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第30課時　電能　電功率
1．電能
(1)電功的概念：電流所做的功叫__電功____。通過電流做功實現(xiàn)電能和其他形式能的轉(zhuǎn)化。電功的多少跟該段電路兩端的__電壓____、流過的__電流____和通電__時間____成正比。
(2)電功計算公式：W＝__UIt____＝__Pt____(適用于所有各種電路)。純電阻電路W＝I2Rt＝U2t/R。
電功單位：__焦耳____(J)。常用單位：度(kW·h)。1度＝1kW·h＝__3.6×106____J。
(3)測量電功用__電能____表。
(4)電能的轉(zhuǎn)化：電能可以轉(zhuǎn)化為機械能、內(nèi)能等其他形式的能量，電流通過導(dǎo)體時會產(chǎn)生__熱____效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和磁效應(yīng)。電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量可用公式__Q＝I2Rt____(焦耳定律)計算。
2．電功率
(1)電功率的概念。表示電流做功__快慢____。電流在單位時間內(nèi)所做的功叫電功率。
(2)電功率計算公式：P＝__UI__＝__W/t__(適用于各種用電器)。純電阻用電器P＝I2R＝U2/R。
電功率單位：__瓦特____(W)。常用單位：千瓦(kW)。
(3)額定功率和實際功率。
額定功率：用電器在__額定電壓____下的功率。實際功率：用電器接入電路時實際工作時的功率。實際功率可大于、等于或小于額定功率。
用電器銘牌上一般標有額定電壓、額定功率、電流頻率等信息，盡量讓用電器在__額定____電壓下工作。
3．實驗：測定小燈泡的額定功率
(1)原理：__P＝UI____。要測量的量是通過用電器的__電流____和兩端的__電壓____。
(2)電路圖(請畫在框中)。
(3)實驗步驟。
a．按圖連接電路，連接導(dǎo)線時開關(guān)應(yīng)__斷開____。
b．閉合開關(guān)前將滑動變阻器滑片移到阻值__最大處____。
c．閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑片位置，當電壓表示數(shù)等于小燈泡額定電壓時讀出電流表示數(shù)，記入表格。
d．移動變阻器滑片，當電壓表讀數(shù)低于、高于額定電壓1/5時，讀出電流表示數(shù)，記入表格。
e．分析數(shù)據(jù)。當小燈泡電壓低于額定電壓時，燈較暗，電功率低于額定功率。當小燈泡電壓高于額定電壓時，燈較亮，電功率高于額定功率。
數(shù)據(jù)記錄表格：
實際次數(shù)
電壓(V)
電流(A)
電功率(W)
1
2
3
(4)錯誤及故障分析。
①常見錯誤有：元件接錯，如將電流表并聯(lián)、電壓表串聯(lián)；電壓表并聯(lián)在變阻器兩端，變阻器接線柱接錯，導(dǎo)致不能改變阻值等。
②常見故障有：連接線斷開或接觸不良，燈泡燈絲已經(jīng)斷掉，變阻器滑片接觸不良等；短路或元件已經(jīng)損壞。
在實驗中還要關(guān)注電路的動態(tài)分析討論，如變阻器滑片移動時，兩電表示數(shù)如何變化，各部分電功率如何變化，電壓表接在變阻器兩端時示數(shù)又如何變化等等。
③測定額定電功率只要在額定電壓下測一次，多次測量求平均值是不正確的。
4．焦耳定律
(1)焦耳定律是定量說明電流通過導(dǎo)體時，電能轉(zhuǎn)換為__熱能____的規(guī)律。焦耳定律內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟__電流的平方____成正比，跟__導(dǎo)體的電阻____成正比，跟__通電時間____成正比。
(2)焦耳定律公式：__Q＝I2Rt____。
5．電熱器
利用電流的__熱效應(yīng)____而制成的發(fā)熱設(shè)備。
組成：電熱器的主要組成部分是發(fā)熱體，發(fā)熱體是由電阻率大、熔點高的合金制成。
優(yōu)點：清潔衛(wèi)生沒有污染、熱效率高、方便控制和調(diào)節(jié)溫度。
【例1】　小金在做“測定小燈泡電功率”的實驗時，所用電源電壓為4.5伏，小燈泡額定電壓為2.5伏。
(1)按電路圖連接成實物圖后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮、電流表指針不動、電壓表指針有明顯的偏轉(zhuǎn)，則電路故障原因可能是______________。
(2)故障排除后重新閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P到某一位置時，電壓表的示數(shù)如圖乙，若要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將圖甲中滑片P向__________(填“A”或“B”)端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5伏。
(3)小金同學(xué)移動滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的圖像。根據(jù)圖像信息，可計算出小燈泡的額定功率是__________瓦。該圖像不是直線，主要原因是_________________________________________。
