第6节 电能的利用

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第6节 电能的利用
联想情景导入
电能是现代生活中最常用的一种能量，人类广泛利用电能。家庭生活中所使用的各种用电器都是利用电能来工作的。不同的用电器工作原理也不同，但当电流通过用电器时，电流就对用电器做功，并将电能转化为很多其他形式的能。
重点知识详解
一、电器的电功率
1．电功率：电流单位时间内做的功，叫做电功率。电功率的单位是瓦特或千瓦。
2．额定电压和额定功率：用电器正常工作时的电压叫做额定电压；用电器在额定电压下消耗的功率叫做额定功率。
一些电器设备的功率
电器 功率／瓦 电器 功率／瓦 电 器 功率／瓦
电子表 0.001 普通照明灯泡 15～100 电熨斗 100～1500
半导体收音机 0.06～0.4 家用电冰箱 100～200 电饭煲 300～1500
21寸彩色电视 90 台式电脑 100～300 家用空调 950～2300
日光灯 3～40 吸尘器 800 家用电烤炉 450～1500
3．灯泡的亮度与灯泡的功率有关。在电压相同的情况下，灯泡的电功率越大，灯泡越亮。
二、电功率和电功的计算
1．电功率的计算：电器消耗的电功率，等于通过这个电器的电流与这个电器两端的电压的乘积。用P表示电功率，U表示电压，f表示电流，则电功率的计算公式为P=UI。电功率的单位瓦特可表示为：1瓦=1伏·安。21世纪教育网
2．电功的计算：电流所做的功叫做电功。根据功率和功的关系P—W／t，可以得到电功的计算公式，即：W=UIt。也就是说：电流在某段电路上做的功，等于这段电路两端的电压与通过这段电流，以及通电时间的乘积。电功的单位可表示为：1焦=1伏·安·秒。
三、测定小灯泡的功率21世纪教育网
1．实验原理：电功率的定义：P=UI。
2．实验原理电路图。
3．实验器材：学生电源一台、电压表、电流表、滑动变阻器、小灯泡、形状及若干根导线。
4．实验步骤：
(1)按照电路图连接电路，断开开关，滑动变阻器阻值调到最大。
(2)检查无误后进行试触，选择合适的电表量程。
(3)改变滑动变阻器的阻值，使电压值分别等于、小于和大于小灯泡的额定
电压，测出三组对应的U，、I值并记录于表中。
(4)计算出P1、P2、P3。
5．实验中注意的事项：
(1)在实验开始之前，开关应断开。
(2)滑动变阻器应调到阻值为最大的地方。
(3)电源电压要稍大于小灯泡的额定电压。
四、电能表
1．电能表：电能表也叫电度表，利用它可以计量用电器在一段时间里消耗的电能。
2．电能表上的符号：
(1)“kW·h”表示电能表上的数字是以千瓦时为单位来显示已经用去的电能。千瓦时是电能的单位，平时常称为度。21世纪教育网
1千瓦时=1000瓦×3600秒=3.6×106焦耳21世纪教育网
(2)“220V 10(20)A”、“600r／kW·h”：“220V”表示这个电能表的额定电压是220伏。“10(20)A”表示这个电能表的额定电流为10安，在短时间内使用电流允许大一些，但最大不能超过20安。“600r／kW·h”表示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。
经典例题解析
[例1] 甲灯标有“36V 40W”，乙灯标有“110V 40W”，丙灯标有“220V 40W”，当它们均正常工作时( )
A．甲灯中的电流最大，所以甲灯最亮
B．丙灯两端的电压最高，丙灯最亮
C．三盏灯的灯丝电阻相同，亮度相同
D．甲、乙、丙三盏功率相同，亮度相同
[解析] 灯泡明亮程度是由灯泡的实际功率决定的，由于P=UI，当电功率一定时，电压越高，电流也就越小。故A选项中甲灯中的电流最大，但正常工作时消耗的电功率为40W，与乙、丙灯电功率相同，亮度应该是一样的。B选项中的丙灯两端的电压虽然最高，但正常工作时消耗的电功率仍为 40W，亮度也应是一样的。C选项中由R=知三盏灯的电阻并不相同，同时电阻的大小也不能决定灯泡的明亮程度。21世纪教育网
