电功和电热专题(讲解及练习带答案).pdf
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1、滨海县玉龙初级中学 王景年 1 初 三 物 理 2007 年中考专题复习 第九单元 电功和电热【教学内容与目的要求】目的要求:1、知道电功及其单位,掌握电功的公式,知道电能表是测量电功的仪表 2、掌握电功率的概念,理解额定功率 3、理解焦耳定律,知道电热器的原理 4、会测小灯泡的电功率【知识重点与学习难点】1、理解电功的概念 2、理解电功率的概念,掌握电功率的计算公式 3、理解额定功率和实际功率的概念 4、理解焦耳定律及有关计算【方法指导与教材延伸】1、怎样理解电功这个物理量 电流做功的过程就是电能转化为其它形式能,如:内能、机械能和化学能等的过程。电功的计算公式 W=UIt 是电功的基本计算
2、公式,适用于任何电路。根据 W=Pt,也可以计算电功,但是,根据 I=U/R 推出的电功的两个计算公式:RtIW2和tRUW2只适用于计算将电能完全转化为内能的用电器的电功。电功的单位是焦耳,常用的电功单位是千瓦时(度)。1 千瓦时=6106.3焦耳 2、怎样理解电功率这一物理量 电功和电功率是既有联系又有区别的两个物理量。电功率表示电流做功的快慢,即滨海县玉龙初级中学 王景年 2 电流在单位时间内做的功。公式 P=UI 是计算电功率的基本公式。另两个公式 P=I2R,P=U2/R,这两个公式是根据 P=UI 结合欧姆定律 I=U/R 推出的,仅适用于将电能完全转化为内能的用电器或电路。3、额
3、定功率和实际功率 用电器上标出的正常工作时,应接到的电压叫做额定电压。用电器在额定电压下工作(正常工作)时的功率称为额定功率。例如“220V、100W”表示这个用电器接在额定电压 220V 下工作时,发挥的功率是 100W。实际功率是指用电器某一电压下工作时的功率,它随用电器的工作条件的变化而变化,当实际加在用电器两端的电压为额定电压时,实际功率就等于额定功率。当加在用电器两端的电压小于或大于额定电压时,实际功率就小于或大于额定功率,一般情况下这是不允许的,使用用电器时,必须使加在用电器两端电压等于或接近于额定电压,这样用电器才不至于损坏。4、焦耳定律 焦耳通过大量实验精确地确定了电流产生热量
4、跟电流强度、电阻和时间的关系:电流通过导体产生的热量,跟电流强度的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。即:Q=I2Rt。它适用于任何用电器热量的计算。在仅有电流热效应存在的电路中,电能全部转化成了内能,而没有转化为其他形式的能,这时电流产生的热量等于电流所做的功。即 Q=W。再根据 W=UIt 和 U=IR 可推导得出 Q=I2Rt。焦耳定律的公式也可以表述为tRUQ2,用它解决某些问题比较方便,但必须注意它适用于只存在电流热效应的电路中。【例题选讲】例 1、灯泡 L1和 L2串联在电路中,L1的电阻比 L2大,在相等的时间里,电流做的()A、L1灯做的功多 B、L2灯做的功多
5、 C、两灯一样多 D、无法确定 滨海县玉龙初级中学 王景年 3 解:两灯串联,通过两灯的电流相同,时间也相等,由 W=UIt 和 U=IR 得 W=I2Rt可知电功与电阻成正比,而 L1的电阻大于 L2的电阻,所以电流通过 L1做功多,本题应选 A。例 2、把“12V、8W”的电灯接到 9V 的电路中,它的实际功率为多大?解:WVRUPWVPURRUP5.418)9(188)12(22222实实 例 3、现有甲、乙、丙三盏灯,分别标有“220V、40W”、“110V、40W”、“36V、40W”的字样,它们均在额定电压下工作,比较它们的亮度,哪一盏灯最亮。答:三盏灯的亮度完全相同,因为它们均在
6、额定电压下工作,所以它们的实际功率也就是它们的额定功率均为 40W。例 4、一台“220V、1000W”的电炉,想把它改装后接到 110 伏的电源上,但功率保持不变,以下哪个措施是正确的()A、将电炉丝截掉一半后接入电路 B、将电炉丝截掉四分之三接入电路 C、将电炉丝分成等长的两段,然后并联接入电路 D、将电炉丝截掉四分之一后接入电路 解:根据题意要求额实UU21时,P实=P额。由RUP2可知要满足题设条件,只有改变电阻 R,才能满足要求。由121212441RURURUP额额实实 若时1241RR,P实才能等于 P额。所以1241RR 是选择答案的首要依据,在上述四个滨海县玉龙初级中学 王景
