七、电能　电功率

一、知识导航

1．电功：

（1）定义：电流通过某段电路所做的功叫电功。（2）实质：电流做功的过程，实际就是电能转化为＿＿＿＿＿＿＿能（消耗电能）的过程。 （3）规定：电流在某段电路上所做的功，等于这段电路两端的电压，电路中的电流和通电时间的乘积。 （4）计算公式：W=＿＿＿＿ =＿＿＿＿（适用于所有电路）

说明：对于纯电阻电路可推导出：W= I²Rt= U²t/R （5）单位：国际单位是焦耳（J）常用单位：度（kW·h） 1度=1千瓦时=1 kW·h =3.6×10⁶J （6）测量电功的方法：①电能表是测量用户用电器在某一段时间内所做电功（某一段时间内消耗电能）的仪器。②电能表上“220V”“5A”“3000R/kW·h”等字样，分别表示：电能表额定电压220V；允许通过的最大电流是5A；每消耗一度电电能表转盘转3000转。 ③读数：电能表前后两次读数之差，就是这段时间内用电的度数。

2．电功率：

（1）定义：电流在单位时间内＿＿＿＿＿＿＿。（2）物理意义：表示＿＿＿＿＿＿快慢的物理量灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率大小。

（3）电功率计算公式：P=＿＿=＿＿（适用于所有电路）

说明：对于纯电阻电路可推导出：P= I²R= U²/R

（4）单位：国际单位 瓦特（W） 常用单位：千瓦（kW）

（5）额定功率和实际功率：① 额定电压：用电器正常工作时的电压；额定功率：用电器在额定电压下的功率。P_额=U_额I_额=U²_额/R。 ②“1度”的规定：1kW的用电器工作1h消耗的电能。 P＝W/ t 可使用两套单位：“W、J、s”、“kW、 kW·h、h”

（6）用伏安法测灯泡的额定功率：①原理：P＝UI ②电路图：

3．电热

（1）实验：目的：研究电流通过导体产生的热量跟那些因素有关。（2）焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。（3）计算公式：Q=I²Rt （适用于所有电路）对于纯电阻电路可推导出：Q =UIt= U²t/R=W=Pt （4）应用：电热器，是利用电流的热效应工作的，它采用电阻率大，熔点高的电阻丝制成。

4．生活用电

（1）家庭电路的组成部分：低压供电线（火线零线）、电能表、闸刀开关、保险丝、用电器、插座、灯座、开关。（2）家庭电路的连接：各种用电器是并联接入电路的，插座与灯座是并联的，控制各用电器工作的开关与电器是串联的。（3）家庭电路的各部分：①低压供电线；②电能表； ③闸刀（空气开关）；④保险盒；⑤插座；⑥用电器（电灯）、开关（4）家庭电路电流过大的原因：发生短路、用电器总功率过大。（5）安全用电原则：不接触低压带电体，不靠近高压带电体。

二、精选例题

1、如图1所示，甲、乙两只照明电灯上分别标有“220V 100W”、“220V 25W”字样，当它们都正常发光时，下列说法正确的是（　）

A．甲比乙消耗的电能一定多些　 B．乙比甲消耗的电能一定慢些

C．电流通过甲做功100W　　　　 D．乙消耗的电能为25W

2、如图2是测量“小灯泡额定功率”的实验（小灯泡上标有“2.5V”字样）。已知电源是两节新的干电池。

（1）图甲中a表应是表，b表应是表；

（2）请用笔画线代替导线按图甲电路图将图乙连线完整；（原有导线不许改动，导线不许交叉）

（3）如果线路连接完好，在闭合开关时，小灯泡亮一下又突然熄灭了，这种现象可能是什么原因造成的？（答出一种原因即可）

（4）排除故障后，实验时发现电压表示数为2 V，为了测额定功率应将滑动变阻器滑片P向＿＿＿端移动。（选填“A”、“B”）

（5）当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图丙所示，通过小灯泡的电流是＿＿＿A，小灯泡的额定功率是＿＿＿W。

3、白炽灯、电烙铁、电风扇上都标有"220V 60W”字样，它们都正常工作l h，产生热量最小的是（　）

A．白炽灯 B．电烙铁 C．电风扇 D．一样多

4、家庭电路中使用白炽灯时，什么时候最容易烧断，为什么?