[答案] D
[例2] 将标有“6V 3W”的灯泡L。和标有“4V 4W”的灯泡L2串联起来接入电路，欲使其中一盏灯能够正常发光，电源电压应是 ( )
A．12V B．8V C．10V D．16V
[解析] 求出两盏灯的电阻，分析加在灯上的实际电压是“大于”“等于”还是“小于”U额(U额为额定电压)。
画出电路示意图，并标出灯的电阻。
解：灯L1 和L2电阻 ：
R1=
R2=
R1, R2串联
若L1正常发光，则有U’1=U1=6V
则U’ 2= U’1=2V，L2比正常发光暗
U=U’1+ U’ 2=6V+2V=8V。B诜项符合颢意
若L2正常发光，则有U’ 2= U2=4V
则L1上电压U’1=3 U’2=12V，所以U’1> U1 灯L1会烧毁，因此电源电压不能取l2V+4V=16V
[答案] B
[例3] 有两个灯泡，L1标有“6V 3W”字样，L2没有标记，测得L2的电阻为6，把它们串联起来接入某一电路，两个灯泡均能正常发光，那么该电路两端的电压和L2的电功率分别是 ( )
A．12V 3W B．12V 1．5W C．9V 3W D．9V 1．5W
[解析] 画出L1和L2串联的电路草图，标明已知量和未知量。21世纪教育网
解：L1正常发光时，U1=6V,P1=3W
电路中电流：I=
此时L2也正常发光，L2两端电压：U2=IR20.5A×6=3V
P2=IU2=0.5A×3V=1.5W
U=U2+U2=6V+3V=9V
[答案] D
[例4] 将分别标有“6V 9W”和“6V 3W”的两个灯泡L1、L2串联接在12V电源上，则 ( )
A．两灯都能正常发光 B．灯L2可能被烧毁
C．两灯都比正常发光时暗 D．灯L1比灯L2亮
[解析] 考查学生能否根据实际电压和额定电压的关系，判断灯的发光情况。
解：先求出两盏灯的电阻
灯L1的电阻：R1=
灯L2的电阻：R2=
求出灯两端的实际电压U’1
因为R1、R2串联
==
U’1 =
L2两端电压：U’2=U—U’1=12V=3V=9V
比较实际电压和额定电压
U’1U2
两灯都不能正常发光；灯L2可能会被烧毁
[答案] B
[例5] 如图，电源电压不变，开关S由断开到闭合，电流表两次示数之比为2：7，则电阻R1：R2___________，电功率P1：P2___________，电功率P1：P’2___________，电功率P1：P___________。
[解析] 分析S闭合前后，了解电路中电阻的连接关系，写出P、I、U、R之间的关系，利用公式求解。21世纪教育网
解：S断开，只有R1，④示数为I1，R1两端电压为U，流过R1的电流为I1。
S闭合，R1、R2并联，④示数为I1+I2，R1两端电压不变为U，流过R1的电流不变为I1，R1功率为P’1。21世纪教育网
因为 所以
并联：，所以
[答案] R1：R2=5：2，P1：P2=2：5，P1：P’2=1：1，P1：P=2：7
[例6] 电能表是测量____________的仪表。lkW·h的电能可供标有“220V 40W”的灯泡正常工作h。
[解析] 电能表是日常生活中常用的仪表。考查能否灵活利用W=Pt进行计算。
正确选择合适的单位，可以简化计算。
解：电能表是测量电功的仪表。题目给出：W=1kWh
P=40W=0.04kW
时间：
如果选用国际单位，则计算要麻烦得多。
[答案] 电功 25
[例7] 如图所示为接在家庭电路里的单相电度表，其额定电压为____________伏，若安装时此表示数为零，则从安装电表后到现在为止，用电器已消耗了____________焦电能，电度表转盘已转了____________圈。若测得转盘在12分钟内转动60圈，则所接用电器总功率为____________瓦。
