第十八章電功率（知識清單）第1節電能電功一、電能1.電能的來源各種電池以及各種發電廠它們把不同形式的能轉化為電能，供人們使用。（1）利用電池獲取電能：干電池、蓄電池把化學能→電能；太陽能電池把太陽能（光能）→電能。（2）發電廠獲取電能：把其他形式的能→機械能→電能。2.電能的利用（1）人們利用電能時，通過用電器將電能轉化為其他形式的能。如：白熾燈將電能轉化為內能和光能；電動機將電能主要轉化為機械能；電飯鍋將電能轉化為內能。（2）電源與用電器電源是提供電能的，是將其他形式的能轉化為電能的裝置；而用電器是消耗電能的，是將電能轉化為其他形式的能的裝置。3.電能的單位及其換算（1）國際單位：焦耳，簡稱焦，用符號J表示。（2）常用單位：千瓦時，用符號kw·h表示，俗稱“度”。（3）換算關系：1kw·h=3.6×106J。二、電能的計量1.電能表的用途：用來計量用電器在一段時間內消耗的電能。2.電能表的幾個重要參數（如圖所示）。 （1）“kW·h”表示電能表示數的單位是千瓦時；（2）“220V”表示該表應該在220V的交流電路中使用；（3）“10（40）A”表示這個電能表的標定電流為10A，額定最大電流為40A。電流表工作時的電流不應超過額定最大電流；（4）“50Hz”表示這個電能表在頻率為50赫茲的交流電路中使用；（5）機械式電能表（左圖）“2500R/（kW·h）”表示接在這個電能表上的用電器每消耗1千瓦時的電能，電能表上的轉盤轉過2500轉；電子式電能表（右圖）“1600imp/（kW·h）”表示接在這個電能表上的用電器每消耗1千瓦時的電能，電能表上的閃爍燈閃爍1600次。3.電能表的讀數（如圖）（1）電能表計算器上前后兩次的示數之差就是用電器在這段時間內消耗的電能：W=W后W前電能表月初和月底的讀數如圖所示，則本月消耗的電能為：W=W后W前=1469.51387.5=82kW·h（2）利用電能表的轉數求電能利用電能表轉盤的實際轉速n和電流表參數Nrevs/kW·h，可以比較精確的計算出某段時間內消耗的電能。即W=nNkW·h=nNkW·h×如圖所示，電表上標有“3000r/kW·h”的字樣，若一段時間內該電能表盤轉了60轉，則在這段時間內用電器消耗的電能為W=60revs3000r/kW·h=0.02kW·h=7.2×10三、電功1.電功（1）定義：電流所做的功叫做電功，用W表示。（2）實質：電能轉化為其他形式能的過程是電流做功的過程，有多少電能發生了轉化就說電流做了多少功，即電功是多少。電能是狀態量：反映了做功的本領；電功是過程量：反映了一段時間內電能轉化或消耗電能的多少。3.電功的計算（1）影響電功多少的因素：電流做功的多少與電壓U、電流I和通電時間t都有關。（2）公式：W=UIt，此公式適用于一切情形下電功的計算。4.電功的單位（1）在國際單位制中，電功的單位是焦耳，簡稱焦，用符號J表示，1J=1V·A·s。（2）常用單位：千瓦時（kW·h）（3）單位換算：1kw·h=3.6×106J5.電功的推導公式由W＝UIt和歐姆定律I＝UR可推導出電功的兩個公式：W=U2R

tW＝I（1）W＝UIt是普遍適用的公式；電功的兩個推導公式只適用于純電阻電路；（2）利用電功公式及其變形公式時，要注意各物理量的同一性和同時性。第2節電功率一、電功率1.物理意義：表示電流做功的快慢。2.定義：等于電功與時間之比（比值定義法）。3.定義式：變形式：電功W=Pt、時間t＝W/P4.單位：（1）國際單位：瓦（W），1瓦＝1焦/秒（2）常用單位：千瓦（kW）、毫瓦（mW）（3）單位換算：1kW=103W1W=103mW（4）應用公式P＝W/t及變形式W=Pt、t＝W/P進行計算時，可應用兩套單位：①若電功W的單位用焦（J）、時間t的單位用秒（s），則電功率P的單位是瓦（W）；②若電功W的單位用千瓦時（kW·h）、時間t的單位用小時（h），則電功率P的單位是千瓦（kW）；5.電功率的推導式（1）推導：將W＝UIt代入P＝W/t可得：P＝UI。