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【核心素养】人教版初中物理九年级全册 第十八章 《电功率》（单元复习）课件
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这是一份【核心素养】人教版初中物理九年级全册 第十八章 《电功率》（单元复习）课件，共60页。PPT课件主要包含了电能电功，第1节，电能的单位，电功的计算，电功的推导公式，纯电阻，电功率，第2节，PUI，PWt等内容，欢迎下载使用。
七个概念：电能、电功、电功率、额定电压、额定功率、 实际电压、实际功率.四个公式：W=UIt、P=W/t、P=UI、Q=I2Rt、一个定律： 焦耳定律.一个仪表：电能表.两个实验：测量小灯泡的电功率、 探究电流产生热的多少与什么因素有关 二种方法：控制变量法、转换法.
1. 电能2. 电能的计量3. 电功
发电机或电池等电源把其他形式的能转化为电能。用电器把电能转化为其他形式的能。①国际单位是焦（J）；常用单位是千瓦时（kW·h） 换算关系： 1kW·h=3.6×106J ②计量：电能表（也叫电度表），单位是kW·h， 测量用电器一段时间内消耗的电能。①电功：电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的 过程，有多少电能发生了转化就说电流做了多少功。②电功的计算：W=UIt③电功的单位：焦（J） 、千瓦时（kW·h）
1.电能的来源与能量转化
2.电能的利用与能量转化
1kW·h=3.6×106J
（1）国际单位：焦耳，简称焦，用字母 J 表示。（2）常用单位： 千瓦时，字母符号为 KW·h，也叫“度”。（3）单位换算关系： 1度=1kW·h=1×103 W×3600s= 3.6×106 J
作用：用来计量用电器在一段时间内消耗的电能。
3. 电能表的种类 常见的电能表：机械式电能表、IC卡电能表、电子式电能表。其中电子式电能表表盘上有一指示灯，标有“1600imp/（kW·h）”（不同型号的表，该数值不同）字样。其含义是指用电器每消耗lkW·h的电能，指示灯闪烁______次。4. 电能表的读数电能表计数器上显示的数字是表从开始到读数为止用电器消耗的电能。示数： 整数加一位小数，如图为______ kW·h 。
6. 节能的意义（1）1kW·h的作用（见下图）。（2）节约用电及相关措施：电能是人们生活的重要资源，社会需求越来越多，能源供应日益紧张，每个人都应具有节约电能的意识。我们要从点点滴滴做起，如随手关灯、使用耗电少的节能灯具、电视机关机后及时拔下电源插头等。
1.电功的概念（1）定义：电流所做的功叫做电功，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。 电能是状态量：反映了做功的本领； 电功是过程量：反映了一段时间内电能转化或消耗电能的多少。
2.实验探究：影响电流做功多少的因素（1）探究电功与电压的关系①把两盏规格不同的小灯串联在电路中，用电压表分别测量它们两端的电压，同时观察比较小灯的发光情况。②现象：电流与通电时间相同，两端电压较高的小灯较亮。③结论：在通过用电器的电流与通电时间相同时，用电器两端的电压越大，电流做功就越多。
（2）探究电功与电流的关系①如图所示，把两盏规格不同的小灯并联，用电流表分别测量通过它们的电流，同时观察比较小灯的发光情况。 ②现象：电压与通电时间相同，通过电流较大的灯泡较亮。③结论：在用电器两端的电压与通电时间相同时，通过用电器的电流越大，电流做功就越多。
（3）进一步实验可得出：
电流所做功的大小与电压、电流、通电时间成正比.
（1）物理学规定：电功等于电压、电流与通电时间的乘积。（2）公式：电功=电压×电流×通电时间 W = UIt（3）国际单位：焦耳（J） 1J =1V × 1A × 1S 常用单位：千瓦时（KW·h） 1kw·h=3.6×106J
【例题1】大山上次查看家中电能表示数为 ，本次查看时电能表示数如图所示。则下列说法正确的是（ ）A．他家在这段时间内消耗的电能为 B．电能表是测量电功率的仪表C．家庭电路中电能表一般安装在总开关之后D．若只让一个标有“220V，1000W”的电热水器正常工作20min，则电能表的转盘转1200转
【例题2】如题图所示电路，已知R2=20Ω，闭合开关后，电流表A的示数为0.5A，电流表A1的示数为0.3A。求：（1）电源电压；（2）电阻R1的阻值；（3）通电1min整个电路消耗的电能。
【例题3】在做“探究影响电流做功多少的因素”实验时，如图是进行该探究的电路之一。（1）可以根据______________比较相同时间内电流做功的多少；（2）由如图所示电路，可探究电流做功多少与______的关系；（3）小明正确操作，验证了实验的结论，支持该结论的实验现象是______；（4）另一组的同学连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭。检查后发现连线正确，请你找出实验中两个操作不当之处：① ______ ；② ______ 。
连接电路时开关未断开; 滑动变阻器未置于阻值最大处.
