下載地址

資源介紹

第27講 電功 電功率
27.1學(xué)習(xí)提要
28.1.1 電功
電流通過電動機(jī)時，電動機(jī)便會轉(zhuǎn)動并發(fā)熱，電能就轉(zhuǎn)化為電動機(jī)的機(jī)械能和內(nèi)能，在此過程中電流做了功。電流在通過各種用電器時都做了功。
1.電功
電流所做的功叫做電功。
電流做功的過程，就是電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能的過程；電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能。若電路中的用電器是純電阻元件，則電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。
2.電功的計算
電流做功的多少與通過導(dǎo)體的電流、導(dǎo)體兩端的電壓以及通電時間有關(guān)。電流通過導(dǎo)體所做的電功等于導(dǎo)體兩端的電壓、通過導(dǎo)體的電流和通電時間的乘積。即 ，
對于純電阻電路，還可以采用 或 進(jìn)行計算。
. 另外根據(jù) ，所以電流所做的功還可以用公式 。
3.電功的單位
在國際單位制中，電功的單位是焦耳，簡稱為焦（J）。1焦（J）= 1伏安秒(VAs)。
生活中電功常用的單位是千瓦時（kWh）， 1 kWh = 3.6×106J。
通過家用手電筒內(nèi)小電珠的電流，每秒鐘所做的電功大約為1J，這表明家用手電筒通電時，每秒鐘約有1J的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能。
27. 1.2 電功率
電流通過不同的用電器，做功的快慢程度是不同的。例如電風(fēng)扇工作時，通過電動機(jī)的電流1h可以做功十幾萬焦；而通過大型機(jī)床電動機(jī)的電流10 s就可以做功幾十萬焦。電流做功的快慢不僅與做功的多少有關(guān)，還與做功的時間有關(guān)。
1.電功率 .
電功率是表示電流做功快慢的物浬量，定義為單位時間內(nèi)電流所做的功，即 。
對于純電阻電路,則還可以使用 或 。
2.電功率的單位
在國際單位制中，電功率的單位是瓦特，簡稱為瓦，記為W。1W=1VA。常用單位還有千瓦：(kW)，lkW= 1000 W。
3.額定電壓、額定功率
額定電壓是用電器正常工作時的電壓。如用電器上標(biāo)有“220 V”字樣，表示該用電器正常工作時的電壓為220 V。
額定功率是用電器在額定電壓下消耗的電功率，如用電器上標(biāo)有“40 W”宇樣，表示該用電器在正常工作時消耗的電功率為40 W。
如圖27-1所示，用電器上標(biāo)有“220 V 40 W”表示用電器在220 V電壓下可以正常工作，它在220 V電壓下消耗的電功率為40 W。
額定電功率與額定電壓是在設(shè)計用電器時設(shè)定了的。一個用電器一般只有一個額定電壓值、一個額定電功率值。表27- 1為一些電器設(shè)備的額定電功率。
表 27-1
電 器 電功率（W） 電 器 電功率(W)
日光燈 8?40 白熾燈 約:15?60
電視機(jī) 約75 家用空調(diào)器 ]000 ?2000
電冰箱 約250 電飯鍋 約700
27.1. 3測定小燈泡電功率的實驗
1.實驗原理
根據(jù)公式P = UI可知需要測量的物理量為電壓（U）和電流（I）。
2.實驗器材
電源，電流表，電壓表，小燈泡，滑動變阻器，電鍵，導(dǎo)線若干。
3.實驗步驟
（1）按圖27-2連接電路； 圖27-2
（2）滑動變阻器的滑片放在阻值最大的位置，閉合電鍵，接通電路調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使小燈在額定電壓下發(fā)光，在 表27 - 2中記錄下電壓表和電流表的示數(shù)；
（3）計算小燈的額定電功率；
（4）移動滑片，使小燈兩端的電壓比額定電壓稍高和稍低，分別觀察小燈發(fā)光的情況與額定電壓時的發(fā)光情況有什么不同，并記下電壓表和電流表的示數(shù)；
分別算出小燈泡的實際電功率并填人表27 -2中。
表27-2
實驗序號 電壓U（V） 電流I（A） 電功率P(W) 小燈的亮暗程度
1 稍安
2 正常
3 稍亮

