第五节 电功率
[学习目标] 1.知道并理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算.2.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别.4.能够从能量守恒的角度理解闭合电路中各种功率间的关系．
一、电功和电功率
[导学探究] 如图1所示，已知电路两端的电势差为U，电路中的电流为I，在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少？把这些电荷从左端移到右端，电场力做功是多少？该过程中单位时间内电流做的功是多少？
图1
答案 It IUt IU
[知识梳理]
1．电功
(1)电功是指电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程．
(2)电功的计算公式：W＝IUt.
单位：焦耳，符号为J.
常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1kW·h＝3.6×106J.
2．电功率
(1)定义：单位时间内电流所做的功．
(2)公式：P＝＝UI.
(3)单位：瓦，符号：W.
(4)意义：表示电流做功的快慢．
二、焦耳定律和热功率
[导学探究] (1)某一电路中只含有某一电阻元件，即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种，分析哪些属于纯电阻电路，哪些属于非纯电阻电路．
(2)纯电阻电路中，消耗的电能转化为什么形式的能？对于含电动机的电路，消耗的电能转化为什么形式的能？
答案 (1)纯电阻电路有：白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅；非纯电阻电路有：电动机、电容器、电解槽
(2)内能 内能和机械能
[知识梳理]
1．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，跟导体的电阻及通电时间成正比．
(2)表达式：Q＝I2Rt.
2．热功率
(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率．
(2)表达式：P热＝I2R.
3．纯电阻电路与非纯电阻电路
(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能．
(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能．
(3)电功和电热的计算公式比较
纯电阻电路
非纯电阻电路
电功和电
功率
W＝UIt＝I2Rt＝t
P电＝UI＝I2R＝
W＝UIt
P电＝UI
电热和热
功率
Q＝I2Rt＝UIt＝t
P热＝I2R＝UI＝
Q＝I2Rt
P热＝I2R
电功和电
热关系
W＝Q
W＝Q＋E其他＞Q
电功率和热
功率关系
P电＝P热
P电＝P热＋P其他＞P热
欧姆定律
是否适用
I＝，适用
U＞IR，不适用
三、闭合电路中的功率
[导学探究] 闭合电路中，电源电动势为E，内、外电路的电阻分别是r和R，电路中的电流为I.t时间内电源把多少其他形式的能转化为电能？外电路产生的热量是多少？内电路产生的热量是多少？三者之间有何关系？
答案 EIt I2Rt I2rt EIt＝I2Rt＋I2rt
[知识梳理] 闭合电路中的能量转化和功率转化
(1)电源是把其他形式的能转化为电能的装置．电源提供的能量一部分消耗在外电路上，一部分消耗在内电阻上，转化为内能．
(2)能量关系：电源提供的能量等于内、外电路消耗的能量之和，即：EIt＝U外It＋U内It.
功率关系：电源提供的电功率等于内、外电路消耗的电功率之和，即：EI＝U外I＋U内I.
对于外电路是纯电阻电路，其能量关系和功率关系分别为：EIt＝I2Rt＋I2rt、EI＝I2R＋I2r.
[即学即用]
1．判断下列说法的正误．
(1)电功率越大，表示电流做功越多．( × )
(2)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热．( √ )
(3)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功．( √ )
(4)电功一定等于电热．( × )
(5)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热．( √ )
(6)无论外电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路，均可用EIt＝U外It＋U内It表示电路中的能量关系．( √ )
2．通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为，则在时间t内产生的热量为______．
答案
解析 根据Q＝I2Rt得，电阻变为原来的2倍，电流变为原来的，时间不变，
Q′＝2·2R·t＝I2Rt＝Q.
一、电功和电热的理解
例1 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路
C．在非纯电阻电路中，UI>I2R
D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
答案 BCD
解析 电功率公式P＝，表示电功率越大，电流做功越快．对于一段电路，有P＝IU，
I＝，焦耳热Q＝()2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错．
W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝只适用于纯电阻电路，B对．
在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C对．
Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D对．
针对训练1 规格为“220V 36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：
(1)接220V的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；
(2)如果接上(1)中电源后，扇叶卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．
答案 (1)35W 1W (2)1210W 1210W
解析 (1)排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为I＝＝A≈0.16A.