电压表示数大的灯泡更亮
（1）灯泡将电能转化为光能和热能，故可以根据灯泡的亮暗程度来比较相同时间内电流做功的多少。（2）由电路图可知，两灯泡串联，流过灯泡的电流与通电时间均相等，故可探究电流做功多少与电压的关系。（3）因灯泡两端的实际电压越大，灯泡的实际功率越大，故可知支持该结论的实验现象是电压表示数大的灯泡更亮。（4）为了保护电路，在连接导线时，开关应断开，将滑动变阻器的阻值调到阻值最大处，由题意可知，连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭，故实验中的两个操作不当之处为： ①连接电路时开关未断开； ②滑动变阻器未调到阻值最大处。
1. 电功率2. “千瓦时”的来历3. 额定电压 额定功率
1.探究电流做功的快慢
实验结论：电流做功有快慢之分.
在家庭电路中，分别让一盏电灯、一台电吹风机单独工作；观察记录电能表铝盘在1min内转动的圈数。
在相同时间内电能表铝盘转过的圈数不同。在使用电吹风时，1min内转动的圈数多。
在相同的时间内铝盘转过的圈数越多，说明用电器消耗的电能越快，即电流做功越快。
（1）相同时间，比较电功的多少，电功越多，表示电流做功越快；（2）电功相同，比较所用的时间，用的时间越短，表示电流做功越快；（3）用电功与时间的比值表示电流做功的快慢，比值越大，表示电流做功越快。
2. 比较电流做功快慢的方法
W—焦耳（J） t — 秒（s）P—瓦特（W）1W=1J/s
（5）电功率单位 国际单位：瓦特（W） 常用单位：千瓦（kW）、毫瓦（mW）换算关系： 1kW = 103 W 1 W = 103 mW
U —伏（V） I —安（A）P —瓦特（W）1W=1V·1A
（6）一些用电器的电功率
4. 电功率和电功的区别
1. 电功和电功率的两套单位组合
根据电功的公式 W = Pt
1焦耳= 1瓦特×1秒
1千瓦时= 1千瓦×1小时
2.“千瓦时”的来历1千瓦时可以看作功率为1千瓦的用电器工作1时所消耗的电能。 1千瓦时= 1千瓦×1小时
提示：千瓦是_______的单位；千瓦时是_______的单位。
03额定电压 额定功率
1. 探究用电器的电功率
将标有“36V 25W”字样的灯泡，把它接在36V的电路中，观察它的发光情况；把它分别接在24V和40V的电路中，观察它的发光情况。
该灯泡把接在36V的电路中，正常发光；接在24V的电路中，发光暗淡；接在40V的电路中，发光强烈。
该灯泡在36V电压下处于正常工作状态，所观察到的亮度是功率为25W时的正常发光情况。而接在24V和20V电压下，它都不能正常发光，其功率分别低于和高于25W。
在不同电压下，同一个用电器的电功率不一样大；实际电功率随着它两端电压的改变而改变。
2. 额定电压与额定功率及其相关物理量
用电器铭牌上所标电压值
用电器铭牌上所标功率值
小电灯铭牌上所标电流值
可能等于额定电压，也可能不相等
可能等于额定功率，也可能不相等
3. 额定功率与实际功率的区别
用电器在实际电压下工作时的功率
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。
用电器在额定电压下工作时的功率
【例题1】两盏白炽灯，甲标有“PZ220V 40W”，乙标有“PZ220V 25W”，比较它们的亮度，下列说法正确的是 （ ）A．甲一定比乙亮B．乙一定比甲亮C．都正常工作时，甲比乙亮D．都正常工作时，乙比甲亮
【例题2】LED灯具有节能、环保的特点，一个“220V 8.5W ”的LED灯与一个“220V 60W ”的白炽灯亮度相当．若一个“220V 8.5W ”的LED灯每天正常工作4小时，30天消耗的电能是_________度，这些电能可供“220V 60W”的白炽灯正常工作_____小时．
【例题3】如图所示，R为定值电阻，L为标有“6V 3W”的小灯泡，灯丝阻值不变，电源电压恒定。闭合开关，小灯泡正常工作时，电流表读数为0.9A。求：（1）通过小灯泡的电流，以及小灯泡电阻；（2）定值电阻R阻值以及它的电功率。
1. 测量小灯泡的电功率2. 特殊方法测量小灯泡的电功率
第3节 测量小灯泡的电功率
P = UI电源、电压表、电流表、 小灯泡、滑动变阻器、开关、导线。如图所示。①根据电路图连接实物，连接电路时开关要断开， 变阻器的滑片要调节到阻值最大端。②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使小灯两端的电压分别等于、低于、略高于额定电压，记录电压表、电流表的示数，观察小灯泡的发光情况。 ③计算出小灯泡的实际功率，并记录在表格中。灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，实际功率越大，灯泡越亮。小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。
01测量小灯泡的电功率
【实验目的】（1）会用电压表和电流表测量小灯泡的电功率。（2）会正确调节滑动变阻器改变小灯泡两端电压。（3）会总结实际功率随电压的变化规律，会总结灯泡亮度随实际功率的变化规律。【实验原理】根据公式P=UI，若求小灯泡的电功率，需测定小灯两端的电压与通过的电流。用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，就可以计算出小灯泡的电功率，这种测量方法也叫做伏安法。
【实验器材】电源、开关、电流表、电压表、 导线、滑动变阻器、小灯泡（额定电压2.5 V）。【设计并实验】（1）设计电路如图所示。
（2）按照电路图连接电路。注意断开开关，将滑动变阻器滑片放在阻值最大处。将电压表和电流表指针调零。（3）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。
（4）闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.0V（低于额定电压），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。（5）闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.9V（不能超过额定电压的1.2倍），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。
【数据记录处理】 根据公式P=UI 计算出小灯泡的额定功率和实际功率。
【分析与论证】 ①分析表格中的实验数据后，发现小灯泡两端的实际电压越高，小灯泡的实际功率越大，灯泡越亮。 ②小灯泡的亮度直接由它的实际电功率决定。③小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。 P额=UI=2.5V×0.26A=0.65W
