专题复习电功和电功率知识点及例题(学生用)(可编辑).doc

专题复习电功和电功率知识点及例题(学生用) 专题复习:电功和电功率【考点热点指津】 一、电功和电功率 (1)电功和电功率所描述的物理概念不同:电功是描述电流做功多少的物理量,而电功率是描述电流做功快慢的物理量。电功率不仅跟电流做功的多少有关,还跟做功的时间有关。(2)电功和电功率的计算公式不同:电功的基本计算公式是WUIt,由此可以看出,电流做功多少跟电压、电流强度和通电时间三个因素有关,是由它们三者的乘积来决定大小的。电功率的基本公式是PUI,它表明电功率跟电压、电流两个因素有关,其大小由它们的乘积决定。 (3)电功和电功率的单位不同:电功的单位是J和kW?h,而电功率的单位是W和kW。 (4)电功和电功率的测量方法不同:电功用电能表来直接测量的,而电功率有两种测量方法,第一种方法是用伏安法间接进行测量,即测出用电器两端的电压及通过的电流,然后根据PUI求出电功率。第二种方法是用电能表和秒表间接测量,即测出某一段时间用电器所做的功,然后根据可得用电器电功率。 (5)电功和电功率的联系密切,利用公式可得出WPt。 二、额定功率和实际功率 额定电压和额定功率是确定的。 实际功率是用电器在实际工作时的电功率,是不确定的,在使用用电器时,应保证用电器两端的电压等于它的额定电压,这样才能使用电器更好地发挥作用。 三、理解焦耳定律 焦耳定律是在大量实验的基础上总结得出的,它定量地描述了电能向内能转化的规律。用公式QI2Rt表示,它适用于任何电路。 当电流所做的功全部用来产生热量时,焦耳定律可以根据电功的公式WUIt和欧姆定律导出:。这里的条件是电流所做的功全部用于产生热量,而电流做功全部转化成热的情况也只对纯电阻电路才成立。所以上述导出公式只适用于纯电阻电路。例如在电动机工作的电路中,加在电动机两端的电压是U,通过的电流是I,电动机的线圈也有一定的电阻R,此时电流做的功WUIt,而电流做的功并没有全部转化为热,绝大部分转化为机械能了,通过线圈电阻R的电流仍使线圈发热,产生的热量为QI2Rt,但此时,而是QW,此时W=Q+E机械能。 初中阶段所研究的电路仅限于纯电阻电路,如电灯、电炉、电烙铁等电路。故W=Q成立。所以我们用公式来计算的结果都一样,在不同情况下选用不同的公式进行计算问题会更简单。【典型例题透视】 例1. 关于电热和电功,以下说法正确的是( ) A. 电流在电路中所做的功一定等于电热 B. 电流在电路中所做的功一定大于电热 C. 在电路中包含有电动机时,电流做的功将转化为机械能、内能,此时,电功必大于电热 D. 在电路中仅有电阻时,电功等于电热 例2. 照明电路的电压是220V,如果在某电灯并联接入一个大电炉,发现灯的亮度变暗,其原因是( ) A. 干路上的电流减小了 B. 电炉从灯那里分出了部分电流 C. 干路中的电流变大,干路上导线分担电压增多 D. 干路上消耗的电压不变,但电灯两端的电压变小了 例3. 有两个定值电阻R1和R2,将它们并联到电源上,它们消耗的电功率分别为P1和P2,如果把它们串联起来再接到同一电源上,它们消耗的总功率应为多大? 例4. 如图1所示电路,灯L上标有“12V 9W”字样,当开关S和S1都闭合,变阻器的滑片P移到a端时,灯恰好正常发光,电流表示数是1.25A,求: (1)变阻器的最大阻值是多少? (2)当开关S闭合,S1断开,变阻器的滑片P移到b端时,灯消耗的功率是多少? 图1 解决电功率综合问题的方法: (1)弄清电路的连接方法,必要时画等效电路图。 (2)弄清引起电路结构变化的原因是开关的断开、闭合,还是滑动变阻器滑动引起变化。 (3)弄清电压表、电流表测的是哪部分电路的电压和电流。 (4)列方程式,抓住电路中的不变量(如电源电压不变)或利用串、并联的特点列式求解。 例5. 某同学利用电源、电流表、电压表、开关,标有“50 2A”字样的滑动变阻器和若干导线测定小灯泡的额定功率。其中灯泡上所标“0.3A”字样清晰可见,电压表015V挡损坏,小灯泡的额定功率估计为1.5W左右。该同学实验步骤正确。当闭合开关时,电压表和电流表的示数分别为2V和0.2A,接着他边思考边实验,直至灯正常发光,这时滑动变阻器的滑片恰好在中点上(即变阻器连入电路的电阻为25)。 (1)画出灯正常发光的电路图,并简述判定灯正常发光的理由; (2)求出灯的额定功率。 例6. 