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23一、电能1.电能:用电器工作的过程就是把电能转化成其他形式能的过程,消耗多少电能就转化为多少其他形式的能.电能和其他形式能的单位一样都是焦耳(J);生活中电能的常用单位还有kWh,1 kWh=3.6106 J.2.电功:用电器消耗电能的过程就是电流做功的过程.电流做了多少功,用电器就消耗了多少电能.3.电功的计算公式:W=Pt=UIt.重点认知导出公式:W=I2Rt=t(这两个导出公式只适用于纯电阻电路).无论电路是串联还是并联,电路中的总功W总=W1+W2+Wn.4.电能的测量:(1)测量仪器:电能表.(2)读数方法:电能表的表盘上某段时间的始、末两次计数之差即为这一段时间内消耗的电能,单位是kWh.表盘上最右边一位数字是小数点后的数字.4二、电功率1.定义:用电器在单位时间内所消耗的电能.重点认知电功率是表示电流做功快慢的物理量,但电功大,电功率不一定大,因为电功率不仅与电功有关还与做功所用的时间有关.2.单位:瓦特(W),常用单位还有kW,1 kW=1 000 W.3.公式:P=.当P的单位为W时,W的单位为J,t的单位是s;当P的单位为kW时,W的单位为kWh,t的单位是h.重点认知电功率的导出公式:P=I2R=只适用于纯电阻电路,而在非纯电阻电路中只能使用P=UI来计算电功率.(如风扇等电动机)54.额定功率和实际功率(1)额定电压:用电器正常工作时的电压.用电器上标明的电压就是用电器的额定电压.(2)额定功率:用电器在额定电压下工作时的功率.(3)实际功率:用电器在实际电压下工作时的功率.(4)实际功率和额定功率的关系:若U实=U额,则P实=P额;若U实U额,则P实U额,则P实P额.重点认知小灯泡的亮暗程度由其实际功率决定.65.测定小灯泡的电功率(1)测量小灯泡的电功率的实验原理:P=UI.该实验采用的实验方法是:伏安法.此实验的电路图如图18-1所示.(2)在连接实验电路的过程中,开关应该断开,滑动变阻器的滑片应移到阻值最大处,以保护电表和用电器.7三、电与热1.电流通过导体时都要发热,这种现象叫做电流的热效应.2.焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比.公式:Q=I2Rt.重点认知对于纯电阻电路(即消耗的电能全部转化成内能的电路),有Q=W.生活中利用电流热效应的有:电烙铁、电热水器、电饭锅、电取暖器等.8考点1电功率【例1】如图18-2所示,电源电压和灯L的电阻不变,灯L上标有“6 V,3 W”字样.当开关S闭合,滑片P移至a端时,电流表的示数为1.0 A,灯L正常发光;当开关S断开,滑片P移至b端时,电源电压U和灯L消耗的电功率P为()A.6 V,1.5 WB.6 V,0.75 WC.3 V,1.5 WD.3 V,0.75 W9【解析】当开关S闭合,滑片P移至a端时,灯L与滑动变阻器并联,灯两端电压等于电源电压,电流表测干路电流.小灯正常发光,说明小灯在额定电压下工作,故可判断,电源电压为6 V,C、D两项排除.经过灯L的电流IL=0.5 A,则经过滑动变阻器的电流IR=I-IL=1.0 A-0.5 A=0.5A,则可判断,滑动变阻器最大电阻与灯L的电阻相【答案】B 10【变式训练1】如图18-3甲所示电路中的两个电流表均为学校实验室里常用的电流表,见图乙.闭合开关后,两电流表的指针都正常偏转且偏转角度相同,此时灯L1和L2所消耗的电功率P1和P2的比值为(A)A.41B.14 C.51D.1511考点2测量小灯泡电功率【例2】如图18-4所示是某同学“测定小灯泡电功率”时连接的电路,小灯泡额定电压为2.5 V,所用电源电压恒为3 V.12(1)连接电路时开关应,闭合开关前滑动变阻器滑片应移动到端(选填“A”或“B”).(2)电路中,表连接不当,为减少读数误差必须改接到量程为.(3)该同学重新正确连接电路后,实验得到的数据如上表所示.根据表中记录可得小灯泡的额定功率为W,其亮度随实际功率增加而.