初中电学

 

【本讲教育信息】

一. 教学内容：

电能和电功率及家庭用电

 

二. 学习目标：

1、认识电能可以转化为其他形式的能量，知道电能通过不同的用电器使用时的能量转化情况。

2、学会使用电能和电功的测量工具——电能表，知道电能表的表盘上所标的主要数据的物理意义。（重点）   

3、理解电功率的概念，知道电功率表示消耗电能的快慢。（重点）

4、理解用电器的额定功率和实际功率，会应用功率的定义公式P＝Ｗ/t及公式P＝IU进行简单的计算。（难点）

5、理解家庭电路的组成及保险丝的作用；知道安全用电常识。（重点）

6、了解插座接地的作用，触电原因及触电形式。（难点）

 

三. 重难点讲解：

【知识点1】电功（重点）

1、定义：电流通过某段电路所做的功叫电功，用Ｗ表示。

2、实质：电流做功的过程实质是电能转化为其他形式的能的过程. 电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，就消耗了多少电能。

3、单位：在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦（J）。

常用单位有千瓦·时（kW·h）生活中常用单位为“度”，

    1度＝1kW·h＝3.6×10⁶J

4、公式：

（1）定义式：Ｗ＝UIt＝Pt

电流通过导体做的功，与导体两端的电压成正比，与导体中的电流成正比，与通电时间成正比，其中U表示某段电路两端的电压，单位用伏特；I表示通过该电路中的电流，单位用安培A；t表示通电时间，单位用s；Ｗ表示电流在该段电路上所做的功，单位是J。

（2）导出式：Ｗ＝I²Rt＝Ut／R²

注意：关于公式应用的几点说明：

  ①Ｗ＝UIt中所涉及各量必须对应，即必须是同一个导体上的量，再就是计算过程中各量的单位必须统一在国际单位制中. 即Ｗ用焦耳，U用伏特，I用安培，t用秒。单位若不换算统一就会出错。

  ②Ｗ＝UIt可以用来计算任何情况下电流所做的功，它是普遍适用的。而公式Ｗ＝I²Rt＝Ut／R²，是结合欧姆定律导出的，它只适用于纯电阻电路。纯电阻电路就是电流做功时，把电能全部分转化为内能。如电灯、电烙铁、电饭锅、电烤炉等；而电动机、电铃、电磁铁等，这类用电器除把一部分电能转化成内能外，大部分转化成了机械能。那么我们就不能用导出公式计算其电功了。

③在已知电量和电压的情况下；用公式Ｗ＝UQ计算电功非常方便，但一定要注意公式中各量的单位；U：伏特、Q：库仑、Ｗ：焦耳. 这个公式说明了电流在某段电路上所做的功等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电量的乘积。

 

【知识点2】电能表（俗称电度表）（重点）

1、作用：电能表的作用是测量电功，或者说是测量用户用电器在某一段时间内消耗电能的多少 。    

2、读数方法：电能表计数器上前后两次读数之差，就是用户在这一段时间内用电的千瓦时数，即用电度数，也就是电流在这段时间内所做的功。

3、铭牌：电能表铭牌上通常标有以下内容：

（1）“220V”——表示电能表的额定电压是220V。

（2）“5A”——表示这只电能表允许通过的最大电流是5A。

（3）“kW·h”——表示这只电能表能量的单位，即“度”。

（4）“3000r／kW·h”——表示每消耗1度电，电能表的转盘就转过3000转。

注意：这里我们要从表上标识的“3000r／kW·h”中理解转盘“转数”与电功的“度数”之间的关系，其实这是一种比例关系，有些同学往往很难理解。

 

【知识点3】电功率（重难点）

在物理学中，电功率表示消耗电能的快慢. 电功率用P表示，它的单位是瓦特，简称瓦，符号是W。前面提到的100W、15W，说的就是灯泡的电功率。

1、正确理解电功率的概念

    （1）电功率的作用是描述电流做功的快慢，电功率的大小与电路两端电压U和通过电路的电流I两个因素有关，不能单纯地说电功率与电压成正比，与电流成反比，因为加在电路两端的电压变化时，通过电路中的电流也随着变化，电功率大的用电器只说明该用电器消耗电能快或电流做功快，并不表示电流做功的多少。

