15.2认识电功率(要点讲解+当堂检测+答案)

沪粤版物理九年级上册同步学案
第十五章　电能与电功率
15.2　认识电功率
要 点 讲 解
要点一　电功率
1. 定义：电流在某段时间内所做的电功跟这段时间的比叫做电功率。
2. 物理意义：表示电流做功快慢的物理量。
3. 单位：瓦特(W)、千瓦(kW)，1kW＝1000W。
4. 电功率的计算
(1)定义式：P＝；
(2)基本公式：P＝UI；
(3)导出公式：P＝、P＝I2R。
根据I＝和P＝UI可推导出公式：P＝和P＝I2R，这两个公式仅适用于纯电阻电路，即将电能全部转化为内能的电路，如电熨斗、电炉等。而非纯电阻电路不适用。在纯电阻电路中，当电流相等时(如串联电路)，一般采用P＝I2R计算电功率；当电压相等时(如并联电路)，一般采用P＝计算电功率。
拓展：(1)串联电路中(电流一定)，电功率与电阻成正比：＝。
(2)并联电路中(电压一定)，电功率与电阻成反比：＝。
(3)串、并联电路中，总功率等于各用电器功率之和，即P总＝P1＋P2。
经典例题1　如图所示电路，电源电压恒定，闭合S0，当S闭合，甲、乙两表为电压表时，两表示数之比U甲∶U乙＝7∶5；当S断开，甲、乙两表为电流表时，两表示数之比I甲∶I乙＝________，此时R1、R2消耗的功率之比P1∶P2＝________。
解析：闭合S0，当S闭合，甲、乙两表为电压表时，电路为电阻R1、R2串联，电压表甲测量的是串联电路的总电压U＝U1＋U2，电压表乙测量的是电阻R2两端的电压U2，则＝＝，化简得＝，根据欧姆定律变形式U＝IR知，电流I相等，则串联电路中电压的分配与电阻成正比，所以电阻R1、R2之比为＝＝；当S断开，甲、乙两表为电流表时，电路为电阻R1、R2并联，电流表甲测量通过电阻R2的电流，电流表乙测量干路中的电流，根据欧姆定律I＝知，电压U相等，则并联电路中电流的分配与电阻成反比，所以＝＝，则两电流表示数之比为＝＝，根据电功率公式P＝，电压U相等，则并联电路中用电器的电功率与电阻成反比，即电阻R1、R2消耗的电功率之比为＝＝。
答案：2∶7　5∶2
点拨：解答本题时，首先根据题意分析电路的连接方式，然后判断电表的测量对象，最后根据电路特点结合欧姆定律和电功率公式计算。
要点二　探究灯泡的电功率跟哪些因素有关
实验探究：影响灯泡电功率大小的因素
提出问题：灯泡的电功率跟哪些因素有关？
猜想与假设：电功率的大小可能与灯泡两端的电压和通过灯泡的电流大小有关。
设计实验与制订计划：取两只规格不同的灯泡，分别将两只灯泡串联和并联，比较两只灯泡的明暗情况，再测出两只灯泡两端的电压和通过的电流就可以探究电功率与电压、电流之间的关系。
实验器材：电源、两只电压表、两只电流表、两只规格不同的灯泡、开关、导线。
进行实验与收集证据：
(1)探究电功率跟电压的关系：
将两只灯泡串联接入电路(如图甲所示)，分别用电流表、电压表测出通过灯泡的电流和灯泡两端的电压，观察灯泡的亮度，填入设计的表一中。
甲 乙
(2)探究电功率跟电流的关系：
将两只灯泡并联接入电路(如图乙所示)，分别读出电流表、电压表的示数，观察灯泡的亮度，填入表二中。
表一：当通过两只灯泡的电流相同时(I＝0.25A)
电压U/V
灯泡亮度(明或暗)
灯泡L1
U1＝2.1
暗
灯泡L2
U2＝2.4
明
表二：当通过两只灯泡的电压相同时(U＝2.5V)
电流I/A
灯泡亮度(明或暗)
灯泡L1
I1＝0.3
明
灯泡L2
I2＝0.26
暗
分析与论证：分析以上数据和现象可知，电功率的大小跟用电器两端的电压和通过用电器的电流有关。在电流相等时，加在用电器两端的电压越大，用电器消耗的电功率就越大；在电压相等时，通过用电器的电流越大，用电器的电功率就越大。
