資源簡介

(共29張PPT)
第六章 電功率
1.結合電流做功過程中的能量轉化，理解消耗的電能、電功、導體產生的熱量，弄清楚三者之間的關系；會測量電能，能熟練應用電功公式和焦耳定律及其變形公式解決問題。
2.結合電功率的定義、電功公式、焦耳定律，區分電功率、電熱功率；能熟練選擇適當的功率公式進行分析和計算。
3.會根據P＝UI測量小燈泡的額定功率和實際功率；能根據轉換法和控制變量法，設計實驗探究導體產生熱量多少的影響因素。
◎重點:利用電功率、焦耳定律及其變形公式進行分析和計算；
測量小燈泡的電功率。
素養目標
思維導圖
電能的計量
如圖所示的電能表的讀數是　201.8　kW·h；若該電能表的表盤轉了360轉，
則此時的用電器消耗了　0.6　kW·h的電能。
201.8　
0.6　
　電能表讀數時，注意最后一位是小數，單位是kW·h；已知電能表消耗1 kW·h時轉的轉數N，電能表實際的轉數n，則用電器消耗的電能為W＝。
1.小林家中五月月初和月末電能表示數如圖所示。這個月他家的用電量是　80　度，若小林家所在地區每度電的電費是0.6元，這個月他家應交　48　元電費。
解析　這個月消耗的電能W＝866.9 kW·h－786.9 kW·h＝80 kW·h＝80度，這個月應交的電費為0.6元/度×80度＝48元。
80　
48　
電功、電功率的計算
如圖所示，電源電壓恒定，R1為定值電阻，燈泡L上標有“6 V　3.6 W”，將R2的滑片P移至b端，先閉合S、S2，電流表示數I＝0.12 A；再將R2的滑片P移至a端，L正常發光，忽略溫度對燈泡電阻的影響。
(3)若R2的滑片P的位置及各開關狀態任意組合，
求電路工作時的最小電功率。
(1)求電源電壓U。
(2)最后閉合S1，電流表示數變為I'＝0.9 A，求R1的阻值。
　　解　燈泡L的電阻RL＝＝＝10 Ω
燈泡的額定電流IL額＝＝＝0.6 A
(1)當S、S2閉合，將R2的滑片P移至a端時，電路為燈泡L的簡單電路，此時電源電壓與燈泡L兩端的電壓相等，因為此時燈泡正常發光，所以電源電壓U＝UL額＝6 V
解　燈泡L的電阻RL＝＝＝10 Ω
(2)當S、S1、S2閉合，R2的滑片P移至a端時，電阻R1與燈泡L并聯，
通過燈泡L的電流:
IL＝IL額＝0.6 A
此時R1中的電流I1＝I'－IL＝0.9 A－0.6 A＝0.3 A
定值電阻R1的阻值R1＝＝＝20 Ω
(3)當S、S2閉合，將R2的滑片P移至b端時，滑動變阻器的最大阻值與
燈泡L串聯，此時電路的總電阻:
R總＝＝＝50 Ω
滑動變阻器的最大阻值:
R2＝R總－RL＝50 Ω－10 Ω＝40 Ω
由P＝可知，電源電壓U恒定時，電路中的總電阻最大時，電路的電功率最小，因為R1＞RL，所以當定值電阻R1與變阻器R2的最大阻值串聯時，電路的總電阻最大，此時應閉合開關S、S1，斷開S2，總電阻R＝R2＋R1＝40 Ω＋20 Ω＝60 Ω
電路的最小電功率:P＝＝＝0.6 W
利用P＝求出燈泡L的電阻，利用P＝UI求燈泡的額定電流；(1)當S、S2閉合，將R2的滑片P移至a端時，電路為燈泡L的簡單電路，燈泡L正常發光，電壓為額定電壓，也是電源電壓；(2)當S、S1、S2閉合，R2的滑片P移至a端時，電阻R1與燈泡L并聯，利用并聯電路的電流特點求出通過R1的電流，利用R＝求R1的阻值；
