第十六章:电流做功与电功率

一、考试说明与课程标准对照表

1．测量电功的仪表叫      ，它的示数的单位是    ，俗称“度”。某电子式电能表上标着“3200imp／(kW·h)”字样，它表示电路中每消耗1kW·h电能，电能表           

                 ；1kW·h=         J。

2．电流做功的过程，实质就是电能转化为             的过程。

3．电功率是描述                                         的物理量，计算电功率的基本公式有两个：            和            。

4．额定功率与实际功率：

(1)用电器在额定电压下工作的功率叫做        功率，一个用电器只有一个      功率，其大小是不变的；用电器在实际电压下工作的功率叫做          功率。

(2)用电器的工作状态：当U实=U额时，P实=P额，用电器          工作。

当U实>U额时，P实>P额，用电器            工作，并有可能损坏用电器。

当U实5.测量小灯泡的电功率：

(1)实验原理：               

(2)实验电路：如右图所示，其中a是        表，

b是      表。

(3)实验注意事项：

①连接电路时，开关应        ，滑片P应滑到        点。

②电流表要        联在电路中，电压表与小灯泡       联；接线时注意“+”进“-”出，选择的量程要合适。

③测功率时，按小灯泡两端电压低于额定电压等于额定电压、约为额定电压的1.2倍的顺序调节。

6．某灯泡上标有“220V100W”字样，“220V”是该灯泡的                    ，“l00W”是                         。

7焦耳定律：电流通过导体时产生的热量与            成正比，与导体的       成正比，与      成正比。计算电热的基本公式是             。

三、典型例题：

(一)基础知识

例1小张出差时恰逢抄表日，他家电能表的示数为                ，出差返回时发现家中有一盏60w的台灯亮着，检查其他电器都已切断电源，再次查看电

能表的示数为                ，则小张的出差时间是    (    )

A．5天    B．10天  C．30天   D．100天

如图l所示是电子式电能表的主要技术参数：(1)“220v”表示电能表适用的额定电压为220v；(2)电能表的基本电流为10A，电能表满足测量准确要求，且能长期正常运行的最大电流值为40A；(3)“3 200imp／(kW·h)”表示每消耗1kW·h电能，电能表指示灯闪烁3200次。

某感应式电能表的常数为1 920r(kW·h)，它表示电路中每消耗1kW·h电能，电能表的转盘转动1920圈。

电能表的示数由几位整数和一位小数(红色框内的数字)组成，图l中电能表的示数为l362.5 kW·h。电能表始末两次示数之差就是这段时间内用电的度数。

例2　一盏灯标有“36V　40W”字样，将这盏灯接到某电路中，通过它的电流是1A，此时，这盏灯的电功率是________W．

　　精析　考查额定电压，额定功率的概念．

　　已知：灯的额定电压UE＝36，额定功率PE＝40W，实际电流IL＝1A．

　　求：PL（实际电功率）

　　解　先判定灯是否正常发光

　　灯正常发光时：IE＝＝≈1.1A

　　因为灯的实际电流IL＜IE，所以灯不能正常发光，且PL应＜PE．

　　先求出灯的电阻R＝＝＝32.4Ω

　　R不变

　　灯的实际功率：PL＝IL2R＝（1A）2×32.4Ω＝32.4W

例3一台电动机正常工作时线圈两端的电压为U，线圈的电阻为R，线圈中的电流为I，则电动机正常工作时线圈的发热功率为                    ，电能转化为机械能的效率

为              (摩擦不计)。

计算电功的基本公式是W=UIt、W=Pt，这两个公式适用于所有的电路。推导公式W=I2Rt、W=(U2/R)t，只适用于将电能全部转化为内能的纯电阻电路。同样，计算电功率的公式P=W/t、P=UI适用于所有电路，推导公式P=I2Rt、P=U2/R适用于纯电阻电路；计算电热的公式为Q=I2Rt。

