初中学业水平考试物理云南专版第18讲 电功 电功率 焦耳定律.docx

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初中学业水平考试物理云南专版第18讲电功电功率焦耳定律

第18讲　电功　电功率　焦耳定律

　电能　电功

1．电能

单位：

国际单位__焦耳__，常用单位__千瓦时__，1度＝__1__kW·h＝__3.6×106__J.

2．电能表的认识和使用

（1）作用：

测量电路__消耗的电能__．

（2）参数的意义：

220V：

额定电压为220V.

10（20）A：

标定电流为__10__A，额定最大电流为__20__A.

600revs/（kW·h）：

每消耗__1__kW·h__的电能，电能表转盘转600圈．

2500imp/（kW·h）：

每消耗__1__kW·h__的电能，电能表指示灯闪2500次．

（3）测量方法：

①电能表结束和起始时电能表上计数器的示数__之差__即为这段时间内用电的度数；

②较小的电能可利用转盘圈数计量，消耗的电能为W＝

kW·h（n为某段时间转盘转的圈数，N为表上参数）．

3．电功

（1）定义：

电能转化为其他形式能的过程，也可以说是电流__做功__的过程．

（2）通过用电器的电流做功的多少等于用电器消耗的电能．

（3）计算公式：

W＝Pt＝__UIt__（普遍适用）．

（4）推导公式：

根据欧姆定律I＝

和电功公式W＝UIt可推导出W＝

t＝I2Rt（纯电阻电路适用）．

　电功率

1．电功率

（1）定义：

物理学中由电流所做的功与所用时间之比叫做功率．

（2）意义：

描述电流做功的__快慢__．

（3）公式：

__P＝

__．

（4）推导式：

根据电功公式W＝UIt，可推导出P＝__UI__，根据欧姆定律可推导P＝

＝__I2R__（纯电阻电路适用）．

（5）常见用电器电功率估测：

家用空调的电功率约为1000W；

电吹风机的电功率约为500W；

洗衣机的电功率约为300W；

台式计算机的电功率约为200W；

液晶电视机的电功率约为100W；

日光灯的电功率约为40W.

2．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．

（2）额定功率：

用电器在__额定电压__下工作时的电功率．

（3）铭牌：

灯泡“PZ220V　40W”指灯泡的__额定电压__为220V，__额定功率__为40W.

3．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．

（2）实际功率：

用电器在__实际电压__下工作时的电功率．

（3）实际功率与额定功率对比：

电压关系

功率关系

灯泡亮度

U实＞U额

P实①__＞__P额

最亮

U实＝U额

P实②__＝__P额

亮

U实＜U额

P实③__＜__P额

暗

　　（4）小灯泡的发光亮度由__实际功率__决定．

　焦耳定律

1.焦耳定律

（1）内容：

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．

（2）公式：

Q＝I2Rt（普遍适用）．

（3）导出公式：

Q＝W＝Pt＝UIt＝

t（纯电阻电路适用）．

2．电热的利用和防止

（1）利用：

电暖器、电烙铁、电热毯、电热水壶、电饭锅、养鸡场的电热孵化器等．

（2）防止：

有孔的电视机后盖、电脑的微型风扇等．

重难点1　电功率图象问题

　（2019·昆明五华区一模）甲、乙两灯额定电压均为6V，测得两灯的电流与电压关系如图所示．甲灯正常工作时的电阻是__20__Ω；当把甲、乙两灯串联接在7V的电源上时，电路消耗的总功率是__2.1__W.

【变式训练】　

（1）甲灯接在电源电压为9V的电路中，为使其正常发光，应__串__联一个阻值为__10__Ω的电阻，该电阻通电20s消耗的电能是__18__J.

（2）现有一个阻值为5Ω的电阻R，乙灯与电阻R串联接到电路中，乙灯的实际功率为2.4W，则电源电压为__7__V.

重难点2　用电器挡位问题

　如图为一电热饮水机的电路简图，其额定电压为220V，具有“加热”“保温”两种功能，对应功率分别为400W和40W．当开关S1、S2均闭合，饮水机处于__加热__（填“保温”或“加热”）状态，R1的阻值为__121__Ω；用饮水机给2kg的水加热，当水温升高50℃，水吸收的热量为__4.2×105__J．不计热量损失，需要加热的时间是__1__050__s[c水＝4.2×103J/（kg·℃）]．

实验　探究电流通过导体时产生热量的影响因素

　（2018·昆明五华区二模）如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气．

　　　　　　　甲　　　　　　　　　　　　乙

（1）实验中通过观察两个U形管中__液面__的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少．

（2）甲装置可探究电流产生的热量与__电阻__的关系．通电前，需使两个U形管内的液面__相平__；通电一段时间后，__右__（填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大．