注意：在測定小燈電功率實驗中，小燈的電阻隨溫度的改變而改變,所以我們不可以用小燈的電阻或電路的總電阻分析。
27.2 難點釋疑
27. 2.1關(guān)于純電阻電路
電流通過電阻(電阻器)時，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。當(dāng)電路中的用電器都是“純粹”的電阻時，組成的電路稱之為純電阻電路。可以看作純電阻的用電器有：電爐、電烙鐵、電熱水器、電飯鍋、電熱毯、白熾燈等。而電動機(jī)、微波爐、電視機(jī)、電腦、日光燈等用電器則不是純電阻用電器，電流通過這類用電器時，一小部分電能轉(zhuǎn)化成熱量，大部分電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能、光能、電磁能或聲能等。“學(xué)習(xí)提要”中電功和電功率的兩個推導(dǎo)式只適合于純電阻電路。
27. 2. 2正確理解額定電壓、額定電功率、實際電壓、實際電功率
如果用電器兩端的電壓不等于額定電壓，用電器就不能正常工作，它的實際電功率也就不等于它的額定電功率。用電器工作時的實際電功率取決于工作時的實際電壓。
當(dāng)U實=U額時，P實=P額，用電器正常工作；
當(dāng)U實>U額時，P實>P額，用電器不能正常工作,容易被燒壞；
當(dāng)U實 由此可見,要使用電器正常工作，必須使用電器在額定電壓下工作。
假設(shè)是純電阻用電器(且電阻不變），根據(jù)歐姆定律 ，得 。當(dāng)用電器在實際電壓下工作時， ，在計算時，則有 ，所以， 。
例如：小燈泡上標(biāo)有“220 V 40 W”字樣，若小燈泡兩端所加電壓為110 V，則其實際為 。
27.2.3小燈泡的伏安特性曲線
由歐姆定律可知，對一純電阻用電器，有 因此，當(dāng)R為定值時，U-I圖線應(yīng)為一過原點的直線。金屬物質(zhì)的電阻率隨溫度升高而增大，從而使得一段金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化發(fā)生相應(yīng)的變化。對一只燈泡來說，由于小燈泡的燈絲在其兩端電壓由0增至額壓的過程中，燈絲溫度由室溫升高到近2000℃，不正常發(fā)光和正常發(fā)光時燈絲的電阻值可以相差幾倍到幾十倍，因此燈絲電阻率明顯增大，故小燈泡的伏安特性曲線如圖27-3所示。

圖27-3
27.3 例題解析
27.3.1電功及電功率的變化
例1 電爐絲燒斷了，若減去一段后再接入原電源，在相同時間內(nèi)消耗的電能將（ ）
A、增大 B、減小 C、不變 D、無法確定
【點撥】：“剪去一段”即電阻變小，“接人原電源”即電壓不變。
【解析】：電阻絲的兩端電壓U不變，電阻R減小，則通過它的電流I增大，且“相同吋間”t不變。根據(jù)電功把W=UIt，電流做功將增大,即消耗的電能將增大
【答案】：A
【反思】：請思考該題中若將燒斷的電阻絲搭上后再接人原電源，在相同時間內(nèi)消耗的電 能將怎么變化？
例2 如圖27-4所示，電鍵斷開時，燈泡L恰能正常發(fā)光，若電源電壓保持不變，當(dāng)電鍵S閉合時（ ）

