初中学业水平考试物理云南专版第18讲 电功 电功率 焦耳定律.docx
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初中学业水平考试物理云南专版第18讲电功电功率焦耳定律
第18讲 电功 电功率 焦耳定律
电能 电功
1.电能
单位:
国际单位__焦耳__,常用单位__千瓦时__,1度=__1__kW·h=__3.6×106__J.
2.电能表的认识和使用
(1)作用:
测量电路__消耗的电能__.
(2)参数的意义:
220V:
额定电压为220V.
10(20)A:
标定电流为__10__A,额定最大电流为__20__A.
600revs/(kW·h):
每消耗__1__kW·h__的电能,电能表转盘转600圈.
2500imp/(kW·h):
每消耗__1__kW·h__的电能,电能表指示灯闪2500次.
(3)测量方法:
①电能表结束和起始时电能表上计数器的示数__之差__即为这段时间内用电的度数;
②较小的电能可利用转盘圈数计量,消耗的电能为W=
kW·h(n为某段时间转盘转的圈数,N为表上参数).
3.电功
(1)定义:
电能转化为其他形式能的过程,也可以说是电流__做功__的过程.
(2)通过用电器的电流做功的多少等于用电器消耗的电能.
(3)计算公式:
W=Pt=__UIt__(普遍适用).
(4)推导公式:
根据欧姆定律I=
和电功公式W=UIt可推导出W=
t=I2Rt(纯电阻电路适用).
电功率
1.电功率
(1)定义:
物理学中由电流所做的功与所用时间之比叫做功率.
(2)意义:
描述电流做功的__快慢__.
(3)公式:
__P=
__.
(4)推导式:
根据电功公式W=UIt,可推导出P=__UI__,根据欧姆定律可推导P=
=__I2R__(纯电阻电路适用).
(5)常见用电器电功率估测:
家用空调的电功率约为1000W;
电吹风机的电功率约为500W;
洗衣机的电功率约为300W;
台式计算机的电功率约为200W;
液晶电视机的电功率约为100W;
日光灯的电功率约为40W.
2.额定电压和额定功率
(1)额定电压:
用电器__正常工作__时的电压.
(2)额定功率:
用电器在__额定电压__下工作时的电功率.
(3)铭牌:
灯泡“PZ220V 40W”指灯泡的__额定电压__为220V,__额定功率__为40W.
3.实际电压和实际功率
(1)实际电压:
用电器实际工作时的电压.
(2)实际功率:
用电器在__实际电压__下工作时的电功率.
(3)实际功率与额定功率对比:
电压关系
功率关系
灯泡亮度
U实>U额
P实①__>__P额
最亮
U实=U额
P实②__=__P额
亮
U实<U额
P实③__<__P额
暗
(4)小灯泡的发光亮度由__实际功率__决定.
焦耳定律
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__成正比,跟__通电时间__成正比.
(2)公式:
Q=I2Rt(普遍适用).
(3)导出公式:
Q=W=Pt=UIt=
t(纯电阻电路适用).
2.电热的利用和防止
(1)利用:
电暖器、电烙铁、电热毯、电热水壶、电饭锅、养鸡场的电热孵化器等.
(2)防止:
有孔的电视机后盖、电脑的微型风扇等.
重难点1 电功率图象问题
(2019·昆明五华区一模)甲、乙两灯额定电压均为6V,测得两灯的电流与电压关系如图所示.甲灯正常工作时的电阻是__20__Ω;当把甲、乙两灯串联接在7V的电源上时,电路消耗的总功率是__2.1__W.
【变式训练】
(1)甲灯接在电源电压为9V的电路中,为使其正常发光,应__串__联一个阻值为__10__Ω的电阻,该电阻通电20s消耗的电能是__18__J.
(2)现有一个阻值为5Ω的电阻R,乙灯与电阻R串联接到电路中,乙灯的实际功率为2.4W,则电源电压为__7__V.
重难点2 用电器挡位问题
如图为一电热饮水机的电路简图,其额定电压为220V,具有“加热”“保温”两种功能,对应功率分别为400W和40W.当开关S1、S2均闭合,饮水机处于__加热__(填“保温”或“加热”)状态,R1的阻值为__121__Ω;用饮水机给2kg的水加热,当水温升高50℃,水吸收的热量为__4.2×105__J.不计热量损失,需要加热的时间是__1__050__s[c水=4.2×103J/(kg·℃)].
实验 探究电流通过导体时产生热量的影响因素
(2018·昆明五华区二模)如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置,两个透明容器中密封着等量的空气.
甲 乙
(1)实验中通过观察两个U形管中__液面__的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少.