如图3所示是一个电热毯的示意电路图,是电热毯中的电阻丝,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。 (1)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? (2)若要求在保温时电流通过电阻丝每分钟有60J的电能转化为内能,电阻R的阻值是多大? 图3 例7. 某课外活动小组,找出了“10 1A”的滑动变阻器、“6V 3.6W”的灯泡、电压恒为12V的电源、开关、导线以及电阻为1/cm的足够长的电阻丝(用“”表示),准备自制一个亮度可调的玩具台灯,要求开关闭合以后,将滑动变阻器的滑片从一端移动到另一端时,电灯逐渐变亮直至正常发光,他们利用上述器材,设计出如图所示的电路图,请你解决下列问题: (1)这样设计存在的问题是,当滑片移近a端时,发生_现象; (2)画出符合要求的电路图,并计算此电路中灯泡有耗的最小动率。(假定灯丝电阻不变) 图4 例8. 在如图6所示的电路中,电源电压和灯泡电阻不变,电阻R112,灯L标有“6V 12W”的字样,电流表量程为03A,电压表量程为015V,滑动变阻器R2上标有“2.5A”的字样。 (1)只闭合S1,电流表的示数为0.6A,求电源电压; (2)当闭合S1、S2和S3,并将滑片P移到b端时,电流表的示数为1.2A,求滑动变阻器R2的最大阻值; (3)只闭合S2时,求电路总功率的最大值。 图6 例9. 图7是SD?600全自动豆浆机的结构示意图,下表是铭牌。 额定电压220V电机功率260W额定频率50Hz干豆容量605g电热功率600W外形尺寸215190347 mm 制浆过程:先将90g泡好的黄豆装入滤杯内,再往制浆杯内加入1000 mL的水。 第一步:加热,接通电源,加热管开始加热,加热6 min杯内水温升至80; 第二步:打浆,加热停止,电机开始打浆,按工作10s、停8s方式循环,经1.2min停止; 第三步:再加热,打浆结束后,加热管继续加热,加热3min豆浆由80升温至100。根据以上信息计算: (1)在“第三步,再加热”的过程中,豆浆吸收的热量(设豆浆与水的比热容相等); (2)豆浆机在“加热?打浆?再加热”的全过程中,共消耗的电能。 例10. 如图8所示,家庭用电是通过设立在附近的“变电站”提供的。为了保证居民用户所有用电器都能在220V的电压下正常工作,变电站的输出电压一般都高于220V。 (1)居民楼用电器的总功率为44kW,当这些用电器全部正常使用时,通往居民楼的输电线路中的电流是多少? (2)若输电线的总电阻为,“变电站”输出的电压是多少? (3)居民楼由于家电增加,向供电部门申请“增容”,即增加功率。当用电器的总功率由44kW增加到88kW,用电器两端电压仍保持在220V时,输电线路的功率损失比“增容”前增加了多少? (4)若想在不减小功率的前提下减小输电线路的损失,应采取什么措施? 图8 例11.(偏难) 在一次测定小灯泡额定功率的实验中,老师给出了下列器材:额定电压为的小灯泡、电源(电压未知)、一个阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一只电流表、一个单刀双掷开关和若干导线。实验时不能忽略灯丝的电阻随温度而发生的变化。 (1)小张同学设计的实验电路图如下,请你根据电路图用笔画线连接未完成的实物连线。 图9 (2)实验中所需要的物理量_。 (3)本实验中,小灯泡额定功率的表达式_。 (4)若在给出的器材中只将其中的一只电流表改为一只电压表,请你重新设计一个实验电路图,测量小灯泡的额定功率(将实验电路图画在下面的方框内,不需要说明实验步骤)。 答案:(1)电路连接如图10所示: 图10 (2)第一步:计算当R两端的电压为时,通过它的电流为;第二步:S掷向接线柱1,调节滑动变阻器,使用电流表读数为;第三步:保持滑动变阻器滑片不动,S掷向接线柱2,读出电流表读数。 (3) (4)电路图如下图11。 图11 透视:(1)结合电路图和实际电路可以看出,电路中还有3根导线没有连接:灯与单刀双掷开关的动触点间的导线,静触点1与电流表的“+”接线柱间的导线,定值电阻(或灯L)的右边接线柱到滑动变阻器之间的导线。 (2)实验中没有电压表,故问题的关键是如何调节滑片使灯泡两端电压等于它的额定功率电压U。