18.1 电能 电功（解析版）

第十八章 电功率 第1 节 电能 电功 1 了解电能和我们生活的关系，知道电能的单位。 2 会读家用电能表，会通过电能表计算家庭电费，有节约用电的意识。 3 从能的转化角度认识电能，能结合生活实例思路点拨电能转化是通过电流做功实现的。 4 通过实例理解电流做功的多少跟电流大小、电压高低和通电时间有关，能利用电功公式进行相关计算。 一、电能： 1 来源：电源（其他形式的能→电能） （1）干电池、蓄电池、锂电池：化学能→电能； （2）水力发电站：机械能→电能； （3）太阳能发电：光能（太阳能）→电能； （4）核电站：核能→电能； 2 应用：用电器（电能→其他形式的能） （1）灯泡：电能→内嫩、光能； （2）电风扇：电能→机械能； （3）电烤箱、开水壶、电磁炉、电饭锅：电能→内能； （4）电视机：电能→光能、声能； 3 符号： 4 单位： （1）国际单位：焦耳，简称焦（）； （2）常用单位：千瓦时（k·），也叫“度”； （3）换算关系：1 度=1k·=1000×3600s=36×106 5 电能的测量： （1）仪表：电能表（测量用户消耗的电能多少的仪表） （2）参数：电能表上“220V”、“10（40）”、“480R/k”等字样： ①表示电能接在220V 的电压下使用； ②电能表的标定电流是10；（长时间正常工作的电流） ③短时间允许通过的最大电流为40； 学习目标 1 预习导学 02 ④每消耗一度电电能表转盘转480 转。 说明：超过40 也并不一定就是要损坏,只是已不安全,并有可能不能准确的计量,当然长期超过40 的确会做电 表容易损坏。 6 电能表的读数： （1）测量较大电功时用刻度盘读数。 ①标有红色标记的数字表示小数点后一位。 ②前后两次读数之差，就是这段时间内用电的度数。 如：电能表月初读数： 月底读数： 这个月用电 196 度，合 7056×10 7 。 （2）较小电功时，用表盘转数读数。 如：某用电器单独工作电能表（3000R/k）在10 分钟内转36 转则10 分钟内电器消耗的电能是 432×10 4 。 二、电功： 1 概念：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其他形式的能（消耗电能）的过程； 电流做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，就消耗了多少电能。 3 电流做功的形式：电流通过各种用电器使其转动、发热、发光、发声等都是电流做功的表现。 （1）电池充电把 电能 转化为 化学能 ，放电时把 化学能 转化为 电能 ； （2）电动机把 电能 转化为 机械能 ； （3）灯泡把 电能 转化为 光能 和 内能 。 4 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。 5 符号：； 6 公式：=Ut（适用于所有电路）； W =UIt=I2 Rt=U 2 R t 。 7 单位： （1）电功：焦耳（）；1=1V··s （2）公式中物理量的单位：U（电压：伏特V），（电流：安倍），t（时间：秒s） 8 公式变形： （1）=2Rt；（常用于串联电路） （2） W =U 2 R t ；（常用于并联电路） 9 串联电路的电功： （1） W 1 W 2 =U 1 It U 2 It =U 1 U 2 = R1 R2 ； （2）=1+2+…+ 10 并联电路的电功： （1） W 1 W 2 = UI 1t UI 2t = I1 I 2 = R2 R1 ； （2）=1+2+…+无论用电器串联或并联，计算在一定时间所做的总功：=1+2+…+ 知识点一：电能和电功 【探究重点】 1. 