(2)甲装置可探究电流产生的热量与__电阻__的关系.通电前,需使两个U形管内的液面__相平__;通电一段时间后,__右__(填“左”或“右”)侧容器中U形管中液面的高度差大.
(3)乙装置可探究电流产生的热量与__电流__的关系.其中电阻R3的作用主要是使通过R1和R2的电流__不相等__.将此装置接到电源两端,通电一段时间,电流在__左__(填“左”或“右”)侧容器中产生的热量较多.
(4)在甲装置中,通过电阻丝R1的电流为2A时,通电10s电流通过R1产生的热量为__200__J,这段时间内R1和R2产生的热量之比为__1∶2__.
(5)利用甲装置还可以研究电压一定时,电流通过导体时产生的热量与电阻的关系.可将甲装置做如下改动:
将接在B接线柱上的导线改接在A处,再取一根导线连接在B和__D__接线柱之间即可.
1.(2018·湘西)以下所列家用电器中,正常工作时,电能主要转化为机械能的是(A)
A.电风扇 B.电水壶 C.电饭煲 D.电视机
2.某款陶瓷电煎药壶,其电路如图所示,它在工作时,有高温加热、底纹萃取和保温三个过程.已知正常工作时,低温萃取功率为100W,保温功率为80W.分析电路可知:
当S1接2,同时S2__闭合__(填“闭合”或“断开”),电路处于高温加热状态;低温加热1min产生的热量是__6__000__J.
3.灯泡L1上标有“6V 3W”字样,灯泡L2上标有“6V 6W”字样,灯丝电阻不变,灯L1的电阻为__12__Ω,灯L2正常发光时的电流为__1__A;将L1、L2串联接入电源电压为6V的电路中,__L1__发光比较亮.
4.(2019·邵阳)李芳家的电子式电能表表盘上标有“3000imp/(kW·h)”的字样,其含义是电路每消耗1kW·h的电能,电能表上指示灯闪烁3000次.她把家中的其他用电器都与电源断开,仅让某用电器工作3min,发现电能表指示灯闪烁了60次.该用电器在上述时间内消耗的电能为__0.02__kW·h.
5.(2019·红河州弥勒市一模)甲、乙两灯泡中的电流与电压变化的关系如图所示,将甲、乙两灯泡串联后接在电压为__8__V的电源两端时,甲灯泡中通过的电流为0.5A,此时乙灯泡1min消耗的电能是__180__J.
第18讲 电功 电功率 焦耳定律
命题点1 电能表读数及相关计算
1.(2015·云南)家用电能表如图所示,该电能表工作时的电流不应超过__40__A.
2.(2014·云南)如图所示,电能表的读数为__746.8__kW·h.
命题点2 电能、电功率的相关分析与计算
3.(2017·曲靖)如图所示的电路,闭合开关S,向左移动滑动变阻器的滑片,下列判断正确的是(D)
A.电压表V1示数变小
B.电压表V2示数不变
C.电流表A的示数变小
D.电路的总功率变大
4.(2019·曲靖)定值电阻R1=10Ω,R2=5Ω,将它们并联接在电源电压为3V的电路中,通过电阻__R2__的电流较大;现将它们串联后接在电源电压为6V的电路中,工作2min消耗的总电能为__288__J.
5.(2018·昆明)电灯正常工作时会发热发光,这是由于电流__做功__使电能转化为内能和光能.如果电灯在一段时间内消耗的电能为E1,电流做的功为W,转化的内能为E2,转化的光能为E3,那么E1、E2和E3三者的等量关系是__E1=E2+E3__,功与能的关系是W=__E1__.
6.(2018·曲靖)教室里一体机的电功率约为200W,一节课40min消耗电能是__4.8×105__J.
7.(2018·昆明)如图是分别测量两个电阻时得到的电流随电压变化的图象,将这两个电阻串联后接入电路中,R1两端的电压U1与R2两端的电压U2的关系是U1__>__U2;将这两个电阻并联后接入电路中,R1消耗的电功率P1与R2消耗的电功率P2的关系是P1__<__P2.(填“>”“=”或“<”)
8.(2018·云南)LED灯具有节能、环保的特点,一个规格为“220V 8.5W”的LED灯与一个规格为“220V 60W”的白炽灯亮度相当.若一个规格为“220V 8.5W”的LED灯每天正常工作4小时,30天消耗的电能是__1.02__度,这些电能可供规格为“220V 60W”的白炽灯正常工作__17__小时.
