電功率重難點指要

文久江

電功率這一章的內(nèi)容是在已有電學知識的基礎上開始了實際應用，是整個初中電學知識的大綜合和大總結(jié)，是初中物理知識的重點、難點之一。在學習的過程中應學會整理、歸納、總結(jié)，使知識形成體系，以強化印象，加深理解。

一、知基點——電能和電能的測量

電流做功的過程實際上是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程。在國際單位制中,電能的主單位是焦耳（J），常用單位是千瓦時（kW·h），也就是“度”，1 kW·h =3.6×10⁶J。測量電能的基本工具是電能表，計數(shù)器上前后兩次讀數(shù)之差就是這段時間消耗的電能。

說明：電能表銘牌上的“220V”表示這個電能表應該接在220V的電路中使用；“10（20）A”表示這個電能表的標定電流是10A，在短時間應用時允許電流大一些，但不能超過20A；“50Hz”表示這個電能表應在50Hz的電路中使用；“3000r/ kW·h”表示每消耗1 kW·h的電能，該電能表的表盤轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)。

二、明重點——電功率

電功率是表示電流做功快慢的物理量。在正常情況下，電功率大的用電器消耗電能就快，反之則慢。其定義是單位時間消耗電能的多少，定義式為P=W/t。

說明：1.在國際單位制中，電功率的主單位是瓦特（W），常用千瓦（kW）；計算時單位要統(tǒng)一，如W的單位用J，t的單位用s，而P的單位是W；如W用kW·h，t用h，則P的單位就是kW。

2.用電器的銘牌上一般標有用電器的“額定電壓和額定功率”——用電器正常工作時的電壓為額定電壓，用電器在額定電壓下的功率為額定功率。但事實上很難保證用電器一定會在額定電壓下工作，也就是說加在用電器兩端的實際電壓往往不等于額定電壓，這樣，用電器在實際電壓下的功率就不等于額定功率。實際電功率和額定電功率的關系有3種：①當U_實= U_額時，P_實=P_額，用電器正常工作；②當U_實＞U_額時，P_實＞P_額，用電器不能正常工作，容易損壞；

③當U_實＜U_額時，則P_實＜P_額，用電器不能正常工作，如長期使用也會損壞。

3.若一個電阻或燈炮接在不同的電壓下：當實際電壓是額定電壓的一半時，實際功率就是額定功率的1/4。“220V100W”表示額定電壓是220V，額定功率是100W的燈泡。此燈泡如接在110V的電路中，則實際功率是25W。

三、看熱點——電功率的測量

電功率實驗是初中物理最重要的實驗之一，也是各類考試的熱點。測定小燈泡電功率的實驗原理是P=UI ，需要的器材有電源、開關、電流表、電壓表、待測小燈泡、滑動變阻器及若干導線等。

說明：實驗電路如圖1甲所示，實物電路如圖1乙所示。電源電壓應高于小燈泡的額定電壓，電流表和電壓表選擇適合的量程。實驗要測量的兩個物理量是待測小燈泡兩端的電壓和通過待測小燈泡的電流；在連接電路的過程中開關應始終斷開，滑動變阻器的滑片應放在阻值最大的位置上（圖1乙的右端）；滑動變阻器的作用是保護電路，同時改變電路中各元件兩端的電壓和通過的電流，以便多次測量，得到多組對應的電流、電壓值，進而求出小燈泡在不同電壓下的實際功率。

四、破難點——焦耳定律及其應用

電流通過導體時導體發(fā)熱的現(xiàn)象叫做電流的熱效應，此時電能轉(zhuǎn)化為熱能。電能轉(zhuǎn)化熱能的多少用焦耳定律來計算：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體電阻成正比，跟通電時間成正比。用公式Q=I2Rt表示。

在現(xiàn)實生活中，一方面利用電流的熱效應制成電熱器，其主要組成部分——發(fā)熱體由電阻率大、熔點高的合金絲制成；另一方面為了防止電熱造成的危害，應加快散熱，可以安裝散熱窗、排風扇等。

說明：1.當電流通過導體時，如果電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有同時轉(zhuǎn)化為其他形式的能，也就是電流所做的功全部用來產(chǎn)生熱量，此時電流所做的功W等于產(chǎn)生的熱量Q。

