第14章電流做功與電功率

【知識清單】

考點1電能電功

1.電能

單位:國際單位，常用單位,1度=kW.h=Jo

2.電能表的認識和使用

⑴作用:測量電路。

(2)參數的意義：

220V:額定電壓為220V。

10(20)A:標定電流為A,額定最大電流為Ao

600revs/(kW?h):每消耗的電能，電能表轉盤轉600圈。

2500imp/(kW-h):每消耗的電能，電能表指示燈閃2500次。

(3)測量方法:①電能表結束和起始時電能表上計數器的示數即為這段時間內用電的

度數；

②較小的電能可利用轉盤圈數計量，消耗的電能W=kW-h(n為某段時間內轉盤轉的

圈數,N為表上參數)。

3.電功

(1)定義:電能轉化為其他形式能的過程，也可以說是電流的過程。

⑵通過用電器的電流做功的多少等于用電器消耗的電能。

(3)計算公式:W=Pt=(普遍適用)。

(4)推導公式:根據歐姆定律1十和電功公式W=UIt可推導出W=[t=FRt(純電阻電路適用)。

KK

考點2電功率

1.電功率

(1)定義:物理學中把電流所做的功與所用時間之比叫作功率。

(2)意義:描述電流做功o

⑶公式:o

(4)推導式:根據電功公式W=UIt,可推導出P=，根據歐姆定律可推導P=?=

(純電阻電路適用)。

⑸常見用電器電功率估測：

家用空調的電功率約為1oooW;

電吹風機的電功率約為500W;

洗衣機的電功率約為300W;

臺式計算機的電功率約為200W;

液晶電視機的電功率約為100W;

日光燈的電功率約為40W。

2.額定電壓和額定功率

⑴額定電壓:用電器時的電壓。

(2)額定功率:用電器在下工作時的電功率。

⑶銘牌:燈泡“PZ220V40W”指燈泡的為220V,為40W。

3.實際電壓和實際功率

⑴實際電壓:用電器時的電壓。

⑵實際功率:用電器在下工作時的電功率。

(3)實際功率與額定功率對比：

電壓關系功率關系燈泡亮度

P實①________P

U實＞u額最亮

額

P實②________P

U實二U額亮

額

P實③________P

U實＜u額暗

額

(4)小燈泡的發光亮度由決定。

考點3焦耳定律

1.焦耳定律

(1)內容:電流通過導體產生的熱量跟成正比，跟成正比，跟成正

比。

⑵公式:Q=PRt（普遍適用）。

⑶導出公式:Q=W=Pt=UIt=^t（純電阻電路適用）。

K.