(3)由P＝可知，電源電壓U恒定時，電路中的總電阻最大時，電路的電功率最小。利用串聯電路的電阻特點求出電路中的最大電阻，利用P＝求出電路中的最小電功率。
2.某些電阻的阻值會隨溫度的變化而明顯改變，利用電阻的這種特性可以制成電阻溫度計，從而用來測量溫度。在如圖甲所示的電路中，電流表量程為0~0.6 A，電源電壓恒為6 V，R滑為滑動變阻器，電阻R作為溫度計的測溫探頭。當t≥0 ℃時，R的阻值隨溫度t的變化關系圖像如圖乙所示。閉合開關S后，把R放入0 ℃環境中，調節滑動變阻器R滑，使電流表指針恰好滿偏(即0.6 A)，然后保持R滑的阻值不變。
(2)滑動變阻器接入電路的電阻R滑為多大？
(1)在0 ℃環境中通電30 s，整個電路消耗的電能是多少？
(3)再把測溫探頭R放到100 ℃環境中時，R消耗的電功率多少？
解　閉合開關S后，滑動變阻器R滑與測溫探頭R串聯，電流表測電路中的電流。
(1)在0 ℃環境下電路中的電流I＝0.6 A
則通電30 s內整個電路消耗的電能:W＝UIt＝6 V×0.6 A×30 s＝108 J
(2)當R放入0 ℃環境中時，由圖乙可知，測溫探頭電阻R0＝2 Ω，電路的總電阻:
R總＝＝＝10 Ω
滑動變阻器接入電路的電阻:R滑＝R總－R0＝10 Ω－2 Ω＝8 Ω
(3)把測溫探頭R放到100 ℃環境中時，由圖乙可知，測溫探頭電阻R＝7 Ω
此時電路中的電流I1＝＝＝0.4 A
R消耗的電功率PR＝R＝(0.4 A)2×7 Ω＝1.12 W
額定功率與實際功率
　將“12 V　12 W”的小燈泡L1和“12 V　6 W”的小燈泡L2串聯起來，直接接到電壓恒定的電源兩端。開關閉合后，恰好有一個小燈泡正常發光，而另一個小燈泡比正常發光時暗些，則正常發光的小燈泡是　L2　，電源電壓是　18　V，發光較暗的小燈泡的實際功率是　3　W。(燈絲電阻不變)
L2　
18　
3　
　根據電功率公式的變形計算兩燈的正常發光時的電流，根據歐姆定律的變形計算兩燈泡的電阻；串聯后，電流相等，所以額定電流小的燈泡正常發光，額定電流大的燈泡比正常發光時暗；已知兩燈電阻，電路電流，根據U＝IR計算電源電壓；由電功率公式P＝I2R計算發光較暗的小燈泡的實際功率。
3.小王為了延長樓道路燈使用壽命，將標有“220 V　100 W”和“220 V　40 W”的兩只燈泡串聯使用。他觀察兩燈發現“220 V　100 W”的燈絲較　粗　(選填“粗”或“細”)，二者串聯使用時，該燈泡的亮度較　暗　(選填“亮”或“暗”)。
粗　
暗　
解析 由R＝可得，電壓U相同時，功率越大的燈泡，其電阻越小，則“220 V　100 W”的燈泡電阻小。又知道燈絲的電阻與材料、長度、橫截面積有關，在其他因素相同時，燈泡燈絲越粗電阻越小，因此“220 V　100 W”的燈絲粗。二者串聯使用時，電路中的電流相同，“220 V　100 W”的燈泡電阻小，由公式P＝I2R可得，“220 V　100 W”的燈泡實際功率小，所以會暗一些。
電熱的相關計算
　如圖所示，這是某款家用電熱器的簡化電路，R1、R2為阻值一定的電熱絲。該電熱器接入電壓恒為220 V的電路中。電熱器高溫擋的功率為990 W，低溫擋的功率為110 W。求:
(1)低溫擋時通過電路的電流。
(2)電熱絲R2的阻值。
解　(1)當S1閉合，S2斷開時，電熱器處于低溫擋，低溫擋功率P1＝110 W，I1＝＝＝0.5 A
