沪科版九年级物理第十六章电流做功与电功率

第十六章 电流做功与电功率 第一节 电流做功 各种各样的发电厂和电池，把不同形式的能转化为电能，供人们使用。 电能转化为光能 电能转化为机械能 电灯为我们照明 电动机使电风扇旋转 1 ．用电器工作的过程就是利用电流做功，将电能转化为其他形式的能量的过程。 认识电流做功 2.电功与电能的关系:电流做了多少功,就消耗多少电能。 3.大小:电流所做的功与电流、电压、通电时间成正比。计算公式: W= UIt 4 .单位及换算:1度=1kW·h=3.6×10 6 J。 【 方法归纳 】 电功大小的其他计算公式 (1) 基本公式及推导公式 (2)使用注意事项 ①纯电阻电路中有电流流过时，电能全部转化为内能。公式 和 W=I 2 Rt ，只适用于纯电阻电路(电灯、电炉、电饭煲等)中的电功计算；非纯电阻电路(电风扇、电冰箱、洗衣机等)中的电功用 W=UIt 计算。②并联(或电压相等)的电路采用 比较，串联(或电流相等)的电路采用 W=I 2 Rt 比较。    电能表（电度表）是测量电功的仪表。 测算电费 ● “220 V” 表示这个电能表应该在 220 伏的电路中使用。 电能表有几个重要的参数应该注意： ● “10 （ 20 ） A” 表示这个电能表的标定电流为 10 A ，额定最大电流为 20 A 。电能表工作时的电流不应超过额定最大电流。 ● “50 ～”表示这个电能表在频率为 50 Hz 的交流电路中使用。 ● “600 Revs/ （ kW · h ）”表示接在这个电能表上的用电器，每消耗 1 kW · h 的电能，电能表上的转盘转过 600 转。 电能表的读数：电能表计数器上两次读数之差，就是这段时间内用电的度数。 单位： kW•h 即：度 红圈里的数字是小数点后面的数字。 4 2 6 7 8 4 3 7 4 4 W 1 =__________ k W •h W 2 =__ _______ _ k W • h 1 月底 : 2 月底 : W =______________ k W • h 4267.8 4374.4 W 2 - W 1 = 106.6 2 月份用电 : 电能表的读数及电能计量方法 读数 读数 各式各样的家用电能表 1. 小莉观察家里的电能表,看到表盘上标有“3000r/kW · h”的字样,晚上正常用电时,她发现每分钟表盘转10转,那么她家用电4小时将消耗    kW · h,合       J。 练一练 0.8 2.88×10 6 2 .一个电热器电阻是440 Ω,把它接入电路中工作时，10 min消耗的电能是66 000 J，求电热器两端的电压是多少? 解： ，代入数据解得 U=220 V ，即该电热器两端的电压是220 V。 答案:220 V 第十六章 电流做功与电功率 第二节 电流做功的快慢 1. 电功：电能转化为其他形式能量的多少。 2. 电功的单位： J 、 kw·h 1kw·h=3.6×10 6 J 3. 电功的测量：用电能表 方法 1 ：看计数器，等于先后两次示数之差。 方法 2 ：数转盘转动的转数 N ， 温故知新 想一想 夏天，用空调和电风扇乘凉哪个效果好？ 相同时间内通过它们的电流做功相同吗？ 1 、电功率是表示电流做功快慢的物理量。 2 、定义：电流在单位时间内所做的功。 P 表示电功率。单位：瓦特，简称瓦（ W ） W 表示电功，单位：焦耳，符号： J t 表示时间，单位：秒，符号： s 4 、电功率另一个单位是千瓦 符号： k W 。 kW 和 W 的关系是 :1 k W =10³ W 电功率 3 、公式 ： 电功率 的计算： 方法一： 方法二： P=UI 方法四： P=I 2 R 方法三： 电功率等于电压与电流的乘积 电功率等于电功与所用时间之比 单位关系： 1 瓦＝ 1 伏 · 安 只能对“纯电阻”电路使用 P U R = I = U 2 = I 2 R = t W 决定式 推导式 定义式 只适用于纯电阻电路，如电阻、灯泡、电热器等，对于有电磁感应现象或发生化学变化的电路不适用，如给蓄电池充电，电动机电路等。    各种不同的用电器，电功率一般是不同的，翻看用电器的说明书，我们常常可以看到 “ 电功率 ” 这样的参数。