1、1专题 15 电功率考点一：电能、电功1电功：电流通过某段导体所做的功叫电功，消耗电能的过程即电流做功的过程，实质是将电能转化为其他形式能的过程，可用公式 W UIt 计算电功大小，推导式有 W Pt I2Rt 。UtR2电能(电功)：国际主单位是焦，符号是 J，日常生活中常用单位是度，物理学中叫 kWh，1 kWh3610 6 J。3电能表的认识作用 测量电路消耗电能(电流做功 )单位 度(kWh)读数 计数器末尾数字的单位是十分位参数 意义220 V 工作电压10 A（20A） 标定电流为 10A，额定最大 电流为 20A600r/(kWh) 电路中每用 1 度电，表盘 转 600 转4拓
2、展： 计算电功公式 W Pt UIt 是普遍适用的公式；由定义式 W UIt 和欧姆定律 I ，可以 1UR推导两个式子： W t 和 W I2Rt 适用于纯电阻电路（用电器只是电阻，如电饭锅、电熨斗、电烙铁、U2R电褥子等） 。无论串联还是并联，电路的总功 W 总 W1 W2 Wn。 2考点二：电功率及其测量1电功率：（1）物理意义：反映电流做功快慢的物理量，（2）定义：电功率等于电流做的功与时间的比值。2电功率公式： ，若是纯电阻电路，由欧姆定律可得变形公式 P I2R 或 。WPUIt 2U3单位：国际主单位是瓦(W)，另一个单位是千瓦(kW)，二者换算关系是 1 kW10 3 W。4额
3、定电压和额定功率：额定电压是指用电器在正常工作时的电压，额定功率是指用电器在额定电压下的电功率，与实际电压、实际功率的关系如下：若 U 实 U 额 时，则 P 实 P 额 ，用电器正常工作；2若 U 实 U 额 时，则 P 实 P 额 ，用电器不能正常工作；若 U 实 U 额 时，则 P 实 P 额 ，损坏用电器。灯泡的亮度是由灯泡的实际功率决定的。5伏安法测小灯泡电功率（1）原理是 P UI。（2）电路图：（3）滑动变阻器的作用：保护电路；改变小灯泡两端电压和通过小灯泡的电流，从而实现多次测量，便于比较灯泡的亮度与功率的关系。（4）注意事项：在测量小灯泡电功率的实验中，不能将多次测得的电功率
4、求平均值。多次测量的目的：为了研究小 1灯泡亮度(或电功率)与小灯泡两端电压的关系。在测量小灯泡电阻的实验中，多次测量的目的：为了研究小灯泡的电阻是否与温度有关。 2在测量定值电阻的实验中，多次测量的目的是为了求平均值，以减小测量误差。 3在测量小灯泡电功率的实验中，选择滑动变阻器的最大阻与小灯泡阻值相差不大，调节效果明显。 46用电能表、秒表测用电器功率：（1）原理： 。WPt（2）方法：用电能表测出用电器在某一段时间(t)消耗的电能 W kWh 3610 6 J(n、 n0nn0 nn0表示转数)，则用电器的电功率为 P W。Wt 3.6106nn0t7拓展：几种特殊测电功率方法(1)安阻
5、法，如图所示：表达式为： P UI I2R0I(2)伏阻法，如图所示：3表达式为： PU（ URR0 U）R0(3)转换法，如图所示：表达式为： P（ U源 U0） U0R08电功、电功率的综合计算题一般涉及电路变化问题，解答此类题时，应先根据开关的通、断和滑动变阻器的移动情况，确定各时刻的电路结构，最好画出等效电路图，然后根据电阻的变化情况以及“灯泡正常发光” “串联”等关键字眼，逐步分析电流和电压的变化，再灵活选择合适的公式进行求解。9拓展：（1）用电设备的 P 额 、 U 额 具有唯一性、对应性，而用电设备的 U 实 、 P 实 可有很多个，但 U 实 、 P 实 具有同体性，同时性；（
6、2）串、并联电路，总功率 P 总 P1 P2 Pn，串联电路电功率与电阻关系： ，并联电路P1P2 R1R2电功率与电阻关系： 。P1P2 R2R1考点三：焦耳定律与电热1电流的热效应：电流通过导体时电能转化为热能的现象。利用电热工作的用电器有电饭锅等。为了防止电热危害，可以加散热窗等。我们可以借助电流的热效应来判定电流的大小，这种方法叫转换法。2焦耳定律：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。用公式表示为 Q I2Rt，单位是 J。3电功和电热的关系：(1)当电路中接入的是电炉、电烙铁、电饭锅、电热壶等“纯电阻性”用电器时，消耗的电能全部转化为热能