实验结论 （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。P额=UI=2.5V×0.26A=0.65W（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】（1）对小灯泡的电功率进行了三次测量，为什么不求小灯泡功率的平均值?【分析】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。
小灯泡的亮度由它的实际电功率决定，实际功率越大，灯泡越亮。
小灯泡的电阻随着灯丝温度的升高而变大。
（2）本实验与伏安法测小灯泡电阻相比较，有哪些异同点？
02特殊法测小灯泡的电功率
设计实验：借助定值电阻，利用电压表计算出灯泡额定电压或额定电流，利用P=UI算出额定功率。实验器材电源（电压未知），1个电压表，1个滑动变阻器，1个已知阻值为R0的定值电阻。
1. 单伏法（测量器材是电压表，缺少电流表 ）
2. 单安法（测量器材是电流表，缺少电压表）
设计实验：借助定值电阻，利用电流表计算出灯泡额定电压或额定电流，利用P=UI算出额定功率。实验器材 电源（电源电压未知），1个电流表，1个滑动变阻器，1个已知阻值为R0的定值电阻。
【例题1】在测定小灯泡功率的实验中，已知小灯泡的额定电压为2.5 V，秀秀同学通过正确实验得到的数据如下表．分析数据得到的下列结论，正确的是（ ）A．灯丝的电阻随电压增大而减小B．通过小灯泡的电流与它两端的电压成正比C．小灯泡的额定功率为四次功率的平均值D．小灯泡的额定功率为0.8 W
【例题2】在“测量小灯泡的电功率”实验中，准备的材料如下：电源、导线、开关、电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡（额定电压2.5V）。（1）根据实验要求，设计电路，在方框内画出电路图； （2）正确连接电路后，闭合开关时发现小灯泡特别亮，出现这个现象的原因可能是___________；（3）实验现象和数据如下表所示，根据表中数据可知小灯泡的额定功率是___________W；
变阻器的滑片没有移动到阻值最大处
（1）电压表与灯并联测灯的电压，电流表与灯串联测灯的电流，滑动变阻器串联在电路中，如图所示：（2）正确连接电路后，闭合开关时发现小灯泡特别亮，则电路的电流过大，出现这个现象的原因可能是变阻器的滑片没有移动到阻值最大处。（3）根据表中数据知，灯在额定电压下的电流为0.42A，小灯泡的额定功率是： P=UI=2.5V×0.42A=1.05W
（4）用表中数据在坐标图上绘出小灯泡的I～U图像； （5）由图像发现：随着小灯泡两端的电压变大，小灯泡的电阻___________；（6）分析可得：在实际电压_________________额定电压的情况下，小灯泡消耗的实际功率大于或小于它的额定功率。
（5）由图像可知，电压每增大0.5V，对应的电流增大值为0.12A、0.08A、0.06A、0.02A，即电压增大值大于对应的电流增大值，由欧姆定律得出的结论是：随着小灯泡两端的电压变大，小灯泡的电阻变大。（6）由表中数据，第6次的电压为3.0V大于额定电压2.5V，对应的电功率为P6=U6I6=3.0V×0.44=1.32W>1.05W可得：在实际电压大于额定电压的情况下，小灯泡消耗的实际功率大于它的额定功率；第1～5次电压的大小关系为U1＜U2＜U3＜U4＜U5=2.5V对应的电功率大小关系为 0.06W＜0.24W＜0.48W＜0.76W＜1.05W故得出：在实际电压小于额定电压的情况下，小灯泡消耗的实际功率小于它的额定功率；综上，在实际电压大于或小于额定电压的情况下，小灯泡消耗的实际功率大于或小于它的额定功率。
【例题3】在“测量小灯泡的电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，正常发光时的电阻约为8Ω。（1）闭合开关后，小灯泡不亮，电流表没有示数，电压表示数超过量程，经检查，导线连接完好，则电路故障可能是小灯泡发生了______（选填“短路”或“断路”）；（2）排除故障后，移动滑片P到某一位置时，电压表示数如图乙所示，为______V；此时要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向______（选填“左”或“右”）端移动；
（1）电流表无示数，说明电路可能断路；电压表示数超过量程，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，与电压表并联的小灯泡断路了。（2）图乙中电压表选用小量程，分度值为0.1V，示数为2.2V，小于灯泡的额定电压2.5V，应增大灯泡的电压，根据串联电路电压的规律，应减小滑动变阻器的电压，由分压原理可知，应减小滑动变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向右移动，直到电压表示数为灯泡的额定电压2.5V。
（3）移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的U-I图象，由图象可计算出小灯泡的额定功率是______W；（4）完成上述测量后，不用电压表，用如图所示的电路也可以测量已知额定电流的小灯泡的额定功率，已知小灯泡的额定电流为 I 额，定值电阻的阻值为 R0。实验步骤如下，请补充完整：①______；②保持滑片位置不动，闭合开关S、S1，断开开关S2，记下此时电流表的示数为I；③小灯泡的额定功率的表达式为P额_______________。（用已知量和测得量的字母表示）
闭合开关S、S2，断开S1，调节滑动变阻器滑片P，使电流表示数为I额
（I -I 额）R0 I 额
（3）根据图丙所示的U-I图像知，灯在额定电压2.5V时的电流为0.3A，则小灯泡的额定功率 P＝UI =2.5V ×0.3A =0.75W（4）实验步骤①闭合开关S、S2，断开S1，调节滑动变阻器滑片P，使电流表示数为I额 ；③步骤②中，电流表测干路电路，因电路的连接关系没有改变，各电阻的大小和通过的电流不变，灯仍正常发光，由并联电路电流的规律，定值电阻R0的电流为 I0= I- I额定值电阻R0 的电压即灯的额定电压 U 额=I0 R 0=（ I -I 额） R0 小灯泡的额定功率的表达式 P额=U额I 额= （I -I 额）R0 I 额
1. 电流的热效应2. 焦耳定律3. 电热的利用和防止