    （2）电功率可以反映用电器通过电流产生的效果。如：灯泡的电功率越大，说明单位时间内电流通过灯泡做的功越多，也就是单位时间内灯泡消耗的电能多，那么灯泡的亮度也就越大。

2、各种不同的用电器，电功率各不相同. 翻开说明书可以看到“电功率”这样的参数。例如，电热水器上的电功率比较大，手电筒的电功率比较小。农业生产上的用电器，例如起重机上的电动机，功率往往很大，这时就要用更大的单位——千瓦来表示。

    千瓦的符号是kW，它跟W的关系是1kW＝1000W

3、定义式：

作为表示消耗能量快慢的物理量，一个用电器功率的大小等于它在1秒（1s）内所消耗的电能，如果在“t”这么长的时间内消耗的电能（也就是所做的电功）等于“Ｗ”，那么这个用电器的功率“P”就是：

P＝W／t＝UI              导出公式P＝I²R＝U²/R

符号的意义及单位：

Ｗ——电流做的功（消耗的电能）——焦耳（J）

    t——所用的时间——秒（s）

    P——用电器的功率——瓦特（W）

 

【知识点4】用电器的工作状态

（1）额定电压：用电器正常工作的电压，用电器标有的电压就是额定电压，常用U_额表示。

（2）额定电流：用电器在额定电压下正常工作的电流，用电器标有的电流就是额定电流，常用Ⅰ_额表示。

（3）额定功率：用电器在额定电压下正常工作时的功率，用电器标有的功率值就是额定功率，常用P_额表示。P额＝U_额Ⅰ_额

（4）实际电压：用电器实际工作时的电压，它可能与额定电压相等也可能比它大或者比它小，常用U_实表示。

（5）实际功率：用电器在实际电压下工作时的功率，它可能与额定功率相等，也可能比它大或者小。电灯的亮度取决于它的实际功率。

（6）P_额与P_实的关系：

    若U_实＞U_额，则P_实＞P_额

    若U_实＝U_额，则P_实＝P_额                          

    若U_实＜U_额，则P_实＜P_额

 

【知识点５】“千瓦时”的来历

　　前面我们讲到电能时曾经提到“千瓦时”这个单位，现在可以知道它的由来了，由于功率等于1秒内所消耗的能，也就是P＝Ｗ／t，把这个式子变形后得到Ｗ＝Pt，Ｗ就是t这段时间用电器消耗的电能，式中Ｗ、P、t的单位依旧是焦、瓦、秒。

如果P和t的单位分别用千瓦、时，那么它们相乘之后，就得到电功的另一个单位——千瓦时（度）。功率为1kW的用电器用1h所消耗的电能就是1千瓦时。

 

【知识点6】怎样测量电功率

  测量电功率可以使用专用的功率表，但在非专业的实验中，常常通过电流和电压的测量，来间接得知用电器的电功率。理论的分析证明：电功率P和电流Ⅰ、电压U之间的关系是：

    P＝IU

    从P＝IU这个关系可以看出，如果用电器的电压发生了变化，它消耗的功率就会改变。所以，我们测量出用电器的实际电压和实际电流，就可以运用电功率的公式计算出用电器的实际功率。

 

【知识点7】家庭电路

1、家庭电路：就是用来给各种家用电器供电的电路。

2、家庭电路的组成：供电电路——电能表——总开关——保险盒——用电器、开关、插座——接地。

3、连接方式：家庭电路中各用电器都是并联的；开关与被控制的用电器串联。家庭电路中有两根供电的线，一根叫零线，一根叫火线，火线相对零线之间有220V的电压，以保证并联其中的每个家用电器两端的电压都是220V。

 

【知识点8】测电笔

1、作用：辨别零线与火线的工具。

2、使用方法：用手接触笔尾的金属体，笔尖接触电路（或与电线接通的导体），如果氖管发光，表示接触的是火线；如果氖管不发光，表示接触的是零线。（若前面的零线有断路的情况，则接触后面的零线，氖管也会发光）

