苏科版物理九年级下册第十五章 电功电热（知识清单）（答案版）

第十五章电功电热（知识清单）思维导图第1节电功一、电能的单位（1）国际单位：焦耳，简称焦，用符号J表示。（2）常用单位：千瓦时，用符号kw·h表示，俗称“度”。（3）换算关系：1kw·h=3.6×106J。二、电能表及其参数1.电能表：测量电路消耗电能多少的仪表叫作电能表。目前，常用的家用电能表是电子式电能表，有些是机械式电能表。2.电子式电能表的技术参数（以如图所示的电能表分析）（1）“kW·h”表示电能表示数的单位是千瓦时；（2）“220V”表示该表应该在220V的交流电路中使用；（3）“电流规格”中，“10A”表示基本电流，它是确定电能表有关特性的电流值；“20A”是电能表能满足测量准确要求，且能长期正常运行的最大电流值。（4）“电能表常数”为“3200imp/(kW·h)”，表示每消耗1kW·h电能，电能表指示灯闪烁3200次。电子式电能表机械式电能表3.机械式电能表的几个重要参数（1）“kW·h”表示电能表示数的单位是千瓦时；（2）“220V”表示该表应该在220V的交流电路中使用；（3）“电流规格”中，“10A”表示基本电流，它是确定电能表有关特性的电流值；“40A”是电能表能满足测量准确要求，且能长期正常运行的最大电流值。（4）机械式电能表常数“3000R/（kW·h）”表示接在这个电能表上的用电器每消耗1千瓦时的电能，电能表上的转盘转过3000转。三、电能表测电路消耗电能的方法1.根据电能表示数得出电路消耗的电能电能表计数器上前后两次的示数之差就是用电器在这段时间内消耗的电能W=W后-W前电能表上周一和本周一的读数如图所示，则本月消耗的电能为：W=W后-W前=823.31-781.51=41.8kW·h2.根据电能表常数利用电能表的转数得出电路消耗的电能利用电能表转盘的实际转速n和电流表参数Nrevs/kW·h，可以比较精确的计算出某段时间内消耗的电能。即W=如图所示，电表上标有“3000r/kW·h”的字样，若一段时间内该电能表盘转了60转，则在这段时间内用电器消耗的电能为W四、电功的概念1.定义：电流所做的功叫作电功，用W表示。2.实质：电能转化为其他形式能的过程是电流做功的过程，有多少电能发生了转化就说电流做了多少功，即电功是多少。3.电功的单位（1）国际单位制：单位是焦耳，简称焦，用符号J表示，1J=1V·A·s。（2）常用单位：千瓦时（kW·h）（3）单位换算：1kw·h=3.6×106J五、电功的计算1.影响电功大小的因素研究表明：电流所做的功与电压、电流、通电时间成正比。2.计算公式：W=UIt，此公式适用于一切情形下电功的计算。电功的推导公式由W＝UIt和欧姆定律I＝EQ\F(U,R)可推导出电功的两个公式：W=EQ\F(U2,R)tW＝I2Rt（两个推导公式只适用于纯电阻电路）第2节电功率一、电功率的概念1.物理意义：描述电流做功的快慢的物理量。2.定义式：P=EQ\F(W,t)=UI（具有普遍意义，适用于任何电路）3.推导式利用P＝UI和欧姆定律I＝U/R可推导出两个表达式：P=UI=I2RP=UI=EQ\F(U2,R)（这两个公式只适用于纯电阻电路）4.单位国际单位是瓦（W），1瓦＝1焦/秒。常用单位是千瓦（kW）、毫瓦（mW）1kW=103W1W=103mW进行电功率计算时，可选用两套单位：（1）若电功W的单位用焦（J）、时间t的单位用秒（s），则功率P的单位是瓦（W）；（2）若电功W的单位用千瓦时（kW·h）、时间t的单位用时（h），则功率P的单位是千瓦（kW）。5.电功率和电功的区别电功电功率物理意义表示电流做功的多少表示电流做功的快慢定义电功等于电压、电流与通电时间的乘积电功与时间之比公式W=UItP=W/t=UI单位焦（J）、千瓦时（kw·h）瓦（w）、千瓦（kw）二.额定功率与实际功率1.额定电压U额和额定功率P额用电器正常工作时的电压叫做额定电压；用电器在额定电压下工作时的功率叫做额定功率。2.实际功率：用电器在实际工作时的功率叫做实际功率P实。3.实际功率和额定功率的关系一个用电器只有一个额定电压和一个额定功率，是确定的，与实际电压无关。用电器的实际功率是不确定的，随着它两端电压的改变而改变。（1）当U实=U额时，P实=P额，用电器正常工作；（2）当U实＞U额时，P实＞P额，用电器容易损坏；（3）当U实＜U额时，P实＜P额，用电器不能正常工作。4.用电器铭牌上所标物理量的意义例如一只灯泡上标着“220V25W”，其中“220V”表示该灯泡的额定电压是220V，“25W”表示该灯泡的额定功率是25W。5.灯泡的亮度：灯泡的亮度取决于实际功率的大小。例如额定电压不同的白炽电灯，如果实际功率相等，则它们发光的亮度就相同。三、测量灯泡的电功率1.实验目的：测量小灯泡的额定功率和实际功率。2.实验原理：P=UI3.实验器材：电源、电压表、电流表、小灯泡（额定电压2.5V）、滑动变阻器、开关、导线。4.电路如图所示。5.实验步骤（1）按电路图连接电路。注意断开开关，将滑动变阻器滑片放在阻值最大处。