（3）乙装置可探究电流产生的热量与__电流__的关系．其中电阻R3的作用主要是使通过R1和R2的电流__不相等__．将此装置接到电源两端，通电一段时间，电流在__左__（填“左”或“右”）侧容器中产生的热量较多．

（4）在甲装置中，通过电阻丝R1的电流为2A时，通电10s电流通过R1产生的热量为__200__J，这段时间内R1和R2产生的热量之比为__1∶2__．

（5）利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生的热量与电阻的关系．可将甲装置做如下改动：

将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线连接在B和__D__接线柱之间即可．

1．（2018·湘西）以下所列家用电器中，正常工作时，电能主要转化为机械能的是（A）

A．电风扇　B．电水壶　C．电饭煲　D．电视机

2．某款陶瓷电煎药壶，其电路如图所示，它在工作时，有高温加热、底纹萃取和保温三个过程．已知正常工作时，低温萃取功率为100W，保温功率为80W．分析电路可知：

当S1接2，同时S2__闭合__（填“闭合”或“断开”），电路处于高温加热状态；低温加热1min产生的热量是__6__000__J.

3．灯泡L1上标有“6V　3W”字样，灯泡L2上标有“6V　6W”字样，灯丝电阻不变，灯L1的电阻为__12__Ω，灯L2正常发光时的电流为__1__A；将L1、L2串联接入电源电压为6V的电路中，__L1__发光比较亮．

4．（2019·邵阳）李芳家的电子式电能表表盘上标有“3000imp/（kW·h）”的字样，其含义是电路每消耗1kW·h的电能，电能表上指示灯闪烁3000次．她把家中的其他用电器都与电源断开，仅让某用电器工作3min，发现电能表指示灯闪烁了60次．该用电器在上述时间内消耗的电能为__0.02__kW·h.

5．（2019·红河州弥勒市一模）甲、乙两灯泡中的电流与电压变化的关系如图所示，将甲、乙两灯泡串联后接在电压为__8__V的电源两端时，甲灯泡中通过的电流为0.5A，此时乙灯泡1min消耗的电能是__180__J.

第18讲　电功　电功率　焦耳定律

命题点1　电能表读数及相关计算

1．（2015·云南）家用电能表如图所示，该电能表工作时的电流不应超过__40__A.

2．（2014·云南）如图所示，电能表的读数为__746.8__kW·h.

命题点2　电能、电功率的相关分析与计算

3．（2017·曲靖）如图所示的电路，闭合开关S，向左移动滑动变阻器的滑片，下列判断正确的是（D）

A．电压表V1示数变小

B．电压表V2示数不变

C．电流表A的示数变小

D．电路的总功率变大

4．（2019·曲靖）定值电阻R1＝10Ω，R2＝5Ω，将它们并联接在电源电压为3V的电路中，通过电阻__R2__的电流较大；现将它们串联后接在电源电压为6V的电路中，工作2min消耗的总电能为__288__J.

5．（2018·昆明）电灯正常工作时会发热发光，这是由于电流__做功__使电能转化为内能和光能．如果电灯在一段时间内消耗的电能为E1，电流做的功为W，转化的内能为E2，转化的光能为E3，那么E1、E2和E3三者的等量关系是__E1＝E2＋E3__，功与能的关系是W＝__E1__．

6．（2018·曲靖）教室里一体机的电功率约为200W，一节课40min消耗电能是__4.8×105__J.

7．（2018·昆明）如图是分别测量两个电阻时得到的电流随电压变化的图象，将这两个电阻串联后接入电路中，R1两端的电压U1与R2两端的电压U2的关系是U1__>__U2；将这两个电阻并联后接入电路中，R1消耗的电功率P1与R2消耗的电功率P2的关系是P1__<__P2.（填“>”“＝”或“<”）

8．（2018·云南）LED灯具有节能、环保的特点，一个规格为“220V　8.5W”的LED灯与一个规格为“220V　60W”的白炽灯亮度相当．若一个规格为“220V　8.5W”的LED灯每天正常工作4小时，30天消耗的电能是__1.02__度，这些电能可供规格为“220V　60W”的白炽灯正常工作__17__小时．

9．（2018·云南）如图所示，小灯泡L标有“3V　0.9W”的字样（忽略温度对灯丝电阻的影响）．当开关S闭合、S1断开时，小灯泡正常发光，电压表的示数为1.5V，则电流表的示数为__0.3__A；如果电压表的量程为0～3V，为确保电压表不被损坏，则__不能__（填“能”或“不能”）同时闭合开关S、S1.

