第十八章 电功率—（人教版）（解析版）.docx

更多资料添加微信号：DEM2008 淘宝搜索店铺：优尖升教育 网址： 第十八章 电功率 考点精讲 考点1：电能 电功 一、电能： 1．来源：各种各样的发电厂和电池，把不同形式的能转化为电能，供人们使用。 2．利用：用电器将电能转化为各种形式的能。用电器工作的过程就是消耗电能的过程。 　　即：使电能转化为其他形式能量的过程。 3．单位： （1）国际单位：焦耳，简称焦，符号为J。 （2）常用单位：千瓦时，俗称度，符号kw·h。 （3）换算：1度=1 kW·h = 1×103W×3 600 s = 3.6×106 J 二、电能的测量和计算： 1．电能表的作用：测量消耗电能多少的仪表，又叫电度表。 2．电能表的参数及含义： （1）“220V”：表示这个电能表应该在 220 伏的电路中使用。 （2）“600 revs/（kW · h）”：表示接在这个电能表上的用电器，每消耗 1 kW · h的电能，电能表上的转盘转过 600 转。 （3）“10（20）A”：表示这个电能表的标定电流为 10 A，额定最大电流为20 A。电能表工作时的电流不应超过额定最大电流。 （4）“50 ～”：表示这个电能表在频率为50 Hz的交流电路中使用。 3．电能表的种类：IC卡式电能表和电子式电能表。 4．电能表的读数及计算： （1）电能表一段时间内前后两次读数之差即为该段时间内消耗的电能。 （2）若已知电能表的转速和转数，可求消耗的电能： ①如电能表的转速为600revs/（kw·h），转数为20revs，则： ②如电能表的转速为3600imp/（kw·h），指示灯闪烁次数为90imp，则： 三、电功： 1．电功与电能的关系：电能转化为其他形式的能的过程就是电流做功的过程。有多少电能发生了转化就说电流做了多少功。 2．电功：电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间的长短成正比。 3．公式：W=UIt W —— 焦（J） U ——伏 （V） I ——安（A） t —— 秒（s） 4．注意： （1）公式应用时，各物理量的单位应统一为国际单位。 （2）公式中的各物理量应针对统一段电路（导体、用电器）。 5．导出公式： （1）结合W=UIt和，可得到：。 （2）结合W=UIt和，可得到： （3）适用范围：这两个公式只适用于纯电阻电路。 典例分析 【例1】（2021·黑龙江齐齐哈尔市·中考真题）如图所示的电能表，在某段时间内转盘转了1800转，则此段时间内接在这个电能表上的用电器消耗的总电能是______，此电能表允许接入用电器的最大总功率是______。 【答案】0.6 4400 【解析】 [1]电能表上标有，表示电能表转盘每转动3000圈，消耗的电能为，故在某段时间内转盘转了1800转，则此段时间内接在这个电能表上的用电器消耗的总电能是 [2]220V表示这个电能表要接在220V的电路中，10A表示电能允许通过的最大电流，20A表示电能表短时间内通过的最大电流，故此电能表允许接入用电器的最大总功率是 【例2】民航局规定：严禁乘客携带超过160W·h（瓦・时）的锂电池上飞机，某品牌笔记本电脑的电池铭牌标有“10.8V 10A·h”字样，充满电后，存储的电能为______kW·h，该笔记本电脑______（选填“能”或“不能”）带上飞机。 【答案】(1). 0.108 (2). 能 【解析】[1][2]充满电后，存储的电能 W=UIt=10.8×10×10-3kW×1h=0.108kW·h 飞机上允许携带锂电池的电能 W最大=160W·h=0.16kW·h W＜W最大 该笔记本电脑能带上飞机。 【例3】给手机快速充电的过程，主要是将电能转化为______能，过一会儿，充电器发烫，这是通过电流______的方式，增大了物体的内能｡ 【答案】 (1). 