A、燈變亮，電流表示數(shù)不變 圖27-4
B、燈變暗，電流表示數(shù)不變
C、燈泡亮度不變，電流表示數(shù)增大
D、燈泡亮度不變，電流表示數(shù)減小
【點撥】：燈泡亮度是否變化可從它的電功率是否變化來判斷，電流表示數(shù)是否變化可從
通過的電流是否變化來判斷。
【解析】：當(dāng)S斷開時，電路中只有燈泡L一個用電器，燈泡兩端的電壓就等于電源電壓，電流表的示數(shù)是通過燈泡L的電流。S閉合后，電阻R與燈泡L并聯(lián)，燈泡L兩端電不變，通過燈泡的電流不變,燈泡的電功率P=IU不變，因此亮度不變。電流表接在干路上，通過電阻R的電流也通過電流表，電流表的示數(shù)就變大了。
【答案】：C
【反思】：燈泡亮度變化和電表示數(shù)變化的判斷，首先要分析電路的變化,再分析相關(guān)物理量的變化，才能得到正確結(jié)論。本題還可根據(jù)電阻R并聯(lián)后總電阻減小，總電壓不變，從而總電流增大，判斷出電流表示數(shù)增大。
例3 如圖27-5所示電路中，若燈的電阻不變，在滑動變阻器的滑片P向左移動時，電壓表示數(shù)將________，電流表示數(shù)將_________（選填“變大”、“不變”或“變小”），燈的亮度將________（選填“變亮”或“變暗”）。

圖27-5
【點撥】：本題中滑動變阻器和一個燈串聯(lián)，當(dāng)滑動變阻器的滑片P移動過程中，滑動變阻器接人電路的阻值發(fā)生變化。應(yīng)先分析電路中電流和電壓的變化 情況，再根據(jù)電功率的公式P=UI,判斷出小燈實際電功率的變化。
【解析】：在滑動變阻器的滑片P向左移動過程中，滑動變阻器接人電路的阻值變小，電路的總電阻變小，電源電壓不變，根據(jù)歐姆定律可知電流變大,即電流表示數(shù)變大;燈絲電阻不 變，電流變大，則燈兩端電壓變大，即電壓表示數(shù)變大。判定燈的亮度的變化，要根據(jù)實際電功 率的變化，由電功率的公式P=UI可知，燈的實際電功率變大，所以燈的亮度將變亮。
【答案】：變大，變大，變亮。
【反思】：本題是電路動態(tài)變化與電功率變化的結(jié)合。根據(jù)串聯(lián)電路中總電壓不變、總電阻變小、總電流變大，分析得到結(jié)論。本題還可以通過串聯(lián)電阻的分壓作用來求解。在滑動變 阻器的滑片p向左移動過程中，滑動變阻器接人電路阻值變小,此時滑動變阻器兩端分到的 電壓就變小，而電源總電壓不變，所以汀兩端分到的電壓就變大了。

