初三物理满分班(2020暑·学生版)第六讲：电功与电功率

第六讲 电功与电功率一、电能与电功生活中各种用电器都是来消耗电能的，电热水器把电能转化成内能；洗衣机把电能转化为机械能；给手机充电把电能转化为化学能；日光灯把电能转化为光能……这些用电器消耗电能的过程，实质是电能转化为其他形式能量的过程．有多少电能转化成其他形式的能量，就说电流做了多少功，即电功．电流做功的过程也是能量转化的过程，它是把电能转化为其他形式能的过程．电流做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．1. 电能的测量电能表是测量电功的仪表．电能表是累加计数的，计数器上前后两次读数之差就是这段时间内消耗的电能．注意读数时最后一位是小数点位（颜色不同）．除了计数器和转盘外，还有其他信息：“220V ”表示电压等级为220V ，说明该电压表适合在220V 的电压下工作；“5（10）A ”表示标定电流是5A ，最大额定电流是10A ，说明电流在5~10A 内波动，不影响该电能表的计量精度；“2500r/kWh ”表示用电器每消耗1kW·h 的电能时，电能表的表盘转2500转．2. 电功的计算实验表明电流做功与电压，电流和时间有关，通过归纳总结得出电功的计算式：W UIt =此公式是电功的定义式，适用于一切电流做功的情况．如果电流做功，只把电能转化为内能，即纯电阻电路，可通过欧姆定律变形，得22=U W UIt I Rt t R==电功的符号W ，单位是焦耳（J ），常用单位还有千焦（1kJ=103J ），电力工业和日常生活中的常用单位是千瓦时（kW ⋅h ），俗称“度”，1kW ⋅h=3.6⨯106J ．单项电能表kW ⋅h 220V10(20)A 50Hz2500r /kW ⋅h2 0 1 4 1二、电功率1. 电功率是表示电流做功的快慢的物理量，定义为单位时间内电流做功的多少，即WP UI t== 此公式是电功的定义式，适用于一切电流做功的情况． 对于纯电阻电路，可通过欧姆定律变形，还可以得出以下结论：22=U P UI I R R== 白炽灯是典型的热光源，它因发热而发光，把90%以上的电能都转化为热能，只有很少转化为光能．所以，在中学电学计算中，白炽灯也近似看作纯电阻．2. 额定功率与实际功率（1）额定电压（U 额）：能使用电器正常工作的电压叫额定电压，由用电器自身决定，一般铭牌上有明确标识．（2）额定功率（P 额）：用电器在额定电压下工作的功率叫做额定功率，由用电器自身决定，一般铭牌上有明确标识．（3）实际电压（U 实）：实际加在用电器两端的电压，由外部电路决定．（4）实际功率（P 实）：用电器在实际电压下工作的功率叫做实际功率，实际功率决定了灯泡的亮度．对于小灯泡（电阻不变），则给定其额定电压和额定功率可求解小灯泡的电阻，然后可以由实际工作电压，求解此时的实际功率．“6V 3W ”的灯泡在3V 的电压下工作时的功率求解过程如下：22(6V)===123W U R P Ω额额22(3V)==0.75W 12U P R =Ω实实22==()U U P P R U 实实额实额2=()P U U P U U 实实实额额额或实际电压为额定电压一半时，实际功率为额定功率的1/4．三、焦耳定律电流通过导体时电能要生热（电能转换成内能），这种现象叫做电流的热效应．电流通过任何导体时，导体都会发热．对于纯电阻电路，电能完全转换为内能；对于非纯电阻电路，只有部分电能转换为内能．无论什么电路，电能转换为内能都可以通过焦耳定律计算：电流通过导体产生的热量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，即：2Q I Rt =．纯电阻电路，电能完全转换成内能，且欧姆定律UI R=成立，故： 22U Q W UIt t I Rt R====非纯电阻电路，只有部分电能转换成内能，欧姆定律不成立，故： Q W <,即2I Rt UIt <则除了内能外，电能转换为其他形式能的多少为：2W W Q UIt I Rt ==其他－－如：电流通过电动机时一少部分转换为内能，大部分转换为动能．若汽车所用电动机两端的电压为380V ，电动机线圈的电阻为2Ω，通过电动机的电流为10A ，则电动机工作10min 消耗的多少电能？产生的多少热量？有多少电能转换成了动能？【例1】电流做功的过程，实质上就是能转化成能的过程，当电流通过电动机做功时，将电能转化成_______能．【例2】电热器是利用电流做功，将电能转化为内能的装置．下列属于电热器的是（ ）A ．电熨斗B ．电视机C ．电风扇D ．收音机【例3】关于电功率的物理意义有以下几种说法，其中正确的说法应该是（ ）A ．电功率是表示电流做功快慢的物理量B ．电流通过导体消耗的电能越多，电功率就越大C ．电流做的功越多，电功率越大D ．电流做的功时间越短，电功率越大【例4】以下各单位中不是电功率单位的是（ ）A ．kW·hB ．J/sC ．WD ．V·A【例5】很多电视机都有待机功能，在待机状态下电视机仍然会消耗电能。