考查要求：電路故障分析；會用滑動變阻器調(diào)節(jié)電路中電流大小；額定功率計算和伏安特性曲線判斷。
解題指導(dǎo)：(1)“發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮、電流表指針不動”只能是由斷路引起，本題中燈泡和電流表同時被短路沒有可能，而“電壓表指針有明顯的偏轉(zhuǎn)”告訴我們斷路的位置在與電壓表并聯(lián)的電路處，答案是小燈泡斷路。
(2)“電壓表的示數(shù)如圖乙”時電壓是2.2伏，為了達到額定電壓2.5伏，需要減小變阻器電阻，答案是向B處移動。
(3)從圖像可以看出當“額定電壓2.5伏”時，電流為0.2安，則可計算出小燈泡的額定功率是0.5瓦。電壓電流圖像是一條曲線，說明燈絲電阻隨著電壓的變化而改變了，但究其本質(zhì)是因為當電壓升高時，燈絲的溫度升高，從而導(dǎo)致其電阻發(fā)生了改變。答案是燈絲電阻隨溫度升高而增大。
【例2】　在課外活動中，同學(xué)們設(shè)計了一種物品自動篩選器，可將質(zhì)量小于一定標準的物品自動剔除，其原理如圖甲所示：放在水平輕質(zhì)傳送帶上的物品，經(jīng)過裝有壓敏電阻R的檢測區(qū)時，使R的阻值發(fā)生變化，其阻值隨壓力變化的關(guān)系如圖乙所示。已知電源電壓為12V，R0為定值電阻，當電路中電壓表示數(shù)小于2.4V時，機械裝置啟動，將質(zhì)量不達標的物品推出傳送帶，實現(xiàn)自動篩選功能。g取10N/kg。試問：
　　　　
　　　甲　　　　乙
(1)當物品隨傳送帶勻速運動時，物品__________(填“受”或“不受”)摩擦力。
(2)當檢測區(qū)上沒有物品時，電壓表的示數(shù)為2V，R0的阻值為多少？
(3)當壓敏電阻的電功率最大時，電路中的電流為多少？此時在檢測區(qū)上物品的質(zhì)量是多少？
(4)電路中的電池使用一段時間后，電源電壓會降低，能通過檢測區(qū)物品的最小質(zhì)量將__________(填“增大”或“減小”)。
考查要求：考查摩擦力產(chǎn)生條件、串聯(lián)電路分析計算能力；知識與實際結(jié)合、綜合分析能力。屬于較難題。
解題指導(dǎo)：本題通過壓敏電阻將力學(xué)與電學(xué)聯(lián)系起來。
(1)產(chǎn)生摩擦力的條件是：兩物體之間有壓力，接觸面粗糙、有相對運動或相對運動趨勢。當物品隨傳送帶勻速運動時，物體與傳送帶相對靜止，沒有相對運動的趨勢，物體不受摩擦力。
(2)當檢測區(qū)上沒有物品時，壓力為0。由圖乙可知R＝100Ω，此時電壓表的示數(shù)為2V，R兩端的電壓UR＝U－U0＝12V－2V＝10V，電路中的電流I＝＝＝0.1A，則R0＝＝＝20Ω。
(3)R的電功率P＝(U－U0)I＝(U－IR0)I＝12I－20I2 。利用求極值公式，可知當I＝0.3A時，P有最大值。
由圖乙可知對應(yīng)的壓力 F＝40N，則物品的質(zhì)量m＝＝＝＝4kg。
(4)根據(jù)串聯(lián)電路的特點，當電源電壓變小時，要使R0兩端電壓大于2.4V，R兩端電壓要更小，即R更小，則R需要受到更大的壓力，物體質(zhì)量越大，所以能通過檢測區(qū)物體的最小質(zhì)量將增大。
答案：(1)不受　(2)20Ω　(3)0.3A　4kg　(4)增大。
【例3】　實驗桌上有兩個完全相同的燒瓶，燒瓶內(nèi)裝有質(zhì)量相等、初溫相同的煤油，完全相同的溫度計，燒瓶內(nèi)還分別裝有阻值為10Ω的電阻絲R1和阻值為5Ω的電阻絲R2。實驗桌上還有滿足實驗要求的電源、電阻箱和開關(guān)各一個，電流表和停表各一塊，導(dǎo)線若干。小新利用上述實驗器材證明“電流通過電阻產(chǎn)生的熱量跟電阻阻值大小有關(guān)”。
小新的主要實驗過程如下：
①將電阻箱、電流表及如圖所示的裝置甲等電路元件串聯(lián)接入電路中，將電阻箱的阻值調(diào)為5Ω。
②閉合開關(guān)，同時按下停表開始計時，記錄電流表的示數(shù)為0.3A，通電時間為2min時，停止計時，記錄此時溫度計的示數(shù)為40℃，斷開開關(guān)。
③用如圖所示的裝置乙替換電路中的裝置甲，將電阻箱的阻值調(diào)為10Ω，閉合開關(guān)，同時按下停表開始計時，觀察電流表示數(shù)仍為0.3A，當溫度計示數(shù)為40℃時，停止計時，讀出通電時間5min，記錄數(shù)據(jù)，斷開開關(guān)。
于是小新認為“電流通過電阻產(chǎn)生的熱量跟電阻阻值大小有關(guān)”。請根據(jù)以上敘述回答下列問題：
(1)小新實驗過程中存在的問題：________________________________。
(2)請你針對小新實驗過程存在的問題，寫出改進措施：________。
考查要求：了解焦耳定律的內(nèi)容；知道運用控制變量法探究焦耳定律的實驗過程；會對實驗方案的合理性作出評價。
解題指導(dǎo)：探究某一變量對實驗結(jié)果的影響時要排除其他對實驗有影響的因素，否則可導(dǎo)致實驗結(jié)果的錯誤。小新的設(shè)計中通電時間不同，會導(dǎo)致實驗結(jié)果的不準確。
答案：(1)沒有控制時間一定　(2)將甲乙串聯(lián)在電路中，保持電流和通電時間都相等，加熱一段時間，觀察兩支溫度計示數(shù)。這樣還可減少多次連接電路引起的實驗誤差。

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