发热功率为P热＝I2R＝(0.16)2×40W≈1W.
转化为机械能的功率为P机＝P－P热＝(36－1) W＝35W.
(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I′＝＝A＝5.5A.
电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：
P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5W＝1210W.
1．W＝UIt是电功的计算式，P电＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路．
Q＝I2Rt是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I通过电阻R时在t时间内产生的热量，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路的热功率．
2．只有在纯电阻电路中才有W＝Q，P电＝P热而在非纯电阻电路中W＞Q，P电＞P热．
3．在纯电阻电路中，由UIt＝I2Rt得I＝，即欧姆定律成立；在非纯电阻电路中UIt＞I2Rt知U＞IR，即欧姆定律不成立．
二、纯电阻电路中的功率分配及计算
例2 额定电压都是110V、额定功率PA＝100W、PB＝40W的灯泡两盏，若接在电压为220V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是( )
答案 C
解析 判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有P＝UI＝，可知RA＜RB.
对于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，且有UB＞110V，B灯被烧毁，UA＜110V，A灯不能正常发光．
对于B电路，由于RB＞RA，A灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于RB，所以UB＞U并，B灯被烧毁．
对于C电路，B灯与滑动变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光．
对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光．
比较C、D两个电路，由于C电路中滑动变阻器功率为(IA－IB)×110V，而D电路中滑动变阻器功率为(IA＋IB)×110V，所以C电路消耗电功率最小．
1．串联、并联电阻的功率分配(纯电阻电路)
(1)串联电路：＝，＝(由P＝I2R可得)，电阻越大，功率越大．
(2)并联电路：＝，＝(由P＝可得)，电阻越大，功率越小．
2．计算纯电阻电路的功率时，可以用P＝UI，也可以用P＝I2R或P＝.做题时要根据题目灵活选用．
三、非纯电阻电路功率的分析和计算
例3 如图2所示，电源的电动势是6V，内阻是0.5Ω，电动机M的线圈电阻为0.5Ω，限流电阻R0为3Ω，若理想电压表的示数为3V，试求：
图2
(1)电源的功率和电源的输出功率；
(2)电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率．
答案 (1)6W 5.5W (2)2.5W 2W
解析 (1)电路中的电流I＝IR0＝＝1 A；电源的功率PE＝IE＝6 W；
内电路消耗的功率Pr＝I2r＝0.5 W；
电源的输出功率P出＝PE－Pr＝5.5 W.
(2)电动机分压UM＝E－Ir－UR0＝2.5 V；电动机消耗的功率PM＝IUM＝2.5 W；电动机的热功率P热＝I2rM＝0.5 W；电动机输出的机械功率P机＝PM－P热＝2 W.
解答有关电动机问题时应注意：
(1)当电动机不转时可以看成纯电阻电路，P＝UI＝I2R＝均成立.
(2)当电动机正常工作时，是非纯电阻电路，P电＝UI＞P热＝I2R，U≠IR而有U＞IR.
(3)输入功率指电动机消耗的总功率.热功率是线圈电阻的发热功率.输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率.三者的关系：UI＝I2R＋P机.