10．（2019·云南）如图，R1＝6Ω，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表示数为1A；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表示数为0.2A．求：

（1）电源电压；

（2）电阻R2的阻值；

（3）当S1、S2闭合，S3断开时，电路的总功率．

解：

（1）S1闭合，S2、S3断开时，只有R1接入电路

电源电压：

U＝I1R1＝1A×6Ω＝6V

（2）S3闭合，S1、S2断开时，R1、R2串联

电路总电阻：

R＝

＝

＝30Ω

电阻R2的阻值：

R2＝R－R1＝30Ω－6Ω＝24Ω

（3）S1、S2闭合，S3断开时，R1、R2并联

通过R1的电流：

I′1＝

＝

＝1A

通过R2的电流：

I2＝

＝

＝0.25A

电路的总电流：

I总＝I′1＋I2＝1A＋0.25A＝1.25A

电路的总功率：

P总＝UI总＝6V×1.25A＝7.5W

11．（2017·曲靖）某家庭电路如图所示，空调上标有“220V　880W”字样，电视上标有“220V　220W”的字样，求：

（1）电视机正常工作时，通过它的电流是多少？

（2）图中的两个用电器均正常工作时，电路中的总电阻是多少？

（3）若电视机所在支路发生短路，其他支路的用电器__不能__（填“能”或“不能”）正常工作．

解：

（1）由P＝UI得电视机正常工作时的电流：

I＝

＝

＝1A

（2）由I＝

得P＝

，空调正常工作时的电阻：

R空调＝

＝

＝55Ω

电视机正常工作时的电阻：

R电视＝

＝

＝220Ω

空调与电视机是并联，根据并联电路中电阻的规律

＝

＋

得总电阻：

R＝

＝

＝44Ω

命题点3　焦耳定律

12．（2017·昆明）某型号电吹风的电动机和电热丝串联．电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风，电动机线圈电阻为R1，电热丝电阻为R2.将电吹风接入电压为U的电源后，通过的电流为I，消耗的电功率为P，同学们得到了下列四个关系式，其中正确的是（D）

①UI>P　②P＝I2（R1＋R2）

③UI＝P　④P>I2（R1＋R2）

A．①②B．②③

C．①④D．③④

13．（2019·云南）一只标有“6V　3W”的小灯泡，接在电源电压为12V的电路中，为使其正常发光，应__串__（填“串”或“并”）联一个电阻（小灯泡灯丝电阻不变），该电阻通电20s产生的热量是__60__J.

14．（2019·昆明）如图是一个家用电热水龙头．打开水龙头开关，几秒就可以流出热水，这种加热水的过程很短，俗称“过水热”．某品牌电热水龙头的额定功率是3000W，额定电压是220V，则该电热水龙头正常工作时的电阻是__16.1__Ω（计算结果精确到0.1）．某次使用该水龙头加热水时，测得实际电压为235V，水的初温为21℃，加热14s，得到0.5L、末温为42℃的热水，则加热水的功率是__3__150__W．[c水＝4.2×103J/（kg·℃），假设热量全部被水吸收]

15．（2018·曲靖）如图甲所示，把电阻R与灯L接在3V的电源上，电阻R与灯L的U－I图象如图乙所示，当S闭合时电路消耗的功率为__1.8__W，通电2min电阻R产生的热量为__108__J.

　　　　　　　　甲　　　　　　　　　　乙

16．（2018·曲靖）如图是某种电砂锅的工作电路图，S是温控开关，当S闭合时，电砂锅处于__加热__（填“加热”或“保温”）状态；电砂锅加热时的功率为1100W，保温时功率为55W，则电阻R2为__836__Ω.

17．（2019·昆明）在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，提供了如图的实验器材，其中R1＞R2.

实验一：

探究电流产生的热量与电阻的关系

（1）请按照图中的电路图将对应实物图连接完整．

解：

（2）电路中电阻丝的连接方式是为了控制__通过的电流和通电时间相等__；电阻丝放出热量的多少，通过__温度计的示数变化__来进行判断．

（3）闭合开关，经过一定时间，用电阻丝R1加热的煤油温度升高了Δt1，用电阻丝R2加热的煤油温度升高了Δt2，那么Δt1__大于__Δt2（填“大于”“等于”或“小于”）．

实验二：

探究电流产生的热量与电流的关系

（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑动触头，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同．实验发现：

用电阻丝R1（或R2）加热的煤油，温度升高Δt1′（或Δt2′）__大于__2Δt1（或2Δt2）（填“大于”“等于”或“小于”），该实验说明电流产生通过导体的热量与电流__不是__（填“是”或“不是”）正比例关系．