（1）寻找以下用电器的共同特点电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。分析：用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。（2）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。
【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?【猜想及其依据】①可能与通过导体的电流有关。因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关；②可能与导体的电阻有关。导线和电熨斗串联接入电路，电流是相同的，电熨斗热的温度高，而导线几乎不热，电流产生的热可能与电阻有关。③可能与通电时间有关。由生活经验可知，通电时间越长，电流产生的热量也会越多。
2. 探究影响电流的热效应的因素
（1）实验装置介绍（焦耳定律演示器）透明的塑料容器内密闭着空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中有一段电阻丝，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。
（3）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，这种研究方法叫转换法。 （4）实验电路、器材如图所示：为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。
【进行实验】（1）探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系。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。（2）闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。
（3）按照图乙将密封容器、开关及电源连接起来。实验中在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3 ，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同：I1=2I2
（4）闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒U形管液面的高度差的变化。
（1）分析实验1可发现：在电流和通电时间相等的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。（2）分析实验2可发现：在电阻和通电时间相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。（3）由实验步骤（4）可知，在电流和电阻相等的情况下，通电时间越长，电流产生的热量越多。
用如图所示的装置也可以探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。请你对该装置进行评价。
该装置中，两个相同的烧瓶盛有质量相同、温度相同的同种液体；烧瓶内插有温度计，可以测量液体的温度。烧瓶内部有两个阻值不同的电阻丝，组成串联电路接入电路中。通过比较烧瓶内__________可以探究影响电流通过导体产生热量的因素。
（1）内容： 电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。（2）公式： Q = I2Rt （3）公式中各物理量单位：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）
2. 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 可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。
3. 电功与电热的区别与联系
（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，也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 该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即电热等于电功 Q热量=W Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt 这些公式适用于纯电阻电路.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 ，即电热小于电功 Q热量＜W 。W总＝UIt =W机械能＋Q热量
纯电阻电路 Q=W
4. 电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围
1. 电热的利用 电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体，用电阻率大、熔点高的金属导线制成的。家中的热水器、电饭煲、电熨斗，养鸡场中的孵化器等都是利用电热的例子。
有些用电器工作时将电能转化为其他形式能的过程中，总有一部分电能转化为内能。例如电视机、计算机、电动机等用电器工作时都不可避免的发热，这既浪费能源，同时又使导线温度升高，温度超过绝缘材料的耐热温度后，绝缘材料会迅速老化，造成短路烧毁用电器，这就需要散热。 因此很多家用电器采用设置散热孔、散热片或在发热体部分安装电风扇等方法散热。
【例题1】（多选题）下列情况，属于防止电热产生危害的是（ ）A．电视机背后有散热窗B．家庭电路中安装漏电保护器C．冬天用电取暖器取暖D．台式电脑里有散热风扇给电脑降温
【例题2】如图甲为某款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为220V，其内部电路如图乙所示，它有大小两个加热挡位“1”“2”，电热丝 R1=6Ω、 R2=44Ω。当开关置于挡位_____（选填“1”或“2”）为大功率挡。若用小功率挡加热水，所需时间为1分10秒，则加热水时便携式挂烫机消耗的电能是________J。
七个概念：电能、电功、电功率、额定电压、额定功率、 实际电压、实际功率.四个公式：W=UIt、P=W/t、P=UI、Q=I2Rt、一个定律： 焦耳定律.一个仪表：电能表.两个实验：测量小灯泡的电功率、 探究电流产生热的多少与什么因素有关 二种方法：控制变量法、转换法.