针对训练2 (多选)如图3所示，一直流电动机与阻值R＝9Ω的电阻串联在电源上，电源电动势E＝30V，内阻r＝1Ω，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10V，已知电动机线圈电阻RM＝1Ω，则下列说法中正确的是( )
图3
A．通过电动机的电流为10A
B．电动机的输入功率为20W
C．电动机的热功率为4W
D．电动机的输出功率为16W
答案 BCD
解析 由E＝30V，电动机两端电压为10V可得R和电源内阻上分担电压为20V，
则I＝A＝2A，故A错；电动机输入功率P＝UI＝10V×2A＝20W，故B正确；
电动机的热功率P热＝I2RM＝22×1 W＝4 W，故C正确；电动机的输出功率
P输出＝P－P热＝20 W－4 W＝16 W，故D正确．
1.如图4所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等．停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是( )
图4
A．P＝I2R B．P＝
C．P＝IU D．P＝I2R＋
答案 C
解析 家用电器中有纯电阻元件也有非纯电阻元件，故总电功率只能用P＝UI来计算，C正确．
2．(多选)如图5所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等．则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法正确的是( )
图5
A．U甲＞2U乙 B．U甲＝2U乙
C．R甲＝4R乙 D．R甲＝2R乙
答案 BC
解析 设灯泡的电阻为R，正常发光时电流为I，电压为U，由于两个电路的总功率相等，
P＝U甲I＝U乙·2I，得U甲＝2U乙；又由U甲＝2U＋IR甲，U乙＝U＋2IR乙，得R甲＝4R乙，
故正确答案为B、C.
3.如图6所示，直流电动机线圈的电阻为R，电源内阻为r.当该电动机正常工作时，电动机两端电压为U，通过电动机的电流为I，则( )
图6
A．电动机内部的发热功率为I2R
B．电动机的机械功率为IU
C．电动机的总功率为I(R＋r)
D．电动机的机械功率为IU＋I2R
答案 A
4.如图7所示，A为电解槽，N为电炉子，恒定电压U＝12V，电解槽内阻rA＝2Ω，当S1闭合、S2断开时，电流表的示数为6A；当S2闭合、S1断开时，电流表的示数为4A，求：(电流表内阻不计)
图7
(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？
(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？
答案 (1)2Ω 72W (2)16W
解析 (1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得I1＝，则R＝＝＝2Ω，其发热功率为：PR＝UI1＝12×6W＝72W.
(2)电解槽为非纯电阻元件，发热功率为：P热＝I22rA＝42×2W＝32W，总功率为：P总＝UI2＝12×4W＝48W，故电能转化为化学能的功率为：P化＝P总－P热＝(48－32) W＝16W.
一、选择题(1～7题为单选题，8～9题为多选题)
1．关于电功W和电热Q的说法正确的是( )
A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q
B．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q
C．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立
D．W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中才成立
答案 B
解析 W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路W＝Q，在非纯电阻电路中W>Q，B对，A、C、D错．
2.如图1所示为某两个电阻的U－I图象，则R1∶R2的值和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1∶P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1′∶P2′分别是( )
图1
A．2∶1 2∶1 1∶2 B．2∶1 1∶2 2∶1
C．1∶2 1∶2 2∶1 D．1∶2 2∶1 1∶2
答案 A
3．两盏额定功率相同的灯泡A和B，其额定电压UA>UB，则下列说法正确的是( )
A．两灯正常发光时，灯泡的电流IA>IB
B．两灯电阻RA
C．将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PAD．将两灯并联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PA′答案 D
解析 由P＝可知RA>RB，由P＝IU可知额定电流IA两灯串联后，由串联电路的功率分配关系可知P∝R，所以PA>PB，故C错误；
两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知P∝，所以PA′4.电阻R和电动机串联接到电路中，如图2所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作．设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有( )
图2
A．U1＜U2，Q1＝Q2 B．U1＝U2，Q1＝Q2
C．W1＝W2，Q1＞Q2 D．W1＜W2，Q1＜Q2
答案 A
解析 电动机是非纯电阻元件，其两端电压U2＞IR＝U1，B错；电流做的功W1＝IU1t，W2＝IU2t，因此，W1＜W2，C错；产生的热量由Q＝I2Rt可判断Q1＝Q2，A对，D错．
5.在研究微型电动机的性能时，应用如图3所示的实验电路．当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50A和2.0V．重新调节R使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V，则这台电动机正常运转时的输出功率为( )
图3
A．32WB．44WC．47WD．48W
答案 A
解析 电动机停止转动时，线圈的电阻r＝＝4Ω，电动机恢复正常运转时，电功率P＝UI＝48W，热功率为P热I2r＝16W，电动机输出的机械功率P机＝P－P热＝32W，选项A正确．
6.A、B为“220V 100W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220V 40W”的两盏相同的灯泡．现将四盏灯泡接成如图4所示的电路，并将两端接入电源，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为( )
图4
A．PA＝PB，PC＝PD B．PA＝PD＞PB＝PC
C．PD＞PA＞PB＞PC D．PB＞PC＞PD＞PA
答案 C
解析 根据R＝得，RA＝RB＜RC＝RD.由题图知，UB＝UC，根据P＝知PB＞PC；因为IA＝ID，根据P＝I2R知，PD＞PA.A、D电流大于B、C电流，由P＝I2R知，PA＞PB，PD＞PC，所以PD＞PA＞PB＞PC.
