备战2023新中考二轮科学专题导练 考点21 电能和电功率

考点精讲

一、电能

1.电能的产生和利用

(1)电能的产生：将其他形式的能量转化为电能。

(2)电能的利用：将电能转化为其他形式的能量。

(3)电能的常用单位是千瓦时(kW·h)，又叫“度”，在物理学中能量的通用单位是焦耳(J)，简称焦。

1kW·h＝3.6×106J。

2．电能的计量

(1)电能表是测量消耗电能多少的仪器。

(2)电能表的几个重要参数：

①“220 V”是指这个电能表应该在220V的电路中使用；

②“10(20) A”指这个电能表的额定电流为10A，在短时间内使用时电流可允许大一些，但不能超过20A；

③“50 Hz”指这个电能表在50赫兹的交流电路中使用；

④“2500 revs/kW·h”指这个电能表每消耗一千瓦时的电能，转盘转过2500转。

(3)电能表的读数：前后两次示数差。

3．电功

(1)电能转化为其他形式能量的过程就是电流做功的过程，电流做了多少功就消耗了多少电能，实质上，电功就是电能，也用W表示，单位也是焦耳(J)。

(2)电功的计算公式：W＝UIt；变形式：W＝t和W＝I2Rt。

二、电功率

1．电功率

(1)电功率是表示电流做功快慢的物理量。

(2)电功率用符号P表示，国际制单位的主单位是瓦特，简称瓦，单位符号是W。常用单位有千瓦(kW)。1 kW＝1000W。

(3)电功率的定义为：电功与时间的比值。

(4)电功率与电功、时间的关系：P＝。

(5)1千瓦时是功率为1 kW的用电器使用1h所消耗的电能。

2．额定电压　额定功率

(1)额定电压：用电器正常工作时的电压。

(2)额定功率：用电器正常工作时的电功率。

(3)实际电压：用电器实际工作时的电压。

(4)实际功率：用电器实际工作时的电功率叫实际功率。

3．电功率的测量式：

(1)电功率与电压、电流的关系公式：P＝I2R。

(2)单位：电功率用瓦(W)，电流用安(A)，电压用伏(V)。

(3)推导公式：P＝UI＝＝I2R。

4．实际功率与额定功率的关系

小灯泡的发光情况是由实际功率决定的。

5.伏安法测小灯泡电功率

(1)原理是P＝UI。

(2)电路图：

(3)滑动变阻器的作用：

①保护电路；

②改变小灯泡两端电压和通过小灯泡的电流，从而实现多次测量。

注意：

（1）在测量小灯泡电功率的实验中，不能将多次测得的电功率求平均值。多次测量的目的：为了研究小灯泡亮度(或电功率)与小灯泡两端电压的关系。

（2）在测量小灯泡电阻的实验中，多次测量的目的：为了研究小灯泡的电阻是否与温度有关。

（3）在测量定值电阻的实验中，多次测量的目的是为了求平均值，以减小测量误差。

（4）在测量小灯泡电功率的实验中，选择滑动变阻器的最大阻与小灯泡阻值相差不大，调节效果明显。

6.用电能表、秒表测用电器功率的原理是P＝ W/t。

方法是：用电能表测出用电器在某一段时间(t)消耗的电能 W＝kW·h＝×3.6×106 J(n、n0表示转数)，则用电器的电功率为P＝＝ W。

三、焦耳定律

1．电流通过导体时将电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。

2．焦耳定律的内容：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；表达式为：W＝I2Rt。

3.电功和电热的关系

(1)当电路中接入的是电炉、电烙铁、电饭锅、电热壶等“纯电阻性”用电器时，消耗的电能全部(选填“全部”或“一部分”)转化为热能，即W＝Q。

(2)当电路中接入的电动机、充电的蓄电池时，消耗的电能大部分转化机械能、化学能，只有一部分(选填“全部”或“一部分”)电能转化为热能，即W大于Q。此时，只能利用公式Q＝I2Rt计算电热。

4.电热器的原理：电流的热效应。

5.电热器的主要结构：发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的。电热器的优点：清洁环保，效率高，使用方便。