化学 (2). 做功 【解析】[1][2]给手机快速充电的过程，消耗电能，主要产生化学能，主要将电能转化为化学能。过一会儿，充电器发烫，通过电流做功的方式改变物体的内能。 1．电能表读数时,要注意单位和小数点.单位是“kW·h”,读数最后一位是小数. 2．括号外的电流值是“标定电流”,对一般情况下读数不起作用;括号内的电流值是“额定最大电流”,它是电路的最大电流. 1．下列关于能量的说法中，正确的是（　 　） A．洗衣机工作时是将机械能转化为电能 B．电水壶工作时是将内能转化为电能 C．用热水泡脚，身体会感觉暖和，说明内能可以转移 D．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少 【答案】C 2．华为公司推出首款5G折叠屏Mate X手机，该款手机采用向外折叠、可弯曲的屏幕，屏幕材料具有的特性是＿＿＿；给手机充电是把＿＿＿能转化为化学能；手机采用双电池结构，电池总容量高达4500mAh，可以在30min内快速充电80%，则充电电流为＿＿＿A。 【答案】柔韧性；电；7.2 【解析】可向外折叠、可弯曲说明柔韧性很好；充电时消耗了电能，是把电能转化为化学能储存在手机电池中；电池总容量W总=UIt，效率为80%，由η＝代入数据得I2=7.2A。 3．为提倡节能环保，攀枝花市引进大量新能源电动公交车。为新能源公交车充电的导线较粗是为了减小导线的　 　。若充电过程中充电电流为100A，充电电压为380V，则新能源电动公交车充电2h消耗的电能为　 　kW•h。 【答案】电阻；76 【解析】在温度、长度和材料相同时，导体的横截面积越大，即导线越粗，电阻越小；新能源电动公交车充电2h消耗的电能： W＝UIt＝380V×100A×2×3600s＝2.736×108J＝2.736×108× kW•h＝76kW•h。 4．完成下列单位换算： （1）19.3g/cm3＝________kg/m3； （2）5kW•h＝________J 【答案】 （1）19.3×104（2）1.8×107 【解析】（1）因为1g/cm3＝1×103kg/m3 ， 所以，19.3g/cm3＝19.3×103kg/m3；（2）因为1kW•h＝3.6×106J，所以，5kW•h＝5×3.6×106J＝1.8×107J。 5．华为某款手机锂电池上面标明电压为3.7V,容量为3000mAh,则它充满电后存储的电能为______J；该手机的待机电流为15mA,则该手机最长待机时间为______h。 【答案】(1)39960 (2)200 【解析】 充电电流所做的功即储存的电能为：W=UIt=3.7V×3000×10-3A×3600s=39960J。该手机最长待机时间为：t′===200h。 6．图丙是小明家的电能表月初与月末的示数，则他家本月用电 度。 【答案】137 【解析】 小明家月末电能表示数：918.5度；月初电能表示数：781.5度；小明家本月用电为： W=918.5度－781.5度=137度。 7．一个电能表，表盘上标明“720revs/(kW・h)”，它的意思是__________，呼和浩特教研室某段时间用电，电能表两次示数如图所示，该时间段该地区每度电电费1.2元。这段时间需要交付多少电费？ 1 6 3 2 0 1 9 5 1 7 【答案】接在这个电能表上的用电器，每消耗1kW・h的电能，电能表上的转盘转过720转；383.64元 【解析】接在这个电能表上的用电器，每消耗1kW・h的电能，电能表上的转盘转过720转；消耗电能：W=W2－W1=1951.7kW•h－1632.0kW・h=319.7kW•h 所需电费：319.7kW•h×1.2元/度=383.64元。 知识点2：电功率 一、电功率（P）： 1．物理意义：表示电流做功的快慢。 2．单位：（1）国际单位：瓦特，简称瓦，符号是 W。 （2）常用单位：千瓦（kW），毫瓦（mW） （3）换算：1kW＝1×103W，1W＝1×103mW。 3．定义：用电器工作时，电流所做的功W与做这些功所用时间t之比，叫用电器的电功率。 4．定义式：。 （1）W——电功——焦（J），t——时间——秒（s），P——功率——瓦（W）。 （2）变形式：W＝Pt，。 （3）该式为定义式，P与W和t没有正、反比关系，适用于任何电路。 5．导出式：（1）由W＝UIt和可得：P＝UI，该式为普适式，适用于任何电路。其变形式有：和。 （2）由和可得：；适用于纯电阻电路。其变形式有：和。 （3）由和可得：；适用于纯电阻电路。其变形式有：和。 二、额定电压、额定功率 1．额定电压：用电器正常工作时的电压，用U额表示。 2．额定功率：用电器在额定电压下工作时的功率，用P额表示。 3．实际电压、实际功率： 　（1）实际加在用电器两端的电压，称为实际电压，用U实表示。 　（2）用电器在实际电压下工作时的功率，称为实际功率，用P实表示。 4．实际功率与额定功率的关系： （1）U实 = U额，则 P实 = P额；用电器正常工作。 （2）U实 > U额，则 P实 > P额；可能烧毁用电器。 （3）U实 < U额，则 P实 < P额；用电器不能正常工作。 5．注意： （1）灯泡的亮暗程度是由实际电功率的大小决定的。 （2）用电器消耗的电功率随着它两端电压的改变而改变。 典例分析 【例1】（2021·黑龙江绥化市·中考真题）如图所示，电源电压不变，定值电阻R0=20Ω，电流表量程为0~3A，小灯泡L标有“8V 4W”字样（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。当开关S闭合，S1、S2断开，滑动变阻器的滑片P从b端滑动到某一位置时，滑动变阻器接入电路中的阻值减小了16Ω，电流表示数变化了0.2A，此时小灯泡恰好正常发光。求： （1）小灯泡正常工作一分钟消耗多少电能? （2）电源电压是多少伏? （3）当开关S、S1、S2都闭合时，调节滑片P，在保证电路安全的前提下，滑动变阻器R的最大功率是多少? 【答案】（1）240J；（2）12V；（3）28.8W 【解析】 解：（1）小灯泡正常工作一分钟消耗电能 W=Pt=4W×60s=240J （2）当S闭合，S1、S2断开，滑片P在b端时，R与L串联，此时电流为I1。当滑片P从b端滑到某一位置时，电阻减小16Ω，电流增大，电流变化量I=0.2A，灯泡恰好正常发光，此时电流为I2，为 I1为 灯泡电阻 根据题意，电源电压为 ① ② 解①②两式得U=12V。 （3）当S、S1、S2都闭合时，此时L被短路，R0与R井联，通过R0的电流 在保证电路安全的前提下，电流表最大示数I总=3A，此时R连入电路中阻值最小，电流最大，功率最大。通过滑动变阻器最大电流 滑动变阻器最大功率 答：（1）小灯泡正常工作一分钟消耗电能240J； （2）电源电压是12V； （3）滑动变阻器R的最大功率是28.8W。 【例2】（2021·黑龙江绥化市·中考真题）某同学家中有一台电热饮水机，铭牌上部分信息如图所示，饮水机加热电阻不受温度影响。关闭家中其它用电器，只让该饮水机单独工作，电能表转盘转了50转用时60s，电能表参数如图所示，则该饮水机在这段时间内消耗的电能为______J，此时家中的实际电压为______V。 XX牌电热饮水机 额定电压 220V 额定功率 1210W 【答案】6×104（或60000） 200 【解析】 [1]该饮水机在这段时间内消耗的电能为 [2]实际功率为 因为饮水机加热电阻不受温度影响，根据可得 可得U1=200V。 1．电功率是表示用电器消耗电能快慢的物理量，用符号P表示． 2．电功率大小等于用电器在1秒时间内所消耗的电能．电功率的计算公式是P＝＝UI. 3．