初中物理电功和电热专题讲解

1电功和电热【方法指导与教材延伸】1、怎样理解电功这个物理量电流做功的过程就是电能转化为其它形式能，如：内能、机械能和化学能等的过程。电功的计算公式W=UIt是电功的基本计算公式，适用于任何电路。根据W=Pt，也可以计算电功，但是，根据I=U/R推出的电功的两个计算公式：RtIW2和tRUW2只适用于计算将电能完全转化为内能的用电器的电功。电功的单位是焦耳，常用的电功单位是千瓦时（度）。1千瓦时=6106.3焦耳2、怎样理解电功率这一物理量电功和电功率是既有联系又有区别的两个物理量。电功率表示电流做功的快慢，即电流在单位时间内做的功。公式P=UI是计算电功率的基本公式。另两个公式P=I2R，P=U2/R，这两个公式是根据P=UI结合欧姆定律I=U/R推出的，仅适用于将电能完全转化为内能的用电器或电路。3、额定功率和实际功率用电器上标出的正常工作时，应接到的电压叫做额定电压。用电器在额定电压下工作（正常工作）时的功率称为额定功率。例如“220V、100W”表示这个用电器接在额定电压220V下工作时，发挥的功率是100W。实际功率是指用电器某一电压下工作时的功率，它随用电器的工作条件的变化而变化，当实际加在用电器两端的电压为额定电压时，实际功率就等于额定功率。当加在用电器两端的电压小于或大于额定电压时，实际功率就小于或大于额定功率，一般情况下这是不允许的，使用用电器时，必须使加在用电器两端电压等于或接近于额定电压，这样用电器才不至于损坏。4、焦耳定律焦耳通过大量实验精确地确定了电流产生热量跟电流强度、电阻和时间的关系：电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。即：Q=I2Rt。它适用于任何用电器热量的计算。在仅有电流热效应存在的电路中，电能全部转化成了内能，而没有转化为其他形式的能，这时电流产生的热量等于电流所做的功。即Q=W。再根据W=UIt和U=IR可推导得出Q=I2Rt。焦耳定律的公式也可以表述为tRUQ2，用它解决某些问题比较方便，但必须注意它适用于只存在电流热效应的电路中。【例题选讲】例1、灯泡L1和L2串联在电路中，L1的电阻比L2大，在相等的时间里，电流做的（）A、L1灯做的功多B、L2灯做的功多C、两灯一样多D、无法确定解：两灯串联，通过两灯的电流相同，时间也相等，由W=UIt和U=IR得W=I2Rt可知电功与电阻成正比，而L1的电阻大于L2的电阻，所以电流通过L1做功多，本题应选A。2例2、把“12V、8W”的电灯接到9V的电路中，它的实际功率为多大？解：WVRUPWVPURRUP5.418)9(188)12(22222实实例3、现有甲、乙、丙三盏灯，分别标有“220V、40W”、“110V、40W”、“36V、40W”的字样，它们均在额定电压下工作，比较它们的亮度，哪一盏灯最亮。答：三盏灯的亮度完全相同，因为它们均在额定电压下工作，所以它们的实际功率也就是它们的额定功率均为40W。例4、一台“220V、1000W”的电炉，想把它改装后接到110伏的电源上，但功率保持不变，以下哪个措施是正确的（）A、将电炉丝截掉一半后接入电路B、将电炉丝截掉四分之三接入电路C、将电炉丝分成等长的两段，然后并联接入电路D、将电炉丝截掉四分之一后接入电路解：根据题意要求额实UU21时，P实=P额。由RUP2可知要满足题设条件，只有改变电阻R，才能满足要求。由121212441RURURUP额额实实若时1241RR，P实才能等于P额。所以1241RR是选择答案的首要依据，在上述四个答案中可发现（B）（C）均满足条件，究竟两个答案谁更合理呢？我们还应该考虑当U变化后，R也变时，I是否变化，对于一个能正常工作的电阻来说，它有一个额定电流，若实际电流超过它允许的额定电流，则它必将烧毁，所以接下来应判定（B）（C）中由实际电路中通过的电流大小。