由8伏电源供电，发热部分由R1和R2组成，已知两图中R1均为6欧，R2均为2欧。
（1）按如图乙电路，当S1闭合、S2断开时电热桌垫处于 挡（填“低温”或“高温”）。
（2）图乙中该电热桌垫消耗的最大功率是多少瓦？
（3）图乙中当电热桌垫处于低温挡时，求10分钟内产生的热量是多少焦？（不考虑温度的变化对电阻的影响）
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