中考物理 基础知识手册 第十八章 电功和电功率.doc

第十八章 电功和电功率知识网络构建高频考点透析序号考点考频1电能表的读数及电能的计算2电功的公式3电功率公式及其计算4额定功率和实际功率的区别5电功率的测量方法6焦耳定律的实验探究及热量的计算第一讲 电能和电热知识能力解读（一）电能与电功1电能：能量的一种形式。当电流通过各种电器设备时，电能可转化为其他形式的能。2电流做功：电流通过用电器做功是将电能转化为其他形式的能。如电流通过电动机做功，电能转化为机械能；电流通过电炉做功，电能转化为内能；电流通过电灯做功，电能转化为内能和光能。因此，电流做功的过程实际就是电能转化为其他形式能量的过程。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。3电功的大小：电流在某段电路上所做的功（消耗的电能），跟这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间都有关，都成正比。其计算公式是W=UIt，该公式对任何电路都适用。4电能与电功的单位：在国际单位制中，电能与电功的单位都是焦，符号是J。 。电功在生活中的常用单位是“度”，也叫“ ”，1度= 。5电能表：测量用电器在一段时间内消耗的电能的仪表。如图所示，电能表上前后两次的示数之差，就是用电器在这段时间内消耗的电能。电能表上有几个重要的参数应该注意：“220V”表示这个电能表应该在电压为220 V的电路中使用；“10(20)A”表示这个电能表的标定电流为10 A，额定最大电流为20 A;“50 Hz”表示这个电能表在频率为50 Hz的交流电路中使用；“600 revs/(kWh)”表示接在这个电能表上的用电器，每消耗1 kWh的电能，电能表上的转盘转过600转。（二）电功的导出式由电功公式 和欧姆定律公式 ，可推导出公式 和。注意： 适用于任何电路，而和只适用于纯电阻电路。（三）电热1电流的热效应：电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。2焦耳定律(1)焦耳定律的内容：电流通过导体产生的热量（简称为“电热”）跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。(2)焦耳定律公式： ，其中I、R、t均用国际单位制中的单位，Q的单位是J。对于一切电路求电热都适用。(3)焦耳定律的推导公式： ， ，只适用于纯电阻电路。3电热的利用和防止(1)电热器电热器是利用电流的热效应来工作的加热设备。电热器的主要部件是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的材料制成的，发热体的形状根据它的功能、用途的需要可做成线状、簪状、片状等。(2)电热的利用电暖气片、电烙铁、电热毯、电饭锅等，都是利用电流的热效应来工作的。这些电热器具有清洁卫生、没有环境污染、热效率高等优点，有的还可以方便地控制和调节温度。如图所示。(3)电热危害的防止用电器中电流过大时，可能烧坏用电器，可能加速绝缘材料老化，还可能将用电器或导线绝缘部分烧坏甚至引起火灾。为了防止用电器使用时温度过高，人们采取了许多措施。例如，电视机后盖的散热窗；电动机利用翼状散热片增加散热面积；计算机机箱中安有小风扇把热空气驱走；电冰箱放置时背面要与墙壁保持一定距离等。（四）纯电阻电路和非纯电阻电路1纯电阻电路：电流通过用电器以发热为目的。例如：电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁等。在纯电阻电路中，电能全部转化为内能，电功等于电热，即 。2非纯电阻电路：电流通过用电器以转化为内能以外形式的能为目的，发热不是其目的，而是不可避免的能量损失。