对B：额额实实实IIRURURUI22421122，而C选项每根电阻丝上的电流额额IRUI1221/21显然应排除B，而选择C。例5、标有“6V、3W”的灯L1和标有“6V、1W”的灯L2串联后接在12伏的电源上，求灯L1的实际功率。解：123)6(21211WWPUR额额31L1P=1.5WxRU=6V1LL2VAS361)6(22222WVPUR额额0,,,943,3413136121122212121PLLUUVUUVUURRUUL无法工作电路断路会烧毁串联额例6、今有“6V、6W”的电灯L1和“6V、1.5W”的电灯L2各式各一盏，把它们分别接到电压6伏的电源上，要求两灯具有同样的亮度，应在哪一盏灯的电路里串联一个电阻？阻值为多大？解：∵U=伏额额621UU∴若L1、L2直接接入6伏电路上均能正常发光，即P1=6瓦，P2=1.5瓦。今要求两灯具有相同的亮度，即L1的实际功率与L2的额定功率相同：P1=P2=瓦额5.12PL1的电路中应串联一个电阻RX起分压作用，如图所示66)6(212112WVPURRUPL额额欧由分压原理可得伏伏伏串联伏欧瓦6:336365.1112111LXLRRUUURPU答：应给“6V、6W”的电灯串联一个6欧的电阻。例7、如图所示，两盏灯L1和L2串联接入电路，合上开关后两灯均正常发光，电压表和电流表均有示数，突然两灯先后熄灭，同时发现电压表示数变为零，电流表示数先增大后变为零，电路发生故障的首要原因是（）A、L1断路B、L2断路C、L1短路D、L2短路解：应选择C。电压表示数突然变零，有可能是L2断路，也可能是L1短路。由于题中两灯是先后熄灭，L2断路不会出现这种情况。如果L1短路，电路中电流增大，导致L2的消耗功率过大而烧毁，因而出现L1先熄灭L2紧接着熄灭的情况，所以本题只有选C才是正确的。例8：如图所示，一个标有“6V，3.6W”字样的小灯泡L和最大阻值为50的滑动变阻器R串联后接在电源电压U恒为6V的电路中，设灯泡电阻不变，则下列判断不正确的是（）A．无论如何移动滑片P，电路中总功率不会超过2WB．移动滑片P，电路中总功率最小值为0.6WC．当滑片P滑到某个位置时，L和R的电功率相等4D．当滑片P由a滑向b的过程中，灯泡L的电功率一直是减小解：电路中小灯泡L和滑动变阻器R串联，电源电压U=6V。当变阻器R的滑片在a端时，0aR，则此时灯泡两端电压为6V，其功率为3.6W。226103.6LLLVURPW滑片P在b端时，电路总电阻最大，电路中总功率最小，此时50bR。2260.61050LbVUPWRR最小当滑片P滑至某一位置，使接入电路的电阻10PLRR时，其两端电压相等，L和R电功率相等。当滑片P由a滑向b的过程中，电路总电阻逐渐增大，电路中电流逐渐减小，由2LLRIR知，灯泡L的电功率一直是减小。答：选A。例9：如图所示，小灯泡L标有“6V3.6W”，滑动变阻器R最大值为10欧，当滑片P移到a端，小灯泡正常发光。试求：⑴电源电压和小灯泡电阻。⑵当滑片P移到b端时，闭合S，你还能求出哪些物理量？【解析】：这是一道结论开放的电学综合题，主要考查学生对电学知识综合运用的能力，考查知识多、覆盖面广。当滑片移到a端时，L正常发光，此时电源电压U=6V，则2/PUR得小灯泡的电阻为226103.6LVURPW当滑P滑到b端时：电路中的总电阻：20abLRRR总电路中的总电流：60.320UVIAR总总电路中消耗的总功率：60.31.8PUIVAW总总电灯L消耗的功率：220.3100.9LLPIRAW滑动变阻器消耗的电功率：0.9LPPPW滑总答案：⑴电源电压U=6V小灯泡的电阻10LR⑵电路中的总电阻R总=20电路中的电流0.3IA电路中消耗的总功率1.8PW总电灯L消耗的功率0.9LPW滑动变阻器消耗的电功率0.9PW滑滑动变阻器两端电压3abUV例10：如图是供电设备向居民楼用房户输电的示意图。