7．如图5所示，有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V 60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电源两端，灯泡正常发光，则( )
图5
A．电解槽消耗的电功率为120W
B．电解槽的发热功率为60W
C．电解槽消耗的电功率为60W
D．电路消耗的总功率为60W
答案 C
解析 灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110V电压，且干路电流I＝I灯＝A，则电解槽消耗的电功率P＝P灯＝60W，A错，C对；电解槽的发热功率P热＝I2R内≈1.3W，B错；整个电路消耗的总功率P总＝220×W＝120W，D错．
8．日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到的热风可将头发吹干．设电动机线圈的电阻为R1，它与电热丝的电阻R2相串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，则以下选项正确的是( )
A．IU＞P B．IU＝P
C．P＞I2(R1＋R2) D．P＝I2(R1＋R2)
答案 BC
9．标有“6V 6W”和“6V 3W”的灯泡L1和L2串联接在某电源上，设灯丝电阻不变，则( )
A．通过灯L1、L2的电流之比为2∶1
B．灯L1、L2的实际功率之比为1∶2
C．电源电压为12V时，灯L1、L2均正常发光
D．电源电压为9V时，灯L2正常发光
答案 BD
解析 L1和L2串联接在电路中，电流相等．L1的电阻R1＝＝6Ω，L2的电阻R2＝＝12Ω.电阻之比R1∶R2＝1∶2，所以分压关系U1∶U2＝1∶2，通过两灯的电流相等，所以功率之比P1∶P2＝I2R1∶I2R2＝R1∶R2＝1∶2.当电源电压为12V时，可得U1＝4V，U2＝8V．电压均不是额定电压，都不能正常发光．当电源电压为9V时，U1＝3V，U2＝6V，L2正常发光．所以正确选项应是B、D.
二、非选择题
10．有一个小型直流电动机，把它接入电压为U1＝0.2V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I1＝0.4A；若把电动机接入U2＝2.0V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0A，求：
(1)电动机正常工作时的输出功率多大？
(2)如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？
答案 (1)1.5W (2)8W
解析 (1)U1＝0.2 V时，电动机不转，此时电动机为纯电阻元件，故电动机线圈内阻r＝＝ Ω＝0.5 Ω.U2＝2.0 V时，电动机正常工作．此时电动机为非纯电阻元件，则电动机的电功率P电＝U2I2＝2.0×1.0 W＝2 W，
电动机的热功率P热＝I22r＝1.02×0.5 W＝0.5 W.
所以由能量守恒定律可得电动机的输出功率
P出＝P电－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W.
(2)此时若电动机转子突然被卡住，则电动机又为纯电阻元件，其热功率P热′＝＝ W＝8 W.
11.如图6所示电路中，电池组的电动势E＝42V，内阻r＝2Ω，定值电阻R＝20Ω，D是电动机，其线圈电阻R′＝1Ω.电动机正常工作时，理想电压表示数为20V．求：
图6
(1)通过定值电阻R的电流；
(2)电动机的电功率；
(3)电动机的输出功率．
答案 (1)1A (2)20W (3)19W
解析 (1)由E＝UV＋UR＋r可得R和电源内阻的电压之和为：UR＋r＝E－UV
由闭合电路欧姆定律可得电路电流为：
I＝＝ A＝1 A
(2)电动机为非纯电阻元件，故其功率为：
P电＝UVI＝20×1 W＝20 W
(3)电动机的发热功率为：
P热＝I2R′＝12×1 W＝1 W
故电动机的输出功率为：
P出＝P电－P热＝20 W－1 W＝19 W.