小张同学设计了如下方案,其处理方法为:先将S拨到1,调节滑动变阻器,使电流表示数与定值电阻R和乘积等于灯L的额定电压,再将S拨到2让电流表处于干路读出这时的读数,由和便可以得到灯正常发光时的电流,从而可以进一步求出灯泡的额定功率。 (3)因为灯正常发光时,流过R的电流为,利用公式可表示出其额定功率为: (或) (4)当只有电压表时,测量额定功率的关键是如何得到灯泡正常工作时的电流,这时可以利用串联电路中电流相等的规律,采用已知定值电阻R同时灯L串联的基本方法。 在用伏安法测电阻或电功率的实验中,若没有电压表,可以采用阻值已知的定值电阻同被测电阻(或灯泡)并联的基本方法测电压;若没有电流表;通常采用阻值已知的电阻与被测电阻(或灯泡)串联的基本方法间接测量电流。 伏安法测电阻或电功率,仪器不受限制,称其为一般测量。若实验仪器有所限制,测电阻或电功率就要采取特殊的测量方法。不仅电阻或电功率的测量有一般方法和特殊方法之分,其实其它测量也是如此,请同学们总结。 例12. (稍难)学校淋浴用的简易太阳能热水箱中的水在冬天往往温度不够高,同学们在水箱中加装了一个“220V 2000W”的电热器,并利用一个“6V 1W”的小灯泡和一段10/m的电阻丝为电热管安装了一个指示灯。 (1)画出电热管及指示灯的电原理图。 (2)在同学们的方案中,小灯泡两端的电压是按5V设计的,对于有指示灯来说,这样设计有什么好处? (3)按上述设计,电阻丝需截用多长一段? (4)安装指示灯后,电热管的实际功率是额定功率的百分之几? 答案:方法一:(1)电热管及指示灯的原理图如图12所示。 图12 (2)指示灯两端的电压按5V设计,则实际工作时通过小灯泡的电流略小于小灯泡的额定电流,这样可以延长指示灯的使用寿命。 (3)由公式得电热管的电阻为: 电热管两端的实际电压: 通过电热管的实际电流为: 小灯泡的电阻: 通过小灯泡的实际电流: 通过电阻丝的电流为: 电阻丝的电阻值为: 则所用电阻丝的长度应为: (4)由电功率的公式可知同一电阻在不同电压下其电功率与电阻两端电压的平方成正比,故知此时电热管的实际功率与其额定功率的比值为: 方法二:(1)(2)同方法一 (3)电热管的电阻为: 小灯泡电阻为: 在图12中,与并联部分的电压 两端的电压为: 前述并联部分与之间为串联关系,根据串联电路中各部分电压与其电阻成正比的规律:有,故有 根据并联电阻的公式,可得: 则所用电阻丝的长度应为 (4)同解法一。 透视:小灯泡作为电热管的指示灯,应该是电热管工作(电热管中有电流通过)时,小灯泡发光,电热管不工作(电热管中没有电流)时,小灯泡不发亮,即小灯泡中的电流应随电热管中的电流有无而有无。为了满足这一要求应将小灯泡和电热管串联。 另一方面,还应该注意一下电热管和小灯泡正常工作时通过各自的电流大小,电热管正常工作时,通过它的电流大小为: 小灯泡正常工作时通过它的电流大小为: 比较上述的和可知,不可以将小灯泡和电热管简单地串联起来就接在220V的电路中(如果这样,通过小灯泡的电流必超过其额定电流而使小灯泡烧毁),为使上述的串联成立而又不致使通过小灯泡的电流过大,可以设法取另一电阻与小灯泡并联,只要这一电阻的大小取值恰当,更可将电热管流来的电流分流出一部分而使通过小灯泡的电流不超过其额定电流。 对于本题,有同学设计了如图13,这一电路管保证了电热管两端的电压为额定电压图12的设计使电热管两端的电压略低于额定电压),但指示灯却不能显示电热管是否在正常工作。指示灯不亮时是指示灯所在支路中无电流,这时有两种可能:一种可能是整个电路的干路出故障,电热管两端无电压,电热管不工作;另一种可能是指示灯所在支路断路,但电路其他部分完好,则电热管仍能正常工作。指示灯亮时,表示指示灯所在支流中有电流通过,这最多也只能表示电热管两端有电压,却不能表示电热管中有无电流通过,即不管电热管处是通路还是断路,指示灯都能正常发光。所以,图13的设计是不符合要求的。 图13 【常见失误分析】 例1. 输电线电阻是0.5,输送的电功率为100kW,用1kV的电压输电时,输电线路上的电流和消耗的电功率为( ) A. 2000A,100kWB. 100A;5kW C. 100A,100kWD. 2000A,2000kW 例2. 关于电功和电功率,下述说法正确的是( ) A. 电功率的大小决定于电流做功的多少 B. 电功与电功率都表示了电能转化为