例如：电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等。在非纯电阻电路中，电路消耗的电能( )可分为两部分：大部分转化为其他形式的能，一小部分不可避免地转化为电热( )。在这里，电功W不再等于电热Q，应该是。解题方法技巧（一）怎样解答有关电能表的问题解答有关电能表的问题时注意三点：一是用电能表所示的后一次示数减去前一次示数（表盘上的最后一位数字是小数，不能把它当成整数来读），就是用电器在这段时间内消耗的电能；二是弄清每消耗1 kWh的电能，电能表转盘转多少转；三是用标定的电压乘以额定最大电流就是电能表允许接入的用电器的最大功率。（二）关于电能（电功）的计算公式 适用于计算任何电路消耗的电能，使用时需注意式中各物理量必须是同一段电路上的和同一段时间内的。并注意欧姆定律、串并联电路特点的综合应用。如把欧姆定律公式 和其变形式 代入电功的计算公式，可得到电功的两个推导公式和，但要注意这两个公式只适用于纯电阻电路。（三）关于电热的问题1焦耳定律的探究实验题解答这类问题时应明确：这个实验探究的是电流产生的热量跟电流、电阻、通电时间的关系。实验中采用的方法是控制变量法，即先控制两容器中液体质量相等，当探究电流产生的热量跟电流的关系时，控制两容器中电热丝阻值相等，通电时间相等，通过两电热丝的电流不相等；当探究电流产生的热量跟电阻的关系时，控制电流和通电时间都相等，两容器中电热丝的阻值不相等。实验中通过观察U形管液面的变化判定产生热量的多少，采用了转换法。2焦耳定律公式 的应用利用欧姆定律可将焦耳定律公式变换为： 或 。必须注意：欧姆定律只对纯电阻电路才成立，故和只适用于家用电炉、电烙铁、电灯等可以看成纯电阻电路的用电器。在焦耳定律的运用中，对以上三个不同形式的公式，应该针对具体问题的条件选择使用。例如，当几个电阻串联，因为流经各电阻的电流都相等，若通电时间也相等，根据公式可知，电阻产生的热量与电阻R成正比；当几个电阻并联时，各电阻两端的电压都相等，若通电时间也相等，根据可知，电阻产生的热量与电阻R成反比。跨越思维误区电热公式的应用易出错我们有时候误以为电流通过导体产生热量的过程中，电能会全部转化为内能而错用公式。实际上电流通过用电器时，消耗的电能不一定全部转化为内能，即电流做的功不一定全部用来产生热量。导出公式只适用于电能全部转化为内能的电路（纯电阻电路），公式适用于任何电路。物理思想方法控制变量法焦耳定律的公式为，要研究电热Q与电阻R的关系，就要保持电流I和通电时间都相同；要研究电热Q与电流I的关系，就要控制电阻R和通电时间t都相同。这种研究问题的方法叫控制变量法。中考考点链接（一）中考考点解读本讲在中考中的难点是探究焦耳定律，重点是电能表、焦耳定律及其在生产和生活中的实际应用。题目类型多以选择题、填空题、探究性实验题、综合性计算题等形式呈现。（二）中考典题剖析1电能表的读数与电费的计算2电能的计算第二讲 电功率知识能力解读（一）电功率1电功率的定义：电功率是描述电流做功快慢的物理量，电功率等于电功与时间之比。2电功率的计算公式(1)定义式（根据定义得到的公式）： 。(2)常用公式： 。(3)推导公式：（只适用于纯电阻电路）。3电功率的单位：国际单位制单位是W，常用单位是kW。1W=1VA，1 kW=1000 W。4“千瓦时”的来历：1 kWh表示电功率是1 kW的用电器用电1h所消耗的电能，即。它与J”的换算关系： 。（二）额定电压和额定功率1额定电压：用电器正常工作时的电压，或用电器上标明的电压（如图所示），常用 来表示。用电器两端电压低于额定电压时，用电器不能正常工作；高于额定电压时，用电器易被烧坏。2额定功率：用电器在额定电压下工作时的功率叫额定功率，用 来表示。用电器上所标出的功率一般为额定功率。（三）实际电压和实际功率1实际电压：用电器实际工作时的电压，常用 来表示。2实际功率：用电器实际消耗的电功率，常用 来表示。