12.如图7所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1Ω，电动机两端的电压为5V，电路中的电流为1A，物体A重20N，不计摩擦力，求：
图7
(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率；
(2)电动机的输入功率和输出功率；
(3)10s内可以把重物A匀速提升的高度；
(4)这台电动机的机械效率．
答案 (1)1W (2)5W 4W (3)2m (4)80%
解析 (1)根据焦耳定律，电动机的热功率P热＝I2r＝12×1W＝1W.
(2)电动机的输入功率P入＝IU＝1×5W＝5W，输出功率P出＝P入－P热＝5W－1W＝4W.
(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械能，在10s内P出t＝mgh.
解得h＝＝m＝2m.
(4)电动机的机械效率η＝×100%＝80%.
自我检测
1.下列关于电功的说法中,错误的是（ ）?
A.电流做功的过程,就是电能转化为其他形式的能的过程?
B.电流做功消耗的能量由电源供给?
C.电功就是电能?
D.导体内电场力对自由电荷的定向移动所做的功就是电功?
答案:C
2.某同学在自己家中更换电路中的熔断丝时,考虑到家中有几盏照明电灯、一台电视机和一台电冰箱的用电的实际需要和安全,应选用熔断丝的电流为( )?
A.50 A? B.10 A??
C.5 A? D.1 A??
答案:C
3.白炽灯的灯丝断了以后,轻摇灯泡,可以将断了的灯丝搭上,若将这只灯泡再装入原电路中,其亮度( )?
A.比原来亮些
B.比原来暗些?
C.与原来一样亮
D.都有可能?
答案:A
4.一盏电灯直接接在电压恒定的电源上,其消耗的功率为100 W.现将这盏灯先接上一段很长的导线后,再接在同一电源上,此时导线上损失的电功率是9 W,那么此电灯的实际功率将( )?
A.等于91 W?
B.小于91 W??
C.大于91 W?
D.条件不足,无法确定?
答案:B
5.节日彩灯是由若干只小灯泡接到照明电路上的,由于每只彩灯的额定电压较小,所以,彩灯一般是串联连接的.现有下列四组灯泡供选用,较为合适的是( )?
A.10只“12 V 10 W”?
B.10只“220 V 15 W”?
C.15只“15 V 3 W”?
D.30只“9 V 2 W”?
答案:C
6.灯泡L1“200 V 100 W”和灯泡L2“220 V 40 W”接在不同电源的电路中,下列有关两灯发光的亮暗程度的说法错误的是（ ）?
A.L1可能比L2亮??
B.L1可能比L2暗??
C.L1可能和L2一样亮??
D.L1和L2的额定功率可能一样??
答案:D??
7.某同学在家中测算电冰箱的耗电量,他将家中其他用电器断开，只使用电冰箱,观察电度表转盘的转动情况,测得冰箱制冷时,转盘每12 s转动一圈;保温时,每120 s转动一圈.电度表上标明“每千瓦时转2 000圈”.该同学还测得冰箱每小时制冷10 min,保温50 min,若按每月30天计算,该电冰箱每月耗电_____________度.?
答案:27
8.在如图2-5-3所示的电路中,三个电阻的阻值R1=2 Ω,R2=3 Ω,R3=4 Ω,电源电压恒定.?
图2-5-3
(1)接通开关S1,断开开关S2,R1与R2消耗功率之比P1∶P2=___________;?
(2)两个开关S1、S2都接通,R1与R2消耗功率之比P3∶P4=___________.?
答案:2∶3 49∶24
9.用一直流电动机提升重物,设被提升的重物的质量m=50 kg,电动机的输入电压是110 V,不计各处的摩擦,当电动机以1 m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中的电流为I=5 A,由此可知,电动机的线圈电阻为 ___________Ω.(g取10 m/s2)??