【解析】(1)在连接电路时,为保证电路安全,开关应断开;由图知,滑动变阻器接了下面右边的接线柱B,所以在闭合开关前,滑片应移至最左端,即A端,使其接入电路的阻值为最大阻值;(2)小灯泡额定电压为2.5 V,所用电源电压恒为3 V,为减小误差,电压表应选择03 V的量程;(3)由表格中数据知,当电压为2.5 V时,电流为0.2 A,所以P额=UI=2.5 V0.2 A=0.5 W;分析表格中数据知,随着电压、电流值的增大,小灯泡的功率在增大,小灯泡变亮.【答案】(1)断开;A(2)电压;03 V(3)0.5;变亮13【变式训练2】在“测量小灯泡功率”的实验中,小灯泡的额定电压为2.5 V,正常发光的电阻为10.(1)请你用笔画线代替导线,将图18-5甲中实物电路连接完整.【答案】如图所示:14(2)连接好电路,闭合开关,小灯泡发光,但电压表示数为零,经检查,图中a、b、c、d四根导线有一根断了,则该导线是B(填写字母).(3)排除故障后,闭合开关,测量小电灯额定功率,移动滑动变阻器的滑片P,眼睛应先注视电压表的示数,然后读出另一电表示数.当小电灯正常发光时,电流表的示数如图乙所示,则小电灯的额定功率为0.6W.(4)在小电灯正常发光时,再将滑片P向B端移动到另一位置,则小电灯的实际功率小于(选填“大于”“小于”或“等于”)额定功率.15考点3电功、电热及其应用【例3】一台线圈电阻为0.3 的电动机,接在12 V的电源上时,通过电动机的电流为0.5 A,在2 min内电流产生的热量是J,转化成的机械能是J.【解析】电动机线圈产生的热量Q=I2Rt=(0.5 A)20.3 260 s=9 J,电流做的功W=UIt=12 V0.5 A260 s=720 J,转化为的机械能W=W-Q=720 J-9 J=711 J.【点拨】在纯电阻电路中(电能只转换为内能)电热等于电功,在非纯电阻电路中电功大于电热,此时不可用电功的两个变形公式来求解电功.【答案】9;711【变式训练3】某导体的电阻是5,通过它的电流为0.2 A,10 s内通过该导体产生的热量是2J,电热器中的电饭锅是利用电流的热效应制成的加热设备.16一、测量小灯泡的电功率【例题】(2017甘肃庆阳)在“测小灯泡额定电功率”的实验中,提供的器材有:电压恒为4.5 V的电源,额定电压为2.5 V的待测小灯泡,电阻约为10,电流表(00.6 A,03 A),电压表(03 V,015 V),开关和导线若干.还有标有“10 2 A”的滑动变阻器A和标有“5 1 A”的滑动变阻器B.17(1)若小明设计电路如图甲所示,请选择合适的量程,并用笔画线代替导线将图甲的实验电路图连接完整;(2)本实验选择的滑动变阻器是A(选填“A”或“B”);(3)当滑动变阻器的滑片P移到某一位置时,观察到电压表示数如图乙所示,根据所选正确量程,其示数为2V;(4)为了测量小灯泡额定功率,此时应该将变阻滑的滑片P向B(选填“A”或“B”)移动.当电压达到小灯泡额定电压时,小灯泡正常发光,电流表的示数如图丙所示,则小灯泡的额定功率为0.5W.(5)小明综合分析实验数据发现,灯泡越亮时灯丝的电阻越大,说明灯丝的电阻随温度的升高而增大.18二、探究“焦耳定律”【例题】(2017山东省威海市)根据下列两个实验,回答相关问题:19(1)电流做功的过程是把电能转化为其他形式能的过程,一般情况下电流做功的多少我们无法直接观察出.小明同学为了“探究影响电流做功的因素”,设计了如图1所示的实验,“用电动机提升物体”通过此实验可以较形象的比较出电流做功的多少.该实验是通过观察物体被提升的高度比较电流在不同情况下做功多少的,此过程中是把电能转化为机械能;将滑动变阻器的滑片P向左调节时,电流表和电压表的示数都变大,相同时间内物体被吊起的高度也变大了,这说明当时间相同时,电压越大,通过的电流越大,电流做功越多.20(2)实际生活中,用电器接通电源后,都伴有热量的产生,小明在“探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”时,采用了如图2所示的实验装置,其中a、b、c、d四个相同的容器密闭着等量空气并与U形管紧密相连,实验前U形管两端液面相平,将1、2和3、4导线分别接到电源两端.