（5）你认为做这个实验产生误差的主要原因是__有热量损失__．

18．（2019·昆明）如图所示电路，电源电压保持不变，滑动变阻器R′的最大阻值为30Ω，小灯泡L上标有“2.5W”字样（忽略温度对灯泡电阻的影响）．

（1）滑片移至最右端，闭合开关后，电流表的示数为0.3A，小灯泡的功率为0.9W，求电源电压．

（2）将滑片移至某一位置时，电压表的示数为7V，此时小灯泡正常发光，求小灯泡正常发光时的电流和电路的总功率．

（3）若把小灯泡换成一个定值电阻R，假设电流流过电阻R产生的热量为Q、转化的电能为E、做的功为W，请写出这三个物理量的大小关系．

解：

（1）小灯泡两端的电压：

U灯＝

＝

＝3V

此时滑片移至最右端，R′＝30Ω

电源电压：

U总＝IR′＋U灯＝0.3A×30Ω＋3V＝12V

（2）因为R′与L是串联，电压表测R′的电压

此时小灯泡两端的电压：

U′灯＝U总－U′＝12V－7V＝5V

灯泡正常发光时的电流：

I灯额＝

＝

＝0.5A

电路的总功率：

P总＝U总×I灯额＝12V×0.5A＝6W

（3）Q＝E＝W

19．（2018·云南）如图所示，R0、Rx为定值电阻，其中R0＝10Ω，开关S断开时，电流表的示数为0.6A；开关S闭合时，电流表的示数为0.8A，若电源电压不变，求：

（1）电源电压；

（2）电阻Rx的阻值；

（3）开关S闭合时，通电1min，电阻Rx产生的热量．

解：

（1）开关S断开时，为R0的简单电路电源电压：

U＝I0R0＝0.6A×10Ω＝6V

（2）开关S闭合时，R0与Rx并联，电流表测干路电流由并联电路的电流规律，Rx的电流：

Ix＝I－I0＝0.8A－0.6A＝0.2A

由欧姆定律I＝

，可得Rx的阻值：

Rx＝

＝

＝

＝30Ω

（3）t＝1min＝60s

根据焦耳定律可得，电阻Rx产生的热量：

Q＝I

Rxt＝（0.2A）2×30Ω×60s＝72J

20．（2017·曲靖）某白炽灯的电流与电压关系如图所示，白炽灯工作时灯丝要达到很高的温度才能发出白光，已知灯丝质量为1.5g，比热容c＝0.14×103J/（kg·℃）．求：

（1）灯丝的温度从20℃升高到2020℃需要吸收多少热量？

（2）上述过程中，若电能转化为热能的效率为80%，则灯泡消耗的电能是多少？

（3）要将此灯改装为一个调光台灯接入家庭电路需要串联一个变阻器，灯泡的功率调到15W时，该变阻器接入电路的阻值应为多大？

解：

（1）灯丝吸收的热量：

Q吸＝cmΔt＝0.14×103J/（kg·℃）×1.5×10－3kg×（2020℃－20℃）＝420J

（2）由η＝

得灯泡消耗的电能：

W电＝

＝

＝525J

（3）由图象可知当灯泡消耗的功率为15W时，灯泡两端电压UL＝150V，通过灯泡的电流I＝0.1A，变阻器与灯泡串联，则变阻器两端的电压：

U电阻＝U－UL＝220V－150V＝70V

由I＝

得变阻器接入电路中的电阻：

R＝

＝

＝700Ω

21．（2016·云南）盛夏酷暑，妈妈为了让小明在考试前有一个更舒适的学习环境，特地在他的房间安装了一台冷热两用的空调．这台空调说明书中的主要数据如表所示．

额定电压

220V

频率

50Hz

额定制冷功率

1400W

额定制热功率

1800W

（1）空调工作时应选用图中的__三__孔插座．

（2）空调正常制冷时电流是多大？

连续正常制冷30min消耗多少千瓦时的电能？

（3）这些电能若用于加热水，加热器的热效率为80%，能使50kg、20℃的水温度升高多少？

[水的比热容c＝4.2×103J/（kg·℃）]