答案:2
10.由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应,根据光伏效应设计的单晶硅太阳能电池,在正常阳光照射下,光电效率可达23%,单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势,可获得0.1 A的电流,每秒钟照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是___________ J.(保留两位有效数字)?
答案:0.26?
11.如图2-5-4所示,L1和L2是两个不相同的小灯泡,a、b间有恒定的电压,它们都正常发光.当滑动变阻器的滑动触头向右滑动时,发生的现象时( )?
图2-5-4
A.L1亮度不变,L2变暗?
B.L1变暗,L2变亮??
C.电路消耗的总功率变小?
D.电路消耗的总功率变大?
答案:BC
12.如图2-5-5所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与D相距不变.下列说法中正确的是( )?
图2-5-5
A.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率?增大??
B.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率减小?
C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变?
D.无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变?
答案:B
13.对于纯电阻用电器,下列说法中正确的是…（ ）?
A.如果额定功率相同,额定电流大的用电器的电阻大?
B.如果额定功率相同,额定电流大的用电器的电阻小?
C.如果额定电压相同,额定电流大的用电器的电阻大?
D.如果额定电流相同,额定功率大的用电器的电阻大?
答案:BD??
14.由电源引到某工地的一只“220 V 100 W”的灯泡亮度较暗,若实际功率只有81 W,而电源电压有220 V,不计灯丝的电阻随温度的变化,则输电线上损失的电功率为 ____________W.??
答案:9.0
15.现代商场中一般都安装有自动扶梯.某商场有一台倾角为30?°?的自动扶梯,该扶梯在电压为380 V的电动机带动下以0.4 m/s的恒定速度向斜上方移动,电动机的最大输出功率为4.9 kW,不载人时测得电动机中的电流为5 A.若载人时扶梯的移动速率和不载人时相同,则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为______________.(设人的平均质量为60 kg,g取10 m/s2)??
答案:25人
16.一个电炉标有“220 V 1 kW”,当它接上220 V的电源时,10 min内可使1 kg的水温度升高50 ℃.如果因故电源电压降到200V,欲使这1 kg的水的温度仍然升高50 ℃,需多长时间?设该电炉烧水的热损失与通电时间成正比,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃).(不考虑电炉的电阻变化)???
答案:t2=19.8 min??
课件39张PPT。
目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、电功和电功率
1.电功是指电流通过一段电路时,自由电荷在电场力的作用下做功时,电场力对自由电荷做的功;电功的计算公式是W=Uit .
2.单位时间内电流所做的功叫功率,电功率的计算公式是 .
根据我们的生活经验和所见所闻列举常见的用电器,并说明是电能主要转化为什么能?
答案：(1)电灯,把电能转化为光能.
(2)电热毯,电熨斗、电饭煲、电热水器,把电能转化为内能.
(3)电动机,把电能转化为机械能.
(4)音响,把电能转化为声能.
(5)电解槽,把电能转化为化学能.目标导航预习导引一二三二、焦耳定律和热功率
1.电场力对电荷做功的过程是电能转化为其他能的过程,在一段只有电阻元件的纯电阻电路中,电能将转化为热量,热量的计算公式是Q=I2Rt .这就是焦耳定律,与电阻发热对应的功率叫热功率,其计算公式是P=I2R.
2.在一般的用电器工作的电路中,用电器实际消耗的功率不能用公式P=I2R计算,而应该用公式P=UI 计算,这是因为一般用电器不是纯电阻,它的主要功能也并非将电能转化为内能.目标导航预习导引一二三分析比较纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热的关系.
答案：(1)纯电阻电路中,由于满足U=IR,故UIt=I2Rt,电功和电热在数值上相等,即W=Q.