7、年 4 答案中可发现(B)(C)均满足条件,究竟两个答案谁更合理呢?我们还应该考虑当 U变化后,R 也变时,I 是否变化,对于一个能正常工作的电阻来说,它有一个额定电流,若实际电流超过它允许的额定电流,则它必将烧毁,所以接下来应判定(B)(C)中由实际电路中通过的电流大小。对 B:额额实实实IIRURURUI22421122,而C选 项 每 根 电 阻 丝 上 的 电 流额额IRUI1221/21显然应排除 B,而选择 C。例 5、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。解:123)6(21211WWPUR额额 361)6(
8、22222WVPUR额额 0,943,3413136121122212121PLLUUVUUVUURRUUL无法工作电路断路会烧毁串联额 例 6、今有“6V、6W”的电灯 L1和“6V、1.5W”的电灯 L2各式各一盏,把它们分别接到电压 6 伏的电源上,要求两灯具有同样的亮度,应在哪一盏灯的电路里串联一个电阻?阻值为多大?解:U=伏额额621UU 若 L1、L2直接接入 6 伏电路上均能正常发光,即 P1=6 瓦,P2=1.5 瓦。今要求两灯具有相同的亮度,即 L1的实际功率与 L2的额定功率相同:P1=P2=瓦额5.12P 滨海县玉龙初级中学 王景年 5 1L1P=1.5WxRU=6V1L
9、L2VAS L1的电路中应串联一个电阻 RX起分压作用,如图所示 66)6(212112WVPURRUPL额额 欧由分压原理可得伏伏伏串联伏欧瓦6:336365.1112111LXLRRUUURPU 答:应给“6V、6W”的电灯串联一个 6 欧的电阻。例 7、如图所示,两盏灯 L1和 L2串联接入电路,合上开关后两灯均正常发光,电压表和电流表均有示数,突然两灯先后熄灭,同时发现电压表示数变为零,电流表示数先增大后变为零,电路发生故障的首要原因是()A、L1断路 B、L2断路 C、L1短路 D、L2短路 解:应选择 C。电压表示数突然变零,有可能是 L2断路,也可能是 L1短路。由于题中两灯是先
10、后熄灭,L2断路不会出现这种情况。如果 L1短路,电路中电流增大,导致 L2的消耗功率过大而烧毁,因而出现 L1先熄灭 L2紧接着熄灭的情况,所以本题只有选 C 才是正确的。例 8:如图所示,一个标有“6V,3.6W”字样的小灯泡 L 和最大阻值为 50的滑动变阻器 R 串联后接在电源电压 U 恒为 6V 的电路中,设灯泡电阻不变,则下列判断不正确的是()A无论如何移动滑片 P,电路中总功率不会超过 2W B移动滑片 P,电路中总功率最小值为 0.6W C当滑片 P 滑到某个位置时,L 和 R 的电功率相等 D当滑片 P 由a滑向b的过程中,灯泡 L 的电功率一直是减小 解:电路中小灯泡 L
11、和滑动变阻器 R 串联,电源电压 U=6V。当变阻器 R 的滑片在a端时,0aR,则此时灯泡两端电压为 6V,其功率为 3.6W。滨海县玉龙初级中学 王景年 6 226103.6LLLVURPW 滑片 P 在b端时,电路总电阻最大,电路中总功率最小,此时50bR。2260.61050LbVUPWRR最小 当滑片 P 滑至某一位置,使接入电路的电阻10PLRR时,其两端电压相等,L 和 R 电功率相等。当滑片 P 由a滑向b的过程中,电路总电阻逐渐增大,电路中电流逐渐减小,由2LLRI R知,灯泡 L 的电功率一直是减小。答:选 A。例 9:如图所示,小灯泡 L 标有“6V 3.6W”,滑动变阻
12、器 R 最大值为 10 欧,当滑片 P移到a端,小灯泡正常发光。试求:电源电压和小灯泡电阻。当滑片 P 移到b端时,闭合 S,你还能求出哪些物理量?【解析】:这是一道结论开放的电学综合题,主要考查学生对电学知识综合运用的能力,考查知识多、覆盖面广。当滑片移到a端时,L 正常发光,此时电源电压 U=6V,则2/PUR得小灯泡的电阻为226103.6LVURPW 当滑 P 滑到b端时:电路中的总电阻:20abLRRR总 电路中的总电流:60.320UVIAR总总 电路中消耗的总功率:60.31.8PU IVAW总总 电灯 L 消耗的功率:220.3100.9LLPI RAW 滑动变阻器消耗的电功率
13、:0.9LPPPW滑总 答案:电源电压 U=6V 小灯泡的电阻 10LR 滨海县玉龙初级中学 王景年 7 电路中的总电阻 R总=20 电路中的电流 0.3IA 电路中消耗的总功率 1.8PW总 电灯 L 消耗的功率 0.9LPW 滑动变阻器消耗的电功率 0.9PW滑 滑动变阻器两端电压3abUV 例 10:如图是供电设备向居民楼用房户输电的示意图。为保证居民楼内的用户所有用电器 都能正常工作,居民楼的输入导线间的电压必须保证为 220V,当居民楼内消耗的功率为44 千瓦的时候,问:通过输电线的电流为多少安?若输电线的总电阻为 0.1 欧,供电设备的输出电压是多少伏?居民楼内由于家用电器的增加,