3、工作原理：火线、测电笔、人体、大地构成回路，测电笔的电阻较大，使电路中有较小电流通过人体，又不使人体触电，从电压角度说，电阻的分压作用使加在人体两端的电压低于36V。

 

【知识点9】保险丝

为了保护电路的安全，电路里必须安装保险装置——保险盒，里面有保险丝。家用保险丝是由电阻率较大而熔点较低的铅锑合金制成的。保险丝串联接在电路中，有过大电流通过时，保险丝产生较多的热量，使它的温度达到熔点，于是保险丝熔断，自动切断电路，起到保护电路和用电器的作用。有的保险盒是用空气开关代替。

 

【知识点10】触电

1、触电原因：人是导体，触及带电体时，有电流通过人体。

2、触电形式：（1）单线触电；（2）双线触电；（3）高压电弧触电；（4）高压跨步电压触电。

  

3、触电急救：首先切断电源，然后再进行抢救。

 

【知识点11】安全用电常识

1、绝缘部分易破损，导电部分易外露，要注意检查更换；

2、不要在电线上搭晾衣物，不要用湿手扳开关；

3、有金属外壳的家电一定要接地；

4、架设室外天线时，注意不要触及电线，并且要安装避雷装置。

 

【典型例题】

例1. （07武汉37）如图所示为小明防晒用的太阳能风扇凉帽，其铭牌如下：

产品名称	太阳能风扇凉帽
太阳能电池板	由单晶硅太阳能电池串联组成
直流电动机	工作电压：1.2V；工作电流：50mA

在凉帽的前部有一个太阳能电池板，可将          能直接转化为电能，驱动电风扇。风扇转动时，加快了汗液表面的空气流动，从而加快汗液        吸热（填物态变化名称）。在户外活动时，如果凉帽上的风扇工作了1h，相当于节省了        J的电能。

解析：电流做功的过程实质是电能转化为其他形式的能的过程，而发电机或电池正好相反，是把其他形式的能转化为电能，太阳能电池板当然是将太阳能（或光能）直接转化为电能。当液体蒸发时，会吸收大量的热使人感到凉爽，而电风扇正是利用了影响蒸发快慢的三个因素之一：加快了液体表面的空气流动，从而加快汗液的蒸发。最后一空计算电能实际上是电流所做的功，根据电功的公式：Ｗ＝UIt＝1.2V×50×10^-3 A×60×60s＝216J，计算的过程中要注意把单位换算成统一的国际主单位进行计算。

答案：光（太阳）；蒸发（汽化）；216

 

例2. 在日常生活中，用电器在一段时间内消耗的电能，可以通过电能表计量出来，如图所示，是高风同学家的电能表的表盘示意图，电能表表盘上有几个重要参数：

（1）“220V 6A”中的“220V”是指这个电能表的额定电压为＿＿＿；“6A”是指这个电能表允许通过的最大正常工作电流为＿＿＿＿；在短时间内，该电能表允许通过的电流最大值不能超过             。

（2）“3600R／kW·h”是指接在这个电能表上的用电器，每消耗1kW·h的电能，电能表上的转盘     ；该电能表的铝盘转过180周，电能表所测量的电路消耗电能为      J。

（3）电功指电能转化为其他形式能的过程是做功的过程，有多少电能发生了转化就说明电流做了多少功，消耗了多少电量，即电流做了多少功。已经计算出电路消耗的电量为1.8×10⁵J，则电能表所测量的电路中电流做功为_________J。下面是电力公司抄表员给高风家近两月用电缴费通知单的部分信息，抄表时电能表的情况如图所示，请将表格中的空格补充完整：

抄表信息/ kW·h	计费信息	应收费
有功起码：2831.7 止码：_________	计费电量_________	平均电费0.52元/ kW·h 应收电费_________元

