电功率全面解析.docx
- 文档编号:9300451
- 上传时间:2023-02-04
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:614.65KB
电功率全面解析.docx
《电功率全面解析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电功率全面解析.docx(27页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电功率全面解析
电功和电功率全面解析
知识结构
电功
定义:
公式*
单位;
测量;
£
电流所做的功
W^UIt
A)
电能我
(■定义,
电流在单位时间内所做的功
w
P=—=UI
I
W
电功率*
测量:
=
方袪「原理尸二里
主要器材:
电能耘秒表
用电器的功率
"额定功率
实际功率
炳容
.表达式仑=广&
电热的利用和危害
本章的电功、电功率、焦耳定律和电功率的综合计算是中考电学知识的重点考点,通过复习,明确电流做功的特点实际上是电能转化为其他形式的能的过程。
如电流通过各种用电器使之产生转动、发热、发光、发声等现象。
学会用电能表和秒表测某一用电器的实际功率。
电功率的计算是本章难点,因此必须掌握解题要领。
焦耳定律是一个实验定律,生活中利用发热现象工作的电器很多,这里的计算也是需要重点掌握的内容。
一、电功和电功率
(1)电功和电功率所描述的物理概念不同:
电功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)电功和电功率的计算公式不同:
电功的基本计算公式是,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
•'-1,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)电功和电功率的单位不同:
电功的单位是J和kW•h,而电功率的单位是W和kW。
(4)电功和电功率的测量方法不同:
电功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,即测岀用电器两端的电压及通过的电流,然后根据
可得用电器电
种方法是用电能表和秒表间接测量,即测岀某一段时间用电器所做的功,然后根据功率。
(5)电功和电功率的联系密切,利用公式『可得出风二H。
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
标岀。
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岀来,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
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,贝U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
知,功率越大的电炉其电阻越小。
当这
透视:
这里所说的大电炉意指该电炉的功率很大,依分式
F葩竝+耳
将定值电阻阻值代入上式得:
答案:
消耗的总电功率
透视:
此题为中考中以各种题型岀现,变化形式多样,同学们要灵活掌握。
例4.如图1所示电路,灯L上标有“12V9W”字样,当开关S和‘I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,|厂「断开,变阻器的滑片P移到b端时,灯消耗的功率是多少?
都闭合时,P在a端,灯泡L与变阻器
P車9J7
=—=——=075^4上丽片12芦
通过的电流
A=T-Tl=L25Z-OJSA=Q5A
「直接并联到电源两端,所以
因为灯L与变阻器
功率知识融合在一起,通过对这部分问题的训练、学习,同学们的物理思想、逻辑分析能力、表达能力及
应用数学讨论物理问题的能力都会有一个大的飞跃。
解决电功率综合问题的方法:
(1)弄清电路的连接方法,必要时画等效电路图。
(2)弄清引起电路结构变化的原因是开关的断开、闭合,还是滑动变阻器滑动引起变化。
(3)弄清电压表、电流表测的是哪部分电路的电压和电流。
(4)列方程式,抓住电路中的不变量(如电源电压不变)或利用串、并联的特点列式求解。
该题是开关和滑动变阻器引起的电路结构变化的题型,首先要弄清闭合了哪些开关,滑动变阻器滑片P在
什么位置,电路发生了怎样的变化,然后根据题中已知量列方程求解。
例5.某同学利用电源、电流表、电压表、开关,标有“50Q2A”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25Q)
(1)画岀灯正常发光的电路图,并简述判定灯正常发光的理由;
(2)求岀灯的额定功率。
答案:
(1)由灯的额定功率大约是1.5W左右,额定电流0.3A,可估算岀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)根据实验规则,刚闭合开关时,滑动变阻器连入电路的电阻值应最大,由此可计算岀此时滑动变阻器
当灯正常发光时,滑动变阻器两端电压:
S二*滋二
灯额定电压:
卩募二U—兔二127-7.5^=4.5^
灯的额定功率:
F暮=0.4二4.yX0.M=1.3517
透视:
本题目把实验过程与计算结合在一起,是近几年岀现的新题型。
由于它已知条件隐蔽,综合性强,故形成难点。
解此类题目的关键是要结合实验现象和操作过程对题目进行全面分析,一旦整个实验过程清晰了,问题也就迎刃而解了。
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“220V100W”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凡每分钟有60J的电能转化为内能,电阻R的阻值是多大?
