第1節(jié) 電能 電功
一、電能
1. 電能的來源
各種電池以及各種發(fā)電廠它們把不同形式的能轉(zhuǎn)化為電能，供人們使用。
（1）利用電池獲取電能：干電池、蓄電池把 能→電能；太陽能電池把 能（光能）→電能。
（2）發(fā)電廠獲取電能：把其他形式的能→機(jī)械能→電能。
2. 電能的利用
（1）人們利用電能時，通過用電器將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。如：白熾燈將電能轉(zhuǎn)化為 能和光能；電動機(jī)將電能主要轉(zhuǎn)化為 能；電飯鍋將電能轉(zhuǎn)化為 能。
（2）電源與用電器
電源是提供電能的，是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為 能的裝置；而用電器是消耗電能的，是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的裝置。
3. 電能的單位及其換算
（1）國際單位： ，簡稱焦，用符號J表示。
（2）常用單位： ，用符號kw·h表示，俗稱“度”。
（3）換算關(guān)系：1kw·h= J。
二、電能的計(jì)量
1. 電能表的用途：用來計(jì)量用電器在一段時間內(nèi)消耗的 。
2. 電能表的幾個重要參數(shù)（如圖所示）。

（1）“kW·h”表示電能表示數(shù)的單位是 ；
（2）“220V”表示該表應(yīng)該在 的交流電路中使用；
（3）“10（40）A”表示這個電能表的標(biāo)定電流為 ， 額定最大電流為 。電流表工作時的電流不應(yīng)超過 電流；
（4）“50Hz”表示這個電能表在頻率為50赫茲的交流電路中使用；
（5）機(jī)械式電能表（左圖）“2500R/（kW·h）”表示接在這個電能表上的用電器每消耗1千瓦時的電能，電能表上的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過 轉(zhuǎn)；電子式電能表（右圖）“1600imp/（kW·h）”表示接在這個電能表上的用電器每消耗1千瓦時的電能，電能表上的閃爍燈閃爍 次。
3. 電能表的讀數(shù)（如圖）
（1）電能表計(jì)算器上前后兩次的示數(shù)之 就是用電器在這段時間內(nèi)消耗的電能：W=W后-W前
電能表月初和月底的讀數(shù)如圖所示，則本月消耗的電能為：W= W后-W前= kW·h
（2）利用電能表的轉(zhuǎn)數(shù)求電能
利用電能表轉(zhuǎn)盤的實(shí)際轉(zhuǎn)速n和電流表參數(shù)Nrevs/kW·h，可以比較精確的計(jì)算出某段時間內(nèi)消耗的電能。即W= nNkW·h= nNkW·h×3.6×106 J
如圖所示，電表上標(biāo)有“3000r/kW·h”的字樣，若一段時間內(nèi)該電能表盤轉(zhuǎn)了60轉(zhuǎn)，則在這段時間內(nèi)用電器消耗的電能為W= 60revs3000r/kW·h=________kW·h= J
三、電功
1. 電功
（1）定義：電流所做的功叫做電功，用W表示。
（2）實(shí)質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程是電流 的過程，有多少電能發(fā)生了轉(zhuǎn)化就說電流做了 ，即電功是多少。
電能是狀態(tài)量：反映了做功的 ；
電功是過程量：反映了一段時間內(nèi)電能轉(zhuǎn)化或消耗電能的 。
3. 電功的計(jì)算
（1）影響電功多少的因素：電流做功的多少與 、 和 都有關(guān)。
（2）公式：W= ，此公式適用于一切情形下電功的計(jì)算。
4. 電功的單位
（1）在國際單位制中，電功的單位是 ，簡稱焦，用符號J表示，1 J=1V·A·s。
（2）常用單位： （kW·h）
（3）單位換算：1kw·h= J
5. 電功的推導(dǎo)公式
由W＝UIt和歐姆定律I＝ UR可推導(dǎo)出電功的兩個公式：
W = ____________ W＝____________
（1）W＝UIt 是普遍適用的公式；電功的兩個推導(dǎo)公式只適用于 電路；
（2）利用電功公式及其變形公式時，要注意各物理量的同一性和同時性。
第2節(jié) 電功率
一、電功率
1. 物理意義：表示電流做功的 。
2. 定義：等于電功與時間之比（比值定義法）。
3. 定義式：__________
變形式：電功W=Pt、時間t＝W/P
4. 單位：
（1）國際單位： （W），1瓦＝1焦/秒
（2）常用單位： （kW）、 （mW）
（3）單位換算：1 kW= W 1W= mW
（4）應(yīng)用公式P＝W/t及變形式W=Pt、t＝W/P進(jìn)行計(jì)算時，可應(yīng)用兩套單位：
①若電功W的單位用焦（J）、時間t的單位用秒（s），則電功率P的單位是 （W）；
