18.1 电能 电功（考点解读）（原卷版）

181 电能 电功（考点解读）（原卷版） 1、电功与电能 （1）定义：电流通过某段电路所做的功叫电功。 （2 ）单位：国际单位是焦耳（）；常用单位：度（ k• ） ；1 度=1 千瓦时 =1k•=36×106。 2、电功与电能的计算 （1）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。计算公式：=Ut=Pt（适用于所有电路） （2）对于纯电阻电路可推导出： ①串联电路中常用公式：=2Rt； ②并联电路中常用公式： ,1：2=R2：R1； ③无论用电器串联或并联，计算在一定时间所做的总功，常用公式=1+2+…。 （3）解题方法点拨：①当U、、t 均已知时，利用=Ut 来计算电功较为方便。②在串联 电路中，通过各用电器的电流强度相等，且串联电路各用电器通电时间相等，经常用=2Rt 来取1：2比值，并进一步进行其他运算。③在并联电路中，各用电器两端电压相等，且各 用电器通电时间相等，使用=Pt 来进行比较计算较为方便。 3、电功的实质 （1）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,电功是一个过程量，电流做功的过程就 是消耗电能的过程; （2）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。 4、电功的测量 利用电能表计算电功：根据电能表的转数可以求出通过家用电器的电流在某段时间内做的 功，或消耗的电能．在计算时通常有两种方法： （1）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． （2）由于电能表的转盘的转数与电流做的功（或消耗的电能）成正比，因此可以先统一 单位，然后列出比例式，再求解答。 5、电功计算公式的应用 （1）电功的计算公式 ①定义式：=Ut： U 表示某段电路两端的电压，单位是V； 表示通过该电路的电流，单位是； t 表示通电时间，单位是s； 表示电流在该段电路上所做的功，单位是． ②应用公式过程中的“同一性”： ．电路的同一性，电流通过某灯泡做的功，等于该灯泡两端的电压、通过该灯泡的电流和 该灯泡通电时间的乘积．即、U、、t 四个物理量必须是同一个导体上的四个物理量； b．单位的统一性，、U、、t 四个物理量的单位必须分别是、V、、s，若有一个单位不符， 就必须将其换算成标准单位后，再代入公式计算． （2）串、并联电路中电功的特点 ①推理探究：串、并联电路中总功与各用电器做功之间的关系； ．串联电路：电阻R1、R2串联在总电压为U 的电路中，设它们两端的电压分别为U1、 U2，电路中的电流为，则在时间t 内电流所做的功分别是总=Ut，1=U1t，2=U2t；又因为 U=U1+U2，故总=（U1+U2）t=U1t+U2t=1+2。 b．并联电路：电阻R1、R2并联在电压为U 的电路中，设通过它们的电流分别为1、2， 电路中的电压为U，则在时间t 内电流所做的功分别是总=Ut，1=U1t，2=U2t；又因为 =1+2，故总=U（1+2）t=U1t+U2t=1+2。 概念规律：无论是串联电路还是并联电路，电流所做的总功都等于电流通过各用电器（或 各支路）做功之和，表示为总=1+2。 ②串、并联电路中电功分配关系 ．串联电路：电流通过各用电器所做的功与其电阻值成正比，即1：2=R1：R2 b．并联电路：电流通过各用电器所做的功与其电阻值成反比，即1：2=R2：R1。 （3）方法点拨 ①当U、、t 均已知时，利用=Ut 来计算电功较为方便； ②在串联电路中，通过各用电器的电流强度相等，且串联电路各用电器通电时间相等，经 常用=2Rt 来取1：2比值，并进一步进行其他运算； ③在并联电路中，各用电器两端电压相等，且各用电器通电时间相等，使用=Pt 来进行 比较计算较为方便。 6、电能表参数的理解与电能的求法和电能的输送 （1）参数的理解： 220V：表示电能表应该在220V 的电路中使用； 10（20）：表示该电能表的标定电流是10，额定最大电流是20； 50z：表示电能表在50z 的交流电路中使用； 600revs/k•：表示接在这个电能表上的用电器每消耗1k•的电能，电能表上的转盘转过 600 圈； （2）电能的求法： ①测量较大电能时用刻度盘读数：最后一位是小数位；两次读数之差就是这段时间内消耗 的电能，单位是度（千瓦时）； ②测量较小电能时用转盘转数读数：通过记录某段时间内电能表转盘转数，结合电能表转 盘每转表示的电能计算出该段时间内消耗的电能。 ※注意：利用转盘转数来计算电能时，得到的单位是k•，记住单位之间换算关系： 1k•=36×106。 （3）电能的输送 ①为了合理的利用能源，发电站要建在靠近能源的地方，而用电的地方离发电站很远，因 此需要把电能输送到远方，这就涉及电能的输送问题，即电能的输送； ②输送电能的基本要求是： 可靠：是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电； 保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定； 经济：是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小； ③交流高压输电的基本环节： 远距离输电原理图： （4）减少电能损失的方法：①减小导线电阻降低输电线上电能损失： Ⅰ．减小材料的电阻率ρ．银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作 输电线； Ⅱ．减小输电线的长度L 不可行，因为要保证输电距离； Ⅲ．增加导线的横截面积，可适当增大横截面积，太粗不可能，既不经济又架设困难； ②减小输电线中的电流降低输电线上电能损失： Ⅰ．减少输送功率P； Ⅱ．提高输电电压。 【考点1 电功与电能及其计算】 【典例1-1】（2023•梁溪区一模）如图所示，在“比较两个灯泡的亮暗”的活动中，闭合 开关后，调节滑动变阻器，使图甲和图乙中白炽灯L1 和L2 发光，L1 的规格为“25V 03”，L2的规格为“38V 03”。下列说法中正确的是（ ） ①白炽灯越亮，表明在相同时间内电流做功越多 ②图甲可“探究电流做功多少与电压大小的关系” ③图乙可“探究电流做功多少与电流大小的关系” ④甲和乙中，L1均比L2亮 ．只有① B．只有②③ ．只有①②③ D．①②③④都正 确 【典例1-2】（2023•孟津县一模）生活中需要对一些物理量进行估测，以下估测最接近实 际的是（ ） ．一本物理课本的重力约为300g B．一张纸的厚度约为10μm ．大拇指指甲所受的大气压力约为10 D．100 的电冰箱正常工作一天耗电约为24k• 【典例1-3】（2022•沂源县模拟）现有长度相同的铜导线甲和乙，已知甲的电阻较大，则 甲的横截面积 乙的横截面积；若将它们串联在电路中，甲两端的电压 乙两 端的电压，电流通过甲电阻做的功 电流通过乙电阻做的功；若将它们并联在电路 中，则甲的电阻 它们并联的总电阻。（均选填“小于”、“等于”或“大于”） 【典例1-4】（2023•思明区校级模拟）在如图所示的电路中，电阻R1的阻值为10Ω。闭合 开关S，电流表1的示数为03，电流表的示数为05。求： （1）电源电压是多少？ （2）电阻R2的阻值是多少？ （3）电路工作100s 消耗的电能多少？ 【变式1-1】（2022 秋•市北区校级期末）关于电功，下列说法不正确的是（ ） ．电流做了多少功就有多少电能转化为其它形式的能 B．电流做功的过程就是消耗电能的过程 ．用电能表可以测量电流做功的多少 D．电流越大，电流做功就一定越多 【变式1-2】（2022 秋•滦州市期末）甲、乙两个用电器的电压之比为2：3，电流之比为 1：2，通电时间之比为5：2，则两个用电器消耗的电能之比为（ ） ．4：5 B．2：5 ．6：5 D．5：6 【变式1-3】（2023•安溪县模拟）为了防止鱼虾缺氧而浮头，常在池塘中央放置增氧机。 喷水式增氧机由电动泵和浮体组成，某种喷水式增氧机及工作时的情景如图所示，有关 参数见表。若增氧机正常开机2，消耗的电能是 k•，从环形喷口出水 kg，从 而使水得到了“增氧”。（ρ 水＝10×103kg/m3） 额定电流/ 额定电压/V 流量/（m3• 1 ﹣） 05 220 35 【变式1-4】（2023•铜梁区校级二模）如图所示的电路，R2的阻值为10Ω，闭合开关S 和 S1时，电流表示数为06，当仅闭合开关S 时，电流表示数为02，求： （1）电源电压； （2）仅闭合开关S，通电100s，电阻R1消耗的电能。 【考点2 电功的实质和测量】 【典例2-1】（2023•新都区二模）成都的夏天高温闷热，空调作为度夏利器，正在走入每 个家庭。以下关于空调的知识说法正确的是（ ） ．空调工作时电能全部转化为内能 B．空调遥控器的电压是3V ．