（2）闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.5V（等于额定电压），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。（3）计算出小灯泡的实际功率，并记录在表格中。小灯泡的规格电压表的示数U/V电流的示数I/A小灯泡的亮度小灯泡的功率P/W额定电压U额=2.5V【分析与论证】（1）通过实验得出小灯泡的额定功率为：P额=U额I额（2）设小灯泡的实际电压为U实，额定电压为U额，实际功率为P实，额定功率为P额，可以发现：①当小灯泡的实际电压等于额定电压时，小灯泡的实际功率等于额定功率，小灯泡正常发光。②当实际电压低于额定电压时，小灯泡的实际功率小于额定功率，小灯泡发光较暗。③当实际电压高于额定电压时，小灯泡的实际功率大于额定功率，小灯泡发光较亮。【交流讨论】对小灯泡的电功率进行了多次测量，为什么不求小灯泡功率的平均值?因为额定功率是额定电压下的功率，不是不同电压下功率的平均值；用电器在不同电压下的实际功率不同，把三次测量的平均值作为小灯泡的额定功率是不合理的。第3节电流的热效应焦耳定律一、电流热效应1.电流的热效应：电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。2.电热器：主要利用电流热效应工作的装置称为电热器。二、探究影响电流热效应的因素利用液体温度升高探究影响电流热效应的因素1.如图所示，将一段电阻丝浸没在一定质量的液体（如煤油）中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高。因此，我们可以通过液体温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。2.研究方法（1）控制变量法：在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。（2）转换法：实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种方法叫转换法。【进行实验与收集证据】1.在三个相同的容器中分别安装一段电阻丝R1、R2、R3，阻值分别为6Ω、6Ω、3Ω。2.按电路图连接电路，采用学生电源为电路供电。记录各容器中液体的初温。3.闭合开关S、S1，调节滑动变阻器R0，使电流表的示数为1.5A，分别记录2min、4min时电阻丝R所在容器中液体的温度。断开开关，分别算出液体升高的温度。实验现象：（1）在相同时间内通过相等的电流，阻值较大的电阻R2对应容器中液体温度升高的多。（2）通过相等的电流的同一电阻通电时间越长，容器中的液体温度升高的多。4.闭合开关S、S2，调节滑动变阻器R0，使电流表的示数为1A，分别记录4min时电阻丝R2、R3所在容器中液体的温度。断开开关，分别算出液体升高的温度。实验现象：在相同时间内阻值相同的电阻，通过电流较大时对应容器中液体温度升高的多。【实验结论】电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻以及通电时间有关。通过导体的电流越大、导体的电阻越大、通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。利用其它温度升高探究影响电流热效应的因素1.实验装置介绍（焦耳定律演示器）透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。2.实验原理如图所示，两个透明容器中密封着空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化。同时使用两个密闭容器时，哪一侧U型管中液柱出现的高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。【进行实验】1.探究电流通过导体时产生的热量跟电阻是否有关？将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路，使用学生电源供电（提供的电流大且稳定）。2.电流通过导体时产生的热量跟电流是否有关？使两个密闭容器内部的电阻一样大，在右边容器的外部，将一个阻值相同的电阻R3和这个容器内的电阻R2并联；由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同。三、焦耳定律1.内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。2.公式：Q=I2Rt

公式中的物理量及其单位：I表示电流，单位是安培（A）；R表示电阻，单位是欧姆（Ω）；t表示时间，单位是秒（s）；Q表示热量，单位是焦耳（J）1焦耳=1安2×1欧×1秒3.推导焦耳定律

若电流做的功全部用来产生热量，即Q=W

