13.1电能和电功(要点讲解+当堂检测+答案)

北师大版物理九年级上册同步学案
第十三章　电功和电功率
第一节　电能和电功
要 点 讲 解
要点一　用电器中电能的转化
常见用电器工作时电能的转化情况举例：
白炽灯正常发光
电能主要转化为内能、光能
日光灯正常工作时
电能主要转化为光能
电风扇通电工作时
电能主要转化为机械能
给蓄电池充电的过程
电能主要转化为化学能
电饭锅在煮饭过程中
电能主要转化为内能
经典例题1　从能量转化的角度看，电源是把其他形式的能转化为电能的装置，如干电池将________能转化为电能；用电器将电能转化为其他形式的能，如电风扇工作时将电能主要转化为________能，电热器工作时将电能转化为________能。
解析：干电池工作时，消耗内部的化学能，产生电能，即将化学能转化为内能；电风扇工作时将电能主要转化为机械能；电热器工作时将电能转化为内能。
答案：化学　机械　内
要点二　电功
1. 电功：电流做的功称为电功，用W表示。
2. 电流做功的实质：电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，就说消耗了多少电能。
3. 实验探究：通过大量的实验探究得知：电流所做的功与导体两端的电压、导体中的电流和通电时间成正比。
4. 公式：W＝UIt，其中W、U、I、t分别表示电功、导体两端的电压、导体中的电流、通电时间。
5. 单位：在国际单位制中，电压的单位是伏特(V)，电流的单位是安培(A)，时间的单位是秒(s)，所以电功的单位是伏特·安培·秒(V·A·s)。在国际单位制中，电功的单位是焦耳(J)。所以1J＝1V·A·s＝1N·m。
经典例题2　如果10s内通过导体的电流是0.6A；导体两端电压为6V，则电流做功为________J；将导体两端电压减小，导体电阻________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：电流做功W＝UIt＝6V×0.6A×10s＝36J；电阻是导体的性质，与材料、长度和横截面积有关，与导体两端的电压和通过的电流无关，因此当导体两端的电压变小时，导体的电阻不变。
答案：36　不变
点拨：根据公式W＝UIt可求10秒内电流通过导体所做的功；导体的电阻与导体两端的电压和通过的电流无关。
要点三　电能表
1. 电能表的作用：测量电路中消耗的电能的多少。
2. 电能表的安装：连接在用户的所有用电器之前的进户端。
3. 电能表上一些标识(如图)的含义
(1)“kW·h”表示计量单位是千瓦时。日常生活中习惯称“度”。1kW·h＝1度＝3.6×106J。
(2)“220V”是指这个电能表应该接在220V的电路中使用。
(3)“10(20)A”是指这个电能表正常工作时的最大电流为10A，在短时间内这块电能表允许通过的最大电流为20A。
(4)“50Hz”是指这个电能表在频率为50Hz的交流电路中使用。
(5)“1600r/(kW·h)”是说接在这个电能表上的用电器，每消耗1kW·h的电能，电能表的转盘转过1600转。电能表不同，上述标识中的数字可能会有所不同，但意思是一样的。
4. 使用电能表测量电功
(1)测量较大电功时，从刻度盘读数，就是这段时间电能表刻度盘所显示的两次数字之差。刻度盘所显示的数字最后一位是小数部分，前面的是整数部分。举例：月初读数是，月底读数是，则本月所用电能为336.5kW·h－324.8kW·h＝11.7kW·h。
(2)测量较小电功时，可能刻度盘的读数并未发生变化，此时可通过表盘转数测电功。
经典例题3　小刚家的电能表在12月初的示数如图甲所示，12月底的示数如图乙所示，则小刚家12月份共消耗________kW·h的电能。
解析：电能表月末的示数减去月初的示数就是这个月消耗的电能；电能表读数时需注意，最后一位是小数，单位是kW·h。所以小刚家12月份共消耗的电能：W＝5469.8kW·h－5268.2kW·h＝201.6kW·h。
答案：201.6
点拨：本题考查电能的计算，关键是对电能表的正确读数，还要理解电能表的各个参数的物理意义。
易错易混警示　易错判电功推导式的适用范围
电功公式和欧姆定律相结合，可得到一些变形公式，在有些问题中利用这些公式进行计算会更直接、方便，但要注意适用范围，如电功计算公式W＝UIt是个普遍适用的公式，而W＝t和W＝I2Rt仅适用于纯电阻电路。
经典例题4　有一台电动机在220V的电压下正常工作，已知它的线圈电阻是20Ω，它正常工作时的电流是3A，那么它通电10min所做的功是(电流通过电动机所做的功并不是全部转化为机械能)(　　　)
A. 3.96×105J　　 B. 1.08×105J
C. 1.452×106J D. 条件不足，无法确定
解析：若用电功的变形公式W＝t，则有W＝×600s＝1.452×106J，故C正确；若用变形公式W＝I2Rt，则有W＝(3A)2×20Ω×600s＝1.08×105J，故B正确；但是这两个公式只适用于纯电阻电路，而电动机并非纯电阻用电器，欧姆定律不再适用，所以由欧姆定律和电功公式推出的公式W＝I2Rt和W＝t都不适用，故上述两个答案都是错误的；电动机的电功只能用公式W＝UIt进行计算，W＝UIt＝220V×3A×600s＝3.96×105J。
答案：A
当 堂 检 测
1. 下列四位科学家中，用其名字命名电功单位的是(　　)
A.瓦特 B. 焦耳 C. 牛顿 D. 欧姆
2. 下列家用电器中，在工作时主要把电能转化为机械能的是(　　)
A. 笔记本电脑 B. 电风扇 C. 电视机 D. 电烤箱
3. 下列实验仪器中，能直接测量电功的是(　　)
A. 电能表 B. 电压表 C. 验电器 D. 电流表
4. 如图所示，当开关S闭合后，电流表A1和A2的示数之比是5∶1，则在相同时间内，电流通过R1和R2所做的功之比是(　　)
A. 1∶4 B. 5∶1 C. 1∶5 D. 4∶1
5. 有一阻值为30Ω的电阻，把它接在6V的电源上，通电1min，电流通过电阻做的功为 ，消耗的电能为 。
6. 一个家用电能表的表盘上标有“3000r/(kW·h)”字样。现在室内只接了一盏灯，观察电能表发现转盘在3min内转了15转，则该灯在这段时间内消耗的电能是 kW·h，合 J。
7. 小明家4月底电能表读数为2756.2kW·h,5月底电能表读数如图所示，那么5月份他家消耗了
kW·h的电能。当该电能表转盘转10转，电路中用电器消耗的电能为 J。
8. 如图所示电路，电源电压为6V恒定不变，电阻R1＝20Ω，R2＝60Ω。
(1)当S断开时，电流表的示数多大？
(2)当S闭合时，1min内电流通过R2做的功是多少？
(3)当S闭合时，电流在1min内总共做功多少？
当堂检测参考答案
1. B 2. B 3. A 4. D
5. 72J 72J
6. 0.005 1.8×104
7. 62.5 1.2×104
8. 解：(1) 解：S断开时，电流表示数：I1＝＝＝0.3A。　
(2) 解：当S闭合时，通过R2的电流：I2＝＝＝0.1A；1min内电流通过R2做的功：W2＝UI2t＝6V×0.1A×60s＝36J。　
(3) 解：1min内电流通过R1做的功：W1＝UI1t＝6V×0.3A×60s＝108J。电流总共做的功：W＝W1＋W2＝108J＋36J＝144J。