夏天空调工作时将温度设置成37℃，人体会感觉很舒适 D．空调外壳是塑料制成的，最主要原因是因为塑料密度小 【典例2-2】在家庭电路中，测量消耗电能的仪表是（ ） ．电流表 B．电压表 ．灵敏电流表 D．电能表 【典例2-3】（2023•乾安县一模）某市轨道客车厂新研制的复兴号智能动车组，在4000m 海拔试验时牵引力的功率为3100k，在这功率下行驶200s，完成距离20km。动车组在 这次试验中，牵引力做的功是 ，复兴号智能动车组把电能主要转化成 能。 【变式2-1】（2023•佛山模拟）某家用电器的能量流向图如图所示，该用电器可能是（ ） ．电视机 B．电风扇 ．电饭煲 D．电水壶 【变式2-2】（2022•秦淮区二模）如图所示，在“比较两个灯泡亮度”的活动中，闭合开 关后，调节滑动变阻器，使图中规格为“25V 03”的甲灯和规格为“38V 03”的乙灯发光， 下列说法正确的是（ ） ①灯越亮说明在相同时间内电流做功越多 ②图可探究电流做功多少与电压大小的关系 ③图b 可探究电流做功多少与电流大小的关系 ④两图中甲灯均比乙灯亮 ．只有① B．只有②③ ．只有①②③ D．①②③④ 【变式2-3】（2023•新城区校级一模）近期交警部门加大对电动车安装遮阳伞的检查拆除 力度，遮阳伞虽能遮挡阳光，同时也影响骑行视线，存在很大的安全隐患。如图所示， 当电动车快速行驶时，要旋转右车把，它相当于电路中的 （选填“滑动变阻 器”或者“定值电阻”）；遮阳伞下方空气流速小于伞上方流速，伞下方的压强 （选填“大于、小于、等于”）伞上方的压强，使车身不稳定，容易引发事故；此时电 池将电能转化成 能。 【考点3 电功计算公式的应用】 【典例3-1】（2022 秋•利津县期末）如图所示，电源电压相等，已知R1＞R2＞R3＞R4，开 关均闭合后，在相同的时间内，消耗电能最多的电阻是（ ） ．R1 B．R2 ．R3 D．R4 【典例3-2】（2022 秋•西安期末）如图所示是某品牌的移动电源的输入和输出端口，其上 标有：“输入：5V，21，30000m•；输出：5V，21；5V，1；5V，1”用这个移动电源可 给3 个移动电子设备同时充电，移动电源插入插座充电时，充满一次电，需要用时 （结果保留两位小数），可储存的能量为 ；用该移动电源恰好可给标号为 “38V 3200m•”的某手机电池充电10 次，则该移动电源的能量利用率为 （结 果精确至001%）。 【变式3-1】（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 【变式3-2】（2023•工业区校级模拟）我国“华为”公司是当今世界通讯领域的龙头企业， 以手机为例，华为“Mte20pr”不仅采用4200m 超大容量电池，并且采用“超级快充“技 术，不到半小时可把电池充达一半以上，极大方便人们的使用。已知该电池的部分参数 如表所示： 电池名称 锂离子电池 电压 37 V 容量 4200 m （1）人们在使用手机长时间通话时，手机会明显发热，其中能量的转化情况为 ，损耗的能量不会转化为我们需要的能量，是因为 ； （2）电池充满电储存的电能为 ； （3）两个充电器一个标注“输出5V 600m”另一个标注“输出5V 4”其中一个是快速充 电器，假设充电效率为90%，选用快速充电器将电池从零充满需要的时间为 s。 【考点4 电能表参数的理解与电能的求法和电能的输送】 【典例4-1】（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 【典例4-2】（2023•梧州二模）充电宝容量为20000m•，电压为5V，充满电后储存电能为 ，小丽要给电量为零的充电宝充满电，于是她关闭家中其它用电器，并观察到家里电能 表如图所示，该电能表的转盘将转过 r。 【变式4-1】（2022 秋•鄂伦春自治旗期末）如图甲、乙分别是某家庭5 月初和6 月初电能 表的示数，则下列说法中正确的是（ ） ．电能表是计量电流的仪器 B．该家庭在这段时间内总共用电2000k• ．电能表转盘每转过600 转，电路消耗电能05k• D．1k•相当于36×105 【变式4-2】（2023•科尔沁区模拟）如图所示。用电吹风对着玻璃管上口吹风，发现乒乓 球会被吸入玻璃管中并从上口飞出。原因是玻璃管上口空气流速大，压强 （填 “大”“小”或“不变”）；关闭家里其他用电器，让电吹风单独工作一段时间，电能 表的转盘转过600 转，则该电吹风在上述时间内消耗的电能是 。 