在实验过程中,通过观察U形管中液面高度的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少:图甲所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系,图乙所示的装置是用来研究通过电阻丝产生的热量与电流大小的关系,综合分析图甲乙两装置的实验现象,可以得出的结论是电流通过导体产生热量与通过导体的电流和电阻大小有关,通过导体的电流越大,导体的电阻越大,产生的热量越多.21【练习题】1.(2017甘肃天水)某家庭电能表如图所示.若该家庭单独让空调工作,测得1 min内电能表转盘转了60转,则空调消耗的电能为0.02kWh,空调的电功率是1 200W.222.(2017湖北武汉)如图所示是探究电流通过导体时产生热量的多少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,通电一段时间后,右侧U形管中液面高度差比左侧的大.下列说法正确的是(C)A.左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大B.该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟电流大小的关系C.该装置可以用来探究电流通过导体产生热量跟通电时间的关系D.U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液体的热胀冷缩造成的233.(2017山西)小明同学在“测量小灯泡的电功率”的实验中,小灯泡的额定电压为2.5 V,电源为两节新干电池,滑动变阻器标有“20 1 A”字样.(1)实验电路如图甲所示,但电路连接不完整,请你用笔画线代替导线,完成电路.24答案:如图所示:25(2)小明将电路连好后,闭合开关,发现小灯泡发光很微弱,电流表、电压表均有示数,左右移动滑动变阻器的滑片P,小灯泡亮度和两表示数均不变,其原因可能是滑动变阻器下面两接线柱接入电路.(3)改正电路后,小明同学调节滑动变阻器观察到电压表示数为2 V,为使小灯泡两端电压达到额定电压,应将滑动变阻器的滑片P向右(选填“左”或“右”)调节.当小灯泡正常发光时,电流表示数如乙所示,该小灯泡的额定电功率为0.6W.26(4)小明依次测出了六组实验数据,如表所示.请你根据表中数据在图丙所示的坐标纸上作出小灯泡的I-U图象.(5)通过计算分析以上数据,你还有什么新的发现:小灯泡两端的实际电压越高,小灯泡的电功率越大,灯泡的发光越亮.(写出一条即可)271.(2017广东)有“3 V0.75 W”的L1灯泡和“3 V1.5 W”的L2灯泡,如图18-6甲所示,闭合开关,L1灯泡和L2正常发光,则电路总电阻R=;如图18-6乙所示,闭合开关,L1灯正常发光,则电源2的电压U=V;此时L2消耗的实际功率P=W(假设灯丝电阻不变).答案:44.50.375282.(2017广东)某校实验小组设计了一个智能供暖器,电路如图18-7所示,电源两端的电压U为220 V,R1和R2是两个供热电阻丝,S1、S2是温控开关,工作过程如下:当气温低于25 时,S1、S2都闭合;当气温等于或高于25 时,S2断开,此时电流表的不数为1 A,电阻丝R1的电功率为20 W(忽略温度对电阻丝的影响),求:(1)电阻丝R2的阻值是多少?(2)当气温低于25 时,电路工作1.5 h消耗电能是多少千瓦时?29R2=R总-R1=220-20=200.=2 420 W=2.42 kW,W=Pt=2.42 kW0.5 h=1.21 kWh.303.(2016广东)某家庭电能表如图18-8所示.若该家庭单独让空调工作,测得1 min内电能表转盘转了60转,则空调消耗的电能为kWh,空调的电功率是W.答案:0.021 200314.(2016广东)如图18-9所示是电阻甲和乙的I-U图象.由图可知:电阻乙的阻值为.若将电阻甲和乙并联后接在电压为6 V的电源两端时,则干路的总电阻为,总电功率为W.答案:63.759.6325.(2014广东)下列图中“+”“-”分别表示电表的正、负接线柱,可以测量R消耗的电功率的电路图是(B)6.(2015梅州)小林做作业时,电灯突然变暗,其原因可能是(C)A.电灯的实际电压变大B.电灯的额定电压变小C.电灯的实际功率变小D.电灯的额定功率变小337.