說明：電功率的定義式P＝W/t和P＝UI都具有普遍意義，適用于任何電路。（2）利用普適式P＝UI結合歐姆定律I＝U/R及變形式可推導出兩個表達式：①P=UI=I2R②P=UI=U2說明：這兩個公式只適用于純電阻電路。6.“千瓦時”的來歷千瓦時是功率為1kW的用電器工作1h所消耗的電能。說明：千瓦時是電能的單位，而千瓦是電功率的單位，二者的意義完全不同。二、額定電壓額定功率1.額定電壓和額定功率（1）額定電壓U額：用電器正常工作時的電壓；（2）額定功率P額：用電器在額定電壓下工作時的電功率。2.實際電壓和實際功率（1）實際電壓U實：用電器實際工作時的電壓；（2）實際功率P實：用電器在實際電壓下工作時的電功率。3.實際功率和額定功率的關系（1）當U實=U額時，P實=P額，用電器正常工作；（2）當U實＞U額時，P實＞P額，用電器容易損壞；（3）當U實＜U額時，P實＜P額，用電器不能正常工作。一個用電器只有一個額定電壓和一個額定功率，是確定的，與實際電壓無關。用電器的實際功率是不確定的，隨著它兩端電壓的改變而改變。4.用電器銘牌上所標物理量的意義例如一只燈泡上標著“PZ22025”，其中PZ表示該燈泡適用于普通照明，“220”表示該燈泡的額定電壓是220V，“25”表示該燈泡的額定功率是25W。5.燈泡的亮度燈泡的亮度取決于實際功率的大小。例如額定電壓不同的白熾電燈，如果實際功率相等，則它們發光的亮度就相同。三、電功率的測量（1）測量出用電器兩端的電壓U和通過的電流I，運用公式P=UI計算用電器的實際電功率。（2）利用電能表測量出某用電器工作一段時間t內所消耗的電能W，然后由電功率的定義式P=W/t計算它的實際功率。如圖所示，若在時間t（單位用小時）內轉盤轉動的圈數為n。則用電器消耗的電能為用電器的電功率表達式為：P=Wt=n2000t（第3節測量小燈泡的電功率一、測量小燈泡的電功率（1）實驗目的：測量小燈泡在不同電壓下工作時的電功率。（2）實驗原理：P=UI（4）電路如圖所示。（5）實驗步驟①按照電路圖連接電路。注意斷開開關，將滑動變阻器滑片放在阻值最大處。將電壓表和電流表指針調零。②閉合開關，調節滑動變阻器滑片，使電壓表示數為2.5V（等于額定電壓），記下此時對應的電流表示數，并觀察燈泡的發光情況。③計算出小燈泡的實際功率，并記錄在表格中。實驗次數實驗次數電壓U/V電流I/A電功率P/W燈泡發光情況123【數據處理】根據公式P=UI計算出小燈泡的額定功率和實際功率。【分析與論證】大亮②小燈泡的亮度直接由它的實際功率決定。③小燈泡的實際功率有多個，額定功率只有一個。實驗結論：等于正常（2）當實際電壓低于額定電壓時，小燈泡的實際功率小于額定功率，小燈泡發光較暗。（3）當實際電壓高于額定電壓時，小燈泡的實際功率大于額定功率，小燈泡發光較亮。【交流討論】對小燈泡的電功率進行了多次測量，為什么不求小燈泡功率的平均值?因為額定功率是額定電壓下的功率，不是不同電壓下功率的平均值；用電器在不同電壓下的實際功率不同，把三次測量的平均值作為小燈泡的額定功率是不合理的。二、特殊法測小燈泡的電功率（1）設計實驗：借助定值電阻，利用電壓表計算出燈泡額定電壓或額定電流，利用P=UI算出額定功率。P額=U額I額=（U合）（1）設計實驗：借助定值電阻，利用電流表計算出燈泡額定電壓或額定電流，利用P=UI算出額定功率。U額=U=（I總）P額=U=（I總）I額第4節焦耳定律一、電流的熱效應1.電流的熱效應電流通過導體時電能轉化成內能，這種現象叫做電流的熱效應。2.探究影響電流熱效應的因素【設計實驗】（1）實驗裝置介紹（焦耳定律演示器）兩個透明的塑料容器內部密閉著等量的空氣；容器內部的空氣與U形管一端相連通。兩個容器中各有一段電阻絲，兩個容器里的電阻絲串聯在一起接入電路。（2）實驗原理如圖所示，兩個透明容器中密封著空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣的體積變化。