因为电功W=UIt，根据欧姆定律U=IR，所以Q=W=UIt=I2Rt四.电功与电热1.电功与电热的区别电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，或表示有多少电能转化为其他形式的能。电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。2.电功与电热的联系（1）纯电阻电路（如电炉、电热器、电熨斗等电路）该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量等于电流做的功（消耗的电能），即Q=W=Pt=UIt=U2t/R=I2Rt，这些公式都适用于纯电阻电路。（2）非纯电阻电路在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能，电流产生的热量小于电流做的功（消耗的电能），即Q＜W。例如：电风扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，只有少部分转化为内能。W总＝UIt=W机械能＋Q热量，电热小于电功（均选填“大于”、“小于”或“等于”）。3.电热的危害与防止（1）电热的危害：由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器；造成电能输送过程中的电能损失。（2）防止电热危害的方法：给用电器安装散热风扇；安装散热片；安装散热窗。第4节家庭电路与安全用电一、家庭电路1.家庭电路的组成：进户线、电能表、配电箱（总开关、支路开关）、插座、用电器等组成。为保障用电安全，家庭电路还设有地线，它与大地相连。2.火线和零线进户的两条输电线中，一条叫做端线，俗称火线，另一条叫做零线。通常情况下，火线与零线间电压为220V（与大地间电压也为220V）。零线在入户之前已经和大地相连，因此，零线与大地间电压为零。3.家庭电路中各部分的安装特点及作用（1）电能表：用来计量电路所消耗的电能。串联接在干路上。输电线进入到用户，首先要接到电能表上，这样电能表才能计量所有用电器消耗的电能。（2）总开关：控制整个电路通断。总开关串联在在干路上，接在电能表后，保险装置前。（3）支路开关：控制所在电路通断。接通和切断所在电路，便于更换电器或维修设备。不影响其它支路中用电器的工作。现在新建居民楼电路中的支路开关一般采用空气断路器，当电路中的电流过大时，空气断路器自动断开，切断电路，俗称跳闸。老式电路在总开关的后面所加的保险装置是熔丝（保险丝），熔丝是简易保险装置，装在保险盒内。电流过大时熔丝会熔化，切断电路，对用电器起到保护作用。（4）插座与用电器：插座是给用电器供电的，各插座之间是并联的；各用电器之间都是并联；用电器与插座之间也是并联。（选填“串联”或“并联”）。二、人身安全1.触电：触电（2）安全电压：只有不高于36V的电压才是安全的。：单线双线单线触电双线触电（4）防止触电的方法①必须把用电器的开关装在火线上。这样，当断开开关后，用电器与火线分离，人碰到用电器就不会发生危险。②用电器的金属外壳接地。用电器的金属外壳与火线之间应该是绝缘的，人体接触外壳时并没有危险，但如果用电器内部导线的绝缘皮破损或绝缘性能变差，导致火线与外壳接通，人接触外壳时就会发生触电事故。因此，用电器的金属外壳接地。用电器的金属外壳接地可以防触电，从以下两个角度理解：一是将三线插头插入三孔插座，把用电器接入火线与零线之间的同时，也将用电器的金属外壳与地线连接起来了。这时人接触用电器的金属外壳，相当于接触地线，不会发生触电危险。二是若用电器金属外壳与火线相通，由于人体电阻远大于导线电阻，这就相当于导线将人体短路了，故电流由导线流入大地，而不会流过人体。2.电路中的插座与安装（1）两孔插座与三孔插座①两孔插座的连接：左孔接零线，右孔接火线。②三孔插座的连接：上孔接地线、左孔接零线、右孔接火线（左零右火上接地）。③两孔插座与三孔插座的使用场景两孔插座：适用于外壳绝缘的用电器和设备，结构简单，连接方便。三孔插座：用电器适用于外壳为金属的用电器，能在用电器外壳带电时起保护作用。（2）三线插头洗衣机、电冰箱等电器的电源插头有三根线，其中一条接火线（L），一条接零线（N），插头上标着E的导线和用电器的金属外壳相连，插座上相应的导线和室外的大地相连。3.测电笔（1）结构：由金属体笔尖、电阻（阻值大）、氖管、金属笔卡（或金属笔尾）组成。（2）作用：辨别火线和零线；检测用电器的外壳是否与火线相通（或者说检测用电器的金属外壳是否带电）。（3）使用方法正确的使用方法错误的使用方法①手拿测电笔，手指按住金属笔卡（或金属笔尾），使笔尖接触被测导线（手指千万不能碰到笔尖金属体）。②测电笔辨别火线与零线手拿测电笔，手指按住笔卡（或金属笔尾），使笔尖接触被测导线。如果氖管发光，则接触的是火线；如果氖管不发光，则接触的是零线。（4）原理：当测电笔接触火线时，由火线经试电笔、人体，到大地间形成通路，有电流流过试电笔和人体，所以测电笔氖管发光；由于流过该通路的电流很小，对人体不会造成伤害。如果接触的是零线，由于零线与大地之间的电压为0，试电笔中无电流通过，氖管不发光。4.漏电保护器漏电保护器（1）作用：当电路中发生漏电或站在地上的人不小心接触了火线，电流经过人体流入大地，这时，总开关上的“漏电保护器”会迅速切断电源，对人身起到保护