(2)當S1、S2都閉合時，電熱器處于高溫擋，電阻R2的功率P2＝P總－P1＝990 W－110 W＝880 W
電阻R2＝＝＝55 Ω
　由P＝可知，電源電壓不變，當總電阻最大時，總功率最小，電熱器處于低溫擋，此時開關S1閉合，S2斷開，R1工作；當總電阻最小時，總功率最大，電熱器處于高溫擋，此時S1和S2閉合，R1和R2并聯。(1)已知電源電壓、低溫擋功率，根據P＝UI變形公式可得低溫擋時電流；(2)根據R1和R2并聯，R2的功率P2＝P總－P1，再根據R2＝可得電阻。
4.圖甲為某電烤箱的內部簡化電路，S1為自動控制開關，R1和R2均為電熱絲，圖乙是電烤箱正常工作時電流隨時間變化的圖像。求:
(1)低溫擋工作時的功率。
(2)電熱絲R2的阻值。
(3)15 min內R1消耗的電能。
解　由圖可知，閉合開關S，電路為R1的簡單電路，電路中的電阻較大，由P＝可知電功率較小，處于低溫擋；當S和S1閉合時，兩個電阻并聯，電路中的總電阻較小，由P＝可知電功率較大，處于高溫擋。
(1)由圖乙可知，低溫擋時的電流是6 A，低溫擋工作時的功率:
P低＝UI低＝220 V×6 A＝1320 W
(2)低溫擋時只有R1的簡單電路，低溫擋時的電流是6 A，通過R1的電流是6 A，高溫擋時的總電流是10 A，高溫擋兩個電阻并聯，通過R2的電流:
I2＝I－I1＝10 A－6 A＝4 A
電熱絲R2的阻值為R2＝＝＝55 Ω
(3)15 min內R1消耗的電能:
W1＝UI1t＝220 V×6 A×15×60 s＝1.188×106J＝0.33 kW·h
測量小燈泡的電功率
　圖1是“測量小燈泡電功率”的實驗電路圖，電源電壓恒定不變，小燈泡的額定電壓為2.5 V。
(1)本實驗中測量小燈泡電功率的實驗原理是　P＝UI　。
P＝UI　
(2)閉合開關前滑片P應移至　b　(選填“a”或“b”)端。圖2為根據電路圖所連接的實物電路，其中有一根導線連接不合理，請你在這根導線上畫“×”并改正。
答
b　
答
實驗序號 電壓U/V 電流I/A 電功率P/W
1 1.5 0.28
2 2.5
3 3.0 0.38
(4)如圖3所示，移動滑片P使電壓表的示數為2.5 V時，電流表的示數為　0.34　A。
0.34　
排除故障后進行實驗，并將實驗數據記錄在下表中。
(3)連接好電路，閉合開關后，無論怎樣移動滑片P，小燈泡都不發光，電流表指針幾乎不偏轉，電壓表示數接近電源電壓，出現這種現象的原因可能是小燈泡　斷 。
斷路　
(5)分析實驗數據，小燈泡的額定功率為　0.85　W。當電壓表示數為1.5 V時，小燈泡的亮度比正常發光時　暗　。
解析　(1)測量小燈泡電功率的實驗原理是P＝UI；(2)閉合開關S前，為保護電路，應將滑動變阻器的滑片P滑到阻值最大處，根據電源電壓分析電壓表所選的量程；
0.85　
暗　
(3)電流表無示數，說明電路存在斷路，電壓表有示數，且接近電源電壓，說明電壓表與電源兩端直接連接，說明電壓表并聯電路之外不存在斷路，據此分析可能是小燈泡斷路；(4)根據電流表所選量程確定分度值讀數；(5)根據P＝UI求出燈泡的額定功率，燈泡的亮度關鍵是看燈泡所在電路的實際電壓的大小，實際電壓大實際功率就大，燈泡就亮，實際電壓小，實際功率就小，燈泡就暗。
(3)電流表無示數，說明電路存在斷路，電壓表有示數，且接
近電源電壓，說明電壓表與電源兩端直接連接，說明電壓表并