6.几种材料的比较

7.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。安装散热扇、散热窗加快散热。

真题解析

例题

1．小明家中有两台热水壶，均有加热、沸腾后自动保温等功能，它们的内部电路连接方式相同，如图甲。如图乙是小明家中安装的电能表样式。

（1）分析电路图甲，若热水壶处于保温状态，则开关状态是______。

（2）小明想知道哪个热水壶加热时更耗电，并且想比较两种壶身隔热材料的保温效果。请帮助小明设计实验方案，让小明和家人能在家中完成实验______。

实验器材：两台不同型号热水壶（规格如下表）、电能表、温度计、计时器、水杯。

答案

1．     S闭合，S1断开     答案见解析

【解析】

【详解】

（1）[1]根据，当S闭合，S1断开时，R1和R2串联，电路的总电阻最大，总功率最小，为保温状态。

（2）[2]①在两个水壶中加入等体积、相同温度的冷水，关闭家中其它用电器；

②闭合一个热水壶开关，记录水沸腾时，电能表转盘转过的圈数n1；

③关闭热水壶保温功能，记录水温下降到室温所花的时间t1；

④换另一个热水壶重复步骤②③，获得数据n2、t2；

⑤重复实验，分别求得圈数和冷却时间的平均值，结合水壶种类比较分析得出结论。

2．随着生活水平的提高，越来越多的家用电器进入家庭。

（1）下列家用电器利用电流热效应工作的是__________（填字母）：

A．电脑　　B．电饭锅　　C．油烟机

（2）某户家庭电能表月初、月未的两次示数如图，若当地电价为0.5元/度，则该户家庭当月需交电费__________元。

答案

2．     B     75

【解析】

【详解】

（1）[1] A．电脑工作时，主要将电能转化为光能和声能，不是利用电流热效应工作的，故A不合题意；

B．电饭锅工作时，主要将电能转化为内能，是利用了电流的热效应，故B符合题意；

C．油烟机工作时，主要将电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故C不符合题意。

故选B。

（2）[2]由图知道，该户消耗的电能为

W=W2-W1=5818.3kW•h-5668.3kW•h=150kW•h

由于电价为0.5元/度，所以，该同学家本月应付的电费为

150kW•h×0.5元/kW•h=75元

3．小科家有一新型的电热足浴器。其铭牌上的部分信息见图甲。

（1）求电热足浴器发热电阻的阻值；

（2）若此足浴器在额定电压下使用，需500s才能将5kg的水从25℃加热到45℃，求此次加热过程中的热量损失（c水=4.2×103J/(kg·℃)）；

（3）小科家安装的电能表如图乙所示。某次小科断开家中的其它用电器，让电热足浴器单独工作，若此时足浴器两端电压降至200V，求15min后电能表的示数。

答案

3．（1）50Ω；（2）6.4×104J；（3）643.6kW·h

【解析】

【详解】

解：（1）电热足浴器发热电阻的阻值

（2）水吸收的热量

Q=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(45℃-25℃)=4.2×105J

足浴器在额定电压下使用500s消耗的电能

W=Pt=968W×500s=4.84×105J

此次加热过程中的热量损失

ΔQ=W-Q=4.84×105J-4.2×105J=6.4×104J

（3）15min足浴器消耗的电能

图乙中电能表的示数是643.4kW·h，15min后电能表的示数

643.4kW·h+0.2kW·h=643.6kW·h

答：（1）电热足浴器发热电阻的阻值是50Ω；

（2）此次加热过程中的热量损失是6.4×104J；

（3）15min后电能表的示数643.6kW·h。

4．如图是一种煲汤用的电热锅工作原理图，已知电热锅的部分参数如下：

（1）电热锅的工作原理是利用电流的________（选填“热效应”或“磁效应”）

（2）调节切换开关可以使电热锅处于“关、低温、高温”三种工作状态，则原理图中的切换开关连接触点“________”时为低温档。

（3）当电热锅处于低温档正常工作时，通过电热丝的电流是多少安？

（4）该电热锅处于高温档正常工作时，使3千克的水从20℃升高到100℃需要25分钟，请计算该过程中消耗的电能？此时电热锅的效率为多少？[焦/（千克·℃）]