1. 电能2. 电能的计量3. 电功
发电机或电池等电源把其他形式的能转化为电能。用电器把电能转化为其他形式的能。①国际单位是焦（J）；常用单位是千瓦时（kW·h） 换算关系： 1kW·h=3.6×106J ②计量：电能表（也叫电度表），单位是kW·h， 测量用电器一段时间内消耗的电能。①电功：电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的 过程，有多少电能发生了转化就说电流做了多少功。②电功的计算：W=UIt③电功的单位：焦（J） 、千瓦时（kW·h）
1.电能的来源与能量转化
2.电能的利用与能量转化
1kW·h=3.6×106J
（1）国际单位：焦耳，简称焦，用字母 J 表示。（2）常用单位： 千瓦时，字母符号为 KW·h，也叫“度”。（3）单位换算关系： 1度=1kW·h=1×103 W×3600s= 3.6×106 J
作用：用来计量用电器在一段时间内消耗的电能。
3. 电能表的种类 常见的电能表：机械式电能表、IC卡电能表、电子式电能表。其中电子式电能表表盘上有一指示灯，标有“1600imp/（kW·h）”（不同型号的表，该数值不同）字样。其含义是指用电器每消耗lkW·h的电能，指示灯闪烁______次。4. 电能表的读数电能表计数器上显示的数字是表从开始到读数为止用电器消耗的电能。示数： 整数加一位小数，如图为______ kW·h 。
6. 节能的意义（1）1kW·h的作用（见下图）。（2）节约用电及相关措施：电能是人们生活的重要资源，社会需求越来越多，能源供应日益紧张，每个人都应具有节约电能的意识。我们要从点点滴滴做起，如随手关灯、使用耗电少的节能灯具、电视机关机后及时拔下电源插头等。
1.电功的概念（1）定义：电流所做的功叫做电功，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。 电能是状态量：反映了做功的本领； 电功是过程量：反映了一段时间内电能转化或消耗电能的多少。
2.实验探究：影响电流做功多少的因素（1）探究电功与电压的关系①把两盏规格不同的小灯串联在电路中，用电压表分别测量它们两端的电压，同时观察比较小灯的发光情况。②现象：电流与通电时间相同，两端电压较高的小灯较亮。③结论：在通过用电器的电流与通电时间相同时，用电器两端的电压越大，电流做功就越多。
（2）探究电功与电流的关系①如图所示，把两盏规格不同的小灯并联，用电流表分别测量通过它们的电流，同时观察比较小灯的发光情况。 ②现象：电压与通电时间相同，通过电流较大的灯泡较亮。③结论：在用电器两端的电压与通电时间相同时，通过用电器的电流越大，电流做功就越多。
（3）进一步实验可得出：
电流所做功的大小与电压、电流、通电时间成正比.
（1）物理学规定：电功等于电压、电流与通电时间的乘积。（2）公式：电功=电压×电流×通电时间 W = UIt（3）国际单位：焦耳（J） 1J =1V × 1A × 1S 常用单位：千瓦时（KW·h） 1kw·h=3.6×106J
【例题1】大山上次查看家中电能表示数为 ，本次查看时电能表示数如图所示。则下列说法正确的是（ ）A．他家在这段时间内消耗的电能为 B．电能表是测量电功率的仪表C．家庭电路中电能表一般安装在总开关之后D．若只让一个标有“220V，1000W”的电热水器正常工作20min，则电能表的转盘转1200转
【例题2】如题图所示电路，已知R2=20Ω，闭合开关后，电流表A的示数为0.5A，电流表A1的示数为0.3A。求：（1）电源电压；（2）电阻R1的阻值；（3）通电1min整个电路消耗的电能。
【例题3】在做“探究影响电流做功多少的因素”实验时，如图是进行该探究的电路之一。（1）可以根据______________比较相同时间内电流做功的多少；（2）由如图所示电路，可探究电流做功多少与______的关系；（3）小明正确操作，验证了实验的结论，支持该结论的实验现象是______；（4）另一组的同学连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭。检查后发现连线正确，请你找出实验中两个操作不当之处：① ______ ；② ______ 。
连接电路时开关未断开; 滑动变阻器未置于阻值最大处.