电流做功的实质：电流做功过程，实际就是电能转化为其他形式的能量（消耗电能）的过程；电流做多少 功，就有多少电能转化为其他形式的能，也就消耗了多少电能。 2. 电流做功的形式：电流通过各种用电器，可以使其运动、发热、发光等，这些都是电流做功的表现。 3．影响电流做功多少的因素：电流所做的功，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．电功公式： （适用于所有电路）。 【例题精讲】．（2023•徐州）灯泡中有电流时，灯泡发光。关于这个过程中的能量转化，下列说法正确的是（ ） ．灯泡消耗的电能全部转化成了光能 B．因为消耗电能，流过灯泡后的电流变小了 ．电流做了多少功，电路中就消耗了多少电能 D．光能最终消失了，没有转化成其他形式的能量 【答】 【思路点拨】（1）灯泡工作时，将电能转化为光能和部分内能； （2）灯泡工作过程中，流过灯泡的电流大小不变； （3）电流做功的过程就是电能转化为其它形式能量的过程，电流做了多少功，就有多少电能转化为其它形式的 能量； （4）能量在转化的过程中，即不能凭空产生，也不能凭空消失。 探究提升 03 【解析】．灯泡消耗的电能转化为光能和内能，故错误； B．灯泡工作过程中，消耗的是电能，流过灯泡的电流大小不变，故B 错误； ．用电器消耗电能的过程，实质上是电能转化为其它形式能量的过程。电流做了多少功，电路中就消耗了多少 电能，故正确； D．由能量守恒定律可知，光能最终转化成其他形式的能量，故D 错误。 故选：。 【点评】本题考查了电功的实质、能量的转化和能量守恒定律，难度不大。 【巩固训练】（2023•滨州）如图所示，电源电压恒定不变，定值电阻R1的阻值为10Ω。闭合开关，电流表的示数 为05，1的示数为03，则电源电压为 V，定值电阻R2在1m 内消耗的电能为 。 【答】3；36。 【解析】（1）由图可知，两电阻并联，电流表1测R1支路的电流，电流表测干路电流， 并联电路各支路两端电压相等，都等于电源电压，由欧姆定律可得电源的电压： U＝U2＝U1＝1R1＝03×10Ω＝3V； （2）并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以通过R2的电流： 2＝﹣1＝05 03 ﹣ ＝02， 1m 内电阻R2消耗的电能：＝U2t＝3V×02×60s＝36。 知识点二：电能表 【探究重点】 1 电能表铭牌的意义：“220V”—表示电能表应该在220V 的电路中使用，并不是说电能表只能在220V 的电路 中使用； 2 电能表铭牌上的“10（20）”表示：这个电能表的标定电流为10，额定最大电流为20（此处20 不是短时间 内允许通过最大电流而是额定最大电流）； 3 电能表示数最后一位有红色标记的数字表示小数点后一位。 4、利用电能表计算所消耗的电能，通常有两种方法：先根据每 k·的转数求出表盘转一转所消耗的电能，再看表盘在 一段时间内转了多少转，用上面两个数据相乘，所得乘积就是用电器在这段时间内消耗的电能，计算公式为 ；电能表在一段时间内前后两次示数的差值，也是这段时间内所消耗的电能，计算公式为 。 【例题精讲】（2023•宿迁）关于图中小明家的电能表，下列选项正确的是（ ） ．电能表的示数为20236 B．电能表能正常工作的最大电流是40 ．电能表是测量电功率的仪表 D．脉冲指示灯闪的越快，电路消耗电能越多 【答】B 【思路点拨】（1）电能表的读数方法：①最后一位是小数，②单位k•； （2）10（40），其中10 是指电能表的标定电流，40 是指该电能表平时工作允许通过的最大电流； （3）电能表是测量电路在一定时间内消耗电能多少的仪表； （4）电能表指示灯闪烁的快慢反映了电路消耗电能的快慢。 