[解析]题目中有诸多问题，但已知条件只有一个单相电度表的实物图，需要从这个图人手进行深入分析。将图所提供的信息转化为对求解各问题有用的已知条件，这是解决问题的关键。图中自上至下逐行所给出的信息分别是：“kw·h”——示数的单位，即千瓦时；“00200”——目前已做的电功数值；“单相电度表”一一仪表名称，“220V 2.5A”——此表额定工作参数；“3000r／kW·h”——每消耗1kW·h的电功转盘转动的圈数；至此，本题已转化为一道已知上述有关条件的一般性物理题了，再根据有关规律进行求解也就不难了。21世纪教育网
由表的额定工作参数可知，该表的额定电压为220伏。
由表的单位和示数窗口的示数可知，自安装新表后到现在为止用电器所消耗的电能为：
W=20.0千瓦时=20.0×1000瓦×3600秒=7.2×10 7焦
又因每消耗lkW·h电功，转盘转动3000圈，所以电度表转盘已转过n=20.0千瓦时×3000圈/千瓦时=6×104圈。若在t=12分钟=12× 60秒=720秒内，转盘转动60圈，则据P=得用电器总功率为：P=
[答案] 220 7.2×10 7 6×104 100
[例8] 甲灯标有9V，乙灯标有3W，已知电阻R甲>R乙，若把a两灯以某种方式连接到某电源上，两灯均正常发光，若把两灯以另一种方式连接到另一电源上，乙灯仍能正常发光，甲灯的实际功率与它的额定功率比P’甲：P甲=4：9。21世纪教育网
求：(1)甲灯的额定功率P甲。
(2)乙灯的额定电压U乙。
(3)两灯电阻R甲和R乙。
[解析] 注意两次电路总电压不同，所以不能像例4那样判断电路连接方式。
已知：U甲=9V，P乙=3W，R甲>R乙，P’甲：P甲=4：9
求：P甲、u乙、R甲、R乙
设第一次R甲、R乙并联，此时两灯均能正常发光，说明：U乙=U甲=9V
R乙=
第二次R甲、R乙串联，乙灯仍正常发光，说明U’乙=U乙=9V
而R甲不变时，
所以U’甲=了
R甲R乙串联
得R甲由上判定：电路第一次串联，第二次并联，画出分析示意图(a)和(b)。
解：由图(a)和(b)得：
R甲不变
U’===6V U’乙=U乙=6V由图(b)乙灯正常发光
R乙=
由图(a)R甲、R乙串联
I甲=I乙=
R甲=
P甲=I甲U甲=0.5A×9V=4.5W
[答案] (1)甲灯额定功率4.5W (2)乙灯额定电压6V (3)甲灯电阻18Ω 乙灯电阻12Ω
考点应试必备
1．表示电流做功快慢的物理量是 ( )
A．电压 B．电功 C．电功率 D．电阻
2．有两只外形相同、灯丝长度相等的灯泡L1和L2在它们的铭牌上只能看清“200V”字样，而看不清它们额定功率的大小。甲、乙、丙三位同学对它们进行了探究：甲同学发现L1的灯丝粗一些，认为L1电阻小，接入电路产生的热量少，所以额定功率比L2小；乙同学把两灯串联在同一电路中，发现L2比L1亮，认定L2的额定功率大；丙同学把两灯并联在同一电路中，发现L1比L2亮，认定L1的额定功率大，你认为哪位同学的探究是正确的 ( )
A．甲同学 B．乙同学 C．丙同学 D．都不正确
3．小明利用电能表测量某一家用电器的电功率。当电路中只有这一个用电器连续工作时，测得在1h内，消耗的电能为1.2kW·h，那么这一个用电器是 ( )
A．电冰箱 B．普通白炽灯 C.彩色电视机 D．挂壁式空调机
4．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．甲灯的实际功率一定是40W
B．将乙灯接入110 V电路中，它的额定功率变为15w
C．两灯均正常发光时，甲灯灯丝电阻较小
D．两灯均正常发光时，甲灯消耗的电能较少
5．决定白炽灯明亮程度的因素是 ( )
A．灯泡的电阻 B．灯泡的额定功率
C．灯泡消耗的实际功率 D．灯泡消耗的电能
6．根据A、B、C、D四种家用电器铭牌上所提供的信息，可知额定电流为6A的用电器是 ( )