2.電熱的利用和防止

⑴利用:電暖器、電烙鐵、電熱毯、電熱水壺、電飯鍋、養雞場的電熱孵化器等。

（2）防止:有孔的電視機后蓋、電腦的微型風扇等。

【核心突破】

電功率和電熱的相關計算

某科技興趣小組用一個88Q的電阻Ri、開關、導線等器材制作了一個電烤箱，先將

電烤箱接入電壓為220V的家庭電路,簡化電路如圖甲所示，閉合開關。

S

丙

⑴求通過Ri的電流。

⑵求Ri消耗的電功率。

（3）小組發現烤熟蛋糕耗費時間過長，為解決這個問題，小組找來一個相同規格的電阻R2對電

路進行改裝。

①你認為應按照圖（選填“乙”或"丙”）進行改裝。

②閉合開關S后,通電10min,求改裝后電烤箱產生的熱量。

，思維破泳

(1)已知電壓和電阻，利用歐姆定律公式I4即可求出。

K

⑵在純電阻電路中,電阻的電功率P=UI=FR=。。

R

(3)在純電阻電路中，電阻的電功W=I2Rt=UIt=^to

,變式訓練

1.某加熱器簡化電路如圖甲所示,其加熱元件是利用新型材料制成的，它的電阻R隨溫度t變

化的關系圖像如圖乙所示;照明燈L標有“220V100此加熱器白天只加熱不照明，夜晚

加熱并照明。

(1)白天和夜晚加熱器的加熱元件溫度均為to時，電路總功率之比為4：5,則to=℃o

⑵閉合開關S,若加熱元件的溫度從16℃升高到37°C,通過加熱元件的電流變化情況

是________

2.圖甲為某品牌飲水機及其銘牌，圖乙為其內部簡化電路圖，該飲水機有加熱和保溫兩個擋位。

Ri、R2均為電熱絲,當熱水箱中水溫降至70℃時通過自動開關S2切換到加熱擋，當溫度達到

100℃時自動切換到保溫擋，飲水機始終在額定電壓下工作，已知C水=4.2x103j/(kg「c)。求:

水桶容量20L

熱水箱水量1kg

額定電壓220V

加熱功率221100W

保溫功率P1100W

甲

（1）電熱絲Ri的阻值。

⑵熱水箱中的水由70°C加熱到100℃所吸收的熱量。

（3）飲水機處于保溫擋工作22s時間內電熱絲Ri產生的熱量。

真題精粹——福建8年真題精選及拓展

考向1電功率估測

1.（2024?福建）下列數據最接近實際的是（）

A.中學生的體重約為50N

B.電熱水壺的功率約為1000W

C.人步行的速度約為20m/s

D.人感覺舒適的溫度約為40℃

考向2物理學史

2.（2021?福建）歷史上第一個成功研究熱和功關系及電流的熱效應，為能量守恒定律的建立奠

定堅實實驗基礎的科學家是（）

A.焦耳B.安培C.伏特D.歐姆

考向3含電功率的動態電路分析（8年2考）

3.（2019?福建）圖示電路中，閉合開關S,將滑動變阻器的滑片P從a端向b端移動過程中，示數

減小的電表是（選填或“V2”）,電路的總功率（選填“增大”“減小”或

“不變”）。

4.（2021.福建）如圖所示的電路中，電源電壓保持不變，滑動變阻器R標有“30Q1A”,定值電

阻Ro的阻值為10。，小燈泡L標有“6V3.6W”（電阻不隨溫度而變化），電流表的量程為0~3

A。當S閉合,Si、S2斷開，滑片P移到R的中點時，小燈泡恰好正常發光。在保證電路安全的

前提下，電路消耗總功率的最小值與最大值之比是（）

考向4電功率和電熱的相關計算（8年9考）

5.（2023?福建）下列利用電流熱效應工作的用電器是（）

A.電視機B.電風扇C.電腦D.電爐

6.（2020?福建）下列家用電器中，利用電流熱效應工作的是（）

A.電風扇B.電視機

C.電熱水壺D.電冰箱

7.（2021?福建）某手機電池容量為4200111蝕1,電池電壓為3.7丫。用一個標有“輸出5V4A”