电压表示数大的灯泡更亮
（1）灯泡将电能转化为光能和热能，故可以根据灯泡的亮暗程度来比较相同时间内电流做功的多少。（2）由电路图可知，两灯泡串联，流过灯泡的电流与通电时间均相等，故可探究电流做功多少与电压的关系。（3）因灯泡两端的实际电压越大，灯泡的实际功率越大，故可知支持该结论的实验现象是电压表示数大的灯泡更亮。（4）为了保护电路，在连接导线时，开关应断开，将滑动变阻器的阻值调到阻值最大处，由题意可知，连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭，故实验中的两个操作不当之处为： ①连接电路时开关未断开； ②滑动变阻器未调到阻值最大处。
1. 电功率2. “千瓦时”的来历3. 额定电压 额定功率
1.探究电流做功的快慢
实验结论：电流做功有快慢之分.
在家庭电路中，分别让一盏电灯、一台电吹风机单独工作；观察记录电能表铝盘在1min内转动的圈数。
在相同时间内电能表铝盘转过的圈数不同。在使用电吹风时，1min内转动的圈数多。
在相同的时间内铝盘转过的圈数越多，说明用电器消耗的电能越快，即电流做功越快。
（1）相同时间，比较电功的多少，电功越多，表示电流做功越快；（2）电功相同，比较所用的时间，用的时间越短，表示电流做功越快；（3）用电功与时间的比值表示电流做功的快慢，比值越大，表示电流做功越快。
2. 比较电流做功快慢的方法
W—焦耳（J） t — 秒（s）P—瓦特（W）1W=1J/s
（5）电功率单位 国际单位：瓦特（W） 常用单位：千瓦（kW）、毫瓦（mW）换算关系： 1kW = 103 W 1 W = 103 mW
U —伏（V） I —安（A）P —瓦特（W）1W=1V·1A
（6）一些用电器的电功率
4. 电功率和电功的区别
1. 电功和电功率的两套单位组合
根据电功的公式 W = Pt
1焦耳= 1瓦特×1秒
1千瓦时= 1千瓦×1小时
2.“千瓦时”的来历1千瓦时可以看作功率为1千瓦的用电器工作1时所消耗的电能。 1千瓦时= 1千瓦×1小时
提示：千瓦是_______的单位；千瓦时是_______的单位。
03额定电压 额定功率
1. 探究用电器的电功率
将标有“36V 25W”字样的灯泡，把它接在36V的电路中，观察它的发光情况；把它分别接在24V和40V的电路中，观察它的发光情况。
该灯泡把接在36V的电路中，正常发光；接在24V的电路中，发光暗淡；接在40V的电路中，发光强烈。
该灯泡在36V电压下处于正常工作状态，所观察到的亮度是功率为25W时的正常发光情况。而接在24V和20V电压下，它都不能正常发光，其功率分别低于和高于25W。
在不同电压下，同一个用电器的电功率不一样大；实际电功率随着它两端电压的改变而改变。
2. 额定电压与额定功率及其相关物理量
用电器铭牌上所标电压值
用电器铭牌上所标功率值
小电灯铭牌上所标电流值
可能等于额定电压，也可能不相等
可能等于额定功率，也可能不相等
3. 额定功率与实际功率的区别
用电器在实际电压下工作时的功率
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。
用电器在额定电压下工作时的功率
【例题1】两盏白炽灯，甲标有“PZ220V 40W”，乙标有“PZ220V 25W”，比较它们的亮度，下列说法正确的是 （ ）A．甲一定比乙亮B．乙一定比甲亮C．都正常工作时，甲比乙亮D．都正常工作时，乙比甲亮
【例题2】LED灯具有节能、环保的特点，一个“220V 8.5W ”的LED灯与一个“220V 60W ”的白炽灯亮度相当．若一个“220V 8.5W ”的LED灯每天正常工作4小时，30天消耗的电能是_________度，这些电能可供“220V 60W”的白炽灯正常工作_____小时．
【例题3】如图所示，R为定值电阻，L为标有“6V 3W”的小灯泡，灯丝阻值不变，电源电压恒定。闭合开关，小灯泡正常工作时，电流表读数为0.9A。求：（1）通过小灯泡的电流，以及小灯泡电阻；（2）定值电阻R阻值以及它的电功率。
1. 测量小灯泡的电功率2. 特殊方法测量小灯泡的电功率
第3节 测量小灯泡的电功率
P = UI电源、电压表、电流表、 小灯泡、滑动变阻器、开关、导线。如图所示。①根据电路图连接实物，连接电路时开关要断开， 变阻器的滑片要调节到阻值最大端。②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使小灯两端的电压分别等于、低于、略高于额定电压，记录电压表、电流表的示数，观察小灯泡的发光情况。 ③计算出小灯泡的实际功率，并记录在表格中。灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，实际功率越大，灯泡越亮。小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。
01测量小灯泡的电功率
【实验目的】（1）会用电压表和电流表测量小灯泡的电功率。（2）会正确调节滑动变阻器改变小灯泡两端电压。（3）会总结实际功率随电压的变化规律，会总结灯泡亮度随实际功率的变化规律。【实验原理】根据公式P=UI，若求小灯泡的电功率，需测定小灯两端的电压与通过的电流。用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，就可以计算出小灯泡的电功率，这种测量方法也叫做伏安法。
【实验器材】电源、开关、电流表、电压表、 导线、滑动变阻器、小灯泡（额定电压2.5 V）。【设计并实验】（1）设计电路如图所示。
（2）按照电路图连接电路。注意断开开关，将滑动变阻器滑片放在阻值最大处。将电压表和电流表指针调零。（3）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。
（4）闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.0V（低于额定电压），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。（5）闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.9V（不能超过额定电压的1.2倍），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。
【数据记录处理】 根据公式P=UI 计算出小灯泡的额定功率和实际功率。