解：

（2）空调工作时的制冷功率P冷＝1400W，由P＝UI可得，正常制冷时的电流：

I＝

＝

≈6.36A

由P＝

可得，正常制冷30min消耗的电能：

W＝P冷t＝1.4kW×0.5h＝0.7kW·h

（3）W＝0.7kW·h＝0.7×3.6×106J＝2.52×106J

由η＝

可求得水吸收的热量：

Q吸＝ηW＝80%×2.52×106J＝2.016×106J

由Q吸＝cmΔt可得，升高温度：

Δt＝

＝

＝9.6℃

练习一

1．下列用电器正常工作时，在相同的时间内产生热量最多的是（C）

A．“220V　60W”的电风扇

B．“220V　60W”日光灯

C．“220V　60W”的电热器

D．一样多

2．（2019·玉林）下列关于电能的说法正确的是（D）

A．可以通过电流表把电能直接测量出来

B．电能的单位是度，学名叫做千瓦

C．消耗电能越多的用电器，电功率就越大

D．消耗电能相同的用电器，产生的热量不一定相同

3．如图是感应式电能表的示意图，与其技术参数有关的说法错误的是（B）

A．适用的额定电压为220V

B．额定最大电流为2.5A

C．电路消耗的电能是248.6kW·h

D．转盘每转1920圈，电路中消耗的电能为1kW·h

4．（2019·自贡）把一个标有“10V　3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上（如图所示），小灯泡恰能正常工作．该电路工作10s，定值电阻产生的热量是（D）

A．60JB．36JC．30JD．6J

5．（2019·广西）如图所示，两个透明容器中密闭着等量的空气，A、B两U形管内的液面相平，电阻丝的电阻R1＝R2＝R3.小明用图示装置进行实验，探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素有关，下列说法正确的是（D）

A．此实验在探究电热Q与电阻是否有关

B．通过R1的电流和通过R2的电流大小相等

C．电阻R1两端的电压和R2两端的电压相等

D．通电后，A管的液面将会比B管的液面高

6．（2019·曲靖麒麟区模拟）通过两定值电阻甲、乙的电流与电压关系如图所示，当将甲、乙两电阻并联在3V的电源两端，下列分析正确的是（C）

A．甲、乙两端的电压之比为1∶2

B．通过乙的电流是0.6A

C．甲消耗的电功率为1.8W

D．乙在1min内消耗的电能为36J

7．一只电阻两端的电压由3V增大到4V时，通过该电阻的电流增加了0.25A，则该电阻消耗的电功率增加了（B）

A．0.25WB．1.75W

C．0.75WD．1W

8．（2019·攀枝花）为提倡节能环保，攀枝花市引进了大量新能源电动公交车．为新能源公交车充电的导线较粗是为了减小导线的__电阻__．若充电过程中充电电流为100A，充电电压为380V，则新能源电动公交车充电2h消耗的电能为__76__kW·h.

9．（2019·青海）“6V　3W”的小灯泡，正常工作时的电阻是__12__Ω；要将它接在9V的电源上正常使用，必须__串__联一个__6__Ω的电阻，该电阻的实际功率为__1.5__W.

10．（2019·昆明官渡区二模）对人体的安全电压是__不高于36__V__；若把标有“220V　40W”的甲灯与另一只标有“220V　100W”的乙灯串联接在220V的电路中，较亮的是__甲__（填“甲”或“乙”）灯．

11．（2019·武威）如图所示是某家用电子式电能表的表盘，该表盘上显示已用电__5__546.7__kW·h.若将某用电器单独接在该电能表上正常工作3min，电能表指示灯闪烁了32次．该用电器在上述时间内消耗的电能为__0.02__kW·h，它的实际电功率是__400__W.

12．（2019·乐山）LED灯具有节能、环保的特点．一个“220V　5W”的LED灯与一个“220V　60W”的白炽灯亮度相当．若一个“220V　60W”的白炽灯每天正常工作4小时，30天消耗的电能是__7.2__kW·h，这些电能可供“220V　5W”的LED灯正常工作__1.44×103__小时．

13．（2019·红河蒙自市模拟）有一台电动机，额定电压3V，额定电流为1A，电动机线圈电阻为0.5Ω.这台电动机正常工作1min，消耗的电能为__180__J，产生的热量为__30__J.

14．（2019·昆明五华区一模）如图所示，灯L标有“6V　3W”字样，定值电阻R＝6Ω，设灯L的阻值不随温度变化而变化．只闭合S1时，灯正常发光，求：

（1）灯L正常发光时的电阻；电源电压．

（2）闭合S1、S3时，电路在1min内消耗的电能．

（3）要使整个电路消耗的电功率最小且电路电流不为0，此时的最小电功率．

解：

（1）只闭合S1时，只有L接入电路，L正常发光，电源电压：

U电源＝UL＝6V

由P＝UI和I＝

得P＝

，灯L正常发光时的电阻：

RL＝

＝

＝12Ω

（2）闭合开关S1、S3，灯L与R并联

U电源＝UL＝UR＝6V，PL＝3W

电阻R的功率：

PR＝

＝

＝6W

P总＝PL＋PR