同時使用兩個密閉容器時，哪一側U型管中液柱出現的高度差大，表明哪一側的電阻絲產生的熱量多。圖中，因為Δh右＞Δh左，所以電流通過右側的電阻絲產生的熱量多。（3）研究方法①控制變量法：在探究電流通過導體產生熱的多少跟電流、電阻、通電時間的關系時，每次實驗應該控制兩個物理量不變。②轉換法：實驗中通過觀察U形管液面的高度差來比較電流產生熱量的多少，這種研究方法叫轉換法。（4）實驗器材與電路學生電源、焦耳定律演示器、電流表、滑動變阻器等。為了進行多次實驗，需要改變通過兩個電阻絲的電流，所以在電路中串聯一個滑動變阻器，通過移動滑片改變電流。甲甲（5）實驗記錄表實驗次數實驗次數電流關系電阻大小/Ω通電時間關系U形管液面高度差⊿h左右左右左右左右1相等510相等2大小相等相等【進行實驗】（1）探究電流通過導體產生的熱量跟電阻的關系。如上圖甲所示，將兩根阻值不等的電阻絲串聯接入電路，使用學生電源供電。閉合開關，通電一段時間后，觀察記錄U形管液面高度差的變化。（2）按照下圖將密封容器、開關及電源連接起來。實驗中在右方密封盒外并聯一個5Ω的電阻R3，目的是改變通過盒內電阻的電流大小，從而研究電流通過導體產生的熱量跟電流的關系。由于R3的分流作用，因此通過兩個容器中電阻的電流不同：I1=2I2（3）閉合開關，通電一段時間后，觀察同一個密封盒U形管液面的高度差的變化。【收集證據】【分析論證】（1）分析實驗1可發現：在電流和通電時間相等時，電阻越大，電流產生的熱量越多。（2）分析實驗2可發現：在電阻和通電時間相等時，電流越大，電流產生的熱量越多。（3）由實驗步驟（3）可知，在電流和電阻相等時，通電時間越長，電流產生的熱量越多。歸納實驗結論（1）在電流相同、通電時間相同時，電阻越大，這個電阻產生的熱量越多。（2）在電阻相同、通電時間相同時，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產生的熱量越多。（3）在電流相同、電阻相同時，通電時間越長，這個電阻產生的熱量越多。【交流討論】實驗結束后，小紅說她在一本書上看到用如圖所示的裝置也可以探究電流通過導體產生的熱量跟哪些因素有關。請你對該裝置進行評價。【評價】該裝置中，兩個相同的燒瓶盛有質量相同、溫度相同的同種液體；燒瓶內插有溫度計，可以測量液體的溫度。燒瓶內部有兩個阻值不同的電阻絲，組成串聯電路接入電路中。通過比較燒瓶內液體的溫度可以探究影響電流通過導體產生熱量的因素。二、焦耳定律1.焦耳定律（1）內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。（2）公式：Q=I2Rt

（3）公式中Q=I2Rt各量單位：I表示電流，單位是安培（A）；R表示電阻，單位是歐姆（Ω）；t表示時間，單位是秒（s）；Q表示熱量，單位是焦耳（J）1焦耳=1安2×1歐×1秒2.推導焦耳定律

若電流做的功全部用來產生熱量，即Q=W

因為電功W=UIt，根據歐姆定律U=IR所以Q=W=UIt=I2Rt3.電功與電熱（1）電功與電熱的區別電功是指電流通過一段電路所做的功，它的大小表示電路消耗電能的多少，或表示有多少電能轉化為其他形式的能。電熱是指電流通過一段電路做功時，電能轉化為內能的那一部分。兩者表示的意義不同，是兩個不同的概念。（2）電功與電熱的聯系①純電阻電路（如電爐、電熱器、電熨斗等電路）該類電路中，電流通過用電器時，電能全部轉化為內能，電流產生的熱量等于電流做的功（消耗的電能），即Q=WQ=W總=Pt=UIt=U2t/R=I2Rt上述公式都可以適用于純電阻電路.②非純電阻電路在該類電路中，當電流通過用電器時，電能主要轉化為其它形式的能量，只有一部分轉化為內能，電流產生的熱量小于電流做的功（消耗的電能），即Q＜W例如：電風扇工作時，消耗的電能主要轉化為電機的機械能，只有少部分轉化為內能（發熱）。W總＝UIt=W機械能＋Q熱量，電熱小于電功（選填“大于”、“小于”或“等于”）。三、電熱的利用和防止1.電熱的利用——