7、，即 W Q。(2)当电路中接入的电动机、充电的蓄电池时，消耗的电能大部分转化机械能、化学能，只有一部分电能转化为热能，即 W 大于 Q。此时，只能利用公式 Q I2Rt 计算电热。4电热器的原理：电流的热效应。45电热器的主要结构：发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的。电热器的优点：清洁环保，效率高，使用方便。6几种材料的比较材料 电阻 熔点滑动变阻器的电阻线大 高电热器的发热体 大 高保险丝 大 低7电热的危害：由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器。安装散热扇、散热窗加快散热。8拓展：（1）由 Q I2Rt 和 I 可以
8、推导 Q t， Q I2Rt 方便串联电路计算， Q t 方便并联电路计算。UR U2R U2R（2）电热挡位的判定方法：由 P 可知，在电源电压一定时，电阻越小，电功率越大，为高温挡位，U2R反之，为低温挡位；（3）比例关系：串联电路： ，并联电路： 。U1U2 W1W2 P1P2 Q1Q2 R1R2 I1I2 W1W2 P1P2 Q1Q2 R2R1考点一 电能及其测量【典例】 （2018安徽）图中 R1=4，R 2=6，把它们并联在 U=3V 的电路中，则 R1和 R2并联后的总电阻为_；通电 30s，电阻 R1消耗的电能为_J 。【答案】2.4；67.5。【解析】已知 R1和 R2并联，
9、则并联后的总电阻 ，则 ，解得 R=2.4，因12R146R为 R1和 R2并联，把它们并联在 U=3V 的电路中，则 R1两端电压为 3V，通电 30s，电阻 R1消耗的电能。213067.54VUWtsJ5【点评】本题考查了并联电路的特点和电功的计算，关键能根据并联电路各支路两端的电压相等确定R1 两端电压。【跟踪练习】1（2018济南）小亮想测量家中电视机待机状态下消耗的电能，需要选用的仪器是A电流表 B电压表 C电能表 D变阻器【答案】C2 （2018盘锦）用电热水器（铭牌如图甲所示）把质量为 50kg 的水由 20加热到 50，水吸收的热量是_J，电热水器是利用电流的_工作的。图乙所
10、示的电能表读数是_kWh；若只有电热水器接入电路且正常工作 12min，电能表的转盘转过_转。（c 水 =4.2103J/（kg）【答案】6.310 6；热效应；2014.1；1200。【解析】水吸收的热量 Q=cm（t-t 0）=4.210 3J/（kg）50kg（50-20）=6.310 6J。电热壶工作时把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，电能表上的示数，最后一位是小数，单位是 kWh；从表盘上可以看出此时的读数为 2014.1kWh，由电饭锅铭牌知，电热水器的额定功率 P=2000W=2kW，因为电热水器正常工作，所以电热水器的电功率：P=P 额 =2kW， ，由 得125tmi
11、nhWPt，电热水器消耗的电能： ，电能表的转盘转过的圈数：n=3000r/kWh120.45WPtkhkW0.4kWh=1200r。3 （2018重庆）如图所示的电路中，定值电阻 R1=40，R 2=20，电压表示数为 10V求：6（1）通过 R2的电流；（2）通电 300s，电流通过 R1所做的功。【答案】（1）通过 R2的电流为 0.5A；（2）通电 300s，电流通过 R1所做的功为 3000J。考点二 额定功率与实际功率【典例】 （2018济南）如图所示电路中，灯泡 L 上标有“12V 0.2A”字样，R 为定值电阻。闭合开关S 后，灯泡 L 恰好正常发光，电压表的示数为 3V，通过