28.3.2求解平均功率
例4 將一個“6 V 1.5 W”的小燈與一個“4 V 2 W”的小燈串聯(lián)起來，假設(shè)燈絲的電 阻不變，兩端最多可加多大的電壓？每只燈的實際功率是多大？
【點撥】：當(dāng)小燈兩端的電壓超過本身的額定電壓時，小燈有可能損壞。本題中兩燈額定 電流并不一致，串聯(lián)后不可能都正常發(fā)光，只能保證電流小的那只燈正常發(fā)光；而另一個小燈 兩端的電壓將小于額定電壓，此時，該小燈的發(fā)光情況將比正常發(fā)光時暗，但不會造成打泡損壞。此時兩燈兩端電壓之和就是電路兩端所加的總電壓。
【解析】：由P=UI，得 ； 。取I=I1=0.25A。又因 ， ， 。
U=I（R1+R2）=0.25A×（24Ω＋8Ω）=8V。
P’1=P1=1.5W，P’2=I2R=(0.25)2×8Ω=0.5W。
【答案】：U=8V，P’1=1.5W，P’2=0.5W
【反思】：兩個燈串聯(lián)起來兩端允許加的電壓，決不是簡單地將兩只燈的額定電壓相加，這只有在兩燈的額定電流恰好相同時才有可能。
例5 小燈泡和滑動變阻器串眹后接入電路，小燈泡上標(biāo)有“6V 3 W”字樣，電源電壓當(dāng)滑動變阻器連人電路阻值為4Ω時，燈恰好正常發(fā)光。
（1）求電源電壓。
（2）改變變 別-器滑片P的位置，使電路消耗的總功率為3. 2 W,求此時小燈泡的實際功率（設(shè)燈絲電阻不變）
【點撥】：把握“燈恰好正常發(fā)光”，U燈=U額，根據(jù)燈泡上標(biāo)值求出燈絲電阻和正常工作電流是求解電源電壓的關(guān)鍵。在第（2）題中必須先根據(jù)總功率及電源電壓，求出電路中電流，再求燈實際功率。
【解析】：（1）當(dāng)滑動變阻器連入電路的電阻為4Ω時，燈恰好正常發(fā)光。U燈=U額=6V，燈泡正常發(fā)光，電流和電阻分別為
I=P額/U額=3W/6V=0.5A，
R燈=U額/I=6V/0.5A=12Ω
在串聯(lián)電路中，I總=I燈，故有U/U額=（R燈+R變）/R燈，即U/6V=（12Ω+4Ω）/12Ω，可得U=8V。
（2）由P=U’I’，得I’=P/U’=3.2W/8V=0.4A，此時燈泡實際功率為
P實=I’2R燈=（0.4A）2×12Ω=1.92W
【答案】：U=8V，P實=1.92W
【反思】：第⑴題中用串聯(lián)電路電壓之比等于電阻之比是個好方法，第（2）題通過總功率和總電壓求電流，再抓住燈泡電阻不變，也是解題的好方法。

27.3. 3列方程求解電功率
例6 如圖27-6所示電路中，電源電壓保持不變。調(diào)節(jié)滑 動變阻器的滑片P使電壓表的示數(shù)為10 V時，變阻器所消耗的電 功率為10 W；調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P到另一位置時，電壓表的示 數(shù)為5 V，此時滑動變阻器上消耗的電功率為7.5 W。求電源電壓和R0的阻值。
【點撥】：這是一個串聯(lián)電路，由于滑動變阻器的阻值的變化,電路中的電流與電阻的分壓比都變化了。由于電阻的阻值不變，可以列出關(guān)于電功率的方程組解得答案。
【解析】：P1=U1I1=（U-10V）×10V/R0=10W ①
P2=U2I2=（U-5V）×5V/R0=7.5W ②
由①、②聯(lián)立方程，可求得U=20V，R0=10Ω。
【答案】：U=20V，R0=10Ω
【反思】：根據(jù)題目的條件可知：滑動變阻器的滑片P兩次移動后分別與定值電阻R0組成一個串聯(lián)電路，兩個電路分別接在同一電源上，所以電源總電壓相等。但要注意：兩次滑動變阻器的滑片P移動后，雖然滑片到底移動到什么位置不知道，但滑動變阻器上消耗的功率已知。根據(jù)已知條件及串聯(lián)電路特點、電功率定義等知識列出方程即可求得結(jié)果。靈活池運 用串、并聯(lián)電路的特點、歐姆定律，是順利地列出方程的前提。由于有兩個未知數(shù)，所以必須列出兩個方程。本題的解法中，正是由于能靈活地用（U—10 V)替換U1、用10 V/R0替換I1，能顏利地列出方程，使解題思路十分簡潔。

27.3. 4“測小燈泡電功率”的綜合性實驗題
例7 某同學(xué)在“測定小燈泡電功率”的實驗中，所用電源的電壓為6 V，滑動變阻器標(biāo)才有“20Ω 2A”字樣，燈泡上標(biāo)的+樣模糊,但其額定電壓可能是2.2 V或3.8 V。他按圖27- 7(a)所示的電路進(jìn)行實驗。實驗時，他調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P的位置，觀察小燈的發(fā)光情況. 當(dāng)他認(rèn)為小燈接近正常發(fā)光時，再去觀察電壓表和電流表的示數(shù)，觀察到的現(xiàn)象如圖27 - 7(b)所示。該同學(xué)經(jīng)過思考、分析后,重新進(jìn)行實驗，使小燈正常發(fā)光，此時滑片P的位置 好在中點上（即滑動變阻器連人電路的電阻為10Ω）。