【解析】、电能表的示数为20236k•，故错误； B、10（40），其中10 是指电能表的标定电流，40 是指该电能表平时工作允许通过的最大电流，故B 正确； 、电能表是测量电路消耗电能多少的仪表，故错误； D、电能表指示灯闪烁的快慢反映了电流做功的快慢，所以脉冲指示灯闪的越快，说明电能表所在电路的总功 率越大。故D 错误。 故选：B。 【点评】本题考查电能表的作用、电功率的意义，关键是理解电能表各参数的物理意义。 【巩固训练】（2023•湘潭）如图是电能表表盘示意图，下列说法正确的是（ ） ．电能表是用来测电功率的仪器 B．此时电能表的读数为61985k• ．这个电能表通过的电流一定为10 D．这个电能表应该在220V 的电路中使用 【答】D 【解析】、电能表是用来测电功的仪器，故错误； B、此时电能表的读数为61985k•，故B 错误； 、这个电能表通过的电流不一定为10，故错误； D、这个电能表应该在220V 的电路中使用，故D 正确。故选：D。 1．（2023•本溪二模）如图所示的充电宝容量为10000m•，给手机充电时充电电压为5V。下列说法正确的是 （ ） ．充电宝给手机充电时，充电宝将电能转化为化学能 B．给充电宝充满电，可以存储18×105k•的电能 ．充电宝上的二极管指示灯是利用半导体材料制作的 D．给充电宝充电时，充电宝相当于电路中的电源 【答】 【解析】D、充电宝给手机充电时，充电宝相当于电源，将化学能转化为电能，给充电宝充电时，充电宝相当 于用电器，将电能转化为化学能，故D 错误； B、充电宝充满电储存的电能：＝Ut＝5V×10000×10 3 ﹣×3600s＝18×105＝005k•，故B 错误； 、充电宝上的二极管指示灯是利用半导体材料制作的，故正确。故选：。 2．（2023•涟源市一模）有两个电路元件和B，流过元件的电流与其两端电压的关系如图甲所示，把它们串联在电 路中，如图乙所示。闭合开关S，这时电流表的示数为02，则电源电压和元件的1m 内消耗的电能分别是（ 强化训练 040 ） ．20 V 08 B．45 V 05 ．25 V 10 D．45 V 24 【答】D 【解析】由电路图可知，电路元件和B 串联，电流表测电路中的电流， 因串联电路中各处的电流相等， 所以，电流表的示数为02 时，＝B＝＝02， 由图象可知，和B 两端的电压分别为： U＝20V，UB＝25V， 因串联电路中总电压等于各分电压之和， 所以，电源的电压： U＝U+UB＝20V+25V＝45V； 元件的1m 内消耗的电能＝Ut＝2V×02×60s＝24。故选：D。 3．（2023•西城区校级三模）额定电压相同的电热水壶、电烤箱和电饭锅正常工作过程中消耗的电能和通电时间t 的关系如图所示。关于这三个用电器，下列判断正确的是（ ） ．正常工作时，电热水壶比电烤箱产生的热量少 B．正常工作时，电热水壶比电饭锅的功率大 ．正常工作时，通过电饭锅的电流最大 D．在一个月内，电热水壶消耗的电能一定最多 【答】B 【解析】由图像知额定电压相同的电热水壶、电烤箱和电饭锅正常工作过程时，在相同时间内，电热水壶消耗 的电能最多，电烤箱其次，电饭锅消耗的电能最少，根据P＝ 知电热水壶的功率最大、电烤箱其次，电饭锅 功率最小； 、由＝Pt 可知，用电器消耗的电能与电功率和通电时间有关，因不知道通电时间，则无法比较产生热量的多少， 故错误； B、由上面的思路点拨知，正常工作时，电热水壶比电饭锅的功率大，故B 正确； 、电热水壶、电烤箱和电饭锅正常工作过程时，电热水壶的功率最大、电烤箱其次，电饭锅功率最小，根据＝ 可知通过电饭锅的电流最小，故错误； D、在一个月内，因不知道通电时间，则无法比较消耗的电能的多少，故D 错误。