5、决定一盏电灯亮度的物理量是 （　）

A．电功，消耗电能越多的电灯越亮　　 B．电功率，消耗电功率越大的电灯越亮

C．电压，两端电压越高的电灯越亮　　 D．电流，通过电流越大的电灯越亮

6、L₁，L₂，L₃分别标有“220 V 100 W”“110 V 100W”“36 V 100 W”的字样，它们都正常发光时，则（　）

A．L₁亮 B．L₂亮 C．L₃亮 D．一样亮

7、将一只标有“220V 200W”的灯接在110V的电路中，则灯消耗的实际功率为 （　）

A．200 W B．100 W C，50 W D．400 W

8、把“6 V 3 W”和“6V 6 W”的两只灯泡串联接在6 V的电源上，则下列说法正确的是（　）

A．两灯都能正常发光 B．两灯都不能正常发光

C．只有“6 V 3 W”的灯能正常发光 D．只有“6 V 6W”的灯能正常发光

9、如图3所示，电源电压12V且保持不变，小灯泡标有“6V 3W”字样。

（1）只闭合开关S₁时，小灯泡恰好正常发光，求电流表的示数和R₁的阻值。

（2）当开关S₁、S₂、S₃都闭合时，电流表示数是3A；求R₂的阻值。

（3）求通电10min，电流对R₁所做的功。

10、现有两个灯泡L₁、L₂，分别标有“10V 10W”和“9V 5.4W”的字样。当将它们串联使用时，电路两端允许加的最大电压是＿＿＿V；当将他们并联使用时，干路允许通过的最大电流是＿＿＿A，电路消耗的最大功率是＿＿＿＿W。

11、有两只分别标有“6V 3W”和“6V 6W”的小灯泡，若将它们串联在电路中，则加在串联的两灯间的最大电压应是（　）

A．12V B．9V C．6V D．3V

（变式题）把标有“8V 16W”的灯泡L₁和“12V 36W”的灯泡L₂串联后接在电源两端，其中一只灯泡正常发光，另一只没有达到其额定功率，则（　）

A．电源电压为20V 　　　　　　　 B．电路中电流为3A　

C．两灯泡的总功率为32W　　 　 D．灯L₂的实际功率小于灯L₁的实际功率

12、下表所示为国产XOB—13型全自动洗衣机说明书所列的主要技术数据，由此表可知：

（1）这台洗衣机在额定电压下洗衣、脱水时，通过洗衣机的电流是＿＿＿A；

（2）洗衣、脱水的累计时间为30min，这台洗衣机耗电＿＿＿。

（变式题）下表是威力双桶洗衣机的铭牌

　　求该洗衣机在额定电压下工作时：

　　（1）洗涤电动机和脱水电动机同时转动时，通过洗衣机电源线的电流是多少？

　　（2）某次洗衣服时，洗涤时间是15min，脱水时间3min，本次洗衣机消耗了多少电能?

13、一间教室里有四盏标有“PZ220－100”字样的灯泡，问：

（1）每盏灯灯丝在正常发光时，通过灯丝的电流是多少？灯丝的电阻是多少？

（2）如果每天开灯5h，问一个月（按30天计算）消耗电能多少度？

（3）如果让其中的一盏灯接入380V的电路后能正常工作，应串联一个多大的电阻？这个电阻的实际功率为多大？

（变式题）黑夜看不见开关位置，为此小明设计了如图5所示的电路。当单刀双掷开关S合向b时照明灯亮，指示灯灭，避免指示灯费电；S合向a时，照明灯灭，指示灯亮，显示开关位置（S只能处于这两种状态）。他利用一个“10V 1W”的小灯泡和一段1.0×10⁴Ω/m的电阻丝安装指示灯。