②若電功W的單位用千瓦時（kW·h）、時間t的單位用小時（h），則電功率P的單位是 （kW）；
5. 電功率的推導(dǎo)式
（1）推導(dǎo)：將W＝UIt代入P＝W/t可得：P＝ 。
說明：電功率的定義式 P＝W/t和P＝UI都具有普遍意義，適用于任何電路。
（2）利用普適式P＝UI結(jié)合歐姆定律I＝U/R及變形式可推導(dǎo)出兩個表達(dá)式：
①P=UI=I2R ②P=UI = U2R
說明：這兩個公式只適用于純電阻電路。
6. “千瓦時”的來歷
千瓦時是功率為 的用電器工作 h所消耗的電能。
說明：千瓦時是 的單位，而千瓦是 的單位，二者的意義完全不同。
二、額定電壓 額定功率
1. 額定電壓和額定功率
（1）額定電壓U額：用電器 時的電壓；
（2）額定功率P額：用電器在 下工作時的電功率。
2. 實(shí)際電壓和實(shí)際功率
（1）實(shí)際電壓U實(shí)：用電器_______時的電壓；
（2）實(shí)際功率P實(shí)：用電器在 下工作時的電功率。
3. 實(shí)際功率和額定功率的關(guān)系
（1）當(dāng)U實(shí)=U額時，P實(shí) P額，用電器正常工作；
（2）當(dāng)U實(shí)＞U額時，P實(shí) P額，用電器容易損壞；
（3）當(dāng)U實(shí)＜U額時，P實(shí) P額，用電器不能正常工作。
一個用電器只有 個額定電壓和 個額定功率，是確定的，與實(shí)際電壓無關(guān)。用電器的實(shí)際功率是不確定的，隨著它兩端電壓的改變而改變。
4. 用電器銘牌上所標(biāo)物理量的意義
例如一只燈泡上標(biāo)著“PZ220 25”，其中PZ表示該燈泡適用于普通照明，“220”表示該燈泡的 ，“25”表示該燈泡的 。
5. 燈泡的亮度
燈泡的亮度取決于 的大小。例如額定電壓不同的白熾電燈，如果實(shí)際功率相等，則它們發(fā)光的亮度就相同。
三、電功率的測量
（1）測量出用電器兩端的電壓U和通過的電流I，運(yùn)用公式P=UI計(jì)算用電器的實(shí)際電功率。
（2）利用電能表測量出某用電器工作一段時間t內(nèi)所消耗的電能W，然后由電功率的定義式 P=W/t計(jì)算它的實(shí)際功率。
如圖所示，若在時間t（單位用小時）內(nèi)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)為n。則用電器消耗的電能為
用電器的電功率表達(dá)式為：P= Wt= __________（kW）。
第3節(jié) 測量小燈泡的電功率
一、測量小燈泡的電功率
（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y量小燈泡在不同電壓下工作時的電功率。
（2）實(shí)驗(yàn)原理：P =
（3）實(shí)驗(yàn)器材：電源、電壓表、電流表、 小燈泡（額定電壓2.5V）、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干。
（4）電路如圖所示。
（5）實(shí)驗(yàn)步驟
①按照電路圖連接電路。注意斷開開關(guān)，將滑動變阻器滑片放在阻值最大處。將電壓表和電流表指針調(diào)零。
②閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V（等于額定電壓），記下此時對應(yīng)的電流表示數(shù)，并觀察燈泡的發(fā)光情況。
③計(jì)算出小燈泡的實(shí)際功率，并記錄在表格中。
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
電壓U/V
電流I/A
電功率P/W
燈泡發(fā)光情況
1
2
3
【數(shù)據(jù)處理】根據(jù)公式P=UI 計(jì)算出小燈泡的額定功率和實(shí)際功率。
【分析與論證】
①分析表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)小燈泡兩端的實(shí)際電壓越高，小燈泡的實(shí)際功率越 ，燈泡越 。
②小燈泡的亮度直接由它的 功率決定。
③小燈泡的實(shí)際功率有多個，額定功率只有 個。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
（1）當(dāng)小燈泡的實(shí)際電壓等于額定電壓時，小燈泡的實(shí)際功率 額定功率，小燈泡 發(fā)光。
（2）當(dāng)小燈泡的實(shí)際電壓低于額定電壓時，小燈泡的實(shí)際功率 額定功率，小燈泡發(fā)光較 。
（3）當(dāng)小燈泡的實(shí)際電壓高于額定電壓時，小燈泡的實(shí)際功率 額定功率，小燈泡發(fā)光較 。
【交流討論】
對小燈泡的電功率進(jìn)行了多次測量，為什么不求小燈泡功率的平均值?
