电能电功率.docx

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电能电功率

一、电能和电功率

（1）电能和电功率所描述的物理概念不同：

电能是描述电流做功多少的物理量，而电功率是描述电流做功快慢的物理量。

电功率不仅跟电流做功的多少有关，还跟做功的时间有关。

（2）电能和电功率的计算公式不同：

电能的基本计算公式是W=UIt，由此可以看出，电流做功多少跟电压、电流强度和通电时间三个因素有关，是由它们三者的乘积来决定大小的。

电功率的基本公式是P=UI，它表明电功率跟电压、电流两个因素有关，其大小由它们的乘积决定。

（3）电能和电功率的单位不同：

电能的单位是J和kW·h，而电功率的单位是W和kW。

（4）电能和电功率的测量方法不同：

电能用电能表来直接测量的，而电功率有两种测量方法，第一种方法是用伏安法间接进行测量，即测出用电器两端的电压及通过的电流，然后根据P=UI求出电功率。

第二种方法是用电能表和秒表间接测量，即测出某一段时间用电器所做的功，然后根据P=W/t可得用电器电功率。

（5）电功和电功率的联系密切，利用公式可得出W=Pt。

二、额定功率和实际功率

一个用电器的电功率是随着它两端电压的改变而改变的，一个用电器不是随便接入任何一个电路都能正常工作。

设计用电器时，需要确定它在正常工作时的条件（如电压、电流、电功率）。

通常在用电器的铭牌上标出。

正常工作时的电压叫额定电压，在额定电压下的电功率叫额定功率。

一个用电器一但生产出来，其额定电压和额定功率是确定的。

实际功率是用电器在实际工作时的电功率，是不确定的，如果用电器两端的实际电压等于它的额定电压，那么实际功率就等于额定功率，这是用电器正常工作；如果用电器两端的实际电压小于它的额定电压，那么实际功率就小于它的额定功率，这时用电器不能正常工作；如果用电器两端的电压大于额定电压，那么实际功率就大于额定功率，用电器不仅不能正常工作，严重时还会烧坏用电器。