(2014佛山)关于“12 V4 W”的小灯泡L1和“9 V3 W”的小灯泡L2,下列说法正确的是(D)A.Ll和L2正常工作时的电阻一样大B.Ll和L2串联在一起使用时,两灯消耗的功率一样多C.Ll和L2并联在一起使用时,两灯消耗的功率一样多D.L2串联一个9 的电阻接在12 V电路中,也能正常发光8.(2014广东)如图18-10所示,电源电压为12 V,灯泡上标有“12 V12 W”.ae和bf是同种型号的电阻丝,每1 m的电阻丝均为0.5,其他导线电阻不计.c、d两点始终保持与电阻丝良好接触,设ac与bd长度均为3 m,那么,小灯泡两端电压为9.6V.两电阻丝在100 s内产生的热量为192J,当c、d两点向右移动时,灯泡的亮度将变暗.(设灯泡电阻丝不随温度而变化)349.(2012广东)有一种亮度可以调节的小台灯,其电路如图18-11甲.电源电压为24 V,灯泡L的额定电压为24 V,通过灯泡L的电流跟其两端电压的关系如图乙.当灯泡正常发光时,灯丝的电阻为60.调节滑动变阻器R,使灯泡的实际功率为3.6 W时,灯泡两端的电压是12V,滑动变阻器R连入电路的阻值是40.3510.(2015汕尾)如图18-12所示,电能表的示数是520.3kWh;接在这种电能表上的用电器每消耗1 kWh电能,电能表上的转盘转过2 000转.3611.(2013广东)图18-13甲是家用电吹风的工作原理图.电吹风工作时可以吹出热风,也可以吹出凉风.(1)要让电吹风工作时吹出热风,它的开关应置于图甲中1(选填“1”“2”或“3”)位置,此时电风扇与电热丝的连接方式是并联.37(2)某次用该电吹风将头发吹干的过程中,电吹风的功率随时间的变化关系如图乙所示,则在该次吹干头发过程中电吹风消耗的总电能是13 200J.(3)电热丝在工作时的电阻值是91.7(保留一位小数)(4)使用几年后,发现电热丝变细,则其电阻变大,它的实际功率将变小.3812.(2013广东)小王做“测量小灯泡电功率”的实验.所用器材有:标有“2.5 V”字样、正常发光时阻值约为13 的完全相同的小灯泡两个,电压恒为3 V的学生电源,标有“20,1 A”的滑动变阻器、电流表、电压表、开关及导线若干.39(1)图18-14甲是实验电路图,图乙是他的实物连接图,接线过程中有一处连接错误,请在错误的接线上打“”并用笔画线代替导线进行改正,要求改正后滑动变阻器接入电路的阻值最大.【答案】如右图所示:(2)小王在实验之前检查仪表时发现:电流表有电流通过时能自由偏转;电流表未接入电路时,电流表指针如图丙所示,出现这种现象的原因是电流表使用前没有将指针调到零刻度处.40(3)按电路图正确连接后,闭合开关,灯不亮,电压表示数接近电源电压,电流表无示数.造成这种现象的原因可能是C(填正确选项前的字母)A.滑动变阻器断路B.开关接触不良C.小灯泡与灯座接触不良D.电流表断路(4)排除故障后,闭合开关,改变滑动变阻器滑片位置,将电压表和电流表的示数填入下表中.从表中可知小灯泡的额定功率为0.5W.41(5)若将两个小灯泡串联后直接接在3 V电源的两端,两灯消耗的总电功率为0.48W.4213.(2015广东)用图18-15所示的装置做“探究电流相同时,通过导体产生的热量与电阻大小的关系”的实验.(甲、乙是完全相同的密闭容器.闭合开关前,A、B两U形管内液面相平)(1)由于电流产生的热量不易直接测量,因此在实验中是通过观察U形管中液面的高度差来显示甲、乙容器内空气温度的变化,这里采用了转换法的探究方法.(2)通过对比观察,乙(选填“甲”或“乙”)容器中导体的电阻产生的热量较多.由此可知,在电流强度和通电时间相同时,电阻越大,导体产生的热量越多.4314.(2014广东)如图18-16是家用电热壶及铭牌,假设电热壶电阻丝电阻不变,水的比热容c水=4.2103 J/(kg),水的密度水=1.0103 kg/m3.求:(1)电热壶电阻丝的电阻.(2)不考虑热损失,电热壶正常工作时,把1 L水从20 加热到100 所需要的时间.(3)当电压为198 V时,电热壶的实际功率.答案:(1)48.4(2)336 s(3)810 W44
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