解析：解答本题的关键是要熟悉电能表有关的基础知识。“220V”指额定电压；6A指所接入电能表电路允许通过的最大正常的工作电流值；括号内电流值指电能表在短时间内电流允许通过的最大值。该电能表转一周，所测量的电路消耗电能为kW·h＝×3.6×10⁶J，则电能表转180周所测量电路消耗的电能为180×10³J＝1.8×10⁵J；电路中电流做功即电能等于电路所消耗的电能，即电功为1.8×10⁵J。先从电能表上读出止码为2845.7kW·h，则计费电量为2845.7kW·h－2831.7kW·h＝14kW·h，收费为14kW·h×0.52元／kW·h＝7.28元。

答案：（l）220V；6A；10A（2）转过3600圈；1.8×10⁵；（3）1.8×10⁵；7.28元。

 

例3. （2007·山东）标有“220V  40W”和“220V  60W”的两只灯泡L₁ 、L₂ 串联在电路中时，两灯均发光，实际消耗的功率分别为P₁和P₂，则

A. P₁>P₂             B. P ₁＝P₂            C. P₁<P₂        D. 无法确定U²

解析：根据灯L₁和L₂的铭牌，可算出两灯的电阻R₁＝＝，R₂＝＝，故R₁＞R₂；当L₁和L₂串联在电路中，电路各部分的电流都相等，即I₁＝I₂，所以两灯消耗的功率可以用推导公式P＝I²R来比较，当I相等时，哪个用电器的电阻大则它所消耗的功率也大，即可知P₁>P₂  。

答案：A

 

例4. （ 07 天津 10）某电热水器的简化电路，如图7所示。请你设计虚线框内的指示灯电路。供选择的器材有：“220V  10W”灯泡一只，“2.5V  0.75W”灯泡一只，“2V  10mA”发光二极管一只，各种阻值的电阻，导线若干。

（1）在指示灯能正常工作的情况下，请你通过计算说明选用器材的最佳方案及器材的具体规格。

（2）将电路图中的虚线框部分补充完整。

 

解析：要确定选用哪个器材作为指示灯，就要看供选择的指示灯哪一个功率小，节省电能，我们可以一一计算，再进行比较

（1）若选“220V  10W”，指示灯电路消耗功率：P₁＝10W

若选“2.5V 0.75W”，指示灯电路消耗功率

若选“2V  10mA”发光二极管，指示灯电路消耗功率

所以根据计算结果，应选用发光二极管。又因为发光二极管的额定电压是2V，如果直接和电热管并联，220V的电压会把它烧毁，所以还必须选用一个电阻与发光二极管串联以分压，串联电阻阻值为：

（2）电路连接如下图所示。

答案：（1）选“2V  10mA”发光二极管和一个阻值为2.18×10⁴Ω的定值电阻串联后再与电热器并联，（2）电路连接如上图。

 

【模拟试题】

1、将电阻是484Ω的电灯接在家庭电路中，通电1小时电流做功是_____J。

2、电流在1s 内做的功叫做         ，是反映电流做功          的物理量。某段电路两端电压为3 V，5s 内电流做功20J，这段电路消耗的电功率是                  ；这段电路的电阻是               。

3、白炽电灯上标有“220V  40W”字样，表明该灯正常发光时该灯两端的电压是     V，通过灯丝的电流是      A，灯丝的电阻为     Ω，额定功率是        W，正常发光    h消耗1kW·h 电能。

4、电阻R₁与R₂串联，R₁电流是0.2A，R₁的电阻是30Ω，电源电压是15V，则R₂的电流是_____A，R₂的电压是_____V，R₂的电阻是________

，电路消耗的总功率是_______。

5、电阻R₁与R₂串联接入电路后，两端所加电压为24V，如果R₁=80Ω，通过R₁的电流为0.2A，则R₁的功率是_____W，R₂的电阻是_____Ω，R₂的电功率是_____W。

6、有两盏电灯L₁和L₂串联在电路中，电流分别做功100J和200J，则灯L₁的功率_____ 灯L₂的功率；若将它们并联在电路中，在相同时间内，电流通过灯_____做功更多。

7、一只标有“220 V，100 W”的灯泡与一个电阻串联后，接在220 V的电源上，电阻消耗的功率为10 W，则此时灯泡消耗的功率_____90 W（填“大于”、“小于”或“等于”）。