实验结论：精确的实验表明，电功率等于电压U跟电流I的乘积，即P＝UI。在电压相等的情况下，电功率与电流成正比；在电流相等的情况下，电功率与电压成正比。
实验注意事项：
①实验时应选择阻值不同的灯泡，即不同规格的灯泡。
②实验中应注意控制变量，在研究电功率跟电压的关系时，应控制电流不变，即设计串联电路；在研究电功率跟电流的关系时，应控制电压不变，即设计并联电路；实验时，为了比较灯泡电功率的大小，把它转换成在相同时间内灯泡亮度的比较，这是转换法。
③所谓“精确实验”，就是在两个实验中取更多的数据进行分析，发现在电压相等的情况下电功率跟电流成正比关系，在电流相等的情况下电功率跟电压成正比关系，这样就可以用乘积的方式来定量表示电功率的大小，即得到P＝UI。
经典例题2　某小组同学“探究灯泡发光时的亮度与哪些因素有关”。他们将九个不同规格的灯泡分别接入电路，使它们都正常发光，并用电压表和电流表分别测得灯泡正常发光时的电压和电流。该小组的同学仔细观察灯泡的亮暗程度，把九个灯泡分成三组，每组内三个灯泡的亮暗程度相同，且第一组最亮，第二组其次，第三组最暗。实验中记录的有关数据分别如表一、表二、表三所示。
表一(第一组)
实验序号
电压U/V
电流I/A
1
6
2.00
2
12
1.00
3
24
0.50
表二(第二组)
实验序号
电压U/V
电流I/A
4
6
1.00
5
12
0.50
6
24
0.25
表三(第三组)
实验序号
电压U/V
电流I/A
7
3
1.00
8
6
0.50
9
12
0.25
(1)分析比较实验序号1与4、2与5、3与6的数据及观察到的现象，可得出的初步结论：_______________________________。
(2)分析比较实验序号________的数据及观察到的现象，可得出的初步结论：当通过灯泡的电流相等时，灯泡两端的电压越大，灯泡越亮。
(3)请进一步综合分析比较表一、表二、表三中的数据及观察到的现象，并归纳得出结论：
①分析比较表一(或表二或表三)中的数据及观察到的现象，可初步得出：_____________________________________________________；
②分析比较表一、表二和表三中的数据及观察到的现象，可初步得出：______________________________________________________________。
解析：(1)分析比较实验序号1与4、2与5、3与6的数据发现一个规律：电压相同时，电流大的灯泡亮。(2)要得出通过“灯泡的电流相等时，灯泡两端的电压越大，灯泡越亮”的结论，必须选择电流相同但电压不同的实验序号，如4与7,5与8,6与9。(3)①同组中的灯泡亮度相同，分析数据发现：同组中电压和电流的乘积也相同，从而得出：灯泡两端的电压与通过灯泡的电流的乘积相等，灯泡的亮度相同；②第一组最亮，第二组其次，第三组最暗，三组中的电压和电流的乘积同样是第一组最大，第二组其次，第三组最小，从而得出：灯泡两端的电压与通过灯泡的电流的乘积越大，灯泡越亮，即灯泡的亮度(电功率)跟电压和电流的大小有关。
答案：(1)当灯泡两端的电压相等时，通过灯泡的电流越大，灯泡越亮　(2)4与7、5与8、6与9　(3)①灯泡两端的电压与通过灯泡的电流的乘积相等，灯泡的亮度相同　②灯泡两端的电压与通过灯泡的电流的乘积越大，灯泡越亮
易错易混警示　在分析问题时，将电功与电功率混淆
电功和电功率是两个不同的物理量，电功是指电流做功的多少，电功率表示电流做功的快慢。电功率大，电流做功不一定多；电流做功多，电功率不一定大。只有在时间一定时，电流做功越多，才说明电功率越大。另外，千瓦和千瓦时是两个不同物理量的单位，千瓦是电功率的单位，千瓦时是电功的单位。