电功率的国际主单位是瓦特，用符号W表示；另一个常用单位是千瓦，用符号 kW表示；它们之间的换算关系是1 kW＝1 000 W. 4．额定电压是指用电器正常工作时的电压；额定功率是指用电器在额定电压下的功率．当灯泡的实际电压偏高时，灯泡实际功率会偏大，灯泡发光强烈；当灯泡的实际电压偏低时，灯泡实际功率会偏小，灯泡发光暗淡． 1．某同学在做“用滑动变阻器改变电流”的实验时，连接如图所示的电路，将滑动变阻器的滑片移动到最大阻值处，闭合开关S，发现小灯不亮，接下来的操作，在以下步骤中最合理的是（　　） A．断开开关S，更换额定功率大一点的灯泡重新实验 B．断开开关S，增加电池的节数重新实验 C．断开开关S，拆掉导线重新连接电路 D．观察电流表的示数是否为零，判断电路是否断路 【答案】D 【解析】 AB、若电路发生断路故障时，换用更大功率的灯泡或增加电池数量，灯泡同样不发光，故AB错误； C、如果灯丝断了或导线发生断路，拆掉导线重新连接电路，灯泡仍然不亮，故C错误。 D、该电路为串联电路，闭合开关，灯泡不亮时，先观察电流表是否有示数；如果无示数，说明电路出现断路现象，然后检测出断路的位置，并进行处理；如果电流表有较小的示数，则是电路中电阻较大造成的，可移动滑片观察灯泡是否发光；故D正确。 2．如图所示电路，电源电压为12V且保持不变。闭合开关S，当滑片P置于变阻器的中点时，电压表的示数为4V；当滑片P置于变阻器的b端时，电压表的示数变化了2V，在10s内定值电阻R1产生的热量为36J。则下列结果正确的是（ ） A．电路中的最大电流为1A B．滑片P在中点时，10s内滑动变阻器R消粍的电能为60J C．滑动变阻器R先后两次消耗的电功率之比为8∶1 D．R1先后两次消耗的电功率之比为16∶9 【答案】D 【解析】 根据电路图可知，定值电阻与滑动变阻器串联，电压表测滑动变阻器两端的电压；滑片从中点到b端时，变阻器接入电路的阻值增大，由串联分压的规律可知，电压表示数（变阻器的电压）将增大，电压表示数增大了2V，即滑片在b点时电压表的示数为4V+2V=6V；在10s内定值电阻R1产生的热量为36J，由Q=W=Pt=t可得R1的阻值：R1=t=×10s=10Ω； A、当滑片在a点时，变阻器接入电路的阻值为0，电路中的电流最大， 则电路中的最大电流：I最大== =1.2A，故A错误； B、串联电路中各处的电流相等，滑片在中点时，电路中的电流：I= = =0.8A，10s内滑动变阻器R消耗的电能：W滑=U滑It=4V×0.8A×10s=32J，故B错误； C、当滑片在b点时，变阻器接入的阻值最大，电路中的电流最小，电路中的最小电流： I最小== =0.6A，由P=UI可得，滑动变阻器R先后两次消耗的电功率之比： = = ，故C错误； D、由P=UI可得，R1先后两次消耗的电功率之比：= = ，故D正确。 3．如图甲所示，电源电压保持不变，R1为定值电阻，滑动变阻器R2的最大阻值为30Ω，电压表的量程为0～15V。电压表的示数与滑动变阻器R2的关系如图乙所示。则下列结果正确的是（　　） A．电源电压为20V B．R1的阻值为5Ω C．为了保证电压表不被烧坏，滑动变阻器的阻值变化范围为4～30Ω D．开关S闭合后电路消耗的最小功率为14.4W 【答案】D 【解析】由电路图可知，R1与R2串联，电压表测R1两端的电压。 （1）由图乙可知，当R2＝10Ω时U1＝12V，当R2′＝20Ω时U1′＝8V， 因串联电路中各处的电流相等，所以，电路中的电流分别为： I＝＝，I′＝＝， 因串联电路中总电压等于各分电压之和，且电源电压保持不变， 所以，电源的电压：U＝I（R1+R2）＝I′（R1+R2′）， 即（R1+10Ω）＝（R1+20Ω），解得：R1＝10Ω，故B错误； 电源的电压U＝I（R1+R2）＝×（10Ω+10Ω）＝24V，故A错误； （2）当电压表的示数U1″＝15V时，电路中的电流最大，滑动变阻器接入电路中的电阻最小，此时电路中的电流：I大＝＝＝1.5A， 此时滑动变阻器两端的电压：U2小＝U－U1″＝24V－15V＝9V， 则滑动变阻器接入电路中的最小阻值：R2小＝＝＝6Ω， 当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，电压表的示数最小， 所以，滑动变阻器接入电路中的阻值范围为6Ω～30Ω，故C错误； （3）当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，电路消耗的功率最小， 则P小＝＝＝14.4W，故D正确。 4．现有电源、开关、电流表、电压表、灯泡、滑动变阻器各一个，其中灯泡的U﹣I图象如图所示。将这些元件用导线连成电路后，闭合开关，滑动变阻器的滑片从最左端向右滑动的过程中，电压表的示数从5V开始减小，电流表的示数从0.3A开始增大。下列结论正确的是（　　） A．电源的电压为5V B．小灯泡的最大功率为0.3W C．滑动变阻器的最大阻值为20Ω D．整个电路的最小功率是1.8 W 【答案】D 【解析】 （1）根据题意可知，滑动变阻器与灯泡串联，电压表测变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流，如图所示： （2）当电压表的示数为5V时，电路中的电流为0.3A，由图象得出此时灯泡两端的电压UL＝1V，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以电源的电压： U＝U滑+UL＝5V+1V＝6V，故A错误； 由I＝可得，滑动变阻器的最大阻值：R滑＝＝≈16.7Ω，故C错误； 整个电路的最小功率：Pmin＝UI＝6V×0.3A＝1.8W，故D正确； （3）当滑动变阻器接入电路中的电阻最小时，灯泡两端的电压和电源的电压相等， 由图象可知通过灯泡的电流I′＝0.5A，则小灯泡的最大功率： PLmax＝UI′＝6V×0.5A＝3W，故B错误。 5．如图所示的电路，电源电压恒为3V。闭合开关S，电流表A1示数为0.5A，A2示数为0.3A，则电阻R1是 Ω，通过电阻R2的电流是 A，电阻R1的电功率是 W，在5min内整个电路消耗的电能是 J。 A1 S R2 R1 A2 【答案】10；0.2；0.9；450 【解析】R1与R2并联，A2测量R1的电流，A1测量干路电流。R1===10Ω；通过R2电流I2=I－I1=0.5A－0.3A=0.2A；电阻R1的电功率P=UI1=3V×0.3A=0.9W；在5min内整个电路消耗的电能W=UIt=3V×0.5A×5×60s=450J。 6．如图所示的电路中，L1标有“6V 3W“，L2标有“3V 3W”，闭合开关后，两灯均发光，此时电路的总电阻R总＝　　Ω，两电压表示数之比U1︰U2＝　 　；若将两灯并联后接入3V电路中，则两灯的实际功率之比P1︰P2＝　 　。（不计温度对灯丝电阻的影响） 【答案】15；5︰1；4︰1 【解析】由P＝UI＝可得，两灯泡的电阻分别为： R1＝＝＝12Ω，R2＝＝＝3Ω， 由电路图可知，L1与L2串联，电压表V1测电源两端的电压，电压表V2测L2两端的电压，电流表测电路中的电流，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，此时电路的总电阻：R总＝R1+R2＝12Ω+3Ω＝15Ω，因串联电路中各处的电流相等， 所以，由I＝可得，两电压表示数之比：＝＝＝＝， 由P＝UI＝I2R可得，两灯的实际功率之比：＝＝＝＝ 7．（2021·湖北十堰市·中考真题）如图甲所示，电源电压保持不变，小灯泡L正常发光时的电阻为10Ω，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P从a端滑至b端的过程中，电流表示数与两电压表示数的关系图像如图乙所示。