14、将向供电部门申请“增容”,即增加用电功率,当居民的用电器的额定功率由 44 千瓦增加到 88 千瓦所有用电器均在正常工作时,输电线路损失的功率比“增容”前增加了多少?若要求减少输电线损失的功率,用学过的公式及知识说明应采取的措施。【解析】:44000200220PWIAUV户 2000.120UIRAV 线线 22020240UUUVVV输户线 88000400220PWIAUV 户 222000.14000PI RAW 增前线 224000.116000PI RAW 增后线 16000400012000PPPWWW增后增前 由2PI R损线可知,导线上损失的功率与电流的平方和导线的电阻有关,
15、减小输电线损失的电功率时,为保障用户的用电器正常工作,I 不能减小,只能减小R线,R线随导线长度的变短而变小,随横截面积变大而变小,还跟材料有关。因居民楼到供电设备间距离不能变短,所以导线的长度不能变短,减小输电线的电阻应换用较粗的导线或改变输电线的材料(例如:铝线换成铜线),从而达到减小输电线损失功率的目的。滨海县玉龙初级中学 王景年 8 例 11:如图,是常见的静脉滴注装置。为了解冬季输液患者冰凉的感觉,小锐设想在导管外添加一个电加热器,使药液在流动中加热。他收集了相关数据:药液 M=500 克,331.0 10/千克 米,34.2 10c水焦/(千克),一般滴注时间50t 分钟,针头与瓶
16、内液面竖直高度 1 米(不考虑其他热损失)不过若患者血压与针头处液体压强相等,则患者血压相当于多少毫 米汞柱?若使药液从 5加热到 35,该加热器电功率应多大?为了解除患者冰凉的感觉,请你再提出一种可行的方法。【解析】:本题以一个“小发明”作为题目的背景,综合了力学、热学、电学和化学等知识,设计新颖且解答开放。在解答过程中要注意审题,学会从题设的众多条件中剥取所需的信息,就不难解决。33411 10/10/110pghkg mN kgmPa 4210ghPa水银,20.073573.5hmmm,即患者血压相当于 73.5 毫米汞柱。每秒钟流出的药液质量:30.511050 606Mkgmkgt
17、 每秒的热量:3314.2 10()1030216Qcm tJ kg CkgCJ 吸 WPtQ 21211QJPWtS 方法 1:传热法。用热水袋、暖水瓶等靠近扎针处,利用热传递使扎针处暖和。方法 2:水浴法。让输液管通过盛有热水的容器,使药液加热。方法 3:化学法。在能让输液管穿过的密封盒内放入生石灰块,使用时,只要打开盒的开口,让生石灰与空气中水蒸气发生放热反应,就可使药液加热。例 12:市场上有一种双能源太阳能热水器,晴天享用太阳能,阴天可用电加热,如图,该热水器电路图。电热管R标有“220V 1100W”,0R与R构成保温电路。当 K 连到 2 时,电热管正常工作,给水箱里的水加热;当
18、 K 连到 3 时,热水器处于保温状态,保温功率为 100W。求R、0R的值。保温时R实际功率是多少?【解析】:本题电热器具有保温档和加热档,这是一类题型。常见的还有电热器、电烙铁、饮水机、电饭锅等。电热器的额定功率状态即加热状态。电路中只有一个电阻R。此时R滨海县玉龙初级中学 王景年 9 的功率为 1100W。由此可求出R的阻值。2URP额额。K 打到 3 时为保温档,此时R与0R串联,电功率为 100W,由20UPRR,可求出0R阻值再由2PI R,求出R的实际功率 解:22220441100VURPW。2K 时,只有R接入电路,R正常工作,故电源电压220UV。3K 时,R和0R串联,1
19、00PW 。20UPPR 220220444401100VURRPW。保温时,流过R的电流I有220522011PWIAUV。R消耗的实际功率225449.111RPI RAW。例 13:如图所示是某同学家庭电路中的电能表.若照明灯泡的规格为“220V 60W”,两孔插座接一台“220V 100W”的电视机,三孔插座接一台“220V 280W”的电饭锅,当它们全部工作时,通过电流表的电流是多大?如果某一天电灯和电视机都使用了 5h,电饭锅使用了 1h,这一天它们消耗了几度电?如果该同学家中添置了一台铭牌标示为“220V 600W”的电热水器,他想测试一下标示的功率与实际使用时的功率是否相符,他
