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18.1 電能與電功  公開課

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18.1 電能與電功


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電功

1、定義:電流通過某段電路所做的功叫電功。[來源:學科網ZXXK]

2、實質:電流做功的過程,實際就是電能轉化為其他形式的能(消耗電能)的過程;電流做多少功,就有多少電能轉化為其他形式的能,就消耗了多少電能。

3、計算公式:

     W=UIt (适用于所有電路)     

     W=Pt(常用于計算一段時間消耗的電能)

   對于純電阻電路可推導出:

串聯電路中常用公式:W= I2Rt   

   并聯電路中常用公式:W= U2t/R    

總電功的計算:          W= W1+W2    無論用電器串聯或并聯)

4、在電路中的特點:   W1/W2=R1/R2    (串聯與電阻成)

                                         W1/W2=R2/R1   聯與電阻成比)

5、單位:國際單位是焦耳(J)

 常用單位:kwh(度)   

   1度=1千瓦時=1 kwh=3.6×106J

6、測量電功:

電能表:是測量用戶用電器在某一段時間内所做電功(某一段時間内消耗電能)的儀器。

單位:電能表的讀數單位是kwh   

讀數:最後一位數字表示小數

電能表上“220V”“5A”“3000R/kwh”等字樣,

分别表示:電能表額定電壓220V;

允許通過的最大電流是5A(最大功率可以利用P=UI得出);

每消耗一度電電能表轉盤轉3000轉。   


典型例題    小明家中的電能表如圖所示,從表盤信息可知,小明家接入的用電器總功率不能超過_________W。當家裡隻有微波爐工作時,電能表在3 mIn内轉60轉,則微波爐消耗的電能為    J.


解析:小明家的電能表所能承受的最大功率為

600Revs/kw·h表示每消耗1kw﹒h電能,轉盤轉600轉,那麼轉盤轉60轉消耗的電能為:


答案:4400;3.6×105   

針對練習1   如圖所示,電能表的示數為        kW·h。

1、 6918.6     

解析:因為所以電能表表盤上最後一個數字是小數,如圖14所示,電能表的 示數為6918.6kW·h。


針對練習2   将定值電阻接在電壓恒為6V的電源兩端,通過電阻的電流為,則内電流在電阻上所做的功是         J。



針對練習3   小王家新買的電熱淋浴器的銘牌如右表所示。小王按說明書要求給淋浴器裝滿水,通電正常工作50 min,觀察到淋浴器上溫度計示數由23℃上升到43℃。


求: (1)在加熱過程中,水箱中水吸收的熱量是多少J?[c=4.2×103 J/(kg·℃)]     

(2)電熱淋浴器加熱過程中消耗的電能是多少J?

(3)該電熱淋浴器的效率是多少?

3、

(1) m=ρV=1×103kg/m3×50×10-3m3=50kg , Q=cmt=4.2×103 J/(kg·℃) ×50kg×20℃=4. 2×106 J。

(2)W=Pt=1600W×300S=4. 8×106 J。

(3)η= Q/W=4. 2×106 J/4. 8×106 J =87.5%。
解析:

(1)由題意可知:水箱中水的體積為V=50L=50×10-3m3,密度ρ=1×103kg/m3,C=4.2×103 J/(kg·℃),升高的溫度t=(43℃-23℃)=20℃,則水的質量 m=ρV=1×103kg/m3×50×10-3m3=50k g ,水吸收的熱量 Q=cmt=4.2×103 J/(kg·℃) ×50kg×20℃=4. 2×106 J。

(2)由題意知:輸入功率P=1600W,通電正常工作時間t=50min=3000s,則消耗的電能W=Pt=1600W×3000S=4. 8×10 6 J。

(3)由(1)、(2)知:Q=4. 2×106 J,W= 4. 8×106 J,則該電熱淋浴器的效率為η= Q/W×100%=4. 2×106 J/4. 8×106 J =87.5%。



1、如今各種節能電器的廣泛使用,充分體現出“節能與環保”的理念。如圖所示,是一種節能的LED燈泡,它的額定功率為5W,但亮度相當于100W的白熾燈。如果某中學使用這種節能燈泡10隻代替原來學校内100W的白熾燈,若每天開燈6小時,則該校使用此節能燈泡比原來每天節電         kW.h。   


2、一些城市開始使用了風能、光能互補路燈。它是由太陽能電池闆、小型風力發電機各自給24V蓄電池充電,晚上由LED(發光二極管)燈照明。右表是亮度相當的兩種燈的相關數據。要使該路燈總發光效果相當于500W白熾燈,它應由         隻LED燈         聯而成。原來是用500W白熾燈,若每晚供電10小時,一個月(30天),消耗了         kw·h的電能。


2 、 5;并聯;150.   