(2)非纯电阻电路中,由于U=IR不再成立,UIt≠I2Rt,电功和电热不相等,一般是电功大于电热,例如电动机在工作时,电功在数值上等于电动机产生的电热与机械能之和,即W=Q+E机.目标导航预习导引一二三三、闭合电路的功率
在包含电源在内的闭合电路中,电源工作时,电路中消耗的总功率是EI=U外I+U内I ,它表明电源提供的能量一部分消耗在外电路,转化为其他形式的能,另一部分消耗在内电路,转化为内能.知识精要思考探究典题例解一二三迁移应用一、电功和电功率
1.W=UIt和P=UI
电功和电功率的定义式,适用于一切电路.3.额定功率和实际功率
(1)额定功率:指用电器正常工作时的功率,当用电器两端电压达到额定电压时,电流也将达到额定电流,功率达到额定功率,通常用电器上标的值指的就是额定值,如标有“220 V 40 W”字样的灯泡,其额定电压为220 V,额定功率为40 W.
(2)实际功率:指用电器在实际电压下的电功率,只有当实际电压等于额定电压时,实际功率才等于额定功率.用电器的实际功率应小于或等于额定功率.一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用试从力的角度和能的角度分析电功的实质是什么?
答案：(1)从力的角度看,电流做功的实质是电场力对自由电荷做功.
(2)从能的角度看,电流做功过程是电能转化为其他形式能的过程,电功的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少.一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法,正确的是( )
A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多
B.W=UIt适用于任何电路,而W=I2Rt= 只适用于纯电阻电路
C.在非纯电阻电路中,UI=I2R
D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
思路分析：本题考查的是电功、电功率和焦耳定律,关键是正确区分电功和电功率.一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用W=UIt是电功的定义式,适用于任何电路.而 只适用于纯电阻电路,B对.
在非纯电阻电路中,电流做的功=焦耳热+其他形式的能,所以W>Q,即UI>I2R,C错误.
Q=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路中产生的焦耳热,D正确.所以B、D对.
答案：BD一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用(多选)关于电功和电功率,下列说法中正确的是 ( )
A.电流做功就是电场力对电荷做功,从而把电能转化为其他形式的能
B.电功率越大,电流做功越多
C.电功率越大,电流做功越快
D.在相同时间内,额定功率越大的用电器,电流做功一定越多
答案：AC
解析：电流做功实质就是电场力对电荷做功,从而把电能转化为其他形式的能,A项正确;功率表示做功的快慢,功率越大,做功越快,B项错误,C项正确;D项中要看用电器是否在额定功率下工作,D项错误.一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用1.Q=I2Rt和P=I2R是电热和热功率的定义式,适用于任何电路和用电器.
2.电功是电能转化为其他形式能的量度,即电功表示电流通过导体时转化为其他形式能的总和.电热表示电流通过导体时消耗的电能转化为内能的那部分,即电热是电能转化为内能的量度.可见电功和电热是两个不同的物理量,不能混淆.
3.电功和电热的数量关系:W≥Q,即UIt≥I2Rt,UI≥I2R(能量转化角度).一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用4.纯电阻电路和非纯电阻电路 一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用白炽灯泡通电以后,一会儿就热得烫手,电饭锅通电以后能把生米煮成熟饭,电流通过导体能使导体的温度升高.请思考,电流通过导体为什么会发热?产生的热量与电流的大小和导体电阻是什么关系?
答案：电能转化为内能,Q=I2Rt.一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用【例2】 规格为“220 V 36 W”的排气扇,线圈电阻为 40 Ω,求:
(1)接上220 V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;
(2)如果接上电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率.
思路分析：(1)发热功率为P热=I2R.
(2)机械能的功率为P机=P电-P热.一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用解析：(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为
发热功率为P热=I2R=(0.16)2×40 W=1 W.
转化为机械能的功率为P机=P-P热=36 W-1 W=35 W.
(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻电路,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为I'= A=5.5 A,电动机消耗的功率即电功率等于发热功率P电'=P热'=UI'=220×5.5 W=1 210 W.