答案

4．（1）热效应；（2）2；（3）0.5A；（4）1.26×106J；80%

【解析】

【详解】

解：（1）电热锅的工作原理是利用电流热效应工作的。

（2）由电路图可知，开关拨到位置2时，电路为R1的简单电路；

开关拨到位置1时，电路为R2的简单电路；

已知R1＞R2，由可知，电压不变的条件下，电阻越大，电功率越小，所以开关拨到位置2时，电路消耗的功率较小，处于低温挡。

（3）电热锅处于低温挡正常工作时，通过电热丝的电流

（4）高温挡工作25min消耗的电能

W电=P加t=840W×25×60s=1.26×106J

水吸收的热量

电热锅的效率

答：（1）热效应；

（2）2；

（3）当电热锅处于低温挡正常工作时，通过电热丝的电流是0.5A；

（4）消耗的电能为1.26×106J；此时电热锅的效率为80%。

5．某冰箱铭牌上部分信息如图所示，工作间歇性运行。该冰箱正常工作时，电流大小为_________；若冰箱持续以额定功率正常工作一整天，消耗电能________千瓦时；实际使用中发现，该冰箱一天消耗的电能比计算值小，对此你的分析是___________。

答案：

5．     0.5A     2.64     实际功率小于额定功率

【解析】

【详解】

[1]由P=UI可求正常工作电流为

[2]正常工作一天消耗电能为

W=Pt=0.11kW×24h=2.64kW·h

[3]实际消耗电能由实际功率决定，则该冰箱一天消耗的电能比计算值小，是由于实际功率小于额定功率。

突破提升

一、选择题

1．图中甲、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（　　）

A．电能表是计量电功率的仪器

B．该家庭在这段时间内总共用电 2000kW•h

C．1kW•h 相当于3.6×105J

D．该电能表转盘每转过600转，电路消耗电能0.5kW•h

二、简答题

2．纯电动出租车成为流动在湖城大街小巷的一道靓丽风景。该车提供能量的装置为三元锂电池组，当它给电动机供电时，电动机将驱动车轮行驶。电池容量为66kw•h，可以续航400km。

（1）传统出租车的发动机多为汽油机。若汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内,对外做功________次；

（2）司机使用新能出租车充电桩的60kW快充将电量由30%充至80%，需要多少________分钟；（充电时无能量损耗）

（3）若该车和车内乘客的总质量为2.2×103kg，当该车在水平路面上以25m/s的速度匀速行驶时，它受到的阻力约等于人和车总重的0.02倍，此时电池组加在电动机两端的电压为340V，通过电动机的电流为60A。若连接导线的电阻不计，传动装置消耗的能量不计，求该电动出租车将电能转化为机械能的效率________。（保留小数点后一位）

3．手电筒工作时，使用两节新干电池串联而成的电池组作电，测得通过小灯泡的电流为0.3A．求：

（1）小灯泡的电功率。

（2）通电10min后被转化的电能。

4．近年来，越来越多人追求健康的生活，当今市场出现了一款养生壶（如图），深受大家的认可和欢迎。

下表是养生壶的部分参数，如图为电路原理图，工作时有加热和保温两档。

（1）当处于加热状态时，开关处于___________状态（选填“断开”或“闭合”）。

（2）求的阻值为多少欧？ ___________

（3）某一天，小科断开家中其他用电器，只接通养生壶在高温档烧水，发现家中标着“3000r/(kW·h)”字样的电能表转盘在内转了80转，求此养生壶的实际功率。___________

5．市场上有二种原理不同的空调，分别是“变频空调”和“定频空调”，其铭牌如图甲。以制冷为例，“定频空调”在正常工作时的功率不变，依靠其不断地“开”、“停”压缩机来调整室内温度。“变频空调”开机时压缩机以最大功率工作，当室温达到设定温度时，空调的功率就减少到较小值，以维持室温基本不变，若这两台空调在同等条件下工作时，制冷功率的变化如下图所示，请根据题目信息完成下列计算分析。

（1）请你计算定频空调工作时的额定电流。

（2）两种空调按乙图所示特点持续工作8小时，请比较变频空调和定频空调的消耗电能，列式计算哪个更省电？

（3）小科同学对“变频”很感兴趣，设计如图丙所示的变频空调压缩机工作原理简图，图中为热敏电阻，阻值随温度升高而增大，是大功率压缩机。当开关闭合时，首先大功率压缩机工作，当温度下降至一定温度时，自动切换为小功率压缩机工作。若要适当提高室内温度，则滑片如何移动，写出分析过程。