小阳家电视机在待机状态下的功率为0.008kW ，每天的平均待机时间为20h ，那么这台电视机每天待机共消耗电能为 kW ·h 。

若每度电价为0.5元，每天待机的电费为元。

【例6】小明通过电能表测量家用电热水器的功率．他只给这个电热水器通电，使其持续工作15min，电能表示数由2000.5变为2001.0，则他家这台电热水器的功率是W．【例7】某电能表标有“3000r/kW·h”，单独开动某一用电器时，电能表的转盘在100s内转5转，由此可知，该用电器的功率为（）A．40W B．60W C．20W D．100W【例8】小亮家使用的是单相费控智能电能表，该表参数如图8所示，其中“800imp/kW·h”表示用电器每消耗1kW·h的电能，指示灯闪烁800次。

某一天放学后，小亮发现自己家的电能表的指示灯每闪烁10次用时为3min，则这段时间内家里用电器的实际总功率为kW。

DDZY47C-Z型单相费控智能电能表10（100）A 220V 50Hz 800imp/kW·h图8【例9】如图所示电路中，电流表A1示数为0.5A，电流表A2示数为0.8A，L是标有“6W”字样的小灯泡．闭合开关后小灯泡正常工作，下列判断正确的是（）A．定值电阻的阻值为10ΩB．电路消耗的总功率为12WC．定值电阻消耗的功率为3.6WD．小灯泡L两端电压为10V【例10】标有“220V 100W”的灯接在110V电源上，灯丝电阻是_______Ω，灯的实际电功率是_______W．【例11】将以下几种不同规格的灯泡接到6V的电源上，其中最亮的是（）A ．12V 4WB ．6V 4WC ．6V 6WD ．12V 6W【例12】在如图6所示的电路中，电源电压恒定，灯L 1、L 2均标有“6V 6W ”字样，（设灯丝的电阻不变），当开关S 1、S 2闭合时，灯L 1正常发光；则S 1闭合，S 2断开时，两盏灯的总功率是（ ）A ．12WB ．6WC ．3WD ．2W【例13】把“6V 6W ”的L 1灯和“6V 3W ”的L 2灯串联，接在6V 的电源上，则（ ）A ．两灯一样亮B ．L 1比L 2暗C ．L 1比L 2亮D ．两灯都能正常发光【例14】如图所示，L 1、L 2分别标有“12V 8W ”和“12V 4W ”的字样，连在12V 的电源上，下列说法中正确的是（ ）A ．S 1、S 3闭合，S 2断开时，灯L 1比灯L 2亮B ．仅闭合S 1时，灯L 1的亮度超过A 中L 1的亮度C ．仅闭合S 2时，灯L 1比灯L 2亮D ．S 1、S 2、S 3均闭合时，仅灯L 1亮，灯L 2不亮【例15】额定电压相同的甲乙两灯，串联在电路上，甲灯比乙灯亮．下列正确的是（ ）A ．甲灯额定功率和实际功率大B ．乙灯额定功率和实际功率都大C ．甲灯额定功率小，实际功率大D ．乙灯额定功率小，实际功率大【例16】如图3所示，把标有“9V 5.4W”和“6V 2W”字样的甲、乙两个小灯泡连接在电路中，且灯丝电阻不变，电表①②③可能是电流表或电压表．要求：在闭合开关S 后，两灯泡均能发光，则下列判断中正确的是（ ）L 1L 2S 1S 2S 3A．①②为电流表，③为电压表，甲灯的功率比乙灯大B．①③为电流表，②为电压表，甲灯的功率比乙灯小C．①②为电压表，③为电流表，乙灯的功率比甲灯小D．①③为电压表，②为电流表，乙灯的功率比甲灯大【例17】将标有“6V 3W”的灯泡接在3V的电路中时，灯泡消耗的功率是______W．若要将其接入9V的电路中并使它正常发光则应串联一个阻值是_______Ω的电阻．【例18】把一只标有“12V 6W”字样的灯和一只电阻连到12V的电源上，灯能正常发光，而电路的总功率是9W，那么灯泡与电阻肯定是联的，且电阻的阻值为．【例19】电源两端电压保持不变，L是标有“6V 3.6W”的小灯泡，它两端的电压和通过的电流关系如图10所示。