的快速充電器，將手機電池從零電量充滿，充電效率為84%,需要min。快充手機充電

線比普通手機充電線要粗一些，這是因為正常工作時，通過快充充電線的較大。

8.（2020?福建）民航局規定:嚴禁乘客攜帶超過160W?h（瓦?時）的鋰電池上飛機。某品牌筆記本

電腦的電池銘牌標有“10.8V10A-h”字樣，充滿電后,存儲的電能為kW-h,該筆記本

電腦（選填“能”或“不能”）帶上飛機。

9.（2019?福建）一臺標有“5V2.5W”的帶有USB接口的小電風扇，線圈電阻為1。，正常工作

1min產生的熱量是J=

10.（2024?福建）小閩設計的車載可加熱果蔬攪拌機工作電路圖如圖。電熱絲R的阻值為4Q,

電動機標有“12V24W”字樣。閉合開關S、Si,電動機正常工作。求：

（1）電源電壓。

（2）閉合開關S、Si,電動機Imin內消耗的電能。

(3)閉合開關S、S2,通電100s,電熱絲R產生的熱量。

11.(2022?福建)如圖所示,這是某晾衣機的工作電路圖，電源電壓U=220V,其中R是發熱電阻。

當開關Si閉合、S2斷開時，晾衣機開啟風干功能，其額定功率Pi=44W;當開關Si、S2均閉合

時,晾衣機開啟烘干功能，通過R的電流卜=1A?求：

(1)使用風干功能時,通過電動機的電流。

⑵使用烘干功能時，電阻R在1min內產生的熱量。

(3)使用烘干功能1h消耗的電能。

12.(2021?福建)如圖所示,這是某電蒸鍋的內部簡化電路圖,Ri、R?均為發熱電阻,Ri的阻值為

484。，加熱擋功率為1200Wo用此電蒸鍋對質量為1.2kg的水加熱使其溫度升高75°C，需

要的時間為375s,已知c水=4.2x103j/(kg‘c)。求:

(1)保溫擋的功率。

(2)電阻R2的阻值。

(3)電蒸鍋的加熱效率。

220Vo-o^-

13.（2020?福建）如圖甲所示的電路中，電源電壓保持不變,Ro、Ri均為定值電阻,R2為滑動變阻

器。閉合開關S,改變R2的阻值，兩電壓表示數與電流表示數變化關系如圖乙所示，當滑片在b

端時電流表示數為0.3A。

⑴求R2的最大阻值;

⑵若滑片置于變阻器的中點位置,R2消耗的電功率為0.8W,求電源電壓U和Ro的阻值;

（3）若滑動變阻器滑片每移動1cm,阻值改變1。，設滑片從a端向b端滑動的距離為xcm,寫

出R2消耗的電功率P隨x變化的關系式，并由此關系式求出R2消耗電功率的最大值。

考向5測量小燈泡的電功率

14.（2020?福建）在“測量小燈泡的額定功率”實驗中,器材有電源、滑動變阻器、兩個電流表、

小燈泡（U額為3.8V）、定值電阻Ro（阻值為10。）、開關及若干導線。

（1）根據圖甲，用筆畫線代替導線，將圖乙中未畫出的兩條導線補充完整。

（2）閉合開關前，滑動變阻器滑片P應置于（選填"A”或"B”）端。

（3）正確連接電路后，閉合開關，發現燈不亮，兩電流表有示數且相同,故障可能是.

或O

⑷排除故障后,為了測量小燈泡的額定功率，移動滑動變阻器的滑片，直到電流表A2示數為_

—A時小燈泡正常發光,電流表A1的示數如圖丙所示，該示數為A,則小燈泡的額

定功率為W?

【熱點預測】

小珥在媽媽指導下用電熨斗熨燙衣服，她首先閱讀說明書，知道電熨斗有“低溫”和“高溫”兩個

擋位，其簡化電路如圖所示,Ri、R2是電熱絲,RI=48.4O,R2=96.8Q,S為旋轉式開關。當她旋轉

觸片接觸觸點1和2時，電熨斗為擋位，該擋位通電1min,電流產生的熱量為

實驗探究——學科核心素養提升

【實驗導航】

實驗一:測量小燈泡的電功率

實驗原理p=?_____

電路圖

實驗電路

實物電路

⑴保護電路

滑動變阻器的作用

(2)改變小燈泡兩端的電壓

實驗步驟(1)根據電路圖連接實物電路

(2)閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數為小燈泡的額定

電壓，記下對應的電流值

(3)再次移動滑動變阻器滑片，使小燈泡兩端的電壓略大于或略小于其

額定電壓，記下電壓值以及對應的電流值

(4)通過P=UI計算出小燈泡的電功率

小燈泡的亮度隨實際功率的改變而改變。實際功率越大，小燈泡越

實驗結論

②_______，反之則越③_________

實驗二:探究電流產生的熱量與什么因素有關

電熱和電阻的關系電熱和電流的關系

50

nQ?