这时的功率叫做额定功率。 额定功率、实际功率   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功率 。 P 额 U 额 U 实 P 实   3 ．实际电压、实际功率   实际加在用电器两端的电压 。   用电器在实际电压下工作时的功率 。    U 实 = U 额 ，则 P 实 = P 额 ；用电器正常工作。    U 实 > U 额 ，则 P 实 > P 额 ；可能烧毁用电器。    U 实 < U 额 ，则 P 实 < P 额 ；用电器不能正常工作。 1. 一个用电器只有一个额定电压和一个额定功率，但可以有多个实际电压和实际功率。 2. 灯泡的亮度是由灯泡在电路中工作时的实际功率决定的。 注意： 3. 由电功率公式 P = UI 可以看出，测量用电器两端电压和通过用电器的电流，就可以知道用电器实际的电功率。 1、某实验小组在做“探究串联电路的电压规律”实验时，连好了如图所示的电路，闭合开关S后发现L 2 正常发光，L 1 只能微弱发光。以下对于这一现象产生的原因分析中， 合理的是（   ） A．灯L 1 发生断路 B．灯L 1 发生短路 C．由于灯L 1 的电阻较大，实际功率较小 D．由于灯Ｌ 1 的电阻较小，其实际功率较小 D 练一练 2 、在如图所示的电路中，R 1 =10 Ω ，R 2 =20 Ω ，闭合开关后，电流表的示数为0.3A．求： (1)电阻R 1 两端的电压； (2)通过电阻R 2 的电流； (3)电路消耗的总功率． 答案： （ 1 ）电阻 R 1 两端的电压是 3V ；（ 2 ）通过电阻 R 2 的电流是 0.15A ；（ 3 ）电路消耗的总功率是 1.35W 。 3 、一盏电灯连在电压是 220V 的电路中，电灯中通过的电流是 68mA ，这个灯泡的电功率是多少瓦？一个月总共通电 100h ，电流所做的功是多少？ 答案： 5.4×10 6 J 1. 定义 : 3. 单位： 在国际单位制中，电功率的单位是瓦特，简称瓦 ( W ) ; 常用单位是千瓦 ( KW ) 2. 计算公式： （ 1 ）定义式： （ 2 ）计算式： P ＝ UI 电流在单位时间内所做的功叫电功率。 它是表示电流做功快慢的物理量。 4. 额定电压和额定功率： 额定电压：指用电器正常工作的电压； 额定功率：指用电器在额定电压下工作的功率 , 或者说正常工作的功率。 5. 实际电压和实际功率 实际电压：用电器实际工作的电压； 实际功率：用电器在实际电压下工作的功率 第十六章 电流做功与电功率 第三节 测量电功率 同学们 , 我们在前面学习了电功率的概念和它的计算方法 , 你能说出什么是电功率吗 ? 电功率有哪些计算方法呢 ? 电功率是表示电流做功快慢的物理量 电功率的计算公式 P=W/t P=UI 复习提问 1. 提出问题 : 如果我给大家一个小灯泡 , 但铭牌上只有额定电压 2.5V ，没有电功率，你们能测出小灯泡的电功率吗 ? 怎样测量 ? 根据公式 : P=UI 小灯泡两端的电压 流过小灯泡的电流 新课教学 讨论 : 为什么要增加一个滑动变阻器 ? 保护电路； 可以调节小灯泡两端的电压。 实验电路图 : 连接电路 3. 进行实验与收集证据 : 1. 应如何连接？闭合开关前，滑片要放在什么位置？ 2. 和电压表在电路中如何连接？ + 、 - 接线柱连接是否正确？量程选择是否适当？ 注意事项 : 滑动变阻器 电流表 3.注意观察小灯泡在什么情况下正常发光，在什么情况下小灯泡比正常情况更亮，什么情况下小灯泡比正常情况下暗。需小心调节滑动变阻器，以免因实际电压超过额定电压，导致电压过大而烧毁小灯泡。 注意事项 : 电压表 电流表要串联在电路中 电流由“ +” 入 ,“-” 出 不能超过最大测量值 不能直接接在电源两极上 电压表要并联在电路中 电流由“ +” 入 ,“-” 出 不能超过最大测量值 电流表 小灯泡两端的电压 电压 U/V 电流 I/A 电功率 P/W 小灯泡明亮程度 等于额定电压 2.5 高于额定电压 低于额定电压 实验记录表 分组实验 通过与同学们的交流与合作 , 你能回答课本中的两个问题吗 ? 