说明：每个用电器的额定电压值和额定功率值只有一个，而实际电压和实际功率可以有无数个。额定电压和额定功率与实际电压和实际功率的关系如下表。电压关系 电功率关系用电器工作情况 用电器正常工作用电器不能正常工作 易损坏用电器（四）串、并联电路中的电功率分析1电路中（不论是串联电路还是并联电路）所有用电器的总功率都等于各用电器的电功率之和，即。2对于同一用电器而言，它在不同电压下的电功率之比，等于它相应的电压的二次方之比，即 。3由公式 得可知，额定电压相同，额定功率不同的用电器，额定功率越大，它本身的电阻就越小；额定功率越小，它本身的电阻就越大。4额定电压相同、额定功率不同的两个灯泡并联在同一电路中，额定功率小的灯泡的实际功率小，其亮度较小；额定电压相同、额定功率不同的两个灯泡串联在同一电路中，额定功率小的灯泡的实际功率大，其亮度较大。（五）伏安法测小灯泡的电功率1实验原理：P=UI。2实验器材：电源、开关、导线若干、小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器。3实验电路图：如图所示。4实验步骤(1)按照电路图连接好电路，便小灯泡在额定电压下发光，测出小灯泡的电功率，并记录在表格中。(2)使小灯泡两端的电压为额定电压的1.2倍，观察小灯泡的发光情况，测出小灯泡的电功率，并记录在表格中。(3)使小灯泡两端的电压低于额定电压，观察小灯泡的发光隋况，测出小灯泡的电功率，并记录在表格中。5实验记录表格序号电压U/V电流I/A电功率P/W亮度1236实验注意事项(1)选择的器材规格要合适，例如滑动变阻器允许通过的最大电流要大于小灯泡的额定电流。(2)连接电路时开关应断开，滑动变阻器的滑片要滑到连入电路最大阻值处。(3)使小灯泡两端的电压高于额定电压时，要注意观察电压表的示数变化，以免电压过高，烧坏小灯泡。注意：本实验的3次测量与电阻的3次测量不同。测电阻的3次测量是为了求平均值减小误差，而本实验测电功率的3次测量是为了测不同电压下的实际功率并比较灯泡的亮度，故在本实验中不能取平均值。（六）利用电能表和停表测家用电器的电功率1实验原理：。2实验方法：要测量某家用电器的电功率，可将其他用电器关掉，只让该用电器在电路中单独工作，观察电能表的转盘转过的圈数N，同时用停表测出所用的时间t(s)，若电能表表盘上标有3 000 r/(kWh)，则该家用电器的电功率大小为 。解题方法技巧（一）求电流和电阻额定电压和额定功率的隐含条件：用电器上所标的额定电压和额定功率隐含着用电器正常工作时的电流和用电器的电阻，可以用下面的公式进行计算。正常工作时的电流，用电器的电阻 。（二）求实际电流和实际功率的方法已知用电器的额定电压、额定功率，可以计算出它在实际电压下的实际电流和实际功率，其计算方法是：先算出电阻并认为其不变，然后再分别计算： ，或。（三）电功率的测量1伏安法测小灯泡的电功率2利用电能表和停表测家用电器的电功率家用电器消耗的电能可用电能表测量，每只电能表上标有电路每消耗1 kWh电能，电能表上的转盘转过的转数n。如一只电能表上标有3 000 r/(kWh)，表示每消耗1 kWh的电能，电能表的转盘转3 000转。还有一种电子式电能表，其表盘上“n imp/(kWh)”的含义是每消耗1 kWh的电能，指示灯闪烁n次。若测得某用电器工作时间t(s)内指示灯闪烁了N次，则该用电器的电功率为 。跨越思维误区实际功率和额定功率区分不清误以为用电器的实际功率就是额定功率，其实用电器的实际功率会随它两端电压的变化而变化。处理这类问题时，一定要根据实际电压进行分析、计算。物理思想方法分析归纳法分析归纳法是指对物理现象或物理数据进行分析，然后得出结论的方法。这种方法在物理上应用非常广泛。运用这种方法的步骤是：得到有用的实验现象或实验数据，对于这些物理现象或实验数据的变化规律以及相互关系进行分析，找出其中的规律。