【分析与论证】 ①分析表格中的实验数据后，发现小灯泡两端的实际电压越高，小灯泡的实际功率越大，灯泡越亮。 ②小灯泡的亮度直接由它的实际电功率决定。③小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。 P额=UI=2.5V×0.26A=0.65W
实验结论 （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。P额=UI=2.5V×0.26A=0.65W（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】（1）对小灯泡的电功率进行了三次测量，为什么不求小灯泡功率的平均值?【分析】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。
小灯泡的亮度由它的实际电功率决定，实际功率越大，灯泡越亮。
小灯泡的电阻随着灯丝温度的升高而变大。
（2）本实验与伏安法测小灯泡电阻相比较，有哪些异同点？
02特殊法测小灯泡的电功率
设计实验：借助定值电阻，利用电压表计算出灯泡额定电压或额定电流，利用P=UI算出额定功率。实验器材电源（电压未知），1个电压表，1个滑动变阻器，1个已知阻值为R0的定值电阻。
1. 单伏法（测量器材是电压表，缺少电流表 ）
2. 单安法（测量器材是电流表，缺少电压表）
设计实验：借助定值电阻，利用电流表计算出灯泡额定电压或额定电流，利用P=UI算出额定功率。实验器材 电源（电源电压未知），1个电流表，1个滑动变阻器，1个已知阻值为R0的定值电阻。
【例题1】在测定小灯泡功率的实验中，已知小灯泡的额定电压为2.5 V，秀秀同学通过正确实验得到的数据如下表．分析数据得到的下列结论，正确的是（ ）A．灯丝的电阻随电压增大而减小B．通过小灯泡的电流与它两端的电压成正比C．小灯泡的额定功率为四次功率的平均值D．小灯泡的额定功率为0.8 W
【例题2】在“测量小灯泡的电功率”实验中，准备的材料如下：电源、导线、开关、电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡（额定电压2.5V）。（1）根据实验要求，设计电路，在方框内画出电路图； （2）正确连接电路后，闭合开关时发现小灯泡特别亮，出现这个现象的原因可能是___________；（3）实验现象和数据如下表所示，根据表中数据可知小灯泡的额定功率是___________W；
变阻器的滑片没有移动到阻值最大处
（1）电压表与灯并联测灯的电压，电流表与灯串联测灯的电流，滑动变阻器串联在电路中，如图所示：（2）正确连接电路后，闭合开关时发现小灯泡特别亮，则电路的电流过大，出现这个现象的原因可能是变阻器的滑片没有移动到阻值最大处。（3）根据表中数据知，灯在额定电压下的电流为0.42A，小灯泡的额定功率是： P=UI=2.5V×0.42A=1.05W
（4）用表中数据在坐标图上绘出小灯泡的I～U图像； （5）由图像发现：随着小灯泡两端的电压变大，小灯泡的电阻___________；（6）分析可得：在实际电压_________________额定电压的情况下，小灯泡消耗的实际功率大于或小于它的额定功率。
（5）由图像可知，电压每增大0.5V，对应的电流增大值为0.12A、0.08A、0.06A、0.02A，即电压增大值大于对应的电流增大值，由欧姆定律得出的结论是：随着小灯泡两端的电压变大，小灯泡的电阻变大。（6）由表中数据，第6次的电压为3.0V大于额定电压2.5V，对应的电功率为P6=U6I6=3.0V×0.44=1.32W>1.05W可得：在实际电压大于额定电压的情况下，小灯泡消耗的实际功率大于它的额定功率；第1～5次电压的大小关系为U1＜U2＜U3＜U4＜U5=2.5V对应的电功率大小关系为 0.06W＜0.24W＜0.48W＜0.76W＜1.05W故得出：在实际电压小于额定电压的情况下，小灯泡消耗的实际功率小于它的额定功率；综上，在实际电压大于或小于额定电压的情况下，小灯泡消耗的实际功率大于或小于它的额定功率。
【例题3】在“测量小灯泡的电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，正常发光时的电阻约为8Ω。（1）闭合开关后，小灯泡不亮，电流表没有示数，电压表示数超过量程，经检查，导线连接完好，则电路故障可能是小灯泡发生了______（选填“短路”或“断路”）；（2）排除故障后，移动滑片P到某一位置时，电压表示数如图乙所示，为______V；此时要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向______（选填“左”或“右”）端移动；
（1）电流表无示数，说明电路可能断路；电压表示数超过量程，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，与电压表并联的小灯泡断路了。（2）图乙中电压表选用小量程，分度值为0.1V，示数为2.2V，小于灯泡的额定电压2.5V，应增大灯泡的电压，根据串联电路电压的规律，应减小滑动变阻器的电压，由分压原理可知，应减小滑动变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向右移动，直到电压表示数为灯泡的额定电压2.5V。
（3）移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的U-I图象，由图象可计算出小灯泡的额定功率是______W；（4）完成上述测量后，不用电压表，用如图所示的电路也可以测量已知额定电流的小灯泡的额定功率，已知小灯泡的额定电流为 I 额，定值电阻的阻值为 R0。实验步骤如下，请补充完整：①______；②保持滑片位置不动，闭合开关S、S1，断开开关S2，记下此时电流表的示数为I；③小灯泡的额定功率的表达式为P额_______________。（用已知量和测得量的字母表示）
闭合开关S、S2，断开S1，调节滑动变阻器滑片P，使电流表示数为I额
（I -I 额）R0 I 额
（3）根据图丙所示的U-I图像知，灯在额定电压2.5V时的电流为0.3A，则小灯泡的额定功率 P＝UI =2.5V ×0.3A =0.75W（4）实验步骤①闭合开关S、S2，断开S1，调节滑动变阻器滑片P，使电流表示数为I额 ；③步骤②中，电流表测干路电路，因电路的连接关系没有改变，各电阻的大小和通过的电流不变，灯仍正常发光，由并联电路电流的规律，定值电阻R0的电流为 I0= I- I额定值电阻R0 的电压即灯的额定电压 U 额=I0 R 0=（ I -I 额） R0 小灯泡的额定功率的表达式 P额=U额I 额= （I -I 额）R0 I 额