因?yàn)轭~定功率是額定電壓下的功率，不是不同電壓下功率的平均值；用電器在不同電壓下的實(shí)際功率不同，把三次測量的平均值作為小燈泡的額定功率是不合理的。
二、特殊法測小燈泡的電功率
1. 單伏法（測量器材是電壓表，缺少電流表 ）
（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：借助定值電阻，利用電壓表計(jì)算出燈泡額定電壓或額定電流，利用P=UI算出額定功率。
（2）實(shí)驗(yàn)器材：電源（電壓未知），1個電壓表，1個滑動變阻器，1個已知阻值為R0的定值電阻。
（3）方法一：已知小燈泡的額定電壓U額
①閉合S、S1，斷開S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使得電壓表示數(shù)為U額，此時燈泡正常發(fā)光；
②閉合S、S2，斷開S1，電壓表測出R0與L兩端的電壓U合。
燈泡的額定電流： I額= U合-U額R0
燈泡的額定功率：P額=U額I額 = ___________
（4）方法二：已知小燈泡的額定電流I額
①閉合S，S1，斷開S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使得電壓表示數(shù)為I額R0 ，此時燈泡正常發(fā)光；
②閉合S，S2，斷開S1，電壓表測出R0與L兩端的電壓U合。
③燈泡的額定電壓：U額=U合?I額R0
燈泡的額定功率：P額=U額I額=_______________
2. 單安法（測量器材是電流表，缺少電壓表）
（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：借助定值電阻，利用電流表計(jì)算出燈泡額定電壓或額定電流，利用P=UI算出額定功率。
（2）實(shí)驗(yàn)器材
電源（電源電壓未知），1個電流表，1個滑動變阻器，1個已知阻值為R0的定值電阻。
（3）已知小燈泡的額定電壓U額。
①閉合S、S1，斷開S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1，使得電流表示數(shù)為U額/R0，此時燈泡正常發(fā)光；
②閉合S 、S2 ，斷開S1，電流表測出通過R0與L的合電流I總。
③燈泡的額定電流： I額= I總?U額R0
燈泡的額定功率： P額=U額I燈 = ________________
（4）已知小燈泡的額定電流I額。
①閉合S、S2，斷開S1，調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使得電流表示數(shù)為I額，此時燈泡正常發(fā)光；
②閉合S、S1，斷開S2，電流表測出通過R0與L的合電流I總。
燈泡的額定電壓：U額=UR0 =（I總- I額）R0
燈泡的額定功率：P額=U額I額 =____________________
第4節(jié) 焦耳定律
一、電流的熱效應(yīng)
1. 電流的熱效應(yīng)
電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。
2. 探究影響電流熱效應(yīng)的因素
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
（1）實(shí)驗(yàn)裝置介紹（焦耳定律演示器）
兩個透明的塑料容器內(nèi)部密閉著等量的空氣；容器內(nèi)部的空氣與U形管一端相連通。兩個容器中各有一段電阻絲，兩個容器里的電阻絲 聯(lián)在一起接入電路。

（2）實(shí)驗(yàn)原理
如圖所示，兩個透明容器中密封著空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣的體積變化。同時使用兩個密閉容器時，哪一側(cè)U型管中液柱出現(xiàn)的高度差大，表明哪一側(cè)的電阻絲產(chǎn)生的 多。圖中，因?yàn)棣右＞Δh左，所以電流通過 側(cè)的電阻絲產(chǎn)生的熱量多。
（3）研究方法
①控制變量法：在探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少跟電流、電阻、通電時間的關(guān)系時，每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)該控制兩個物理量不變。
②轉(zhuǎn)換法：實(shí)驗(yàn)中通過觀察U形管液面的 來比較電流產(chǎn)生熱量的多少，這種研究方法叫轉(zhuǎn)換法。
（4）實(shí)驗(yàn)器材與電路
學(xué)生電源、焦耳定律演示器、電流表、滑動變阻器等。
為了進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，需要改變通過兩個電阻絲的電流，所以在電路中串聯(lián)一個滑動變阻器，通過移動滑片改變電流。
甲
（5）實(shí)驗(yàn)記錄表
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
電流關(guān)系
電阻大小/Ω
通電時間
關(guān)系
U形管液面
高度差⊿h
左
右
左
右
左
右
左
右
1
相等
5
10
相等
2
大
小
相等
相等
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
（1）探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電阻的關(guān)系。如上圖甲所示，將兩根阻值不等的電阻絲串聯(lián)接入電路，使用學(xué)生電源供電。閉合開關(guān)，通電一段時間后，觀察記錄U形管液面高度差的變化。
（2）按照下圖將密封容器、開關(guān)及電源連接起來。