6．随着科技进步，智能扫地机器人功能越来越强大，不仅能实现洗拖一体化，还能自动躲避障碍物和规划清扫区域。如图是扫地机器人“小黑”，其铭牌上的部分参数如表。

（1）“小黑”在清扫时，主要将电能转化为___________能。

（2）“小黑”清扫过程中的工作电流___________。

（3）“2500mAh”是指工作电压下，以2500mA的电流，电池能持续供电1小时。请求出充满电时电池储存的能量___________。

三、填空题

7．为了应对寒冷的天气，图甲是小明做作业时穿的电热靴。每一只靴的加热电路如图乙所示，电电压恒定为6V，S2为可以旋转的档旋开关（金属片M可分别拨至a、b、c处），每只电热靴的低温档功率为6W。电阻丝R1、R2规格相同且阻值保持不变，b为电阻丝R1的中点。

（1）由该电热靴工作电路图可知，当金属片拨至__________处为高温挡。

（2）电阻丝R1的阻值是多少__________？

（3）双减背景下，小明同学的作业时间平均每天减少了30分钟，若天气寒冷，他做作业时两只靴子同时打开中温档，则一天可少消耗多少电能_________？

8．如图是小科家的电子式电能表，有一天他洗澡，关闭了家里其它用电器，只让家里标有“2000W”的电热淋浴器正常工作，发现电能表指示灯闪烁了600imp时，消耗的电能是___kW•h，为安全用电，使用大功率用电器必须使用如图插头线，因为图中长插片P和用电器的___相连，可避免触电事故发生。

9．（1）小柯家里电饭煲的铭牌上标着“220V 1000W”，这个电饭煲正常工作时发热体的电阻是___________Ω。       

（2）小柯家里的电能表铭牌如图甲所示，他关掉家中其他的用电器，只让这个电饭煲工作了6min，发现电能表转盘转了180转，则这个电饭煲的实际功率为___________W。   

（3）小柯利用图乙所示电路研究焦耳定律，他研究的是电流通过导体产生热量与___________的关系，实验时左右两个U形管内液面高度变化相同，则电路中故障可能是___________。   

10．小浦爱好科学，对身边的用电器特别感兴趣，每个月初都会按时看电能表并记录数据。

（1）国庆节，小浦看到的电能表如图所示，根据记录的数据，算出九月份用电92度，要节约用电了。那么小浦家9月1日的表盘上的数据是___________（把数据填在□□□□□上）；

（2）他想利用家里的电能表测量一下家里电炒锅的实际功率，于是他关闭了家里其他用电器，只让电炒锅单独工作，测得家里电能表的转盘10min转了100r，则该电炒锅的实际功率为________W。