求： （1）小灯泡的额定功率和定值电阻R0的阻值； （2）滑动变阻器的最大阻值； （3）电路总功率的最大值和最小值。 【答案】（1）1.6W，10Ω；（2）25Ω；（3）3.2W，1.6W 【解析】 解：（1）当闭合开关S，滑动变阻器的滑片P在a端时，滑动变阻器阻值最大，此时滑动变阻器、R0和灯泡串联接入电路中，此时电路中电流最小，电压表V1测量L的电压，示数为1V，电压表V2测量R0和L的总电压，示数为3V，串联电路电流处处相等，所以此时电路中的电流为I=0.2A，L的电压为UL=1V，R0的电压为U0=2V，当闭合开关S，滑动变阻器的滑片P在b端时，滑动变阻器接入电路阻值为0，此时R0和灯泡串联接入电路，根据欧姆定律可知，此时电路中电流最大，根据乙图可知此时电流为0.4A，电压表V1测量L的电压，示数为4V，电压表V2测量R0和L的总电压，示数为8V；所以此时电路中的电流为I'=0.4A，L的电压为UL'=4V，R0的电压为U0'=4V，当闭合开关S，滑动变阻器的滑片P在b端时，根据欧姆定律可知此时灯泡L的电阻为 根据题意，此时灯泡正常发光，所以灯泡的额定功率为 P额=UL'I'=4V×0.4A=1.6W 定值电阻R0的阻值为 （2）当闭合开关S，滑动变阻器的滑片P在b端时，此时滑动变阻器接入阻值为0，此时R0和灯泡串联接入电路中，电源电压 U电=UL'+U0'=4V+4V=8V 滑片在a时，变阻器分压 U滑=U电-U0-UL=8V-2V-1V=5V 滑动变阻器的最大阻值 （3）电路总功率的最大值为 P大=U电I'=8V×0.4A=3.2W 电路总功率的最小值为 P小=U电I=8V×0.2A=1.6W 答：1）小灯泡的额定功率为1.6W，定值电阻R0的阻值为10Ω； （2）滑动变阻器的最大阻值为25Ω； （3）电路总功率的最大值为3.2W，电路总功率的最小值为1.6W。 知识点3：焦耳定律 一、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，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 2．公式：Q = I2Rt  3．单位：焦耳（J） 二、电能和电热关系 1．当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即 　　Q = W = UIt = I2Rt 　　如：电暖器，电饭锅，电炉子等。 2．当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能： 电能 内能+机械能 W＞Q热 三、电热的利用和防止 1．电热的利用 用来加热 利用电热孵化器孵小鸡 电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。 2．电热的危害 很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。 典例分析 【例1】下列用电器主要利用电流热效应工作的是（　　） A．电饭煲 B．电视机 C． 洗衣机 D．油烟机 【答案】A 【解析】电流的热效应：电流通过导体要发热，这叫做电流的热效应，如电灯、电炉、电烙铁、电焊等都是电流的热效应的例子。 A、电饭煲工作时，将电能转化为内能，加热食物，是利用电流的热效应工作的，故A符合题意； B、电视机工作时，主要是把电能转化为声能和光能，不是利用电流的热效应工作的，故B不符合题意； CD、洗衣机和油烟机工作时，主要是把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故CD不符合题意。 【例2】用图示装置探究“影响电热的因素”，A、B、C为三根相同的电阻丝。