（1）为使指示灯正常发光，请在方框内完成指示灯和电阻丝的连接电路

（2）按上述设计，电阻丝需截用多长一段？

（3）若照明灯一天（24h）使用6h，则整个电路一天总共耗电多少度？

三、基础训练

1．用电器R₁和R₂上都标有“6V”的字样，已知它们的电流随着电压变化的图像如图6所示。利用该图像可求出用电器R₁的额定功率是＿＿＿W；若把R₁和R₂串联在电源电压为“6V”的电路中工作，则用电器R₂的实际功率是＿＿＿W。

2．为合理利用电能，目前许多城市在推广使用“分时电能表”（电子式多费率电能表），进行分时段计费。张敏同学家的“分时电能表”规格为“220V 10A”。

（1）张敏家同时接入电路的用电器总功率不得超过＿＿＿W。

（2）张敏同学统计她家所有的用电器的额定功率如下表：

当这些用电器正常工作时，通过电能表的实际电流是＿＿＿A。

（3）分时段计费标准如右表。若使用“分时电能表”前（电价是0.52元/度），张敏家所有用电器每天平均正常工作2h；使用后，两个时段各正常工作1h。则张敏家一天可节省电费＿＿＿元。

3．张华在家看完电视后，习惯把遥控器一摁，就算把电视关了。有一次他发现电视机上还有一个指示灯亮着（实际上此时电视机处于待机状态）。于是他想：这时电视机是否还在消耗电能呢？一次父母要外出旅游，他征得父母同意，设计了如下方案进行探究：让电视机处于待机状态，然后拔掉其它所有用电器的电源插头或关掉开关，记下时间和家中电能表的读数；去爷爷家住了3天后回到家中，再记下此时的时间和电能表的读数。记录数据如右表。问：

（1）张华外出这段时间里，他家的电视机消耗的电能是多少kW·h？

（2）张华家电视机在待机状态下消耗的电功率是多少W？

（3）桂林市人口共计约480万，估计有近60万台电视机，假设平均每台电视机每天处于待机状态15h，待机功率与张华家电视机相同，则每月（按30天计）共浪费的电能约为多少kW·h？

（4）要显著降低电视机这种不正常的电能消耗，你认为应该采取什么措施？

4．测定小灯泡额定功率的实验器材如图7所示，其中小灯泡上标有“3.8”的字样，它的电阻约l0Ω。

（1）请你用笔画线代替导线，把图7中的器材连接成实验电路（导线不要交叉）．

（2）小刚合理地连接好电路，闭合开关，无论怎样调节滑动变阻器灯泡都不亮．于是小刚提出以下猜想：

A．可能是灯丝断了

B．可能是小灯泡短路

C．可能是变阳器断路

究竟哪个猜想正确，可根据电流表和电压表的示数进行判断（电流表、电压表均无故障）．下表给出了电流表、电压表可能出现的几种情况，请判断每种情况下哪个猜想是正确的，并把其序号填写在对应的空格里．

（3）小刚排除故障后，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光．此时电流表示数如图8所示，则通过小灯泡的电流为＿＿＿A，小灯泡的额定功率为＿＿＿W。

5．在一次科技小组的活动中，同学们按照如图9所示的电路在AB之间接入一根细铜丝，闭合开关S后，调节滑动变阻器，使电流表的读数保持3A不变，过了一会儿，细铜丝熔断。在 AB之间换接一根同长度的较粗的铜丝，再调节滑动变阻器到某一固定值，经较长时间粗铜丝没有熔断，在此过程中，电流表的读数保持3A不变。小明同学针对所观察到的现象提出了一个问题：造成细铜丝熔断而粗铜丝没有熔断的原因是什么？（设电源电压保持不变）