9.(2018·云南)如图所示,小灯泡L标有“3V 0.9W”的字样(忽略温度对灯丝电阻的影响).当开关S闭合、S1断开时,小灯泡正常发光,电压表的示数为1.5V,则电流表的示数为__0.3__A;如果电压表的量程为0~3V,为确保电压表不被损坏,则__不能__(填“能”或“不能”)同时闭合开关S、S1.
10.(2019·云南)如图,R1=6Ω,当S1闭合,S2、S3断开时,电流表示数为1A;当S3闭合,S1、S2断开时,电流表示数为0.2A.求:
(1)电源电压;
(2)电阻R2的阻值;
(3)当S1、S2闭合,S3断开时,电路的总功率.
解:
(1)S1闭合,S2、S3断开时,只有R1接入电路
电源电压:
U=I1R1=1A×6Ω=6V
(2)S3闭合,S1、S2断开时,R1、R2串联
电路总电阻:
R=
=
=30Ω
电阻R2的阻值:
R2=R-R1=30Ω-6Ω=24Ω
(3)S1、S2闭合,S3断开时,R1、R2并联
通过R1的电流:
I′1=
=
=1A
通过R2的电流:
I2=
=
=0.25A
电路的总电流:
I总=I′1+I2=1A+0.25A=1.25A
电路的总功率:
P总=UI总=6V×1.25A=7.5W
11.(2017·曲靖)某家庭电路如图所示,空调上标有“220V 880W”字样,电视上标有“220V 220W”的字样,求:
(1)电视机正常工作时,通过它的电流是多少?
(2)图中的两个用电器均正常工作时,电路中的总电阻是多少?
(3)若电视机所在支路发生短路,其他支路的用电器__不能__(填“能”或“不能”)正常工作.
解:
(1)由P=UI得电视机正常工作时的电流:
I=
=
=1A
(2)由I=
得P=
,空调正常工作时的电阻:
R空调=
=
=55Ω
电视机正常工作时的电阻:
R电视=
=
=220Ω
空调与电视机是并联,根据并联电路中电阻的规律
=
+
得总电阻:
R=
=
=44Ω
命题点3 焦耳定律
12.(2017·昆明)某型号电吹风的电动机和电热丝串联.电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到热风,电动机线圈电阻为R1,电热丝电阻为R2.将电吹风接入电压为U的电源后,通过的电流为I,消耗的电功率为P,同学们得到了下列四个关系式,其中正确的是(D)
①UI>P ②P=I2(R1+R2)
③UI=P ④P>I2(R1+R2)
A.①②B.②③
C.①④D.③④
13.(2019·云南)一只标有“6V 3W”的小灯泡,接在电源电压为12V的电路中,为使其正常发光,应__串__(填“串”或“并”)联一个电阻(小灯泡灯丝电阻不变),该电阻通电20s产生的热量是__60__J.
14.(2019·昆明)如图是一个家用电热水龙头.打开水龙头开关,几秒就可以流出热水,这种加热水的过程很短,俗称“过水热”.某品牌电热水龙头的额定功率是3000W,额定电压是220V,则该电热水龙头正常工作时的电阻是__16.1__Ω(计算结果精确到0.1).某次使用该水龙头加热水时,测得实际电压为235V,水的初温为21℃,加热14s,得到0.5L、末温为42℃的热水,则加热水的功率是__3__150__W.[c水=4.2×103J/(kg·℃),假设热量全部被水吸收]
15.(2018·曲靖)如图甲所示,把电阻R与灯L接在3V的电源上,电阻R与灯L的U-I图象如图乙所示,当S闭合时电路消耗的功率为__1.8__W,通电2min电阻R产生的热量为__108__J.
甲 乙
16.(2018·曲靖)如图是某种电砂锅的工作电路图,S是温控开关,当S闭合时,电砂锅处于__加热__(填“加热”或“保温”)状态;电砂锅加热时的功率为1100W,保温时功率为55W,则电阻R2为__836__Ω.
17.(2019·昆明)在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中,提供了如图的实验器材,其中R1>R2.
实验一:
探究电流产生的热量与电阻的关系
(1)请按照图中的电路图将对应实物图连接完整.
解:
(2)电路中电阻丝的连接方式是为了控制__通过的电流和通电时间相等__;电阻丝放出热量的多少,通过__温度计的示数变化__来进行判断.
(3)闭合开关,经过一定时间,用电阻丝R1加热的煤油温度升高了Δt1,用电阻丝R2加热的煤油温度升高了Δt2,那么Δt1__大于__Δt2(填“大于”“等于”或“小于”).