为此，在使用用电器时，应保证用电器两端的电压等于它的额定电压，这样才能使用电器更好地发挥作用。

三、理解焦耳定律

焦耳定律是在大量实验的基础上总结得出的，它定量地描述了电能向内能转化的规律。

用公式Q=I2Rt表示，它适用于任何电路。

【典型例题透视】

例1. 关于电热和电功，以下说法正确的是（    ）

A.电流在电路中所做的功一定等于电热

B.电流在电路中所做的功一定大于电热

C.在电路中包含有电动机时，电流做的功将转化为机械能、内能，此时，电功必大于电热

D.在电路中仅有电阻时，电功等于电热

答案：

C、D

透视：

电流通过电路做功的过程，实际上就是电能转化为其他形式的能的过程。

电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。

这种能的转化同样遵循能的转化和守恒定律。

若电流通过电动机做功时，则电能转化为机械能和内能；若电流通过的电路只有电阻（即纯电阻电路），电流做的功就全部转化为内能（如电炉等）。

例2. 照明电路的电压是220V，如果在某电灯并联接入一个大电炉，发现灯的亮度变暗，其原因是（    ）

A.干路上的电流减小了

B.电炉从灯那里分出了部分电流

C.干路中的电流变大，干路上导线分担电压增多

D.干路上消耗的电压不变，但电灯两端的电压变小了

答案：

C

例3. 有两个定值电阻R1和R2，将它们并联到电源上，它们消耗的电功率分别为P1和P2，如果把它们串联起来再接到同一电源上，它们消耗的总功率应为多大？

例4. 如图1所示电路，灯L上标有“12V  9W”字样，当开关S和S1都闭合，变阻器的滑片P移到a端时，灯恰好正常发光，电流表示数是1.25A，求：

（1）变阻器的最大阻值是多少？

（2）当开关S闭合，S1断开，变阻器的滑片P移到b端时，灯消耗的功率是多少？

答案：

（1）变阻器的最大阻24Ω；

（2）当S闭合S1断开P在b端时，灯消耗的功率1.44W。

例5. 某同学利用电源、电流表、电压表、开关，标有“50Ω  2A”字样的滑动变阻器和若干导线测定小灯泡的额定功率。

其中灯泡上所标“0.3A”字样清晰可见，电压表0～15V挡损坏，小灯泡的额定功率估计为1.5W左右。

该同学实验步骤正确。

当闭合开关时，电压表和电流表的示数分别为2V和0.2A，接着他边思考边实验，直至灯正常发光，这时滑动变阻器的滑片恰好在中点上（即变阻器连入电路的电阻为25Ω）。

（1）画出灯正常发光的电路图，并简述判定灯正常发光的理由；

（2）求出灯的额定功率。

答案：

（1）由灯的额定功率大约是1.5W左右，额定电流0.3A，可估算出灯的额定电压大约是5V左右，而题目中已知电压表0～15V挡损坏，只能用0～3V挡，据此判断，灯正常发光时，其两端不应接有电压表，只能依据电流表示数为0.3A时，确定正常发光，此时电路图如图所示。

（2）1.35w

例6. 如图3所示是一个电热毯的示意电路图，是电热毯中的电阻丝，R是与电热毯电阻丝串联的电阻，电热毯上标有“220V  100W”字样，S是控制电热毯处于加热状态或保温状态的开关。

（1）用学过的公式推理说明开关S断开时，电热毯是处于加热状态还是保温状态？

（2）若要求在保温时电流通过电阻丝每分钟有60J的电能转化为内能，电阻R的阻值是多大？

答案：

S断开时，电热毯处于保温状态。

4356欧

例7. 某课外活动小组，找出了“10Ω  1A”的滑动变阻器、“6V  3.6W”的灯泡、电压恒为12V的电源、开关、导线以及电阻为1Ω/cm的足够长的电阻丝（用“”表示），准备自制一个亮度可调的玩具台灯，要求开关闭合以后，将滑动变阻器的滑片从一端移动到另一端时，电灯逐渐变亮直至正常发光，他们利用上述器材，设计出如图所示的电路图，请你解决下列问题：

（1）这样设计存在的问题是，当滑片移近a端时，发生_____________现象；

（2）画出符合要求的电路图，并计算此电路中灯泡有耗的最小动率。

（假定灯丝电阻不变）

答案：

烧坏灯泡，1.6w

例8. 在如图6所示的电路中，电源电压和灯泡电阻不变，电阻R1=12Ω，灯L标有“6V  12W”的字样，电流表量程为0～3A，电压表量程为0～15V，滑动变阻器R2上标有“2.5A”的字样。

（1）只闭合S1，电流表的示数为0.6A，求电源电压；

（2）当闭合S1、S2和S3，并将滑片P移到b端时，电流表的示数为1.2A，求滑动变阻器R2的最大阻值；

（3）只闭合S2时，求电路总功率的最大值。

答案：

（1）电源电压是9V；

（2）滑动变阻器R2的最大阻值是20Ω；

（3）电路总功率的最大值是18W。

例9. 图7是SD—600全自动豆浆机的结构示意图，下表是铭牌。

额定电压

220V

电机功率

260W

额定频率

50Hz

干豆容量

60±5g

电热功率

600W

外形尺寸

215×190×347mm

制浆过程：

先将90g泡好的黄豆装入滤杯内，再往制浆杯内加入1000mL的水。

第一步：

加热，接通电源，加热管开始加热，加热6min杯内水温升至80℃；

第二步：

打浆，加热停止，电机开始打浆，按工作10s停8s方式循环，经1.2min停止；

第三步：

再加热，打浆结束后，加热管继续加热，加热3min豆浆由80℃升温至100℃。

根据以上信息计算：

（1）在“第三步，再加热”的过程中，豆浆吸收的热量（设豆浆与水的比热容相等）；

（2）豆浆机在“加热——打浆——再加热”的全过程中，共消耗的电能。

答案：

91560J   334400J

例10. 如图8所示，家庭用电是通过设立在附近的“变电站”提供的。

为了保证居民用户所有用电器都能在220V的电压下正常工作，变电站的输出电压一般都高于220V。

（1）居民楼用电器的总功率为44kW，当这些用电器全部正常使用时，通往居民楼的输电线路中的电流是多少？

（2）若输电线的总电阻为，“变电站”输出的电压是多少？

（3）居民楼由于家电增加，向供电部门申请“增容”，即增加功率。

当用电器的总功率由44kW增加到88kW，用电器两端电压仍保持在220V时，输电线路的功率损失比“增容”前增加了多少？

（4）若想在不减小功率的前提下减小输电线路的损失，应采取什么措施？

答案：

220A  240V  12000W

例11. 在一次测定小灯泡额定功率的实验中，老师给出了下列器材：

额定电压为的小灯泡、电源（电压未知）、一个阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一只电流表、一个单刀双掷开关和若干导线。