實驗裝置1,,nH,

I*1一1,:JiT,,n—

Uakol

5Q、一llo

兩個容器中的電阻一樣大，在

兩容器中電阻絲串聯起來接到電源兩端，通過其中一個容器的外部，將一個

實驗方法兩電阻絲的電流相同，通電一段時間后,比較兩電阻和這個容器內的電阻并

個U形管中液面高度的變化聯,通電相同時間，觀察兩個U

形管中液面高度的變化

在電阻相同、通電時間相同的

在電流相同、通電時間相同的情況下,電阻越

實驗結論情況下，通過這個電阻的電流

大，這個電阻產生的熱量④________

越大，這個電阻產生的熱量⑤—

【實驗母題】

母題1在測量小燈泡的電功率實驗中，小明設計了如圖甲所示的電路圖。連接了如圖乙所示

的實物電路。已知電源電壓恒為6V,燈泡的額定電壓為3.8V,滑動變阻器標有“20。1A”字

樣。

☆設計實驗與制訂計劃

（1）小明連接好實物電路之后，閉合開關，燈泡不亮，經檢查,發現有一根導線連接錯誤。請你在

連接錯誤的導線上打“X”,并補畫出正確的連線。

☆分析論證

（2）排除故障后，小明想測量小燈泡的額定功率。他閉合開關，發現電壓表的示數只有1.5V,此

時他應向（選填“左”或“右”）移動滑動變阻器的滑片，使電壓表示數為3.8V;當電壓表

示數為3.8V時，電流表示數如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為W,此時滑動變阻器

連入電路中的阻值約為。（結果保留一位小數）o

☆評估

（3）小明測量了小燈泡在不同電壓下的電功率之后（選填“需要”或“不需要”）求電功

率的平均值。小明又計算了小燈泡在不同電壓下的電阻，發現在不同電壓下燈泡的阻值不同,

原因是O

拓展設問（4）完成上述實驗后，小明又想測量額定電壓為U額的小燈泡的額定功率，但發現電

流表已經損壞，于是他又找來了兩個開關和一個阻值為Ro的定值電阻,設計了如圖丁所示的

電路。已知電源電壓恒為U（U>U額）,請你完成下面的實驗步驟。

①閉合開關S、Si,斷開開關S2,調節滑動變阻器的滑片，使電壓表示數為;

②閉合開關S、S2,斷開開關Si,保持滑動變阻器的滑片不動，讀出電壓表示數為Ui；

③小燈泡額定功率的表達式為P額=（用測量量和已知量的符號表示）。

母題2用如圖所示的裝置探究“電流產生的熱量與什么因素有關”。

丙

☆設計實驗與制訂計劃

⑴兩個密閉容器內的電阻絲發熱的多少是通過來反映的，這種研究方法叫

作O

（2）觀察如圖甲所示的裝置，通電一段時間后（選填“左瓶”或“右瓶”）內的電阻絲產生

的熱量較多，這說明在其他條件相同時，電流產生的熱量與有關。

☆分析論證

（3）如圖乙所示，兩密閉瓶中的電阻一樣大，在其中一個的外部并聯一個阻值大小相同的電阻,

則通過兩瓶中電阻絲的電流（選填“相同”或“不同”）。

☆評估

（4）讓裝置冷卻到初始狀態，把圖乙中右瓶并聯的兩根電阻絲都放入右瓶內，接通電源,比較兩

瓶內電阻絲發熱的多少，此時該裝置探究的是電流產生的熱量跟的關系，一段時間后,

（選填“左瓶”或“右瓶”）內的電阻絲產生的熱量多。

拓展設問⑸同學們又設計了如圖丙所示的實驗裝置來探究不同物質的吸熱情況電阻Ri=Rz,

在A、B兩容器中裝有兩種質量相同的不同液體，通電一段時間后,A容器中的溫度計示數升

高較多，則兩容器中的液體的比熱容大小為CA（選填或“="）CB。

【參考答案】

知識講堂

知識清單

考點1:

1.焦耳千瓦.時13.6X106

2.(1)消耗的電能(2)10201kW-h1kW-h

⑶歐差線

3.(1)做功⑶Ult

考點2:

1.(2)快慢(3)P=y(4)WI2R

2.(1)正常工作(2)額定電壓(3)額定電壓額定功率

3.⑴實際工作(2)實際電壓(3)。>切

@<(4)實際功率

考點3:

1.(1)電流的二次方導體的電阻通電時間

核心突破

例題解:⑴通過電阻Ri的電流:

W=Z5A。

(2)凡消耗的電功率:

P=UI=22QVx2.5A=550W?

⑶①當按圖乙方式連接電路時，電路的總功率:

尸并=2P=2x550W=1100W

當按圖丙方式連接電路時，電路的總功率:

U2_t/2_(220V)2

P=275W

2R2x88。

烤熟相同的蛋糕所需的熱量是相同的。根據可得尸并/并=尸串/串，則

t并_P串_275W_1

t串P并1100W4

即烤熟相同的蛋糕，采用圖丙所示方式時所需的時間是采用圖乙所示方式時所需時間的4倍。

②通電時間為Z=10min=600s

則這段時間內電烤箱產生的熱量：

W=p并f=l100Wx600s=6.6x105J

變式訓練

1.(1)40(2)先增大后減小

解析：(1)規定白天的功率為尸1,夜晚的功率為尸2。根據題意，照明燈額定功率為100W,且加熱

器白天只加熱不照明，夜晚加熱并照明，故有B=Pi+100W。白天和夜晚加熱器的電路總功率

之比為4:5,則答=羨茶”解得B=400W,則加熱元件的電阻7?=(=與察=121。，由圖乙可

?2P1+100W5Pi400W

矢口加=40℃。

(2)由圖乙可知:加熱元件的溫度從16℃升高到37℃的過程中，電阻先減小后增大，因為電源

電壓不變，所以通過加熱元件的電流先增大后減小o

2.解:(1)由圖乙可知,當開關Si閉合，開關S2接b時，電路中只有治,由尸="可知,飲水機處于加

R

熱狀態，則&的阻值:

_[/2_(220V)2

2-^"1100W二44Q

當開關Si閉合，開關S2接a時,R1和&串聯，總電阻最大，由尸=(可知，飲水機處于保溫狀態,

R

則此時電路的總電阻:

U2(220V)2

R總=Ri+i?2—..—二484。

P保溫100W

則電熱絲Ri的阻值:

Ri=R總-&=484Q-44Q=440Q

(2)根據。吸=c相加可得，熱水箱中的水由70℃加熱到100℃所吸收的熱量：

。吸=an("o)=4.2xl()3j/(kg.℃)xlkgx(100℃-70℃)=1.26xl05J

⑶當飲水機處于保溫擋工作時，由歐姆定律可得,電路中電流：

/=2=%=gA

R總484Q11

根據串聯電路的電流特點和。=產成可得，飲水機處于保溫擋工作22s時間內電熱絲以產生

的熱量：

。=/2即=舄A)2X4400X22S=2000J

真題精粹

l.B2.A

3.V1增大

解析:由電路圖可知,凡與&串聯,電壓表Vi測Ri兩端的電壓,電壓表V2測&兩端的電壓，電

流表測電路中的電流。將滑動變阻器的滑片P從。端向6端移動過程中,Ri接入電路中的電

阻變小，電路的總電阻變小，由可知，電路中的電流變大，即電流表A的示數變大，由U=IR

可知，出兩端的電壓變大，即電壓表V2的示數變大，因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，所

以Ri兩端的電壓變小，即電壓表Vi的示數變小，綜上可知，示數減小的電表是Vi；電源電壓不

變，電路中的電流變大，由P=U/可知,電路的總功率增大。

4.D解析:當S閉合,Si、S2斷開，燈L和滑動變阻器串聯，小燈泡恰好正常發光，則此時的電流

/』=等=0-6A,小燈泡的電阻為RL=—=M=10。，滑片P移到R的中點時，滑動變阻器接入的

U6V1（J.6A

有效電阻R'=15C,則滑動變阻器兩端的電壓U'=/R'=0.6Axl5O=9V,根據串聯電路電壓的特

點，電源電壓。總=伉+。'=6丫+9丫=15丫;要保證電路安全,分析電路可得當閉合開關5、S2和

Si,且通過滑動變阻器的電流為1A時,干路電流最大，則此時通過Ro的電流/（）=?=拼=L5A,

RQ1011

干路最大電流Zmax=lA+1.5A=2.5A,最大功率Pmax=U/max=15Vx2.5A=37.5W;S閉合,Si、S2

斷開,滑動變阻器接入最大阻值并且與燈L串聯時，電流最小,即根據/min=^=/\=0.375A,

最小功率PmiLU/miFlSVxo.375A=5.625W,故尸門向：Pmm=5.625W：37.5W=3/20,D項

正確。

5.D

6.C解析:電風扇工作時主要將電能轉化為機械能，不是利用電流熱效應工作的,A不符合題

意;電視機工作時主要將電能轉化為光能與聲能，不是利用電流熱效應工作的,B不符合題意;

電熱水壺工作時主要將電能轉化為內能,是利用電流熱效應工作的,C符合題意;電冰箱工作

時主要是把電能轉化為機械能，不是利用電流熱效應工作的,D不符合題意。

7.55.5電流

解析:電池充滿電儲存的電能為W=UIt=3JVx4.2Ax3600s=55944J,充電器的有效功率為

P有=〃尸充=〃。充/充=84%x5Vx4A=16.8W,充滿電所需時間為/充='=型％=3330s=55.5min;

P有16.8W

由焦耳定律公式Q=PRt可知，快充充電時電流大，在相同條件下，產生的熱量多,快充手機充電

線比普通手機充電線要粗一些，是通過增大導線的橫截面積來減小導線電阻從而減少充電時

導線產生的熱量。

8.0.108能

解析:充滿電后，存儲的電能W=U〃=10.8VxlOAxlO-3xlh=0.108kW-h,飛機上允許攜帶鋰電

池的電能W最大=160W-h=0.16kW-h,W<W最大,該筆記本電腦能帶上飛機。

9.15

解析:工作時間?=1min=60s,由P=UI得,線圈中的電流/=(=等^=0.5A,則線圈產生的熱量

Q=I2Rt=(0.5A)2X1QX60S=15J。

10.解:(1)(2)由電路圖知，閉合開關S、Si,電路為電動機的簡單電路,此時電動機正常工作，電動

機兩端的電壓等于電動機的額定電壓，所以電源電壓：

U=U額=12V

此時電動機Imin內消耗的電能：

W=/V=24Wx60s=1440J?

(3)閉合開關S、S2時，通電100s,電熱絲R產生的熱量：

0=W=U〃=鴛三空怔xl00s=3600J0

匕R4H

11.解：(1)使用風干功能時，電路中只有電動機工作，根據P=U/得/1=?=^=O.2A。

(2)使用烘干功能時，電動機和發熱電阻R并聯，。相同』min內產生的熱量：

Q=M=U/2fi=220VxlAx60s=1.32xl04J?

⑶電阻R的功率:尸2=0/2=220VxlA=220W

總功率:尸=PI+P2=44W+220W=264W

總電能：

W=P/2=264x10-3kWxlh=0.264kW.ho

12.解:⑴只閉合Si時，只有用接入電路，電蒸鍋處于保溫擋，由尸=(可得保溫擋功率：

R

(2)當Si、S2均閉合時,Ri、&并聯，電蒸鍋處于加熱擋，則電阻照的電功率:

Pi=Pa-P保=1200W-100W=1100W

由可得電阻：

R

收=包=440

P21100W

⑶對質量為1.2kg的水加熱使其溫度升高75°C,水吸收