能否用多次测量取平均值的方法测功率 ? 学生汇报实验结果。 4. 交流与合作 5. 思考 : 如何测算家庭电路中电灯的功率 ? 1. 某同学在做“测定小灯泡功率”的实验中，他能正确 连接电路进行实验。实验时，他闭合开关后，发现小灯 泡能发光，电压表的示数还不到额定电压，他试图通过调节滑动变阻器的滑片使小灯泡正常发光，结果无论怎样调节，电压表上的示数都无法达到小灯泡的额定电压值。发生这种现象的原因可能是（ ） A. 电压表的量程太小 B. 滑动变阻器总的阻值太大 C. 电源电压太低 D. 小灯泡灯丝断开 C 课堂训练 2.用电流表和电压表测有“2.5V”字样的小灯泡的额定功率，小灯泡正常发光时电阻约为10Ω，现有滑动变阻器和开关各一个，导线若干，实验中缺少的仪器从以下器材中选取。 A.3V电源 B.8V电源 C.量程为0 ～ 3V的电压表 D.量程为0 ～ 15V的电压表 E.量程为0 ～ 0.6A的电流表 F.量程为0 ～ 3A的电流表 （ 3 ）在闭合开关前，调节滑动变阻器的阻值处于 ________________________________ ； （ 1 ）写出你所选择的器材选项前的字母 —————— A 、 C 、 E 最大阻值处（电阻器的最右端） （ 2 ）画出实验电路图： S V R 1 A L （ 4 ）实验中调节滑动变阻器，先观 察 —————— 的示数，为 _______ 时， 再取 ———— 上的示数，然后利用公 式 ———————— 就可以算出小灯泡的 额定功率。 （ 5 ）若实验中小灯泡发红光，则此时电压表的示数一 定 ———— 2.5V ，应调节滑动变阻器的滑片向左。 S V R 1 A L 电压表 2.5V 电流表 P=U·I 小于 3. 在测定小灯泡电功率的实验中，我们要测定电压为 2.5 伏的小灯泡的额定功率。实验操作过程中，手和眼的分工 是（ ） A. 手移动滑动变阻器的滑片，眼看电流表的指针 B. 手移动滑动变阻器的滑片，眼看电压表的指针 C. 手移动滑动变阻器的滑片，眼看小灯泡是否正常发光 D. 手按着开关，眼看电流表的指针 B 小灯泡实际消耗的电功率不一定等于额定功率。 当小灯泡 U 实 = U 额 时， P 实 = P 额 当小灯泡 U 实 > U 额 时， P 实 > P 额 当小灯泡 U 实 < U 额 时， P 实 < P 额 第十六章 电流做功与电功率 第四节 科学探究：电流的热效应 电流通过导体时电能转化成内能（热能） 这些用电器工作时的共同点是什么 ? 电热毯 电熨斗 电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。 电炉 电流的效应是指电流的热效应、化学效应和磁效应。 电流的热效应 : 电流通过导体要发热 , 这叫作电流的热效应。例如 , 电灯、电炉、电烙铁等都是应用电流的热效应的例子。 电流的化学效应 : 电流通过导电的液体 , 会使液体发生化学变化 , 产生新的物质。 【 拓展延伸 】 电流的效应 电流的这种效果叫作电流的化学效应。例如 , 电解、电镀、电离等就属于应用电流的化学效应的例子。电流的磁效应 : 给绕在软铁芯周围的导体通电 , 软铁芯就产生磁性 , 这种现象就是电流的磁效应。例如 , 电铃、蜂鸣器、电磁扬声器等都是利用电流的磁效应制成的。 【 拓展延伸 】 电流的效应 现象一 灯泡通电后, 刚开始通电不是很热,可过了一会就很热。 现象二 通电后电阻丝热的发红而电源线温度没有太大的变化。 电流 I ，电阻 R ，通电时间 t 现象三 电饭锅通电后必须按下加热（煮饭 ) 按钮开关才能煮熟饭。 电流产生的热量与哪些因素有关？ 猜想：与电流产生的热量有关的因素有 控制电流 I 、时间 t 相同 : 研究电阻 R 变化→ 对电热 Q 的影响 控制电阻 R 、时间 t 相同 : 研究电流 I 变化→对电热 Q 的影响 控制电阻 R 、电流 I 相同 : 研究时间 t 变化→对电热 Q 的影响 控 制 变 量 法 探究实验用什么物理方法？ 电流通过导体产生热量 , 其中所产生的热量既看不见也摸不着，如何测量呢？ 