例4在“测量小灯泡电功率”的实验中，电源电压是4．5 v，小灯泡的额定电压是2．5 V，电阻约为lO Ω。

(1)请用笔画线代替导线，将图3-甲中的实物电路连接完整(要求滑片向右移动时小灯泡变暗)。

(2)小云连接好最后一根导线，小灯泡立即发出耀眼的光且很快熄灭。检查发现连线正确，请你找出实验中两个操作不当之处：①                                    ；

②                                                   。

(3)故障排除后，小云闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P到某一位置，电压表的示数如图3-乙所示，为      v。若她想测量小灯泡的额定功率，应将图中的滑片P向   (填“A”或“B”)端移动，使电压表的示数为2．5v。

(4)小云又移动滑片P，记下几组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图3-丙所示的I-U图像，根据图像信息可以计算出小灯泡的额定功率是       w。

(5)另一同学连好同样的电路，闭合开关，移动滑片P，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是                           。(写出一种情况即可) 

测量小灯泡的电功率的电路图如图所示。实验时应注意：(1)电源电压必须大于小灯泡的额定电压；(2)连接电路时，开关应断开，滑动变阻器的滑片移到阻值最大的位置；(3)实验中滑动变阻器的作用是通过改变电路中的电阻，来改变电路中的电流，使小灯泡两端的电压等于或小于、大于小灯泡的额定电压，从而测出小灯泡的额定功率和实际功率；(4)测出几组不同电压下的电功率值，目的不是为了求平均值，减小实验误差，而是为了说明小灯泡的亮度与其电功率之间的关系。

例5如图所示是探究电流产生的热量与哪些因素有关的实验装置。烧瓶内装有质量和初温完全相同的煤油，烧瓶中铜丝和镍铬合金丝的长度、横截面积相同。下列说法正确的是    (  )

A．在甲图中，探究的是电流产生的热量与电阻的关系

B．在乙图中，探究的是电流产生的热量与电阻的关系

C．在甲图中，闭合开关一段时间后，A烧瓶中温度计的示数更高

D．乙图只能用来探究电流产生的热量与电流大小的关系

要探究电流产生的热量与导体的电阻大小的关系，必须采用控制变量法，选用两个阻值不同的电阻丝串联在电路中。要探究电流产生的热量与电流大小的关系，可通过调节滑动变阻器的滑片，改变电路中的电流，观察比较同一电阻在相同时间内，电路中的电流改变前后产生热量的多少。

（二）提升讲解

　例6（北京市中考试题）电阻R和灯泡L串联接到电压为10V的电路中，R＝10Ω，电路接通后，100s内电阻R上电流做的功为10J，已知灯L的额定功率为10W，灯的电阻不变．求：灯的额定电压．

　　解　画出灯L和电阻只串联的电路草图2—3—2，并标明已知量和未知量．

　　串联电路，通过L和R电流相等，设为I．

　　则WR＝I2Rt

图2—3—2

　　I＝＝＝A＝0.1A

　　R两端电压：UR＝IR＝0.1A×10Ω＝1V

　　灯L′两端电压：UL＝U－UR＝10V－1V＝9V

　　灯电阻：R＝＝＝0.9Ω

　　灯额定电压：UE＝＝＝30V

例7冰箱是常用的家用电器，它有金属外壳，用三线插头及其三线插座将其外壳与   

       (填“火线”或“零线”“地线”)相连以防触电。在只有冰箱压缩机工作的情况下，家里标有“2000 r／(kW·h)”的电能表转盘在6min内转过20圈，在这6min内冰箱消耗的电能为        kw·h，冰箱压缩机的电功率为         w。

冰箱的金属外壳应该与地线相连，这样可以防止因漏电造成的触电事故。电能表转盘在6 min内转过20圈，消耗的电能，压缩机的电功

率

例8 家庭用的电热饮水机的电路原理图如右图所示，有加热和保温两种工作状态。加热前温控开关S1处于闭合状态，闭合开关S后饮水机开始加热，当水箱内的水温达到98℃时温控开关S1自动断开，饮水机处于保温状态；当水温降至一定温度t时，s1又闭合重新加热。饮水机的铭牌数据如下表所示。