8、新建楼房的供电线路已经不再使用保险丝，而用带有保险装置的________代替．当电流过大时，开关中的________起作用，使开关断开，切断电路

9、“PZ220－40”和“PZ110－100”两只白炽灯泡，在正常工作时   （  ）

A. 前者比后者更明亮；            B. 后者比前者更明亮；

C. 两灯发光亮度相同；            D. 无法比较。

10、有一只“220 V、10 A”的电能表，按规定最多可接“220 V、40 W”的电灯  （  ）

A. 50盏；　   　 B. 54盏；　　　C. 56盏；　      D. 60盏

11、电能表上标有“3000r/kW·h”，单独使用一个用电器时，电能表的转盘在100s内转5转，则此用电器的电功率是  （  ）

A. 60W；         B. 40W；       C. 100W；     D. 20W；

12、关于功率的说法，正确的是  （  ）

A. 用电器的实际功率一定大于额定功率；

B. 一用电器的实际功率可有多个数值，而额定功率的值是唯一的；

C. 将标有“220V  40W”的灯泡接在110V的电路上，它的实际功率为20W；

D. 额定功率越大的用电器，实际做功也越多。

13、某学校共40个教室，每个教室里装着6盏40W的日光灯，由于注意节约用电，平均每盏每天少开半小时，那么一个月（按30天）可节约电多少度：（     ）

A. 144           B. 145            C. 146               D. 147

14、电灯灯丝断了再搭上，则（    ）．

    A. 电灯变暗，因为阻值增大而电流减小

    B. 灯泡变亮，因为阻值增大，产生的热量增大

    C. 灯泡变亮，因为断了的灯丝搭起来，其阻值减小，根据公式“P=UI”可知，其电功率增大

    D. 灯泡亮度不变，因为电源电压不变

15、三盏灯“220V  100W”、“220V  60W”、“220V  40W”都正常工作，则三灯中最亮的是（    ）

A. “220V  100W”       B. “220V  60W”   

C. “220V  40W”    D. 一样亮

16、下列图中与电有关的操作中正确的是  （  ）

                            

             

A. 湿手按开关                    B. 取高压线上的风筝

                             

C. 用测电笔辨别火线、零线           D. 双手分别接触火线、零线

17、夜间，小强同学家中的4盏灯突然全部熄灭了，小强检查时，发现邻居家灯仍亮着，自己家中的保险丝也未烧断，他就用测电笔测家中各处电路，测电笔氖管都发光，小强同学迅速作出判断，他的正确判断是（    ）

A. 灯泡全部烧坏                       B. 室内线路某处短路   

C. 进户线零线断路                     D. 进户线火线短路

18、小刚家月初电能表示数为56248，月末电能表示数为57048，所缴电费的标准为0.52元/度，小刚家该月应缴电费________元．选用保险丝时，应使它的额定电流____电路正常工作的最大电流。

19、下表是小明同学家本月的电费单据：

据此单据，你可以从中获取哪些数据信息？（写出两条）

20、一只灯泡上标着“9V  3W”字样，把它跟滑动变阻器R （20Ω、2A）和安培表（0-0.6A）串联组成如下图所示电路。电源的电压为15V。

（1）S₁闭合，S₂断开，调节滑动变阻器，当L正常发光时，安培表的示数是多少？

（2）滑片P的位置不变，再将S₂闭合，此时安培表的示数是多少？此时滑动变阻器消耗的电功率是多少？

21、请在图中用导线连接一个三孔插座和一盏带开关的电灯的照明电路．根据安全用电原则，将如图所示的元件连入电路．

 

【试题答案】

1、3.6×10⁵

2、电功率、快慢、4W、2.25Ω；

3、220V、0.18A、1210Ω、40、25 ；

4、0.2、9、45、3W

5、3.2、40、1.6

6、＜　  L₁

7、小于

8、空气开关、电磁铁；

9、B   10、B   11、A    12、B

13、A   14、C   15、D    16、C    17、C

18、41.6、大于

19、①上月抄表数2722；②本月耗电量207 kW·h；③当地电费单价0.40元/ kW·h等

20、（1）0.33A、（2）0.83A、12.5W

21、