既看不见也摸不着的科学量 既看得见也能测量的科学量 转化 转化 让电流产生的热量被液体吸收，通过观察液体的热膨胀（观察玻璃导管内的液柱升降）来测量。 控制电阻 R 、电流 I 相同，研究通电时间 t 变化→ 对电热 Q 的影响 结论：对同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，煤油的温度越 ，表明电流产生的热量越 。 每隔一分钟记录一下温度计的示数 高 多 控制电阻 R 、时间 t 相同 : 研究电流 I 变化→对电热 Q 的影响 结论：对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通电电流越大，煤油的温度越 ，表明电流越大，电流产生的热量越 。 相同时间内通过 R 的电流为 Ｉ ，移动 R 0 的滑片 , 使通过 R 的电流为 0.5 Ｉ 。比较 R 两次所产热的多少 高 多 控制电流 I 、时间 t 相同 : 研究电阻 R 变化→对电热 Q 的影响 结论：在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，煤油的温度越 ，表明电流越大，电流产生的热量越 。 高 多 我们用欧姆定律，能不能推导出电流的热效应跟电阻的关系呢？ P=IU U=IR P=IU=I×IR=I ² R 在电流相同的情况下，电能转化成热时的功率跟导体的电阻成正比。 即：在电流相同时，电阻较大的导体在一定时间内产生的热较多。 结论： 分析论证： 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。 焦耳定律 历史上，英国物理学家焦耳做了大量的实验，探究电流产生的热量跟电流的大小、导体的电阻以及通电时间的关系，他于 1840 年最终发现： 焦耳定律     焦耳（ James Prescott Joule ， 1818—1889 ），英国物理学家。用 近 40 年的时间做了 400 多次实验， 研究热和功的关系。通过大量的实 验，于 1840 年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。 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 = I 2 Rt 3.单位： I -安， R -欧， t -秒， Q -焦。 非纯电阻电路： W 总 ＞ Q ( W 总 ＝ UIt = W 外 ＋ Q ) Q = W = UIt = I 2 Rt 根据欧姆定律 U = IR 又 W = UIt ， 若电流做的功全部用来产生热量即 Q = W 注意： 焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，对只存在电流热效应的电路也可用以下公式来计算热量。 纯电阻电路 ： W 总 =Q 放 =Pt=UIt= t = I 2 Rt 【例1】用电炉烧水时，电炉丝热得发红，而跟电炉丝连接的铜导线却不怎么热，这是为什么? 电炉的电阻丝和铜导线是串联在同一电路中的，所以通过的电流是相同的，时间也是相同的，根据焦耳定律 Q=I 2 Rt 可知，当两导体中电流和通电时间均相同时，电流产生的热量与导体的电阻成正比.由于电炉的电阻丝的电阻比铜导线的电 阻大得多，所以电炉丝产生的热量比铜导线要多得多。 典例精析 【例2】一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω ，通过线圈的电流为10A.这台电动机正常工作时，一秒钟消耗的电能为 J，产生的热量为 J。 3 800 200 【 例 3】 一根 60 Ω 的电阻丝接在 36V 的电源上，在 5min 内共产生多少热量？ 答： 5min 内共产生的热量是 6480J 。 一、通电导体放出的热量跟哪些因素有关 当电流、导体的电阻一定时，通电时间越长，产生的热量就越多； 当电流、通电时间一定时，导体的电阻越大，产生的热量就越多； 当电阻、通电时间一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多。 二、焦耳定律 Q = I 2 Rt