（a） （b）
圖27-7
①簡述產(chǎn)生圖27-7(b)所示現(xiàn)象的原因。
②求出小燈泡的額定電功率。
【點撥】：注意觀察圖27-7(b)中兩表盤的指針位置，電流表反偏，說明正負(fù)接線柱接反 了 ?電壓表正偏但超出刻度范圍，說明選用的量程太小。因為電源電壓只有6 V，沂以電壓表 選用的不可能是0?15 V檔，選用的一定是0?3 V檔。但指針位置超出3 V，且比時小燈接近正常發(fā)光，結(jié)合題中“額定電壓可能是2.2 V或3.8V”，可得小燈的額定電壓一定是3.8 V。
【解析】：（1）電流表“+”、“-”接線柱接反；電壓表量程錯選為0~3V。
（2）小燈泡的額定電壓
U額=3.8V
小燈泡的電流
I=（U-U額）/R變=（6V-3.8V）/10Ω=0.22A
其額定電功率
P額=U額I=2.8V×0.22A=0.836W。
【反思】：這是實驗題形式的電學(xué)淙合題，難度較大。在判斷燈泡額定電壓后.要設(shè)法求出 此時的額定電流，這就要通過滑動變阻器來求。先求出此時變阻器兩端電壓，再除以變阻器接 人電路的電阻就求出電流，也就是通過燈泡的額定電流，最后就可求得燈泡的額定電功率。要 抓住電源電壓不變和串聯(lián)電路電流相等等關(guān)鍵點。
27.4 強(qiáng)化訓(xùn)練
A卷
1、理發(fā)用的電吹風(fēng)內(nèi)有電阻絲和小馬達(dá)，通電時是 能轉(zhuǎn)化為 能和 。打開電風(fēng)扇，電能主要轉(zhuǎn)化為葉片的 能，過一段時間關(guān)閉電風(fēng)扇，觸摸電風(fēng)扇的馬達(dá)外殼，感覺外殼發(fā)燙，這說明還有一部分電能轉(zhuǎn)化成 能。

2、在10 s內(nèi)有3 C的電量通過手電筒的小燈泡，電流做了9J的功，則通過小燈泡的電流為 A，小燈兩端的電壓為 V。

3、長度和橫截面積均相等的鐵絲和鎳鉻合金絲串聯(lián)在某一電路中，在相同時間內(nèi)，做功較多的是 ；把它們并聯(lián)后接在同一電路中，在相同時間內(nèi)，做功較多的是 。

4、電功率是表示 的物理量；一臺機(jī)器的電功率是3 kW，它表示這臺機(jī)器1s鐘內(nèi)所做的功是 J。

5、某燈泡上標(biāo)有“220V 60W”的字樣，220V是燈泡的 ，60 W是燈泡的 。將該燈接在 V的電路中，燈泡才能正常發(fā)光，此時燈絲中的電流為 A，此燈泡10s消耗的電能是 J。

6、—個用電器電阻為R，當(dāng)它兩端電壓為U、通電時間為t時，消耗電能為W，若要使它消耗的電能為1/4 W，下面采用的方法正確的是 （ ）
A、電阻R不變，電壓U減半，通電時間t減半
B、電阻R不變，電壓U不變，通電時間t減半
C、電阻為1/2 R，電壓U變?yōu)樵瓉?倍，通電時間t不變
D、電阻R不變，電壓U減半，通電時間r不變

7、關(guān)于電功率，以下說法中正確的是 （ ）
A、電功率越大，表示電流做的功越多
B、電功率越大，表示電流做功用的時間越少
C、電功率表示電流做功本領(lǐng)大小的物理量
D、電功率表示電流做功快慢程度的物理量