中考考点链接（一）中考考点解读电功率的计算与测量是中考考查的重点内容，在每年各地的中考题中均有出现，近年来常与热学、力学等知识综合命题。常以选择题、填空题、实验探究题、计算题等形式呈现。（二）中考典题剖析1动态电路中各物理量的判断2两挡用电器电功率的判断3测小灯泡的电功率第三讲 生活用电知识能力解读（一）家庭电路的组成1家庭电路的组成主要组成部分有进户线、电能表、总开关、保险装置、用电器、导线等。如图所示。2家庭电路各部分的作用及连接方法(1)进户线：一根叫火线，另一根叫零线，火线和零线之间有220 V电压，它们构成家庭电路的电源（火线和大地间有220 V电压，零线和大地间没有电压）。(2)电能表：其作用是测量用户在一定时间内消耗的电能，装在干路上。电能表的铭牌标有电压值U和电流值I，电路中可使用的用电器的总功率PUI。(3)总开关：其作用是控制整个家庭电路的通断，装在干路上。安装闸刀开关时，上端为静触头，接输入导线，切不可倒装。(4)保险丝：a保险丝是用铅锑合金制作的，电阻比较大，熔点比较低；b当电路中的电流过大时能自动熔断而切断电路，起保险作用；c保险丝应串联在电路中，绝对不允许用铁丝、铜丝代替保险丝；d保险丝的选择原则是保险丝的额定电流等于或稍大于电路中最大正常工作电流。说明：在实际生活中有些地区已经用空气开关取代了保险丝，其作用是相似的。当电路中电流过大时，空气开关能自动断开（俗称“跳闸”），以保护电路。(5)插座：给可移动的家用电器供电，插座应并联在电路中，插座可分为两孔插座和三孔插座。三孔插座中一个孔应接地(见图18-3-2)。(6)开关：可以控制所在电路的通断，开关应和被控制的用电器串联。(7)用电器：直接利用电能工作的器件，各个用电器应并联接入电路。（二）试电笔用来辨别火线和零线的工具。构造：由笔尖金属体、大电阻、氖管、弹簧和笔尾金属体等组成。如图所示。2使用时，用手接触笔尾金属体，如图所示。将笔尖接触被测电路，若碰到的是火线，则氖管发光；若碰到的是零线，则氖管就不会发光。（三）避雷针避雷针是针状金属物，装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板相连，以保持与大地的良好接触。当带电云层接近时，大地中的异种电荷被吸引至避雷针的尖端，并由于尖端放电而释放到空气中，与云层中的电荷中和，达到避雷的目的。高压输电线最上面的两条导线也是用来防雷的。（四）家庭电路中电流过大的原因1发生短路，即火线和零线直接连接。例如，电线绝缘皮刮破、老化，连接线路时不小心等情况造成火线、零线直接连接；连接用电器时发生短路等。2用电器的总功率过大。例如，居民楼里电炉子、电暖气、微波炉等大功率的用电器插在一个插座上让它们同时工作，导致电流过大烧毁保险丝或造成跳闸等。（五）家庭电路的安装为用电安全，家庭电路的安装要遵循以下几项原则：1开关应先接在火线上再与用电器串联；大功率用电器的保险盒应接在火线上，不能接在零线上。2火线不能直接接入灯座，必须先经过保险丝、开关后才能接入。3螺口灯座的螺旋套只允许接在零线上，绝不允许接在火线上，因为正常情况下，零线是接地的，对地没有电压，所以在装卸灯泡时，人们不慎碰到灯泡的螺旋也不会发生触电事故。4三孔插座的接线方法：左零右火上接地。(如图) 口诀： 火线零线并排走，零线直接进灯口。火线接上熔断器，通过开关进灯头。（六）过载过载是指电路中同时工作的用电器过多，导致线路总电流超过额定值的现象。过载容易引起导线、开关、插座等过热，会加速绝缘材料老化或烧坏保险丝，甚至引发事故。（七）触电低压触电：通常所讲的“触电”是指一定大小的电流通过人体所引起的伤害事故。触电一般分为单线触电和双线触电，如图所示。单线触电是人体直接触摸电源、火线或漏电的用电器等，使人体与大地形成回路。双线触电是人体的两部分（如两只手）分别接触到火线相零线，使人与电网形成回路。