答案：(1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用下列说法正确的是( )
A.电热器的热功率越大,产生的热量越多
B.电热器的电阻越大,热功率越大
C.通过电热器的电流越大,热功率越大
D.电热器的热功率与本身的电阻和通过的电流有关
答案：D
解析：Q=I2Rt=Pt,产生的热量还与通电时间有关,A项错误;由P=I2R知,P与I、R均有关,B、C均错,D项正确.一二三知识精要典题例解迁移应用三、闭合电路的功率
1.电源的功率P:电源将其他形式的能转化为电能的功率,也称为电源的总功率.
计算式:P=IE普遍适用.
2.电源内阻消耗功率P内:电源内阻的热功率,也称为电源的损耗功率.
计算式:P内=I2r.
3.电源的输出功率P出:外电路上消耗的功率.
计算式:P出=IU外普遍适用.一二三知识精要4.闭合电路上功率的分配关系:P=P出+P内,即EI=U外I+U内I,其中EI表示电源提供的电功率,U外I和U内I表示电源的外电路和电源的内电路上消耗的电功率,电源的内电路消耗的功率一般是热功率.
公式EI=U外I+U内I也是一个能量转化和守恒的体现,它表明电源工作的过程是将电能转化为其他形式的能的过程,在此过程中,能量的总量是不变的,因此可以用能量守恒定律来进行有关的计算.典题例解迁移应用一二三知识精要6.电源的输出功率与外电阻之间的关系:
从上式可以看出:
(1)当R=r时,电源的输出功率最大, ,此时电源的效率为η=50%;
(2)当R>r时,随着R的增大,输出功率越来越小;
(3)当R(4)当P出(1)当电流表示数为0.4 A时,变阻器R3的阻值多大?
(2)R3阻值多大时,它消耗的电功率最大?
(3)R3阻值多大时,电源的输出功率最大?
思路分析：由电路图可知,R2与R3并联后再与R1串联,电流表的示数是表示通过电阻R2的电流,根据串、并联电路的特点以及闭合电路的欧姆定律可求出该题的答案.一二三知识精要典题例解迁移应用一二三知识精要典题例解迁移应用(3)设阻值为R3″时,电源输出功率最大为Pm,
当外电路的总电阻R=r时,电源输出功率最大.因R>r,所以,当R越接近r时输出功率最大.故只有当R3″=0时,R最接近r,此时电源输出功率最大.
答案：(1)30 Ω (2)6 Ω (3)0一二三知识精要典题例解迁移应用如图所示,直线a为电源的路端电压U与I的关系图象,直线b是电阻R的两端电压U与电流I的关系图象.用该电源与电阻R组成闭合电路,电源的输出功率和电源的效率分别为( )
A.4 W、33% B.2 W、33%
C.2 W、67% D.4 W、67 %
答案：D一二三知识精要典题例解迁移应用知识链接案例探究类题试解闭合电路中的图象问题
U-I图象有两种:电阻的伏安特性曲线和电源的伏安特性曲线.这两种图象放到一起综合考查,要求学生能区别这两种图象,又能找到这两种图象的结合点.知识链接案例探究类题试解(多选)在如图所示的U-I图象中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图象,直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线.用该电源与电阻R组成闭合电路.由图象判断正确的是( )
A.电源的电动势为3 V,内阻为0.5 Ω
B.电阻R的阻值为1 Ω
C.电源的输出功率为4 W
D.电源的效率为80%
思路分析：分析解答本题时关键在于弄清两个图象的物理意义及两个图象交点处的意义.知识链接案例探究类题试解答案：ABC 知识链接案例探究类题试解知识链接案例探究类题试解知识链接案例探究类题试解1.如图所示,直线A为电源的U-I图线,直线B和C分别为电阻R1和R2的U-I图线.用该电源分别与R1、R2组成闭合电路时,电源的输出功率分别为P1、P2,电源的效率分别为η1、η2.则( )
A.P1>P2 B.P1C.η1>η2 D.η1<η2知识链接案例探究类题试解答案：C 知识链接案例探究类题试解2.电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比.在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示,图中U为路端电压,I为干路电流,a、b为图线上的两点,相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb.由图可知ηa、ηb的值分别为( )知识链接案例探究类题试解答案：D 