实验时不能忽略灯丝的电阻随温度而发生的变化。

（1）小张同学设计的实验电路图如下，请你根据电路图用笔画线连接未完成的实物连线。

（2）实验中所需要的物理量__________________________。

（3）本实验中，小灯泡额定功率的表达式___________。

（4）若在给出的器材中只将其中的一只电流表改为一只电压表，请你重新设计一个实验电路图，测量小灯泡的额定功率，不需要说明实验步骤。

答案：

（1）电路连接如图10所示：

2、3略

4、

例12. 学校淋浴用的简易太阳能热水箱中的水在冬天往往温度不够高，同学们在水箱中加装了一个“220V 2000W”的电热器，并利用一个“6V  1W”的小灯泡和一段10Ω/m的电阻丝为电热管安装了一个指示灯。

（1）画出电热管及指示灯的电原理图。

（2）在同学们的方案中，小灯泡两端的电压是按5V设计的，对于有指示灯来说，这样设计有什么好处？

（3）按上述设计，电阻丝需截用多长一段？

（4）安装指示灯后，电热管的实际功率是额定功率的百分之几？

答案：

（1）电热管及指示灯的原理图如图12所示。

（2）指示灯两端的电压按5V设计，则实际工作时通过小灯泡的电流略小于小灯泡的额定电流，这样可以延长指示灯的使用寿命。

3、0.0572m     4、96%

练习：

1. 输电线电阻是0.5Ω，输送的电功率为100kW，用1kV的电压输电时，输电线路上的电流和消耗的电功率为（   ）

A.2000A，100kW                     B.100A；5kW

C.100A，100kW                        D.2000A，2000kW

答案：

B正确。

2. 关于电功和电功率，下述说法正确的是（    ）

A.电功率的大小决定于电流做功的多少

B.电功与电功率都表示了电能转化为其他形式的能的多少

C.电功与电功率都表示了电能转化为其他形式的能的快慢

D.电功率等于用电器在单位时间里所消耗的电能

答案：

D

3. 电炉的电阻丝热得发红，而与它串联的铜导线却不发烫，这是因为铜导线（    ）

A.电阻较大                             B.电阻较小

C.通过的电流较大                   D.通过的电流较小

答案：

B

4. 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，L1、L2均正常发光

D.电源电压为9V时，L2正常发光

答案：

B、D

5. 现有L1为“12V  8W”和L2为“6V  2W”的两盏电灯，把它们与“20Ω  1A”的滑动变阻器串联后，接在18V的电源上，如图1所示，开关闭合后，当滑动变阻器R'的滑片P从a端向b端滑动的过程中，下列说法正确的是（   ）

A.两灯都变亮，且L2首先正常发光

B.两灯灯丝电阻不同

C.因为L1的额定功率大，所以L1比L2更亮

D.两灯都变亮，且L2可能先烧毁

答案：

AD

6. 如图2所示，已知电源电压保持4.5V不变，电压表的量程为0—3V，滑动变阻器R的最大阻值是20Ω，小灯泡L标有“2.5V  1.25W”的字样，闭合开关后，当小灯泡下正常发光时，它的阻值为____________Ω，滑动变阻器接入电路的阻值为____________Ω。

若小灯泡的电阻不变，在此电路中小灯泡工作时的最小功率为____________W。

答案：

5Ω，4Ω，0.45W

7. 一盏白炽灯在灯丝烧断之后，搭接起来，不久，灯泡就又在搭接处烧断了，为什么？

答案：

灯丝烧断之后重新搭接起来之后，由于接触不良使接触处的电阻增大（或接触处形成大电阻），根据焦耳定律Q=I2Rt可知，在相同时间t内电流通过该点产生的热量增多，使得接触点的温度很高，使接头处又被烧断了。