实验二:
探究电流产生的热量与电流的关系
(4)闭合开关,移动滑动变阻器的滑动触头,使电路中的电流变成实验一中电流的2倍,且通电时间相同.实验发现:
用电阻丝R1(或R2)加热的煤油,温度升高Δt1′(或Δt2′)__大于__2Δt1(或2Δt2)(填“大于”“等于”或“小于”),该实验说明电流产生通过导体的热量与电流__不是__(填“是”或“不是”)正比例关系.
(5)你认为做这个实验产生误差的主要原因是__有热量损失__.
18.(2019·昆明)如图所示电路,电源电压保持不变,滑动变阻器R′的最大阻值为30Ω,小灯泡L上标有“2.5W”字样(忽略温度对灯泡电阻的影响).
(1)滑片移至最右端,闭合开关后,电流表的示数为0.3A,小灯泡的功率为0.9W,求电源电压.
(2)将滑片移至某一位置时,电压表的示数为7V,此时小灯泡正常发光,求小灯泡正常发光时的电流和电路的总功率.
(3)若把小灯泡换成一个定值电阻R,假设电流流过电阻R产生的热量为Q、转化的电能为E、做的功为W,请写出这三个物理量的大小关系.
解:
(1)小灯泡两端的电压:
U灯=
=
=3V
此时滑片移至最右端,R′=30Ω
电源电压:
U总=IR′+U灯=0.3A×30Ω+3V=12V
(2)因为R′与L是串联,电压表测R′的电压
此时小灯泡两端的电压:
U′灯=U总-U′=12V-7V=5V
灯泡正常发光时的电流:
I灯额=
=
=0.5A
电路的总功率:
P总=U总×I灯额=12V×0.5A=6W
(3)Q=E=W
19.(2018·云南)如图所示,R0、Rx为定值电阻,其中R0=10Ω,开关S断开时,电流表的示数为0.6A;开关S闭合时,电流表的示数为0.8A,若电源电压不变,求:
(1)电源电压;
(2)电阻Rx的阻值;
(3)开关S闭合时,通电1min,电阻Rx产生的热量.
解:
(1)开关S断开时,为R0的简单电路电源电压:
U=I0R0=0.6A×10Ω=6V
(2)开关S闭合时,R0与Rx并联,电流表测干路电流由并联电路的电流规律,Rx的电流:
Ix=I-I0=0.8A-0.6A=0.2A
由欧姆定律I=
,可得Rx的阻值:
Rx=
=
=
=30Ω
(3)t=1min=60s
根据焦耳定律可得,电阻Rx产生的热量:
Q=I
Rxt=(0.2A)2×30Ω×60s=72J
20.(2017·曲靖)某白炽灯的电流与电压关系如图所示,白炽灯工作时灯丝要达到很高的温度才能发出白光,已知灯丝质量为1.5g,比热容c=0.14×103J/(kg·℃).求:
(1)灯丝的温度从20℃升高到2020℃需要吸收多少热量?
(2)上述过程中,若电能转化为热能的效率为80%,则灯泡消耗的电能是多少?
(3)要将此灯改装为一个调光台灯接入家庭电路需要串联一个变阻器,灯泡的功率调到15W时,该变阻器接入电路的阻值应为多大?
解:
(1)灯丝吸收的热量:
Q吸=cmΔt=0.14×103J/(kg·℃)×1.5×10-3kg×(2020℃-20℃)=420J
(2)由η=
得灯泡消耗的电能:
W电=
=
=525J
(3)由图象可知当灯泡消耗的功率为15W时,灯泡两端电压UL=150V,通过灯泡的电流I=0.1A,变阻器与灯泡串联,则变阻器两端的电压:
U电阻=U-UL=220V-150V=70V
由I=
得变阻器接入电路中的电阻:
R=
=
=700Ω
21.(2016·云南)盛夏酷暑,妈妈为了让小明在考试前有一个更舒适的学习环境,特地在他的房间安装了一台冷热两用的空调.这台空调说明书中的主要数据如表所示.
额定电压
220V
频率
50Hz
额定制冷功率
1400W
额定制热功率
1800W
(1)空调工作时应选用图中的__三__孔插座.
(2)空调正常制冷时电流是多大?
连续正常制冷30min消耗多少千瓦时的电能?
(3)这些电能若用于加热水,加热器的热效率为80%,能使50kg、20℃的水温度升高多少?