實(shí)驗(yàn)中在右方密封盒外并聯(lián)一個5Ω的電阻R3，目的是改變通過盒內(nèi)電阻的電流大小，從而研究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的關(guān)系。由于R3的分流作用，因此通過兩個容器中電阻的電流不同：
I1= I2。
（3）閉合開關(guān)，通電一段時間后，觀察同一個密封盒U形管液面的高度差的變化。
【收集證據(jù)】
【分析論證】
（1）分析實(shí)驗(yàn)1可發(fā)現(xiàn)：在電流和通電時間相等時， 越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。
（2）分析實(shí)驗(yàn)2可發(fā)現(xiàn)：在電阻和通電時間相等時， 越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。
（3）由實(shí)驗(yàn)步驟（3）可知，在電流和電阻相等時， 越長，電流產(chǎn)生的熱量越多。
歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論
（1）在電流相同、通電時間相同時，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。
（2）在電阻相同、通電時間相同時，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。
（3）在電流相同、電阻相同時，通電時間越長，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。
【交流討論】
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小紅說她在一本書上看到用如圖所示的裝置也可以探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)。請你對該裝置進(jìn)行評價。
【評價】該裝置中，兩個相同的燒瓶盛有質(zhì)量相同、溫度相同的同種液體；燒瓶內(nèi)插有溫度計(jì)，可以測量液體的溫度。
燒瓶內(nèi)部有兩個阻值不同的電阻絲，組成串聯(lián)電路接入電路中。
通過比較燒瓶內(nèi) 可以探究影響電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的因素。
二、焦耳定律
1. 焦耳定律
（1）內(nèi)容： 電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟 成正比，跟導(dǎo)體的 成正比，跟 成正比。
（2）公式： Q =
（3）公式中Q = I2Rt各量單位：
I表示電流，單位是 （A）；R表示電阻，單位是 （Ω）；t表示時間，單位是 （s）；
Q表示熱量，單位是 （J）
1焦耳=1安2×1歐×1秒
2. 推導(dǎo)焦耳定律
若電流做的功全部用來產(chǎn)生熱量，即Q = W
因?yàn)殡姽?W = UIt，根據(jù)歐姆定律變形公式U =
所以 Q = W = UIt = t
可見，在消耗的電能全部用來產(chǎn)生熱量時，根據(jù)電功公式和歐姆定律推導(dǎo)出的結(jié)論與焦耳定律一致。
3. 電功與電熱
（1）電功與電熱的區(qū)別
電功是指電流通過一段電路所做的功，它的大小表示電路消耗電能的多少，或表示有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。電熱是指電流通過一段電路做功時，電能轉(zhuǎn)化為 的那一部分。
兩者表示的意義不同，是兩個不同的概念。
（2）電功與電熱的聯(lián)系
①純電阻電路（如電爐、電熱器、電熨斗等電路）
該類電路中，電流通過用電器時，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電流產(chǎn)生的熱量 電流做的功（消耗的電能），即Q=W
Q= W總=Pt=UIt= U2t/R=I2Rt
上述公式都可以適用于 電路.
②非純電阻電路
在該類電路中，當(dāng)電流通過用電器時，電能主要轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電流產(chǎn)生的熱量 電流做的功（消耗的電能），即Q＜W
例如：電風(fēng)扇工作時，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機(jī)的機(jī)械能，只有少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（發(fā)熱）。
W總＝UIt =W機(jī)械能＋Q熱量，電熱 電功（選填“大于”、“小于”或“等于”）。
三、電熱的利用和防止
1. 電熱的利用——電熱器
（1）電熱器的工作原理：電流的 。
（2）電熱器的主要結(jié)構(gòu)：發(fā)熱體。發(fā)熱體是由導(dǎo)電性差、熔點(diǎn)高的電阻絲繞在絕緣體材料上做成的。其中，絕緣體材料可將電阻絲與電熱器的外殼隔開，防止觸電和漏電。
（3）常見家用電熱器：電飯煲、電烙鐵、 等。
（4）電熱器的優(yōu)點(diǎn)：清潔衛(wèi)生，沒有環(huán)境污染；效率高；可以方便地控制和調(diào)節(jié)溫度。
2. 電熱的危害與防止
（1）電熱的危害
由于電流的熱效應(yīng)，會使用電器的 過高，加速絕緣材料的老化，甚至可能燒壞用電器；造成電能輸送過程中的電能損失。
（2）防止電熱危害的方法
給用電器安裝 、安裝散熱片、安裝散熱窗。

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