求：(1)正常加热时通过饮水机的电流；

    (2)正常加热时电阻R2的阻值；

    (3)若饮水机重新加热一次的时间为5min,加热一次消耗的电能。

(1)由P=UI可得，正常加热时通过饮水机的电流

(2)根据表中数据可知，加热时R2的功率，由得，

  (3)加热一次消耗的电能W=P加热t=440W×5×60S=1.32x105J

  例9(2013．庆阳)小明手中有一只白炽灯泡，上面标有“220 V 100 W”字样，说明这只灯泡正常发光时的电阻大小为       Ω，正常发光时实际功率为      W；当通过它的电流大小为0.2A时，它的实际功率大小为          W

灯泡正常发光时的电阻,灯泡正常发光时实际功率等于额定功率，即100W。当通过该灯泡的电流为0.2A时，其消耗的实际功率P=I2R=(0．2A)2×484Ω=19.36W。

例10 某养鸡场新购进一台电热孵卵器，其电阻为ll0Ω不变，在额定电压下工作时通过孵

卵器的电流是2A，则该孵卵器正常工作lOs所产生的热量为                     J。

根据焦耳定律可知，该孵卵器正常工作lOs产生的热量Q=I2Rt=(2A)2×110Ω×l0s=4．4×103J。

(三)实验典例

例11 “测量小灯泡的额定功率”的实验中，小灯泡上标有“3．8v”字样，电源电压恒定。

(1)请你用笔画线代替导线，将图1中的实物电路连接完整。

(2)连接完实验电路后，开关试触时发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表的示数接近电源电压，其故障原因可能是                        。

(3)故障排除后开始实验，在移动滑动变阻器滑片的过程中，眼睛应注视          的示数，直至小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图2所示，则小灯

泡的额定功率为       W。

(4)完成上述实验后，小聪向老师要了一个已知阻值为R0的电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图3所示的电路，也测出了小灯泡的额定功率。请完成下列实验步骤：

①闭合开关S1，将S2拨到触点         (填“l”或“2”)，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为       V；

②再将开关S2拨到触点         (填“l”或“2”)，保持滑动变阻器的滑片的位置不动，读出电压表的示数U;

③小灯泡额定功率的表达式为P额=        (用已知量和测量量表示)。

(1)在测量小灯泡的额定功率的实验中，应使电压表与小灯泡并联，移动滑动变阻器滑片使其示数为额定电压，电流表与小灯泡串联，测出额定电流，再根据P额=U额I额计算额定功率。滑动变阻器应“一上一下”连入电路中。实物电路如图4所示。

(2)开关试触时发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表的示数接近电源电压，其故障原因可能是小灯泡处发生开路，电压表测量电源电压。

(3)实验中，移动滑动变阻器滑片的过程中，眼睛应注视电压表示数，使电压表示数为3.8v(小灯泡正常发光)，此时电流表的示数如图2所示为0.4A，则小灯泡的额定功率P额=U额I额=3.8v×0.4A=1.52W。

(4)如图3所示的电路，应先闭合开关S1，将S2拨到触点2，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为3．8v(小灯泡正常发光)；再将开关S2拨到触点l，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U；则小灯泡额定功率的表达式为

例12  在探究“影响电流热效应的因素”的实验中：

(1)为了探究电热器产生的热量与电流的关系，小明设计了图5-甲所示的实验，在烧瓶内安装一根电阻丝，并插入一支温度计，通过比较烧瓶内液体的温度的变化，来判断相同时间内不同电流产生的热量的多少，这种研究方法叫             。若他想让烧瓶内的液体在短时间内温度变化得更明显，应选用     (填“煤油”或“水”)，理由是              。

    (2)小明先测量出烧瓶内液体的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内液体的温度，得到温度的升高量并填入下表中；然后移动滑动变阻器的滑片来改变电流的大小，重复上述操作，获得第二组数据(如下表所示)。

    (3)若要探究电热器产生的热量与电阻的关系，应保持电流和通电时间相等，同时选择图5-乙中   (填“A”或“B”)烧瓶与图5-甲中的烧瓶       (填“串联”或“并联”)。