[水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)]
解:
(2)空调工作时的制冷功率P冷=1400W,由P=UI可得,正常制冷时的电流:
I=
=
≈6.36A
由P=
可得,正常制冷30min消耗的电能:
W=P冷t=1.4kW×0.5h=0.7kW·h
(3)W=0.7kW·h=0.7×3.6×106J=2.52×106J
由η=
可求得水吸收的热量:
Q吸=ηW=80%×2.52×106J=2.016×106J
由Q吸=cmΔt可得,升高温度:
Δt=
=
=9.6℃
练习一
1.下列用电器正常工作时,在相同的时间内产生热量最多的是(C)
A.“220V 60W”的电风扇
B.“220V 60W”日光灯
C.“220V 60W”的电热器
D.一样多
2.(2019·玉林)下列关于电能的说法正确的是(D)
A.可以通过电流表把电能直接测量出来
B.电能的单位是度,学名叫做千瓦
C.消耗电能越多的用电器,电功率就越大
D.消耗电能相同的用电器,产生的热量不一定相同
3.如图是感应式电能表的示意图,与其技术参数有关的说法错误的是(B)
A.适用的额定电压为220V
B.额定最大电流为2.5A
C.电路消耗的电能是248.6kW·h
D.转盘每转1920圈,电路中消耗的电能为1kW·h
4.(2019·自贡)把一个标有“10V 3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上(如图所示),小灯泡恰能正常工作.该电路工作10s,定值电阻产生的热量是(D)
A.60JB.36JC.30JD.6J
5.(2019·广西)如图所示,两个透明容器中密闭着等量的空气,A、B两U形管内的液面相平,电阻丝的电阻R1=R2=R3.小明用图示装置进行实验,探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素有关,下列说法正确的是(D)
A.此实验在探究电热Q与电阻是否有关
B.通过R1的电流和通过R2的电流大小相等
C.电阻R1两端的电压和R2两端的电压相等
D.通电后,A管的液面将会比B管的液面高
6.(2019·曲靖麒麟区模拟)通过两定值电阻甲、乙的电流与电压关系如图所示,当将甲、乙两电阻并联在3V的电源两端,下列分析正确的是(C)
A.甲、乙两端的电压之比为1∶2
B.通过乙的电流是0.6A
C.甲消耗的电功率为1.8W
D.乙在1min内消耗的电能为36J
7.一只电阻两端的电压由3V增大到4V时,通过该电阻的电流增加了0.25A,则该电阻消耗的电功率增加了(B)
A.0.25WB.1.75W
C.0.75WD.1W
8.(2019·攀枝花)为提倡节能环保,攀枝花市引进了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__电阻__.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__76__kW·h.
9.(2019·青海)“6V 3W”的小灯泡,正常工作时的电阻是__12__Ω;要将它接在9V的电源上正常使用,必须__串__联一个__6__Ω的电阻,该电阻的实际功率为__1.5__W.
10.(2019·昆明官渡区二模)对人体的安全电压是__不高于36__V__;若把标有“220V 40W”的甲灯与另一只标有“220V 100W”的乙灯串联接在220V的电路中,较亮的是__甲__(填“甲”或“乙”)灯.
11.(2019·武威)如图所示是某家用电子式电能表的表盘,该表盘上显示已用电__5__546.7__kW·h.若将某用电器单独接在该电能表上正常工作3min,电能表指示灯闪烁了32次.该用电器在上述时间内消耗的电能为__0.02__kW·h,它的实际电功率是__400__W.
12.(2019·乐山)LED灯具有节能、环保的特点.一个“220V 5W”的LED灯与一个“220V 60W”的白炽灯亮度相当.若一个“220V 60W”的白炽灯每天正常工作4小时,30天消耗的电能是__7.2__kW·h,这些电能可供“220V 5W”的LED灯正常工作__1.44×103__小时.
13.(2019·红河蒙自市模拟)有一台电动机,额定电压3V,额定电流为1A,电动机线圈电阻为0.5Ω.这台电动机正常工作1min,消耗的电能为__180__J,产生的热量为__30__J.
14.(2019·昆明五华区一模)如图所示,灯L标有“6V 3W”字样,定值电阻R=6Ω,设灯L的阻值不随温度变化而变化.只闭合S1时,灯正常发光,求:
(1)灯L正常发光时的电阻;电源电压.
(2)闭合S1、S3时,电路在1min内消耗的电能.
(3)要使整个电路消耗的电功率最小且电路电流不为0,此时的最小电功率.
解:
(1)只闭合S1时,只有L接入电路,L正常发光,电源电压:
U电源=UL=6V
由P=UI和I=
得P=
,灯L正常发光时的电阻:
RL=
=
=12Ω
(2)闭合开关S1、S3,灯L与R并联
U电源=UL=UR=6V,PL=3W
电阻R的功率:
PR=
=
=6W
P总=PL+PR
- 配套讲稿:
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