12、计算回答：（1）灯泡 L 的额定功率是多少瓦？（2）定值电阻 R 的阻值是多少欧？（3）整个电路在 5min 内消耗的电能是多少焦？【答案】（1）灯泡 L 的额定功率是 2.4W；（2）定值电阻 R 的阻值是 15；（3）整个电路在 5min内消耗的电能是 900J。【解析】（1）灯泡 L 的额定功率：P L=ULIL=12V0.2A=2.4W；（2）电压表测量定值电阻两端的电压：U R=3V，灯泡 L 恰好正常发光，串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流 I=0.2A，由欧姆定律得，定值电阻 R 的阻值： ；（3）电路总电压：U=U L+UR=12V+3V=15V，整个电路在 5mi15
13、0.2RUVIAn 内消耗的电能：W=UIt=15V0.2A560s=900J。【点评】本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式、电功公式的应用，要注意灯泡正常发光时的电压和额定电压相等。【跟踪练习】71（2018青岛）某电视机的额定功率是 l10w，则它正常工作时，电流是_；1kWh 的电能可供它止常工作的时间是_（至少保留一位小数）【答案】0.5A；9.1h。【解析】家庭电路的电压是 220V，电视机的额定功率是 l10W，则它正常工作时，通过电视机的电流为： ；1kWh 的电能可供它正常工作的时间： 。10.52PWIAUV 19.0.WkhtP2（2018凉山州）将一个标有“36
14、V 10W”字样的灯泡，接到电压为 18V 的电源上，此时该灯泡的实际功率为_W（灯丝电阻不随温度改变）。由三节新干电池串联组成的电池组的电压为_V。【答案】2.5；4.5。3（2018大连）如图是某电火锅加热器的简化电路图，电源电压是 220V，R 1、R 2是发热电阻，开光接“1”时为低温挡，此时 R1的功率是 11W，R 2的功率是 99W，开关接“2”时为高温挡，试求：（1）低温挡工作时，电路中的电流是多少？（2）低温挡工作 10min，消耗的电能是多少？（3）高温挡的功率是多少？【答案】（1）低温挡工作时，电路中的电流是 0.5A；（2）低温挡工作 10min，消耗的电能是 6.61
15、04J；（3）高温挡的功率是 1100W。8考点三 伏安法测电功率【典例】（2018鞍山）王同学想测量额定电压是 2.5V 的小灯泡的额定功率，他使用了三节新干电池、“201A”的滑动变阻器、电压表、电流表、开关和若干导线，连接了如图甲所示的电路。（1）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该滑动到最_（选填“左”或“右”）端，这样做的目的是_。（2）他闭合开关后，又立即断开了开关，否则会损坏_（选填“灯泡”、“电流表”或“电压表”）（3）他检查电路，发现一处连接错误，只改变了一根导线的连接就将电路修改正确，请你在错误的导线上打“”，并补画上正确的连线。（4）实验中，他调节滑动变阻器的滑片，使电压表的
16、示数从 1.5V 变化到 3V，画出了如图乙所示的图象，由于灯丝的电阻随温度的升高而可以判断图象的横坐标为_（选填“电压”或“电流”）。（5）当电压表示数为 2.5V 时，电流表的示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率是_。（6）取下小灯泡，将阻值为 5、10、15 的三个定值电阻分别接入电路中原小灯泡位置，可利用该电路探究“电压一定时，电流与电阻的关系”。控制电压一定时，不可以选取的电压值是 _. A.1.5V B.2V C.2.5V D.3V【答案】（1）右；保护电路；（2）电压表；（3）如上图所示；（4）电流；（5）0.7W；（6）A。9【解析】（1）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该滑动到阻
17、值最大处的最右端，这样做的目的是保护电路；（2）电源为三节新干电池串联，电源电压为 4.5V；原电路中，电压表串联在电路中，电流表将灯短路，电路中几乎没有电流，电压表（量程为 0-3V）测电源电压，故他闭合开关后，又立即断开了开关，否则会损坏电压表；（3）电流表应串联在电路中，电压表应与灯并联，改正后如下左图所示：【点评】本题测量额定电压是 2.5V 的小灯泡的额定功率，考查注意事项、电路连接、影响电阻大小因素、额定功率计算及探究“电压一定时，电流与电阻的关系 ”中对实验的要求。【跟踪练习】1（2018哈尔滨）“探究小灯泡电功率”的实验电路如图甲，实验中选择“2.5V”小灯泡，调节滑动变阻器滑