(1)实验中通过比较烧瓶内液体的温度的变化，来判断相同时间内不同电流产生的热量的多少，这种研究方法叫转换法。由于煤油的比热容较小，质量相同、吸收热量相同时，煤油的温度变化得比较明显，应选用煤油进行实验。

    (2)由表中数据可知，通电时间和电阻相等，电流增大为原来的2倍，温度升高量增大为原来的4倍，即产生的热量变为原来的4倍。由此可知，同一导体，在通电时间相等时，电流越大，其产生的热量越多。

  (3)若要探究电热器产生的热量与电阻的关系，应保持电流和通电时间相等，电阻不同，所以应该选择图5-乙中的B烧瓶和图5-甲中的烧瓶串联。

四、巩固练习：

1．选择

1．电能表是家庭电路中测量下列哪个物理量的仪表 

  A．电功率           B．电能          C．电阻          D．电压

2.下列家用电器中属于电热器的有                                       

  A、电视机         B、电动剃须刀      C、电熨斗         D、电风扇

3、假设所有导体都没有电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是

 A．白炽灯仍然能发光　　        B．电动机仍然能转动

 C．电饭锅仍然能煮饭　          D．电熨斗仍然能熨烫衣服

4.电功和电功率的单位分别是

     A. KWh、J   B. KW、W    C. J、W   D. KWh、KW 

5、以下家用电器正常工作时，电功率大约为l kW的是（       ）

    A．微波炉        B．电冰箱        C．电风扇        D．电视机

6.  关于电功和电功率说法不正确的是：[  ]

  A用电器消耗的电能越多，电功率越大 B功率是表示电流做功快慢的物理量；

  C．单位时间内，电流做功越多，电功率越大D千瓦时电功的单位，千瓦是电功率的单位。

7.将断了的灯丝搭在一起

   A.灯丝电阻变大了，灯泡变亮了 B.灯丝电阻变大了，灯泡变暗了

   C.灯丝电阻变小了，灯泡变亮了 D.灯丝电阻变小了，灯泡变暗了

8、晶晶的爸爸从国外带回来一个电饭锅．电饭锅上标着“110V  1000W”。则该电饭锅正常工作1min，消耗的电能是（       ）

   A．6×104J        B．1．1×105J    C．6．6×106J    D．545．4J

9、电热器的电阻为4Ω，通过的电流为5A，则这个电热器的功率是      （    ） 

    A、100W；      B、80W；       C、60W；      D、20W。 

10、有一只“220V、5A”的电能表,按规定最多可接“220V,40W”的电灯  (　　)

  A、25盏　   　 B、27盏　　　   C、28盏　        D、30盏

二．填空

11.电流通过电饭锅，______能转化为______；电流通过电风扇，______转化为______能；对蓄电池充电时，______能转化为______能。电流做功的过程就是电能转化为______能的过程。

12．灯泡的灯丝断了再搭接上，接到原来的电源上，灯泡比以前更         

了，这是因为灯丝电阻             ，消耗的功率                 。

13．某导体两端加2V电压时，通过的电流为0．5A，则这段导体的电阻为_______Ω．要使通过该导体的电流变为1A，应在该导体两端加_______V电压．当该导体两端的电压为3V时，该导体所消耗的电功率为_______W．

14. 1KWh的电能可以供规格为“PZ220-100”的灯泡工作________h。或者供“PZ220-25”的灯泡工作________h。

15.大墱岛有个世界上最大的军事广播喇叭，工作时功率可达3kW．那么广播30min需要消耗电能_______kW·h。郭工程师在喇叭电台里每根电子管的两端安装一个小风扇．这是为了解决机器工作时部分电能转化为_______能而带来的问题

16．我国大亚湾核电站一号机组的发电功率为。若这个机组连续工作一天，输出的电能为            。

17.要将标有“6.3V，0.12A”的小灯泡连接到电压为9V的电源上，必须________（选填“串”或“并”）联一个________Ω的电阻。灯泡正常工作时这个电阻消耗的功率是________W。