（1）你认为造成细铜丝熔断而粗铜丝没有熔断的原因是什么？（请简述理由）

（2）若粗铜丝电阻为0.01Ω，求：在5s内粗铜丝共产生的热量。

（3）如果你家准备安装一台“220V 1500W”的电热水器，你应该选用＿＿＿（较粗/较细）的铜导线作用连接线比较安全。

6．小明家电热毯的电阻线断了，他把电阻线接上后继续使用一段时间后，发现接头处烧焦了。

（1）小明猜测接头处的电阻＿＿＿（填“变大”或“变小”），相同时间内产生的热量增多，是接头处烧焦的原因。

（2）剪下包含有接头处的电阻线一段（足够长），请你设计一个实验来验证小明的猜测。要求：①画出所用的电路图。②写出实验步骤。

7．星期天，小明根据课本中有关“综合实践活动”的要求与提示，对家用电器进行相关观察和研究。他以一只电热水壶为观察、研究对象，有关记录如下表：

请你就小明在活动中获得的有关资料，求解或提出有关问题。

（1）若不考虑温度对电热水壶中电热丝电阻的影响，求电热丝的电阻值。

（2）在电热水壶烧水过程中，根据电能表表盘的转动情况，求2min内电热水壶消耗的电能和电热水壶的功率。

（3）将问题（2）的求解结果，与小明在活动中记录的有关数据进行比较，提出一个有待进一步研究的新问题。（注：只提出问题，不要求作说明或解答）

8．（南宁中考题）去冬今春，南宁市电力极度紧张，严重影响了生产和生活，现市场上有一种“220V 11W”的电子节能灯，它的发光效果与“220V 60W”的白炽灯相当。

表中收集这两种灯的有关参数如下：

（1）结合生活实际，请你提出一条节约用电的措施。

（2）节能灯正常工作时通过的电流是多少？

（3）根据表中有关参数，通过计算说明：在正常使用的情况下哪一种灯在经济上更有优势。

附加题

电功率是表示用电器消耗电能的快慢，可以用公式P =W/t 或P=UI 求解，不同用电器工作时的电功率不同。前面我们学习了测量消耗电能多少的仪表——电能表，让我们一起来先通过阅读一则有关电能表测定用电器消耗电能的材料，然后解决有关问题。

测定电冰箱每天消耗的电能

一般家用电能表的盘面上，标有每千瓦时的转数。例如一只电能表标有3000revs/kW·h，这表示每消耗1kW·h的电能，电能表的转盘（盘的边缘上有个红色标记）转3000转。利用盘面上的这个数值可以测定用电器的电功率。

现在只让待测功率的用电器工作。记下电能表转盘转过一定转数（比如15转）所用的时间，时间可用停表或手表的秒针来测。利用这些数据可以用算出这个用电器的电功率。

按照上面所讲的方法，测出电冰箱工作时的电功率P。然后确定电冰箱每天的使用时间t。直接测定时间t比较麻烦，可先测出电冰箱的工作时间系数η，按公式t＝η×24h算出t。测出P和t就可以知道电冰箱每天消耗的电能。

η的测定方法是：记下电冰箱某次开始工作的时刻t₁和停机的时刻t₂，再记下接着下一次开始工作的时刻t₃，则η＝（t₂-t₁）/（ t₃-t₁），工作时间系数η需在电冰箱正常工作一天之后测定，测定前一小时内不开电冰箱门，冷冻食品也不要搬出。

根据你的阅读，回答下面的问题：

（1）小明按照上述方法进行实验，先让家里其他用电器都停止工作，只电冰箱工作，发现在3min内电能表的铝盘转了15转，则电冰箱的电功率为多少呢？（电能表上标有3000R/kW·h）请你计算这只灯泡的功率。

（2）实验中，小明发现家中电冰箱于10：00开机，工作至10：30，于11：00再次重新开机，则他家的电冰箱每天耗电多少度？

【解析】（1）电冰箱3分钟消耗的电能W₁=1kW·h /3000×15=1kW·h /200；电冰箱的电功率P=W/t=（1kW·h /200）/（3/60h）=100W。（2）电冰箱的工作时间t＝η×24h＝［（t₂-t₁）/（ t₃-t₁）］×24h＝12h；（3）电冰箱每天消耗的电能W_总=Pt＝100W×12h=1.2kW·h。

【答案】（1）100W。（2）1.2kW·h。

【点评】实验中，仅让被测用电器工作，是为了准确的测出被测用电器的功率。采用测定工作时间系数的方法测定有规律的间歇性工作的用电器在较长时间内的实际工作时间，渗透了抽样测量的思想，解决了时间太长不便测量的问题。