【变式4-3】（2022•定远县二模）为了将发电厂的电能输送到远处的用户家中，在两地间 架设了两根等长的输电线。两根输电线的总电阻为r。已知位于电厂处的两根输电线间 的电压为U，输送电能的功率为P，由于电流通过输电线发热会损失电能，该输电线路 输送电能的效率为 。（输电效率为用户得到的电能与发电厂输出电能的比值） 一、选择题。 1．（2023•泗县校级模拟）将三个相同的电阻R 按照甲、乙两种不同的连接方式（如图） 分别接到同一电源两端，则相同时间内整个电路消耗的电能之比甲：乙为（ ） ．1：3 B．3：1 ．1：9 D．9：1 2．（2023•罗庄区一模）如图，工人师傅正在用“水钻”给墙壁打孔。善于观察的小明发 现使用钻孔机也很有学问，下列关于他的分析错误的是（ ） ．向钻头注水降温是通过热传递的方式使钻头内能减小，温度降低 B．通过做功的方式使钻头的内能增加，温度升高 ．向钻头注水，水的比热容较大，可达到更好的冷却效果 D．钻头工作时，电能主要转化为热能 3．（2022 秋•荆门月考）下列关于电的一些说法中正确的是（ ） ．玻璃棒和丝绸摩擦后，玻璃棒带负电 B．家庭电路中工作的用电器越多，总电阻越大 ．导体的电阻由它两端的电压和通过的电流决定 D．电能表是用来测量电功的仪表 4．（2022 秋•南岗区期末）小南对家中电冰箱进行过测试：当将家中其他所有用电器断开， 只有电冰箱单独接入电路时，电能表初始示数如图（）所示，正常工作两整天后，电能 表示数如图（b）所示，则下列说法正确的是（ ） ．这两天电冰箱消耗的电能为4 B．这两天电冰箱消耗的电能为144×107 ．这两天电冰箱实际工作时间为48 D．电冰箱工作时，消耗的电能主要转化为内能 5．（2023•长清区二模）（多选）天上无人机，地上旋耕机，春耕尽显“科技范”。关于 无人机和旋耕机以下说法正确的是（ ） ．旋耕机有宽大的轮子是为了减小压力 B．旋耕机工作时，将内能转化为机械能 ．无人机匀速喷撒农药时，其动能减小 D．无人机工作时，将电能转化为机械能 二、填空题。 6．（2023•包河区二模）如图所示，电源电压为3V 且保持不变，定值电阻R1 的阻值为 10Ω，闭合开关S，电压表示数为1V，则定值电阻R2在2m 内消耗的电能为 。 7．（2023•商丘一模）如图所示电路，电源电压不变，电阻R1阻值为5Ω。闭合开关，两 电压表V1、V2 的示数分别为2V 和6V，则电源电压为 V，电阻R2 的阻值为 Ω；通电1m，该电路消耗的总电能为 。 8．（2023•锦州一模）小明家的电能表月初的示数是 ，月末的示数如图所 示，则小明家本月用电 k•。一天晚上小明将一台“220V，968”的电热器单独接入 电路工作30m，电能表的脉冲指示灯恰好闪烁了1323 次，则当时的实际电压为 V。（忽略温度对电阻的影响） 三、计算题。 9．（2023•平谷区二模）如图所示的电路，电源两端的电压为6V 保持不变。闭合开关S 后， 电压表的示数为2V，电阻R2的功率为08。求： （1）电阻R1的阻值； （2）通电10s 电路消耗的电能。 10．（2023•新城区校级模拟）随着生活水平的提高，扫地机器人逐步进入普通家庭。扫地 机器人具有主动躲避障碍物、自动吸尘、自动返回充电座充电等诸多智能功能。消耗的 电能中有40%用于克服摩擦力做功。如图所示是某款扫地机器人及其铭牌上的部分参数， 请完成下面有关问题： 项目 指标参数 工作电压 10V 净重 4kg 最大集尘量 1kg 功率 30 电池容量 2000m （1）电池容量“2000m”是指当工作电流为2000m，能持续供电1，若充电后，所有电 量用于扫地，则可供机器人持续正常工作多少时间？ （2）已知集尘合空置时机器人运动过程中受到的阻力为16，查阅资料获知摩擦力与压 力成正比，则达到最大集尘量时机器人运动的速度是多少？ （3）机器人设有自动充电功能，当检测到电池容量低到10%时会自动返回充电为确保 机器人能顺利返回充电，需要充电时离充电座最远多少米？ 11．（2023•泗洪县二模）如图所示电路中，电源电压恒定，当开关S1断开，S2、S3闭合测 得电流表读数为03。当开关S1、S2闭合，S3断开时，由于电阻R1、R2中有一个电阻出 现故障，电流表读数为06，已知R2的阻值为10Ω。求： （1）电路中出现的故障是 ； （2）电源电压； （3）R1的阻值； （4）若电路正常工作，在1m 内，电流通过电阻R1做的功最少为？ 12．（2023