8、判斷小燈亮度的主要依據(jù)是 （ ）
A、電功 B、電功率 C、電壓 D、電流

9、普通家用電器中電功率達(dá)2kW的是 （ ）
A、電視機(jī) B、電冰箱 C、空調(diào) D、微波爐

10、材料、粗細(xì)相同的兩根電阻絲，甲比乙長，若把它們串聯(lián)在電源上，在相同的時間里（）
A、甲比乙消耗電能多 B、乙比甲消耗電能多
C、兩者消耗電能一樣多 D、無法判斷兩者消耗電能的多少
11、兩盞電燈分別標(biāo)有“36V 40W”和“220V 40W”的字樣，當(dāng)它們都正常發(fā)光時，比較它們的亮度，可知 （ ）
A、“36V 40W”的燈較亮 B、“220V 40W”的燈較亮
C、兩盞燈一樣亮 D、條件不足，無法比較

12、某家庭電路中，已有一盞電燈發(fā)光，如果再使用一個電熨斗，則該電路的 （ ）
A、總電流變大，總電壓也變大 B、總電流變大，總電阻也變大
C、總電阻變大，總電功率也變大 D、總電流變大，總電功率也變大

13、甲、乙兩盞燈的電阻分別為R1和R2，且R1=3R2，如果將這兩盞燈串聯(lián)接在某電源兩端，在相同時間內(nèi)，甲、乙兩盞燈消耗電能的比是 （ ）
A、 1 : 3 B、1 : 9 C、3 : 1 D、 9 : 1

14、甲、乙兩電阻分別為R1和R2，且R1=2R2，它們兩端的電壓、電流、電功分別用U1、U2、I1、I2、W1、W2來表示。若將R1與R2兩電阻并聯(lián)在同一電路中，那么 （ ）
A、I1 = 2I2 B、211 = I2 C、2U1 = U2 D、W1 = 2W2

15、某同學(xué)在做“測定小燈泡電功率”的實驗中，他能正確連接電路進(jìn)行實驗。實驗時，當(dāng)他閉合電鍵后，發(fā)現(xiàn)小燈泡能發(fā)光，電壓表示數(shù)還不到額定電壓，他試圖通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使小燈正常發(fā)光，但無論如何調(diào)節(jié)滑片，電壓表上的示數(shù)都無法達(dá)到燈泡的額定電壓值。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因可能是 （ ）?
A、電壓表量程太小 B、滑動變阻器總阻值太大
C、電源電壓太低 D、燈泡燈絲斷開

16、—個標(biāo)有“6V 3W”字樣的燈泡，接入電源電壓為8V的電路中，為使燈泡正常工作，應(yīng)該串聯(lián)一個電阻，求：（1）正常發(fā)光時通過燈泡的電流是多大？（2）串聯(lián)的電阻阻值是多大？（3）每分鐘通過電阻的電量是多少？


17、如圖27-8所示的電路中，電源兩端的電壓保持不變，當(dāng)電鍵S斷開時，電流表示數(shù)為0.2A；當(dāng)電鍵S閉合時，電流表示數(shù)為0.6A，電阻R2上消耗的電功率為1.2 W。求電阻R1和R2的阻值。

圖27-8

18、在圖27-9所示的電路中，電源電壓U恒定，電流表示數(shù)為2A。設(shè)R1與R2并聯(lián)的總電 阻為R，若R1：R = 4：3，電阻R2消耗的電功率為2.5W，求電阻R2的大小。

圖27-9

19、某小組在做“測定額定電壓為3.8V的小燈泡的額定電功率”的實驗、請完成下列各要求：
（1）實驗依據(jù)的電學(xué)原理是 。
（2）請根據(jù)圖27-10(a)所示的實物連接圖，在右面的方框內(nèi)畫出對應(yīng)的電路圖。?


（3）在連接實驗器件的過程中，電鍵應(yīng)該處于 的位置；滑動變阻器的滑片P應(yīng)該處于 的位置（選填“左端”或“右端”）。閉合電鍵后，在移動滑動變阻器的