则下列说法中正确的是（）A．灯泡两端的电压为4V时，通过它的电流为0.6AB．灯泡灯丝电阻的阻值是固定不变的C．灯泡的额定电压为6V，额定功率为3.6WD．灯泡两端的电压小于6V时，它的实际功率小于3.6W图10【例20】灯泡L1标有“8V 16W”的字样，灯泡L2标有“12V 36W”的字样．两灯泡串联后接在电压为U的电路中，要保证两灯不损坏，电压U的最大值为，此时电路消耗的总功率为．【例21】甲、乙两根电阻丝的电阻之比为2：3，若将甲电阻丝单独接在电压恒定的电源两端并通电一段时间，产生的热量为Q，则将两根电阻丝串联接在该电源两端通电相同时间内产生的热量为（不计电阻丝的电阻随温度的变化）。

【例22】小明制作了一个简易电加热器，其电路图如图所示．R1、R2是发热电阻，开关S 接“1”时为高温挡、接“2”时为低温挡，在每个挡内温度是可调的．电源电压是12V，变阻器R的最大电阻是10Ω，R2的电阻是32Ω．试求：（1）开关S接“1”时，变阻器的滑片在a端，R1的功率是8W．求R1的阻值？（2）开关S接“2”时，变阻器的滑片在b端，则R1和R2的总功率是多少？【例23】图8所示是额定电压为220V 的理发用电吹风的典型电路，其中电热丝通电后可以发热，电动机通电后可以送风，且电动机的额定功率为120W ．要送冷风，选择开关C 只接B ；要送热风，选择开关C 接A 和B ．若电吹风在额定电压下工作，送热风时电路消耗的总功率为560W ，则电热丝R 的阻值应为 ．【例24】图7甲为一款有高温、低温两档的家用蒸汽电熨斗，图7乙所示是其简化的工作原理电路图．其中R 1、R 2为电热丝，它们的阻值之比R 1∶R 2＝4∶5．电源电压恒定不变，电熨斗的部分参数见下表，不计电热丝电阻随温度的变化，则电熨斗的低温档功率是 W ．【例25】阅读下列材料，回答下列问题：1911年，荷兰科学家卡末林—昂内斯(Heike Kam erlingh-Onnes)用液氦冷却汞，当温度下降到4.2K （零下268.95℃）时，水银的电阻完全消失．当温度降低到足够低时，有些材料的电阻变为零，这即为超导现象．1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质—完全抗磁性，也称迈斯纳效应．完全抗磁性是指磁场中的金属处于超导状态时，体内的磁感应强度为零的现象．迈斯纳效应使人们可以用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性，并有效减少机械磨损．另外利用超导悬浮还可制造无磨损轴承，将轴承转速提高到每分钟10万转以上．发生超导现象时的温度称为临界温度．2014年12月，我国科学家发现了一种新的铁基超导材料锂铁氢氧铁硒化合物，其超导转变温度高达40K(零下233.15摄氏度)图8220VBA CMR××牌电熨斗额定电压220V 额定功率高温档1980W低温档乙甲图7RRS 2S 1220以上，这是世界上首次利用水热法发现铁硒类新型高温超导材料，堪称铁基超导研究的重大进展，为相关体系新超导体的探索提供了新的研究思路．同时，为探索铁基高温超导的内在物理机制提供了理想的材料体系．（1）当温度降低到足够低时，有些材料的___________变为零，这即为超导现象．（2）荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质__________，也称迈斯纳效应．（3）利用超导材料输电，可最大限度地减少电能转化为________能所造成的能量损失．（4）假如白炽灯的灯丝、电动车内电动机的线圈、电饭锅及电熨斗内部电热丝都用超导材料制作，当用电器通电时，假设这些导体的电阻都变为零，下列说法正确的是（）A．白炽灯仍能发光且更省电B．电动车仍能行驶且效率更高C．电饭锅仍能煮饭且效率更高D．电熨斗仍能熨烫衣服且更省。