18、片的过程发现灯亮度变化，这是由_变化引起的。实验得到灯的 U-I 图象如图乙，则小灯泡的额定功率是_W。10【答案】灯泡实际功率；0.75。2（2018通辽）某小组在“测量小灯泡的电功率”实验中，备有器材规格如下：电源电压恒为 6V，小灯泡的额定电压为 2.5V，电阻约为 10，变阻器 A 的规格为“10 1A“，B 的规格为“50 2A”。（1）用笔画线代导线，将图甲的电路连接完整，要求滑动变阻器滑片 P 向右滑动时小灯泡变亮。（2）该组同学选用的滑动变阻器应是_（选填“A”或”B“）。（3）闭合开关后，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，则故障可能是_。（4）通过小灯泡的电流随它两
19、端电压的变化如图乙所示，分析图象可知，小灯泡的额定功率为_W；小组同学分析图象后发现：通过灯泡的电流与其两端电压不成正比。形成这一现象的原因是_。（5）他们想继续探究“电流与电压的关系”，请你帮他们设计一个实验电路，将电路图画在图丙的虚线框中。【答案】（1）（2）B；（3）灯泡断路；（4）灯的电阻随温度的变化而变化。；（5）如下。【解析】（1）要求滑动变阻器滑片 P 向右滑动时小灯泡变亮，即电流变大电阻变小，故滑片以右电阻丝连入电路中，如下所示：113（2018盘锦）在“测定小灯泡电功率”的实验中，小灯泡额定电压为 2.5V。（1）图甲中有一根导线连接错误，请在错误的导线上画“”，并在图中改正
20、（导线不许交叉）。（2）正确连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮。两电表无示数。为判断故障、将电压表与滑动变阻器并联，电压表有示数，则电路发生故障的原因是_。（3）排除故障后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片 P 到某一点，电压表示数如图乙所示为_V。（4）根据实验记录绘制-U 图象如图丙所示，根据图象信息，计算小灯泡的额定功率是_W。（5）完成上述实验后，小敏设计了如图丁所示的电路，测出了额定电流为 I 额 的小灯泡的额定功率。实验方案如下：（电源电压不变，滑动变阻器 R1的最大阻值为 R1）按电路图连接电路。闭合开关_，移动 R1滑片，使电流表的示数为 I 额 灯泡正
21、常发光。闭合开关_，保持 R1滑片位置不动，移动 R2滑片，使电流表的示数为 I 额 。保持_滑片位置不动，将另一个滑动变阻器滑片移到最左端，电流表的示数为 I1，再将此滑动变阻器的滑片移到最右端，电流表的示数为 I2。小灯泡额定功率的表达式为 P 额 =_。（用 I 额 、I 1、I 2、R 1表示）12【答案】（1）见上图；（2）滑动变阻器断路；（3）2.2；（4）0.5；（5）S 1；S 2；R 2；。12IR额【解析】（1）由图甲知，电压表串联在了电路中，应将其与灯泡并联，将滑动变阻器与灯泡串联，电路图如图所示：（3）由图乙知，电压表使用 0-3V 量程，分度值为 0.1V，所以电压表
22、示数为 2.2V；（4）当 U=2.5V 时灯泡正常发光，由图象知此时灯泡中的电流 I=0.2A，所以灯泡的额定功率：P=UI=2.5V0.2A=0.5W；（5）按电路图连接电路。闭合开关 S1，移动 R1滑片，使电流表的示数为 I 额 灯泡正常发光。此时灯泡与 R1串联；闭合开关 S2，保持 R1滑片位置不动，移动 R2滑片，使电流表的示数为 I 额 。此时 R1与 R2串联，因为电路中电流仍为 I 额 ，所以 R2=RL；保持 R2滑片位置不动，将另一个滑动变阻器（R 113）滑片移到最左端，电流表的示数为 I1，再将此滑动变阻器（R 1）的滑片移到最右端，电流表的示数为 I2。由串联电路