1. 电流的热效应2. 焦耳定律3. 电热的利用和防止
（1）寻找以下用电器的共同特点电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。分析：用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。（2）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。
【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?【猜想及其依据】①可能与通过导体的电流有关。因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关；②可能与导体的电阻有关。导线和电熨斗串联接入电路，电流是相同的，电熨斗热的温度高，而导线几乎不热，电流产生的热可能与电阻有关。③可能与通电时间有关。由生活经验可知，通电时间越长，电流产生的热量也会越多。
2. 探究影响电流的热效应的因素
（1）实验装置介绍（焦耳定律演示器）透明的塑料容器内密闭着空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中有一段电阻丝，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。
（3）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，这种研究方法叫转换法。 （4）实验电路、器材如图所示：为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。
【进行实验】（1）探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系。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。（2）闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。
（3）按照图乙将密封容器、开关及电源连接起来。实验中在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3 ，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同：I1=2I2
（4）闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒U形管液面的高度差的变化。
（1）分析实验1可发现：在电流和通电时间相等的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。（2）分析实验2可发现：在电阻和通电时间相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。（3）由实验步骤（4）可知，在电流和电阻相等的情况下，通电时间越长，电流产生的热量越多。
用如图所示的装置也可以探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。请你对该装置进行评价。
该装置中，两个相同的烧瓶盛有质量相同、温度相同的同种液体；烧瓶内插有温度计，可以测量液体的温度。烧瓶内部有两个阻值不同的电阻丝，组成串联电路接入电路中。通过比较烧瓶内__________可以探究影响电流通过导体产生热量的因素。
（1）内容： 电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。（2）公式： Q = I2Rt （3）公式中各物理量单位：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）
2. 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 可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。
3. 电功与电热的区别与联系
（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，也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 该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即电热等于电功 Q热量=W Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt 这些公式适用于纯电阻电路.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 ，即电热小于电功 Q热量＜W 。W总＝UIt =W机械能＋Q热量
纯电阻电路 Q=W
4. 电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围
1. 电热的利用 电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体，用电阻率大、熔点高的金属导线制成的。家中的热水器、电饭煲、电熨斗，养鸡场中的孵化器等都是利用电热的例子。
有些用电器工作时将电能转化为其他形式能的过程中，总有一部分电能转化为内能。例如电视机、计算机、电动机等用电器工作时都不可避免的发热，这既浪费能源，同时又使导线温度升高，温度超过绝缘材料的耐热温度后，绝缘材料会迅速老化，造成短路烧毁用电器，这就需要散热。 因此很多家用电器采用设置散热孔、散热片或在发热体部分安装电风扇等方法散热。
【例题1】（多选题）下列情况，属于防止电热产生危害的是（ ）A．电视机背后有散热窗B．家庭电路中安装漏电保护器C．冬天用电取暖器取暖D．台式电脑里有散热风扇给电脑降温
【例题2】如图甲为某款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为220V，其内部电路如图乙所示，它有大小两个加热挡位“1”“2”，电热丝 R1=6Ω、 R2=44Ω。当开关置于挡位_____（选填“1”或“2”）为大功率挡。若用小功率挡加热水，所需时间为1分10秒，则加热水时便携式挂烫机消耗的电能是________J。
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