答案：

1．D

【解析】

【分析】

【详解】

A．电能表是测量用电器消耗电能多少的仪表，故A错误；

B．由图可知，5月初电能表的示数W1=1042.8kW·h，6月初电能表的示数W2=1242.8kW·h，则该家庭在这段时间内总共用电

W=W2-W1=1242.8kW·h-1042.8kW·h=200kW·h

故B错误；

C．电能表的计量单位是kW·h

1kW·h=3.6×106J

故C错误；

D．1200r/(kW·h)表示每消耗1kW·h的电能，电能表的转盘转1200转，则该电能表转盘每转过600转，电路消耗电能

W′=kW·h=0.5kW·h

故D正确。

故选D。

2．     20     33     53.9%

【解析】

【详解】

解：（1）飞轮转速为

2400r/min=40r/s

由于飞轮每转动两圈，燃气对外做功一次，故此飞轮1s转动40圈，则对外做功20次。

（2）根据题意知道，电池容量为66kW•h，所以，将电量由30%充至80%，则充电桩的60kW快充需要时间

（3）[3]由知道，该车和车内乘客的总重力

G=mg=2.2×103kg×10N/kg=2.2×104N

匀速行驶时，它受到的阻力

f=0.02G=0.02×2.2×104N=4.4×102N

汽车行驶的功率

电动机的电功率

该电动出租车将电能转化为机械能的效率

答：（1）若汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内对外做功20次；

（2）充电需要33分钟；

（3）该电动出租车将电能转化为机械能的效率53.9%。

3．（1）0.9W ；（2）540J

【解析】

【分析】

【详解】

解：（1）一节干电池电压为1.5V，则电电压为

U=1.5V×2=3V

小灯泡的电功率

P=UI=3V×0.3A=0.9W

（2）通电10min后被转化的电能

W=Pt=0.9W×10×60s=540J

答：（1）小灯泡的电功率为0.9W；

（2）通电10min后被转化的电能为540J。

4．     闭合     48.4Ω     800W

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]开关S断开时，两个电阻串联，电路的总电阻最大，由可知电功率最小，处于保温状态，开关S闭合时，只有R1的简单电路，电路的总电阻最小，由可知电功率最大，处于加热状态。

（2）[2]开关S闭合时，处于加热状态，R1的阻值

（3）[3]此养生壶消耗的电能

此养生壶的实际功率

=0.8kW=800W

5．（1）5A；（2）变频空调更省电；（3）见解析

【解析】

【分析】

【详解】

解：（1）根据P=IU 得，定频空调工作时的额定电流

（2）由图象知：定频空调1小时内，压缩机有的时间在工作，故8小时内工作4小时，定频空调的消耗电能

W定=Pt=1.1kw×4h=4.4kw•h

由图象知，变频空调大功率压缩机工作0.25h，其余都是小功率的压缩机工作，变频空调 消耗的电能为

W变=P1t1+P2t2=1.6kw×0.25h+0.4kw×7.75h=3.5kW•h

因为

W定＞W变

所以变频空调消耗的电能更少。

（3）因为工作中电磁继电器的控制电流大小不变，所以控制电路中的总电阻需保持不变。热敏电阻R2的阻值随温度升高而增大，若要适当提高室内温度，热敏电阻R2变大，滑动变阻器的电阻应变小，因此RP滑片应适当向左移动。

答：（1）定频空调工作时的额定电流为5A；

（2）两种空调按乙图所示特点持续工作8小时，变频空调更省电；

（3）因为工作中电磁继电器的控制电流大小不变，所以控制电路中的总电阻需保持不变。热敏电阻R2的阻值随温度升高而增大，若要适当提高室内温度，热敏电阻R2变大，实验滑动变阻器的电阻应变小，因此RP滑片应适当向左移动。

6．     机械能     1.25A     180000J

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]“小黑”在清扫时，主要将电能转化为机械能。

（2）[2]“小黑”清扫过程中的工作电流

。

（3）[3]充满电时电池储存的能量

。

7．     c     3     28800J

【解析】

【详解】

（1）[1]由电路图可知，当金属片拨至c处时，为R2的简单电路，此时电路中电阻最小，功率最大，故为高温挡。

（2）[2]由电路图可知，当金属片拨至a处时，为R1、R2串联，此时电路中电阻最大，功率最小，故为低温挡。P低=6W，由P=，得

R总===6

R1==3

（3）[2] 当金属片拨至b处时是中温档，此时R1的二分之一与R2串联，

R中=3+1.5=4.5

P中===8W

P总=2×8W=16W，W=P总t=16W×1800s=28800J

8．     0.2     金属外壳

【解析】

【详解】

[1] 3000imp/kW•h表示电能表指示灯每闪烁1次，电路中消耗kW•h的电能，所以，电能表指示灯闪烁了 600imp时消耗的电能

[2]为安全用电，使用大功率用电器时，其外壳必须接地，必须使用如图插头线，因为图中长插片P和用电器的金属外壳相连，也就和大地相连，可避免触电事故发生。

9．     48.4     900     电流     R3断路

【解析】

【分析】

【详解】

（1）发热体的电阻

 （2）电饭煲消耗的电能

 电饭煲的实际功率

 （3）根据图片可知，电阻R3与R2并联，R1在干路上。此时R2与R1相等，且通电时间相等，只有电流大小不等，则研究的是电流通过导体产生热量与电流的关系。

实验时左右两个U形管内液面高度变化相同，说明电阻产生的热量相等，即通过它们的电流相等，则电路中故障可能是R3断路。

10．     12504     1000

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]九月份用电92度，则9月1日的表盘上的数据是1342.4度-92度=1250.4度，则在 □□□□□上填上12504即可。

（2）[2]电能表每转1r，电路中消耗的电能，所以电能表转动100r，电路消耗的电能是

电风扇的功率