7．如图所示，是郑龙同学记录家里一周内的用电情况，下列说法中正确的是 ( )
A．周一白天用电比傍晚多
B．周四夜晚用电比周五夜晚多
C．每天的用电高峰在傍晚21世纪教育网
D．周三傍晚用电2kW·h
8．将一只标有“12V 6W”的灯泡与一电阻串联后接到电压为l2V的电源上，电阻消耗的功率为1W(灯丝电阻视作不变)，则此时 ( )
A．灯泡与电阻消耗的总功率为7w
B．灯泡与电阻消耗的总功率为6W
C．灯泡消耗的功率大于5W
D．灯泡消耗的功率小于5W
9．如右图所示。电源电压不变，R0是一个8Ω的定值电阻。如果分别将下列的四个不同规格的灯泡接入电路的A、B两点之间，且不会烧坏。则最亮的那个灯一定是 ( )
A．“6V 3W” B．“4V 2W”
C．“3V 3W” D．“2V 2W”
10．在自然科学中，许多规律可借助于图像形象、直观地展示出来。例如，某电路中，已知滑动变阻器两端的电压恒定不变，下列图像中能正确表示滑动变阻器消耗的电功率P与它的电阻值R之间关系的是 ( )
11．晶晶的爸爸从国外带回来一个电饭锅。电饭锅上标着“110V 1000W”。则该电饭锅正常工作1min，消耗的电能是 ( )
A．6×104J B．1.1×105J C．6.6×106J D．545.4J21世纪教育网
12．小明的家中有150W的电视机一台，300W的洗衣机一台，100W的电冰箱一台，800W的电饭煲一只，40W的照明灯8盏，则安装电能表时，选用以下哪一种电能表最合适 ( )
A．220V 5A B．220V 10A C．220V 15A D．220V 20A
13．下列四只灯泡，各自在额定电压下正常发光，其中最亮的是 ( )
A．“220V 25W” B．“220V 40W”
C．“24V 100W” D．“36V 60W”
14．如图所示电路，电源电压恒定，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。闭合开关s后，在滑动变阻器滑片P向左滑动的过程中 ( )
A．电流表A1的示数变小
B．电流表A2的示数变大
C．电压表V的示数变小
D．电灯的亮度变暗21世纪教育网
15．如图所示，电路中的电源电压相同且保持不变，所有的灯泡规格相同，且不考虑温度对电阻的影响，闭合开关s，以下比较a、b、d三灯实际功率的大小关系式中正确的是 ( )
A．Pa=Pd=Pb B．Pa>Pd>Pb C．Pa=Pd>Pb D．Pa16．某车间装有“220V 40W”的白炽灯100盏，该车间安装的电能表的额定电流至少为_________A(填“10”“20”或“30”)；若一天每盏灯平均工作4h，则该车间每天耗电约_________kw·h。21世纪教育网
17．每个家庭都需要照明灯泡，目前市场上既有白炽灯，又有电子节能灯，究竟选择哪一种好呢 某中学“STS”研究小组的同学进行了调查，了解到在正常工作时，25W的白炽灯与5W的电子节能灯、45W的白炽灯与9W的电子节能灯、60W的白炽灯与11W的电子节能灯的发光效果相当，他们选择其中的一组进行研究。收集了有关数据如下表：
额定电压(V) 额定功率(W) 寿命(h) 每只售价(元) 每度电费(元)
白炽灯 220 60 1000 1.5 0.4
电子节能灯 220 11 5000 30 0.4
根据上表数据，在照明效果相当时，若以节能灯使用到寿终正寝时间计算。60W白炽灯和11W节能灯的成本加电费分别为_________元和_________元，由此可见应该选择_________灯。
18．如图是“生命力”型号手机的电池铭牌。该型号的电池用于手机，待机时间约为3天，图中750mA·h表示750毫安小时。请根据所给信息计算该手机待机时间内消耗的平均功率为_________w。