注意：(1)人体只接触零线不会触电，如图甲所示。 (2)在家庭电路中，人体触电一定直接或间接接触到火线，但人体接触火线不一定会触电。如图乙所示，人体虽然接触火线，但干燥凳子将人体与大地隔断，即人体与火线没有形成闭合回路，故没有电流经过人体，所以人体并未触电。2高压触电：最常见的是高压电弧触电和跨步电压触电。如图所示。(1)高压电弧触电：当人体靠近高压带电体到一定距离时，高压带电体和人体间发生放电现象，电流通过人体，造成高压电弧触电。(2)跨步电压触电：高压输电线落在地上，地面上与电线断头距离不同的各点存在电压，当人走近断头时，两脚位于离断头远近不同的位置上，因而两脚之间有了电压，这时电流通过人体，造成跨步电压触电。3触电急救：当发现有人触电时，千万不要用手去拉触电的人，而是要立即切断电源。如果找不到电源开关，可用一根较长的绝缘棒把电线挑开再救人，防止自身发生触电事故。必要时对触电者进行急救，同时尽快通知医务人员抢救。如果出现电火灾时，绝不能带电泼水灭火，而应先切断电源再灭火。（八）安全用电常识安装和使用用电器时，必须注意防止发生触电或引起火灾。1当人体中通过的电流超过30 mA时，便会使人感到剧痛甚至神经麻痹、呼吸困难，有生命危险。达到100 mA，在很短的时间内就会造成窒息、心跳停止。经验证明：一般隋况下，只有不高于36 V的电压才是安全的。2安全用电原则(1)不接触低压带电体，不靠近高压带电体。(2)更换灯泡、搬动电器前应断开电源开关。(3)不弄湿用电器，不损坏绝缘层。(4)保险装置、插座、导线、家用电器等达到使用寿命应及时更换。（九）怎样分清地线、火线和零线低压供电线路由两根电线（火线和零线）与家庭电路相连。火线和零线之间有220 V电压，火线与大地之间也有220 V电压。在三孔插座中有一根电线将家用电器外壳与大地相连，这根线称为地线，虽然在正常情况下地线和零线之间没有电压，但绝不能将地线和零线接通，否则容易造成触电事故。用试电笔接触火线时，试电笔的氖管发光，接触零线和地线时，正常情况下氖管不发光。如果发光了，前者说明零线断路，后者说明有的用电器的外壳带了电。解题方法技巧（一）安全用电常识详见本讲“知识能力解读”中的“知能解读（八）安全用电常识”。（二）保险丝、开关、螺口灯座、三孔插座等的安全用电问题选用保险丝的规格应等于或稍大于电路中最大的工作电流，不能用其他金属丝替代；开关应接在火线上；螺口灯座的顶部应与火线相连；三孔插座的连接应遵循“左零右火上接地”的原则。这些在解题时都应注意。（三）家庭电路的故障问题家庭电路的故障一般有以下三种类型：保险丝熔断或火线断开。用电器不工作，用试电笔测试各处氖管都不发光。保险丝烧断的原因是电路总功率过大或发生了短路。零线断了。用电器不工作，用试电笔测试，凡与火线相连处氖管都发光。某用电器不工作，可能该用电器损坏或接触不良，但不影响其他用电器。跨越思维误区家庭电路各部分安装顺序易出错家庭电路中，各元件的排列顺序是：进户线电能表闸刀开关熔断器电灯和插座。安装闸刀开关时，要竖直安装且让静触头在上面；熔断器串联在火线所在的干路上；开关一定要安装在火线与灯泡之间与灯泡串联，螺口灯泡尾部中心金属块接在与火线连接的开关上，螺旋接在零线上；插座要与用电器并联，接线原则是左孔接零线，右孔接火线，中间孔接地线（两孔插座没有接地线插孔）。物理思想方法比较法比较法是通过观察、分析，找出研究对象的相同点和不同点，它是认识事物的一种基本方法。在家庭电路中，往往通过比较实际功率和总功率、实际电流与总电流的大小关系来确定电路中可以接入的家用电器。中考考点链接（一）中考考点解读本讲知识在中考中考查的重点有家庭电路的安装及电路中各部分的作用，以及安全用电的知识，其中家庭电路故障的分析是近几年中考的热点，常以选择题、填空题的形式出现。（二）中考典题剖析1家庭电路的认识2安全用电的判断3电路故障的判断