故选：B。 4．（2023•泗洪县三模）如图所示为某电能表的表盘，小明利用该电能表检测一只标识为“220V，10”LED 灯的额 定功率。他关闭其他所有用电器，将该节能灯接入220V 的测量电路，设计了四种测量方，你认为最可行的是 （ ） ．测量出电能表显示消耗1k•电能所用时间t B．测量出通电1 小时前后表盘显示的数值之差 ．测量出1m 时间内电能表指示灯闪烁的次数 D．测量出电能表指示灯相邻两次闪烁间隔时间t 【答】D 【解析】、节能灯的额定功率为P＝10＝001k，消耗1k•电能所用时间为： t＝ ＝ ＝100，因消耗1k•电能所用的时间t 较长，不易操作，故不符合题意； B、由＝Pt 可知，测量出通电1 小时前后表盘显示的数值之差为：＝001k×1＝001k•，因数值较小，很难在电能 表中读出，故B 不符合题意； 、节能灯的功率为P＝001k，工作1m＝ 消耗的电能为：＝Pt＝001k× ＝ k•， 1600mp/（k•）表示电路中用电器每消耗1k•的电能，电能表的指示灯闪烁1600 次， 1m 电能表指示灯闪烁的次数：＝1600mp/（k•）× k•＝ ＜1，指示灯闪烁次数太少，无法观察，故不符 合题意； D、节能灯的功率：P＝10＝001k， 电能表指示灯相邻两次闪烁，节能灯的消耗的电能为：＝ k•， 节能灯需要工作的时间： t＝ ＝ ＝ ＝225s， 比较容易测量，故D 符合题意。故选：D。 5．（2023•怀集县二模）在下列用电器工作的过程中，电能全部转化为内能的是（ ） ．电风扇 B．电热水壶 ．电视机 D．电冰箱 【答】B 【解析】 ．电风扇工作时，把电能转化为机械能和内能，故不符合题意； B．电热水壶工作时，把电能全部转化为内能，故B 符合题意； ．电视机工作时，电能主要转化为声能、光能和内能，故不符合题意； D．电冰箱工作时，将电能转化为压缩机的机械能和内能，故D 不符合题意。故选：B。 6．（2023•番禺区校级二模）分别将LED 灯L1和小灯泡L2分别接入电路，测得电压电流如图所示，实验中LED 灯比小灯泡亮得多。下列说法正确的是（ ） ．L1所做的功比L2多 B．L1做功比L2做功快 ．L1 每秒钟消耗电能比L2少 D．L1每秒钟消耗电能比L2多 【答】 【解析】B、根据P＝U 可知，L1的电功率P1＝U11＝25V×002＝005， P2＝U22＝16V×01＝016＞P1，即L2做功比L1做功快，故B 错误； D、已知P2＞P1，根据＝Pt 可知，L1每秒钟消耗电能比L2少，故正确、D 错误。 、已知P2＞P1，但不知道做功时间，故无法判断L1、L2做功的多少，故错误。 故选：。 7．（2023•常德模拟）如图所示，导体、B 由同种材料制成，、B 等长，但比B 的横截面积大。开关闭合后，下列 叙述中正确的是（ ） ．在相同时间内，电流通过、B 做的功＞B B．在相同时间内，电流通过、B 做的功＝B ．在相同时间内，电流通过、B 做的功＜B D．无法比较电流通过、B 时所做功的大小 【答】 【解析】因其它条件不变时，横截面积越大，导体的电阻越小，反之越大， 所以，材料和长度相同时，比B 的横截面积大，则比B 的电阻小， 因串联电路中各处的电流相等， 所以，通过、B 的电流相等， 由＝Ut＝2Rt 可知，在相同时间内，电流通过、B 做的功＜B，故BD 错误，正确。故选：。 8．（2023•蒙阴县一模）如图甲，电源电压保持不变，闭合开关S，变阻器滑片从端滑到b 端的过程中，电流表示 数与电压表示数U 的关系图象如图乙所示。以下思路点拨正确的是（ ） ．电源电压是3V B．