19．家用电灭蚊器的发热部分使用了PTC发热材料，它的电阻随温度变化规律如图所示。使用时发热体直接连人家庭电路+当发热体的温度为60℃时，则此时电功率为_________w。如果这只电灭蚊器的平均电功率为5W，按一天工作10h计算，这只家用电灭蚊器一个月(按30天计算)消耗电能_________ kW·h；当发热体温度继续上升时，电灭蚊器发热体的电阻会_________；它的功率会_________ (最后两空填“增大”“不变”或“减小”)。21世纪教育网
20．小雨在拆装手电筒时，发现手电筒的小灯泡上标有“3.8V”的字样，但上面的电流值已经模糊不清，他想通过实验测量该灯泡的额定功率，图甲为他所连的实验电路。
(1)电池盒中至少有_________节干电池。21世纪教育网
(2)经检查发现电路接线有错误，小雨只做了一处改动就闭合开关进行实验。请在他接错的导线上打上“×”，并改正。21世纪教育网
(3)实验时，小雨移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为3.8V时，电流表的示数如图乙所示。则该小灯泡的额定电流为_________A，额定功率为_________W。
21．小明在做“测量小灯泡电功率”的实验中，所用器材有额定电压为2.5V的小灯泡，以及符合实验要求的电源、滑动变阻器、电表、开关和导线。实验前电压表和电流表已调零，实验时用导线a、b、c、d、e、f、g按图示方式连接电路。
(1)闭合开关前应把滑动变阻器滑片P调到_________ (填“A”或“B”)端。
(2)闭合开关，调节滑动变阻器，结果出现了下列现象，请分析其原因：
①小灯泡不亮，电压表的示数始终为3V，电流表的示数始终为零，则可能是导线_________出现断路。
②小灯泡能发光，电流表有示数，电压表的示数始终为零，则可能是导线_________出现断路。
实验次数 1 2 3
电压U/V 2.5 2.8 2.0
电流I/A 0.30 0.32 0.26
(3)小明排除故障后，调节滑动变阻器，测得上表中的三组数据。则小灯泡的额定功率为_________W。21世纪教育网
22．“5·12”汶川大地震发生后，常州常发集团向灾区人民捐赠一批柴油发电机。这种柴油发电机的工作原理为：以风冷四冲程直喷式柴油机为动力系统，带动发电机发电，该柴油发电机说明书的部分内容如表所示。现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，如图所示。发电机到安置区的距离是400m，输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型导线单位长度的电阻为2.5×10-4Ω/m。安置区家用电器的总功率为44kw，当这些家用电器都正常工作时，求：
型号 AED6500S
最大输出功率 60kW
输出电压范围 220V～300V
(1)输电线路中的电流多大
(2)输电线路损失的电功率多大
(3)发电机实际输出电压多大
(4)该柴油发电机工作过程中，每小时消耗18kg柴油，柴油完全燃烧产生的内能转化为发电机输出电能的效率是多少 (柴油热值是3/3×107J/kg)
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参考答案
1．C 2．C 3．D 4．B 5．C 6．B 7．D 8．D 9．B 10．A 11．A 12．B 13．C 14．A 15．C 16．20 16 17．127.5 52 节能 18．0.0375 19．4.84 1.5增大减小 20．(1)3 (2)略 (3)0.3 1.14 21．(1)A (2)①a ②b (3)0.72 22．(1)200A (2)8×103W (3)260V (4)31.5％
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