18.甲灯标有“220V 60W”、乙灯标有“220V 100W”字样，如果两灯泡钨丝长短一样，则钨丝较粗的是           灯，如果将两灯串联在220V的电源上，使用相同时间，甲、乙两灯消耗的电能之比是             。

19.电暖气接入电路时需用三孔插座，将用电部分连入电路的同时，也将金属外壳与______相连，它与其他家用电器间的连接方式为___________。只将一个“220V 800W”的电暖气接入示数为的电能表所在的电路中，正常工作5 h，消耗电能_______ kW·h，此时电能表示数变为。

20、一只家用电能表铭牌上标着“3000r/kW·h”，它表示的是电路中每消耗1kW·h的电能，电能表的转盘转3000转。现在室内只接了一只灯泡，测出转盘3min内转了15转，利用这些数据，算出灯泡在这段时间内消耗的电能是　　　kW·h，合　　　J，灯泡的功率

是　　　　W。

3．实验探究

21、在“测量小灯泡电功率”的实验中．已知电源电压为3V，小灯泡的额定电压为2．5V。

(1)连接电路时．开关应           。

(2)请你用笔画线代替导线将图中的电路连接完整。 

(3)闭合开关前，应先将滑动变阻器的滑片移到      端(选填“C”或“D”)。闭合开关后．发现小灯泡不亮，电流表指针偏转，电压表示数为0，产生故障的原因可能是                           。

(4)排除故障后，实验得到的数据如下表。在第1次实验中，小灯泡两端电压为

2V时，电流表示数如图26所示，则通过小灯泡的电流为     A，此时小灯泡的实际功率      W     

(5)由上表可知，小灯泡的额定功率为         W；小灯泡的实际功率随实际电压的增大

而       (选填“增大”或“减小”)。

22．下面是小宇同学在实验室中研究电流产生的热量和哪些因素有关的实验过程记录，有不完整的地方，请你帮他填写完整。

课题：研究电流产生的热量与哪些因素有关装置及原理：

我们组的同学组装了如图所示的实验装置，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各放一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大。通电后电流通过电阻丝产生热量使煤矿油的温度升高，体积膨胀，煤油上升的高度越                   。

实验过程：

① 接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油哪个上升得高，实验结果是：       瓶中的煤油上升得高。这表明，电阻越大，产生的热量越多。

② 在两玻璃管中的液柱降回原来的高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做上述实验，通电时间与前次相同。在两次实验中，比较甲瓶（或乙瓶）中的煤油哪次上升得高。实验结果：在第二次实验中，瓶中煤油上升得较          。这表明，电流越大，电流产生的热量越多。

③ 实验表明，通电时间越长，瓶中煤油上升得越高，电流产生的热量越           。

我们小组的同学一起对实验现象进行归纳分析，找到了电流产生热量的多少和哪些因素有关。

4．综合计算

23、如图12所示，电阻R2＝5Ω，电源电压保持4V不变，当开关S闭合时，电压表的示数为1．5V，求：（1）电阻R1的阻值；（2）电阻R2的电功率。

24.如图所示电路,电源电压6伏且保持不变,电阻R1的最大阻值为20欧,当滑片P位于中点时,电流表的示数为0.5安.求:(1)通过R1的电流(2)R2的阻值

(3)R1消耗的功率(4)电路的总功率

25、标有“6V、3W”的灯L1和标有“6V、1W”的灯L2串联后接在12伏的电源上，求灯L1的实际功率。

26.如图甲电路所示，电源电压为9V且保持不变，小灯炮标有 “6V  6W”的字样，小灯泡的电流随电压的变化曲线如图乙。求：（1）小灯炮正常发光时电阻为多少欧?（2）当电流表的示数为0.7A时，小灯泡的电功率为多少瓦?（3）当电压表的示数为2V时，整个电路10s内消耗的电能是多少焦？

                                          甲                      乙

27.如图13所示电路图，电源电压U=6V且保持不变，闭合开关后，电流表A1的示数为0.2A，A的示数为0.5A。求：（1）电阻R1的阻值。（2）电阻R2的电功率。下载本文