R1的电阻值是20Ω ．R2的最大电阻值是10Ω D．当滑片P 移到中点时，电阻R1工作10s 消耗4 的电能 【答】 【解析】B、两电阻串联，电压表测R1的电压，电流表测电路的电流， 变阻器滑片在端时，变阻器的最大电阻与R1 串联，电路的电流最小，由图乙知1＝01，对应的电压表示数为 1V，由欧姆定律，R1＝ ＝ ＝10Ω；B 错误； 滑在b 端时，为R1的简单电路，电压表示数即电源电压，由图乙知，电源电压U＝3V；正确； 、根据串联电路的规律及欧姆定律，变阻器滑片在端时，R2的最大值： R2 大＝ ＝ ＝20Ω，错误； D、当滑片P 移到中点时，变阻器连入电路的电阻为：R 滑＝05×20Ω＝10Ω＝R1，由分压原理，两电阻电压相等， 根据串联电路电压的规律，R1的电压为：U1′＝ ＝15V， 电阻R1工作10s 消耗的电能：＝ t＝ ×10s＝225，D 错误。故选：。 9．（2023•茂南区校级一模）一种电工工具由一个小灯泡L 和一个定值电阻R 并联而成，通过L、R 的电流跟其两 端电压关系如图所示。由图可得定值电阻R 的阻值为 Ω；当把这个工具接在电压为2V 的电路两端，L、R 并联电路的总电流为 ，工作5s，则消耗的总电能为 。 【答】10；08；8。 【解析】由图可知，定值电阻两端电压是4V 时，电流为04，故电阻是：R＝ ＝ ＝10Ω。把这个工具接 在电压为2V 的电路两端，因为小灯泡L 和定值电阻R 并联，读图可知，通过定值电阻R 的电流为02，小灯泡 L 的电流是06。则并联后的总电流为06+02＝08。消耗的总电能＝Ut＝2V×08×5s＝8。 10．（2023•武安市四模）小明一家外出旅游，出门前，家里的电能表的示数如图所示。当他们旅游回来，电能表 示数变为20393k•，则这段时间内由于家里用电器待机而浪费的电能是 k•。小明发现旅游时携带的移动充 电宝剩余电量为0。充电宝容量为20000m•，充电电压为5V，他关闭家中其他用电器，给充电宝充满电，则电 能表的转盘转过 r。 【答】20；100。 【解析】（1）如图所示，出门前，家里的电能表的示数为20193k•，旅游回来，电能表示数变为20393 k•，则 这段时间内由于家里用电器待机而浪费的电能是： ＝20393k• 201193k• ﹣ ＝20k•，（2）充电宝容量为20000m•，充电电压为5V，他关闭家中其他用电器，给充电 宝充满电，需要消耗电能为：＝Ut＝5V×20000×10 3 ﹣×1×3600s＝360000＝01k•，由图上电能表参数可知，每消 耗1k•电能转盘转动1000r，则充电消耗电能01k•转盘转动100r。 11．（2023•获嘉县二模）如图甲所示电路，电源电压恒定不变，闭合开关，电流表指针几乎不偏转，电压表指针 大幅度偏转，则电路的故障可能是滑动变阻器处 。排除故障后，把滑动变阻器的滑片从端移动到b 端的过 程中，两电表的示数变化如图乙所示，综合以上信息可知此电路电源的电压为 V；若该电路以最大电功率 工作10s，将消耗电能 。 【答】开路；6；36。 【解析】由图甲可知，定值电阻R0和滑动变阻器串联，电流表测量电路中的电流，电压表测量滑动变阻器两端 的电压； 闭合开关，电流表指针几乎不偏转，说明电路发生了开路，电压表指针大幅度偏转，说明电压表两接线柱与电 源两端之间没有发生开路，所以发生开路的位置在电压表的两接线柱之间，即滑动变阻器出发生开路； 当滑动变阻器的滑片在端时，滑动变阻器接入电路中的阻值为0Ω，电路中的总电阻最小，根据欧姆定律可知 电路中的电流最大， 由图乙可知，此时电路中的电流：1＝06， 由＝ 可知，电源电压：U＝1R0＝06×R0……① 当滑动变阻器的滑片在b 端时，