经典例题3　某工厂在节能增效活动中，仅2019年上半年就节能5000kW·h，一位电视记者在报道这个工厂节约用电的经验时，手举一只理发用的电吹风说：“我这里有一只理发用的电吹风，它的功率是500W，也就是0.5kW，这个工厂半年节约的电力可以开动10000个这样的电吹风。”请你指出这位记者报道中说法错误之处，并说明错误原因。
解析：区别电功和电功率的概念是解答此题的关键，电功率表示用电器消耗电能的快慢，而不是消耗电能的多少，电功的大小由电功率和时间共同决定。
答案：报道中的错误：这个工厂半年节约的电力可以开动10000个这样的电吹风。错误原因：该记者不明白电功(电能)和电功率的物理意义。5000kW·h表示的是电功(电能)的多少，10000是电吹风的个数，5000kW·h＝10000个是不成立的。
当 堂 检 测
1. 下列关于电功和电功率的说法中，正确的是(　　)
A. 电流做功越多，电功率越大
B. 电功率越大，电流做功越快
C. 电流做功时间越短，电功率越大
D. 电流做同样的功，用的时间越长，电功率越大
2. 随着人工智能技术的发展，人工智能机器人应运而生。一台人工智能机器人的平均电功率是500W，它表示(　　)
A. 人工智能机器人1s内能做500J的功
B. 人工智能机器人1s内能产生500J的电能
C. 1s内电流通过人工智能机器人做功500J
D. 电流做功500J
3. 小明用如图所示电路探究“电功率与电压的关系”，以下观点不正确的是(　　)
A. 实验时选取的灯泡L1和L2的电阻要不同
B. 实验中将两灯串联是为了保证通过灯的电流相同
C. 将灯泡L1和L2改成并联连接也可以完成探究实验
D. 在实验中，可添加滑动变阻器进行探究

第3题 第4题
4. 如图所示的电路中，电源电压保持不变，开关S闭合后，滑片P向右滑动时(　　)
A. 电流表示数变大，电压表示数变小，灯泡变暗
B. 电流表示数变小，电压表示数变大，灯泡变亮
C. 灯泡的实际功率减小
D. 灯泡的实际功率增大
5. 一只灯泡工作时，如果1min消耗电能2400J，则这只灯泡的功率为 W；另一只灯泡工作10h耗电1 kW·h，这只灯泡的功率为 W。
6. 一只“220V　60W”的白炽灯正常工作10min，消耗的电能是 J。实验表明：一只“220V　11W”的节能灯与一只“220V　60W”的白炽灯正常发光时效果相当。如果用11W的节能灯取代60W的白炽灯，每年正常工作2000h，那么一盏灯一年可节约 度电。
7. 如图所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P位于中点c时，电压表示数为2V；当滑片P位于b点时，电压表示数为3V，此时定值电阻R0消耗的电功率为0.3W，则电源电压为 V，定值电阻R0的阻值为 Ω。
8. 在做“探究灯泡的电功率跟哪些因素有关”的实验时，同学们提出了如下猜想：
甲：电功率可能跟电压有关，电压越高，电功率越大。
乙：电功率可能跟电流有关，电流越大，电功率越大。
请你任选其中一个猜想，设计实验，进行验证。
(1)你验证的猜想是 (选填“甲”或“乙”)。
(2)实验需要的器材，除电源、导线、开关外，还需要 。
(3)在该实验中，你需要收集的数据是　 　。
当堂检测参考答案
1. B 2. C 3. C 4. C
5. 40 100
6. 3.6×104 98
7. 6 30
8. (1)甲 (2)两个规格不同的小灯泡、电压表 (3)两灯泡两端的电压U1、U2
【或(1)乙　(2)两个规格不同的小灯泡、电流表　(3)通过两灯泡的电流I1、I2】