聯電路之外不存在斷路，據此分析可能是小燈泡斷路；(4)根據
電流表所選量程確定分度值讀數；(5)根據P＝UI求出燈泡的額
定功率，燈泡的亮度關鍵是看燈泡所在電路的實際電壓的大小：
實際電壓大，實際功率就大，燈泡就亮；實際電壓小，實際功率
就小，燈泡就暗。
5. 小紅同學用圖甲所示的電路測量小燈泡的電功率。小燈泡標有“2.5 V”字樣。
甲　　　　　　　　　　　乙
(1)連接電路前，開關應　斷開　。
斷開　
(2)圖甲中有一根導線連接錯誤，請在該導線上打“×”，并用筆重新畫一根正確連接的導線。(要求滑動變阻器的滑片向A端移動時接入電路中的電阻變大，導線不得交叉)
答
答
(3)正確連接電路后，閉合開關，發現小燈泡不亮，電路　不一定　(選填“一定”或
“不一定”)出現了故障。
(4)實驗過程中，當電壓表示數為1.8 V時，為了測量小燈泡的額定功率，需將滑片
向　B　(選填“A”或“B”)端移動，此過程中小燈泡明顯變　亮　。
不一定　
B　
亮　
(5)根據測量的數據繪制成I－U圖像(如圖乙)，得出小燈泡的額定功率為　0.625　W。分析圖像還發現，小燈泡的電阻值是變化的，主要受　溫度　影響。
0.625　
溫度　
解析　(1)圖甲中，連接電路時，為了保護電路，開關應處于斷開狀態；(2)原圖中導線接在滑動變阻器的電阻絲兩端，應采用一上一下的接法，根據滑片向A端移動時接入電路中的電阻變大可知，應接B接線柱，改正后的電路如圖所示；
(3)燈泡不發光，可能是電路電流太小，也可能是電路斷路或小燈泡被短路，故正確連接電路后，閉合開關，發現小燈泡不亮，電路不一定出現了故障；(4)燈在額定電壓下正常發光，示數為1.8 V小于燈的額定電壓2.5 V，應增大燈的電壓，根據串聯電路電壓的規律，應減小變阻器兩端的電壓，由分壓原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向B移動，直到電壓表示數為額定電壓；
(3)燈泡不發光，可能是電路電流太小，也可能是電路斷路或小燈泡被短路，
故正確連接電路后，閉合開關，發現小燈泡不亮，電路不一定出現了故障；
(4)燈在額定電壓下正常發光，示數為1.8 V小于燈的額定電壓2.5 V，應增大
燈的電壓，根據串聯電路電壓的規律，應減小變阻器兩端的電壓，由分壓
原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向B移動，直到電壓表示
數為額定電壓；
此時小燈泡兩端的電壓增大，通過的電流增大，小燈泡的實際功率變大，小燈泡的亮度變大；(5)由圖乙所示的I－U圖像可知，燈泡兩端的電壓等于額定電壓2.5 V時，通過燈泡的電流等于0.25 A，則燈泡的額定功率P＝UI＝2.5 V×0.25 A＝0.625 W；由圖像知，當小燈泡兩端電壓增大時，通過的電流也增大，實際電功率增大，燈絲溫度越高，電阻越大。
此時小燈泡兩端的電壓增大，通過的電流增大，小燈泡的實
際功率變大，小燈泡的亮度變大；(5)由圖乙所示的I－U圖像可
知，燈泡兩端的電壓等于額定電壓2.5 V時，通過燈泡的電流等
于0.25 A，則燈泡的額定功率P＝UI＝2.5 V×0.25 A＝0.625 W；
由圖像知，當小燈泡兩端電壓增大時，通過的電流也增大，實
際電功率增大，燈絲溫度越高，電阻越大。

展開更多......

收起↑