23、特点和欧姆定律可得：U=I 1R2=I2（R 1+R2），解得： ，小灯泡额定功率21IR的表达式为 P 额 =I 额 2RL=I 额 2R2= 。12I额考点四 焦耳定律及其应用【典例】（2018无锡）用如图的装置探究影响电流热效应的因素”，电阻丝 R1和 R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且 R1R 2，瓶中装有质量相等的煤油。下列说法正确的是A该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系B闭合开关后，装 R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上上升较快C实验中，通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生生热量的多少D将某一烧瓶中的煤油换成等质量的水，可比较煤油和水的比热容大【答案】C【点评】该题考查了控制
24、变量法和转换法在焦耳定律实验中的应用，注意两导体串联时电流相等，导体产生热量的多少是通过温度计示数的变化来反映的。【跟踪练习】1（2018通辽）小明同学在进行电学知识复习时，针对电阻甲和乙的 I-U 图象，作出了如下判断，正确的是14A甲、乙串联在电路中，相同时间内甲、乙产生热量之比为 2：1B甲、乙并联在电路中，相同时间内甲、乙消耗电能之比为 1：2C将甲和乙并联，当甲两端电压为 2V 时，则它们的干路电流为 0.6AD将甲和乙串联，当它们两端电压为 3V 时，通过甲的电流为 0.6A【答案】C。2（2018青海）电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，请你用学过的电学
25、知识解释这种现象。【答案】电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通电的时间相同。而导线的电阻很小，电炉丝的电阻很大，由公式 Q=I2Rt 知，相同时间电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，所以电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。【解析】由焦耳定律知道，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、导体电阻大小和通电时间成正比。电炉丝和连接的导线串联在电路中（通过的电流相等），通电时间是相同的，而电炉丝的电阻比导线的电阻大得多，据焦耳定律分析判断。153（2018镇江）图是研究“相同时间内导体产生的热量与_的关系”的装置。每只烧瓶中煤油质量均为 200g，电阻丝 R1=20，电路中电流 I=0.5A通电
26、5min 后，左侧烧瓶中的煤油温度升高了 2，煤油吸收的热量为_J，R 1产生的电热为_Jc 煤油 =2.1103J/（kg）【答案】电阻；840；1500。考点五 电能、电功率、电热的综合计算【典例】（2018鞍山）某电热水器的额定电压为 220V，有高温和低温两个档位，低温档的电功率为550W，其内部电路由发热电阻 R1和 R2组成，R 1=2R2，简化电路如图所示。（1）R 1的电阻是多大？（2）高温档的电功率是多大？（3）在额定电压下，高温档工作时将 40kg、初温 20的水加热至 60需要多长时间？不计热量损失，水的比热容 c 水 =4.2103J/（kg）【答案】（1）R1 的电阻
27、是 88；（2）高温档的电功率是 1650W；（3）在额定电压下，高温档工作时将 40kg、初温 20的水加热至 60需要 4072.7s。【解析】（1）由电路图可知，只闭合开关 S1时，电路为 R1的简单电路，此时电路中的总电阻较大（比并联的总电阻大），电热水器的总功率小，处于低温档，由 可得，R 1的电阻：2UPI；（2）由电路图可知，闭合开关 S1、S 2时，R 1与 R2并联，电热水器处于高温22108()5UVRPW低档，由 R1=2R2可得，R 2的阻值： ，因并联电路中各支路两端的电压相等，所1842R以，R 2的电功率： ，则高温档的电功率：P 高 =P 低 +P2=550W+