答案:
(1)当开关S闭合时,电阻%消耗的功率
当开关S断开时,
U消耗的功率
因为,所以砂]
所以S断开时,电热毯处于保温状态。
icw=484°
沖(22QQ
(2)电热毯的电阻丝阻值:
-1'
==220«/-22^=198^
22
‘勺的电流:
所以电阻
透视:
本题与生活联系紧密。
例7.某课外活动小组,找出了“10Q1A”的滑动变阻器、“6V3.6W”的灯泡、电压恒为12V的电源、开
关、导线以及电阻为1Q/cm的足够长的电阻丝(用“小八”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)画岀符合要求的电路图,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
-6三10。
灯的电阻:
彳師
因为P在a处,灯正常发光
”巴3.6W门一
7r=—==Q&4
所以电路中的电流:
连入电路中电阻丝的阻值:
1珀IL0.6乂
66厂
P在b处,电路中的电阻:
R=血+&+尺必=100+100+100=30。
灯泡的电阻:
刊
(2)当闭合
禺和呂
时,灯L短路,爲
通过的电流:
9厂
==0.75^4
12G
滑动变阻器的最大阻值:
与
―并联
电源电压:
J」—"——
(3)只闭合勰时,灯泡L与耳串联
712沪
得_
灯泡L的额定电流:
为保护灯泡,电流’-:
匸为保护电流表,电流二
为保护滑动变阻器,电流
电压表量程0〜15V,电源电压9V,9VV15V电压表始终是安全的
P=UI^=9Vrx2A=\^
由此可得电路中的最大电流电路总功率的最大值
答案:
(1)电源电压是9V;
现的元件还有电流表、电压表,为了保护电路中所有元件不致烧坏,必需逐一分析每个用电器的工作电流情况,经过分析比较,选择岀所需要的值进行计算。
例9.图7是SD?
600全自动豆浆机的结构示意图,下表是铭牌。
主机
COL)
制浆杯•
再加热,打浆结束后,加热管继续加热,
SS7
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
215X190X347mm
1000mL的水。
6min杯内水温升至80°C;
10s停8s方式循环,经1.2min停止;
加热3min豆浆由80C升温至100C。
根据以上信息计算:
制浆过程:
先将90g泡好的黄豆装入滤杯内,再往制浆杯内加入第一步:
加热,接通电源,加热管开始加热,加热第二步:
打浆,加热停止,电机开始打浆,按工作第三步
(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。
解:
(1)水的质量:
叫-W-10xx1OOOx1〔严/-1畑
豆浆质量:
懒=叫+叫=1上g+0.09畑=1.09炬
豆浆吸收的热量:
Q吸=叭-Q=42X103J/(kg-r)x1.09kgx(10冗-8冗)=9156y104J
(2)豆浆机第一次加热消耗的电能:
=60017x6x60s=2.16x10sJ
豆浆机第二次加热消耗的电能:
=600Jyx3x60£=103^:
105J
电机工作时间:
'lOff+8^
豆浆机打浆消耗电能:
磅==260^x40^=104xW4/
豆浆机消耗的总电能:
W=W^^vW~=2.16x10^J+1.O8X10J1.04xIO4J
=3344x1¥J
答案:
(1)在“再加热”的过程中,豆浆吸收的热量是9)5段liJ4jo
(2)豆浆机在全过程中,共消耗电能3.344耳l(Pj。
透视:
此题要求学生能根据题中所给内容,提取岀对他解题有用的信息。
题目与我们的实际生活紧密相联,
学生应能正确分析岀豆浆机工作的整个过程,
(1)中,求“第三步,再加热”过程中,豆浆吸收的热量时,
豆浆质量应为黄豆加水的质量,
(2)中,豆浆机在“加热?
?
打浆?
?
再加热”的全过程中消耗的电能,
同学们应区分开加热功率和电机功率。
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”输岀的电压是多少?
(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?