20、让这台电热水器单独工作,用手表计时,结果 10min电能表的转盘转了 250 转.请计算说明电热水器的实际功率是多大.【解析】:电能表是电学中的重要仪表之一,它除用来测量电功外,还有一个较为广泛的用途就是测量用电器的功率值,本题就是其中的一例.三个用电器额定电压为 220V,正常工作时的电流可以根据PIU,求得.用电器工作时消耗的电能由WPt解出,注意时间和功率单位要统一.要求实际功率,只要求出 10min内做的功即可,从表上可知,电度表每KW h转 2500滨海县玉龙初级中学 王景年 10 转,此时转了 250 转,电流做的功为2502500Wkw h,再由WPt,即可求得.解:601002
21、80440PWWWW,/44/2202IP UWVA 0.1650.2811.081.08WP tkWhwhkW h度 电能表转盘转 250 转,电流做功0.1kW h臣,/0.6600PW tkWW(实际功率)说明:利用电能表测用电器的功率,通常采用了下列步骤:首先按测量要求设计合理的测量电路图.观察电能表,记下它每kW h的转数 N.测量时使待测用电器工作,其他用电器(属于该电能表的)都停止工作.用秒表或手表记下电能表转一定圈数(盘的边缘有个红点)n时所用时间 t s.利用公式 3.6 106nJWNPtt s计算出所测用电器的功率值为多少瓦?例 14:如图,是一个电热毯示意电路图,0R是
22、电热毯中的电阻丝,R是与电热毯电阻丝串联的电阻.电热毯上标有“220V 100W”字样,S 是控制电热毯处于加热状态或保温状态的开关.用学过的公式推理说明开关 S 断开时,电热毯是处于加热 状 态 还是保温状态?若要求在保温时电流通过电阻线0R每分钟有 60 焦的电能转化为内能,电阻R的阻值是多大?【解析】:本题考查是否会用学过的知识解决生活中的实际问题.电热毯是众多家庭冬季睡觉时取暖的用具.通过本题的解答,同学们就可以更好地理解电热毯的工作原理.当开关 S 闭合时,R被短接,电路中只有0R,由电功率公式得0R的电功率为200/PUR(U 为电源电压),当开关 S 断开时,电路中R与0R串联.
23、设0R两端电压为0U,则0R的电功率为2000/PUR.很明显,0UU,所以有00PP,即 S 断开0R的电功率要小些,也就是说,S 断开时电热毯处于保温状态.由电热毯上标有的“220V 100W”字样,可得电热毯电阻丝的电阻为:220/220/100484RUPVW额额.滨海县玉龙初级中学 王景年 11 在保温状态(S 断开)时,0R的电功率为060160WJPWtS;在加热状态(S 闭合)时,0R的电功率为它的额定功率,即100PW。因电阻丝0R的阻值不变,于是由公式2/RUP得:2200/UPUP额额 2200220122100UPVWUVPW额额 在 S 断开时,R与0R串联,由串联电
24、路电压特点,得R两端电压为198RUV。再由串联电路的电流特点,不难得出:00198484435622RUVRRUV 例 15:某同学在做完“测定小灯泡的电功率”的实验后(所用小灯泡的额定电压为 2.5伏),及时完成了实验报告。实验报告中他设计了表格。如该同学对实验现象的观察和数据的记录都正确,请你指出他所设计的表格中的错误。答案:表格中灯泡的平均电功率一栏设计错误【解析】:这是一道较为新颖的实验考查题,主要考查学生对实验设计、对图表的认识与设计和对实验数据的处理能力,表格中设计了“灯泡平均电功率”一栏,意在考查学生是否真正理解“实验结果求平均值”这种数据处理方法的含义。专题练习 一、填空 1
25、 电流做功的过程,就是电能 的过程,电流做多少功,就有多少电能 。2“PZ220 40”的灯泡接在 220 伏的电路上工作 小时消耗 1 度电,改接在 110伏的电路是,功率为 瓦,额定功率为 瓦。3甲灯标有“220V 40W”,乙灯标有“110V 40W”,将它们分别接在电路中,都能正常发光,则甲、乙两灯实际功率之比为 ,甲、乙两灯通过的电流之比为 ,甲灯的电阻是欧,甲、乙两灯的电阻之比为 。4电热器是利用电流的 制成的加热设备,它的发热体是由 、滨海县玉龙初级中学 王景年 12 的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。5我国大亚湾核电站一号机组的发电功率为44.5 10 kW。若这个机组连续工作一天
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