为保证居民楼内的用户所有用电器都能正常工作，居民楼的输入导线间的电压必须保证为220V，当居民楼内消耗的功率为44千瓦的时候，问：⑴通过输电线的电流为多少安？⑵若输电线的总电阻为0.1欧，供电设备的输出电压是多少伏？⑶居民楼内由于家用电器的增加，将向供电部门申请“增容”，即增加用电功率，当居民的用电器的额定功率由44千瓦增加到88千瓦所有用电器均在正常工作时，输电线路损失的功率比“增容”前增加了多少？⑷若要求减少输电线损失的功率，用学过的公式及知识说明应采取的措施。【解析】：⑴44000200220PWIAUV户⑵2000.120UIRAV线线22020240UUUVVV输户线⑶88000400220PWIAUV户5222000.14000PIRAW增前线224000.116000PIRAW增后线16000400012000PPP增后增前⑷由2PIR损线可知，导线上损失的功率与电流的平方和导线的电阻有关，减小输电线损失的电功率时，为保障用户的用电器正常工作，I不能减小，只能减小R线，R线随导线长度的变短而变小，随横截面积变大而变小，还跟材料有关。因居民楼到供电设备间距离不能变短，所以导线的长度不能变短，减小输电线的电阻应换用较粗的导线或改变输电线的材料（例如：铝线换成铜线），从而达到减小输电线损失功率的目的。例11：如图，是常见的静脉滴注装置。为了解冬季输液患者冰凉的感觉，小锐设想在导管外添加一个电加热器，使药液在流动中加热。他收集了相关数据：药液M=500克，331.010/千克米，34.210c水焦/（千克•℃），一般滴注时间50t分钟，针头与瓶内液面竖直高度1米（不考虑其他热损失）⑴不过若患者血压与针头处液体压强相等，则患者血压相当于多少毫米汞柱？⑵若使药液从5℃加热到35℃，该加热器电功率应多大？⑶为了解除患者冰凉的感觉，请你再提出一种可行的方法。【解析】：本题以一个“小发明”作为题目的背景，综合了力学、热学、电学和化学等知识，设计新颖且解答开放。在解答过程中要注意审题，学会从题设的众多条件中剥取所需的信息，就不难解决。⑴3341110/10/110pghkgmNkgmPa4210ghPa水银,20.073573.5hmmm，即患者血压相当于73.5毫米汞柱。⑵每秒钟流出的药液质量：30.511050606Mkgmkgt每秒的热量：3314.210()1030216QcmtJkgCkgCJ吸WPtQ21211QJPWtS⑶方法1：传热法。用热水袋、暖水瓶等靠近扎针处，利用热传递使扎针处暖和。方法2：水浴法。让输液管通过盛有热水的容器，使药液加热。方法3：化学法。在能让输液管穿过的密封盒内放入生石灰块，使用时，只要打开盒的开口，让生石灰与空气中水蒸气发生放热反应，就可使药液加热。例12：市场上有一种双能源太阳能热水器,晴天享用太阳能，阴天可用电加热，如图，该热水器电路图。电热管R标有“220V1100W”，0R与R构成保温电路。当K连到2时，电热管正常工作，给水箱里的水加热；当K连到3时，热水器处于保温状态，保温功率为100W。⑴求R、0R的值。⑵保温时R实际功率是多少？【解析】：本题电热器具有保温档和加热档，这是一类题型。常见的还有电热器、电烙铁、饮水机、电饭锅等。电热器的额定功率状态即加热状态。电路中只有一个电阻R。此时R的功率为1100W。由此可求出R的阻值。2URP额额。K打到3时为保温档，此时R与0R串联，电功率为100W，由20UPRR，可求出0R阻值再由2PIR，求出R的实际功率解：⑴22220441100VURPW。62K时，只有R接入电路