28、1100W=1650W；2(04)UVPW16【点评】本题考查了电功率公式和吸热公式、电功公式的综合应用，正确的判断出电热水器处于不同状态时电路的连接方式是关键。【跟踪练习】1（2018绥化）妈妈为了给小丽增加营养，买了一款煲汤用的电热锅，额定电压是 220V，加热时的额定功率是 1100W，加热效率为 84%，简化电路如图所示，S 1为温控开关，发热电阻 R1与 R2的阻值恒定，电阻 R2在保温状态与加热状态时的功率之比为 4：25请解答：（1）当同时闭合开关 S、S 1时，电热锅处于_（选填“加热”或“保温”）状态；（2）若正常工作时，电热锅将 4L 水从 40加热到 65，水吸收的热量是
29、多少？（3）电阻 R1的阻值是多少？（4）在用电高峰期，家中只有电热锅和液晶电视机工作时，电热锅将 4L 水从 40加热到 65，实际用时 550s。若此过程中共消耗 6.1105J 的电能，计算这时通过液晶电视机的电流是多少？（假设加热过程中电热锅的加热效率不变）【答案】（1）加热；（2）水吸收的热量是 4.2105J；（3）电阻 R1的阻值是 66；（4）通过液晶电视机的电流是 1A。【解析】（1）当同时闭合开关 S、S 1时，R 1被短路，此时电路电阻最小，根据 可知，此时电路2UP功率最大，处于加热状态；（2）由 得，水的质量：m=V=110 3kg/m3410-3m3=4kg，水吸收
30、mV的热量：Q 吸 =cm（t-t 0）=4.210 3J/（kg）4kg（65-40）=4.210 5J；（3）由 得2UPR17，R 2的阻值： ， ，电阻 R2的保温功率：220)4(1UVPW加 热 45P保 温加 热2（2018锦州）如图所示的是某款电热水壶，表中是水壶的部分参数。请回答下列问题：额定电压 220V额定功率 1210W额定容量 1.5L水壶净重 1kg（1）该电热水壶正常工作时发热体的电阻是多大？（2）该电热水壶的效率是 80%，在 1 标准大气压下，把 1L 水从 20烧开需要 7min，此时水壶的实际电压是多大？（水的比热容 c 水 =4.2103（kg），水的密
31、度 水 =1.0103kg/m3）18【答案】（1）该电热水壶正常工作时发热体的电阻是 40；（2）该电热水壶的效率是 80%，在 1 标准大气压下，把 1L 水从 20烧开需要 7min，此时水壶的实际电压是 200V。3（2018东营）多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。（ 水 =1103kg/m3，c 水 =4.2103J/（kg），g=10N/kg）项目 参数电源电压（V） 220低温档功率（W） 275中温档功率（W） 550高温档功率（W） 1100容积（L） 1（1）开关 S1、S 2处于什么状态，养生壶为高温档，说明判断依
32、据；（2）求 R1的阻值；（3）养生壶处于低温档工作时，求电路中的电流大小；（4）在标准大气压下，使用高温档将初温是 12的一壶水烧开，若养生壶高温档加热效率为 80%，求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。【答案】（1）当开关 S1闭合，S 2接 B 时，为高温档；因为此时电阻 R1、R 2并联，电路中的总电阻最小，总功率最大；（2）电阻 R1的阻值是 88；（3）养生壶处于低温档工作时电流为 1.25A；（4）水吸收的热量为 3.696105J，烧开一壶水需要的时间为 420s。19（3）由 P=UI 得，养生壶在低温档工作时电路中的电流为： ，2751.0PWIAUV低低（4）由 可得，水的质量： m=V=110 3kg/m3110-3m3=1kg，mV水吸收的热量：Q 吸 =cm（t-t 0）=4.210 3J/（kg）1kg （100-12）=3.69610 5J，由 和 W=Pt 得，烧开一壶水需要的时间为： 。W吸 5.6910428%QWt sP吸高 高