2.對于焦耳定律，在實驗中要留意兩種方法：控制變量法、轉(zhuǎn)換法。

五、析錯點——安全用電

引起電路電流過大的兩個原因:一是電路發(fā)生短路；二是用電器總功率過大。這兩種情況都是必須避免的錯誤。為了安全用電，電路中應安裝保險絲，保險絲由電阻率大而熔點低的鉛銻合金制成，當電路中電流過大時，可自動切斷電路，起到保護電路的作用。

說明：在選擇保險絲時：一是要計算電路中最大的正常工作電流；二是要選擇額定電流略大于電路正常工作電流的保險絲。

●典型例題放送

例1在“測量小燈泡電功率”的實驗中，已知電源電壓為3V，小燈泡的額定電壓為2.5V。

（1）連接電路時，開關應___________。

（2）請你用筆畫線代替導線將圖2中的電路連接完整。

（3）閉合開關前，應先將滑動變阻器的滑片移到__________端（選填“A”或“B”）。閉合開關后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表指針偏轉(zhuǎn)，電壓表示數(shù)為0，產(chǎn)生故障的原因可能是___________。

（4）排除故障后，得到的數(shù)據(jù)如下表。在第1次實驗中，小燈泡兩端電壓為2V時，電流表示數(shù)如圖3所示，則通過小燈泡的電流為_______A，此時小燈泡的實際功率為_______W。

（5）由上表可知，小燈泡的額定功率為_______W；小燈泡的實際功率隨實際電壓的增大而_______（選填“增大”或“減小”）。

分析：本題是一道典型的電功率測量基本實驗考題，考查電路連接及注意事項、電路故障、電表讀數(shù)、功率計算和變化規(guī)律。

在連線過程中，開關始終應斷開；電壓表與小燈泡并聯(lián)，滑動變阻器采取“一上一下”的接法；閉合開關前應使電路中的電阻最大，即將滑動變阻器全部連入電路中；閉合開關，電流表有示數(shù)，說明電路是通路，若電壓表沒有示數(shù)，要么斷路，要么短路，結(jié)合電流表可以排除斷路，則只能是電壓表跨接的燈泡短路；電流表接的是“-”和“0.6”接線柱，應看下面的刻度，結(jié)合實際電壓2.0V計算此時的電功率；查表找出額定電壓2.5V和對應的電流0.22A，通過公式計算額定功率，再對應表格中的電壓變化分析電功率變化。

答案：（1）斷開； （2）如圖4； （3）A，小燈泡短路；（4）0.2， 0.4；（5）0.55，增大。

例2如圖5所示，電源電壓U=6V，電阻R₁=4Ω，R₂=6Ω。

（1）當開關S閉合后，電流表示數(shù)為多少？

（2）當開關S閉合后，電阻R₁在10s內(nèi)消耗的電能為多少？

（3）求通電1min時，電阻R₂上產(chǎn)生的熱量。

（4）若將兩電阻并聯(lián)后接入原電路，當開關S閉合后，電路的總功率為多少？

分析：這是一道典型的電學綜合計算題，涉及到電流、電能、電功率和電熱的計算，要用到串并聯(lián)電路的電流、電壓、電阻規(guī)律以及歐姆定律、電功率公式、焦耳定律等知識。

這是一個串聯(lián)電路。（1）電源電壓、兩電阻均已知，先根據(jù)串聯(lián)電路中電阻的關系計算電路中的總電阻，再利用歐姆定律計算電路中的電流；（2）R₁的電阻、通過的電流和時間都已知，公式P=W/t可變形為W=Pt，推導有W=UIt=I²Rt，將已知量代入即可；（3）R₂的電阻、通過的電流和時間已知，直接代入焦耳定律計算；（4）若將兩電阻并聯(lián)，兩電阻兩端電壓均等于電源電壓，電阻已知，根據(jù)P=UI=U²/R分別計算出兩個電阻的電功率，相加即可得到總功率。

答案：（1）0.6A；（2）14.4J；（3）129.6J；（4）15W。

編輯/王一鳴