变电站
居民搂
答案:
(1)“增容”前输电线路中的电流
1U22W
(2)消耗在输电线路中的电压
j二%=2mxoia=207
变电站的输岀电压
J二覺附十加厂二24W
(3)“增容”后输电线路中的电流
JV空附
“增容”后输电线路损失的功率
百丄身驾=(200Q'X0.1Q=400MF
“增容”后输电线路损失的功率
刃二可找纤=丽访药込二16000(7
AP=16000ff^4000F=1200017
(4)解答同分析(4)。
透视:
(1)家用电器的额定电压均为220V,若居民楼用电器的总功率为44kW,当这些用电器全部正常使
“送电站”和输岀电压应该是居民楼所有用电器正常工作时的电压加输电线路上消耗的电压。
(3)居民楼由于家用电器增加导致电路总功率的增加,从而增加了输电线路中的电流。
即增加了输电线路
的功率损失,增加的损失功率减去原来的损失功率,就是多出来的损失功率。
(4)在不想减小功率的前提下减小输电线路的损失,由耳一"求演可知,输电线损失的功率与电流的平方成正比,与电阻成正比。
减小输电电流,虽然可以减小线路损耗,但用户的用电功率也会随之减小,
是不可取的方法,只能减小*旗。
用娱与导线长度,材料及横截面积有关,导线长度由变电站到居民楼的距离决定,不能减小。
能够改变的只有导线材料和导线横截面积,将铝线换成铜线,把较细的线换成较粗的线,都是可以采取的措施。
这是一道联系实际的题目,从题目中求岀的数据可知,消耗导线上的功率是相当大的。
国家投巨资实施大规模“农网”改造,目的就是减小能量损耗,降低农村电价。
P-厂左
远距离输电要用高电压与此题有相似的特点,也有不同的地方。
由噸可知,相同的是都要减小
线路导线的损耗,达到节能的目的。
不同的是远距离输电要减小电流,为了不改变用户电功率,所以要提高电压,实现高压输电;而此题是改变导线的电阻。
例ii.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F'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。
图9
(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禺匸。
(4)若在给岀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(将实验电路图画在下面的方框内,不需要说明实验步骤)。
答案:
(1)电路连接如图10所示:
(2)第一步:
计算当R两端的电压为时,通过它的电流为丁;第二步:
S掷向接线柱1,调节滑动变阻器,使用电流表读数为丘;第三步:
保持滑动变阻器滑片不动,S掷向接线柱2,读岀电流表读数厶
透视:
(1)结合电路图和实际电路可以看岀,电路中还有3根导线没有连接:
灯与单刀双掷开关的动触点
间的导线,静触点1与电流表的“+”接线柱间的导线,定值电阻(或灯L)的右边接线柱到滑动变阻器
之间的导线。
(4)当只有电压表时,测量额定功率的关键是如何得到灯泡正常工作时的电流,这时可以利用串联电路中电流相等的规律,采用已知定值电阻R同时灯L串联的基本方法。
在用伏安法测电阻或电功率的实验中,若没有电压表,可以采用阻值已知的定值电阻同被测电阻(或灯泡)
并联的基本方法测电压;若没有电流表;通常采用阻值已知的电阻与被测电阻(或灯泡)串联的基本方法间接测量电流。
伏安法测电阻或电功率,仪器不受限制,称其为一般测量。
若实验仪器有所限制,测电阻或电功率就要采取特殊的测量方法。
不仅电阻或电功率的测量有一般方法和特殊方法之分,其实其它测量也是如此,请同学们总结。
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“6V1W”的小灯泡和一段10Q/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:
方法一:
(1)电热管及指示灯的原理图如图12所示。
指不订
图12
(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。
小灯泡的电阻:
通过小灯泡的实际电流:
通过电阻丝的电流为:
T3=8.884^-CA39A=8.74M
电阻丝的电阻值为:
则所用电阻丝的长度应为:
可知同一电阻在不同电压下其电功率与电阻两端电压的平方成正比,故知
(4)由电功率的公式
此时电热管的实际功率与其额定功率的比值为:
(3)电热管的电阻为:
F-讥任巧
1片soooiy
小灯泡电阻为:
在图12中,爲与耳并联部分的电压6=*
氏两端的电压为:
5』22田-歹=21*
忙%
前述并联部分与二|之间为串联关系,根据串联电路中各部分电压与其电阻成正比的规律:
有二■'■-,
故有
R.=-^A=-^―x242C=0.553Q賽比121平
111
根据并联电阻的公式尺审丘2求3,可得:
则所用电阻丝的长度应为
L=05720=0.057ps
10G丿加
(4)同解法一。
透视:
小灯泡作为电热管的指示灯,应该是电热管工作(电热管中有电流通过)时,小灯泡发光,电热管不工作(电热管中没有电流)时,小灯泡不发亮,即小灯泡中的电流应随电热管中的电流有无而有无。
为了满足这一要求应将小灯泡和电热管串联。
另一方面,还应该注意一下电热管和小灯泡正常工作时通过各自的电流大小,电热管正常工作时,通过它的电流大小为:
『P.2000呼n』
Z,=—==9A
1q2奶
小灯泡正常工作时通过它的电流大小为:
比较上述的亠和一可知,不可以将小灯泡和电热管简单地串联起来就接在220V的电路中(如果这样,通
过小灯泡的电流必超过其额定电流而使小灯泡烧毁),为使上述的串联成立而又不致使通过小灯泡的电流过
大,可以设法取另一电阻与小灯泡并联,只要这一电阻的大小取值恰当,更可将电热管流来的电流分流岀一部分而使通过小灯泡的电流不超过其额定电流。
对于本题,有同学设计了如图13,这一电路管保证了电热管两端的电压为额定电压图12的设计使电热管
两端的电压略低于额定电压),但指示灯却不能显示电热管是否在正常工作。
指示灯不亮时是指示灯所在支
路中无电流,这时有两种可能:
一种可能是整个电路的干路岀故障,电热管两端无电压,电热管不工作;另一种可能是指示灯所在支路断路,但电路其他部分完好,则电热管仍能正常工作。
指示灯亮时,表示指示灯所在支流中有电流通过,这最多也只能表示电热管两端有电压,却不能表示电热管中有无电流通过,即不管电热管处是通路还是断路,指示灯都能正常发光。
所以,图13的设计是不符合要求的。
【常见失误分析】
例1.输电线电阻是0.5Q,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,100kWB.100A;5kW
C.100A,100kWD.2000A,2000kW
错解:
输电线上的电流
消耗的电功率',故选A。
答案:
设输电线上的电流为I,输电线上消耗的电功率为P,根据题中给出的输送功率和输送电压可求出输送电流,
因为L一'二,所以
p105
/=—=10x-^T=10CL4
U103
线路消耗的电功率为:
規二尸&二X。
竝二530妙二5HT
故选项B正确。
z=g|
分析:
解这种类型的题最忌乱套公式。
如求输送电流时,因有公式P工N武,变形后得,式中
的P代入1OOkW,R代入0.5Q,这显然是错误的。
因为这1OOkW的电功率并非全部消耗在线路电阻上,而只有小部分消耗在传输线路上,大部分输送到用户。
又如直接用输送电压卩二1上卩与线路电阻
:
--之比求输送,电流,其方法也是错误的,错误的原因与上面的分析相同。
电路所输送的功率是两个不同的概念。
例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
错解:
A或B
答案:
D
分析:
错解的原因在于对电功、电功率概念的理解模糊,我们在对力学中的功与功率的学习中,已经知道功与功率是意义不相同的两个概念。
电功率表示电流做功的快慢,表示用电器消耗电能的本领。
电流做功的多少与电流做功的快慢,其差异在于与时间的联系上,“快慢”与时间有关,而“多少”与时间无关。
所
以它们不可能表示同一物理意义,选项B与C肯定不正确。
电功表示电能与其他形式能的真正转化,而电功率表示这种转化的一种潜在的能力。
对功和功率概念的正确理解,并不是一次就能完成的,对知识整理、归纳,使其系统化、条理化,将有助于完成这种理解。
例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
错解:
D
答案:
B
分析:
有些同学错误认为,根据焦耳定律,通过导线的电流较小,所以产生的热量也较小,导线不烫手。
电炉与连接电炉的铜导线串联,所以通过电炉与铜导线的电流一定大小相等,没有差另U。
那么,原因在哪里呢?
电炉与铜导线的电阻大小差别很大,铜导线的电阻远小于电炉电阻丝的电阻,铜导线产生的热量也远小于电炉电阻丝产生的热量,所以电炉电阻丝热得发烫,铜导线则不发烫。
错解者疏忽了串联电路的特性,而运用焦耳定律又简单、片面,匆忙之间主观地下了结论。
铜导线与电炉串联,串联电路各用电器的电功率按电阻的大小成正比例分配。
因为铜导线的电阻远小于电炉的电阻,所以铜导线把电能转化为内能的本领比较小,因而不发烫。
从电功率的角度理解,也是求解本题的一种方法。
例4.标有“6V6W”和“6V3W”的灯泡.和:
串联接在某电源上,设灯丝电阻不变,则()
A.通过灯的电流之比为2:
1
B.灯'、示功率之比为1:
2
C.
均正常发光
电源电压为12V时,I、」均
D.
D.电源电压为9V时,
电源电压为9V时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电功率 全面 解析