解析:一隻12W的發光二極管正常發光與一隻100W的白熾燈泡正常發光亮度相當;按此比例即可推斷;根據額定電壓和電源電壓的大小關系即可判斷讓發光二極管正常發光的連接方式;利用電能計算公式計算消耗的電能.12W的發光二極管與100W的白熾燈泡亮度相當,所以發光效果相當于500W白熾燈需要5隻發光二極管正常發光;因蓍電池電壓為24V,發光二極管的額定電壓為24V,所以要這5隻發光二極管正常發光,它們應采取并聯.白熾燈消耗的電能W=Pt=0.5kw×10h×30=150kw•h.


3、一個标有“220V、1000W”的電爐,接在220V電源上,工作0.5h,消耗電能     度,産生的熱量是     焦耳.

3、0.5;1.8×106    解析:電能,熱量   


4、暑假期間某同學和家人外出旅遊,他忘記将家中電視機的電源關閉,電視 機處于屏幕保護狀态,出門前它家電能表的示數如圖所示,10天後它回到家中,電能表的示數為 。這段時間電視機消耗了_______kW·h的電能,電視機處于屏幕保護狀态時的電功率為 ___________W。你從電能表的盤面上還能獲得什麼信息: _____________________________________ 。(寫出一條即可)


4、2.4;100;該電能表隻能接在220V電路中工作; (允許通過該電能表的最大電流為10A;該電能表允許接的用電器最大功率為2200W)

 .[來源:學科網]

5、下表為一台電烤箱的銘牌,其内部簡化電路如圖所示,R1R2均為電熱絲.(不考慮溫度對電阻的影響)

則:(1)電烤箱在高溫檔正常工作15min所消耗的電能是多少焦?

(2)電烤箱在低溫檔正常工作時R2的阻值是多少歐?

(3)假設在用電高峰時家庭電路實際電壓為198V,電烤箱在高溫檔的實際功率是多少瓦?

(解答要求:要寫出依據的主要公式或變形公式,要有數據代入和運算結果)


5、(1) 9.9×105J          (2) 66Ω           (3)891W

解析:

(1)電烤箱在高溫檔正常工作15min所消耗的電能 W=Pt=1100W×15×60s=9.9×105J

(2)當S閉合時,R2短路,此時電烤箱在高溫檔正常工作R1= U2/P=(220V)2/1100W=44Ω

 當斷開時,R1R2 串聯,此時電烤箱在低溫檔正常工作R=U2/P=(220V)2/1100W=110Ω

     R2=R-R1=110Ω-44Ω=66Ω

(3)在用電高峰時家庭電路實際電壓為198V時電烤箱在高溫檔的實際功率

   P=U2/R1=(198V)2/44Ω=891W

   

6、用豆漿機制作豆漿的過程是:按合适的比例把豆料、清水放人豆漿機中、經過預熱、打漿、加熱等程序.即可制成熟豆漿.某豆槳機的參數如下表:


一次打漿要向豆漿機中加入黃豆和清水共1.5kg,需13min完成加工過程,其工作信息如圖所示.請解答下列問題:



(1)根據工作信 息圖可知:從第6min至第9min為第一段加熱過程,求這段過程中豆漿吸收的熱量是多少?(C豆漿=4.0 × 103J(kg.℃))

(2)豆漿機正常工作完成一次豆漿制作,共消耗多少電能?


6、

(1)這段過程中豆漿吸收的熱量是1.8×105J;

(2)豆漿機正常工作完成一次豆漿制作,共消耗0.21kW•h的電能.   

解析

 1)由乙圖可知從第6min至第9min為第一段加熱過程溫度從70℃升高到100℃,

這段過程中豆漿吸收的熱量:Q=cmt=4.0×103J/(kg•℃)×1.5kg×(100℃-70℃)=1.8×105J,

(2)因為豆漿機工作時的功率是不同的,所以先要找到豆漿機在不同工作功率下的工作時間,然後利用W=Pt計算共消耗的電能。由甲圖得出1100W和200W功率工作的時間分别為:

t1=5min+3min+3min=11min=11/60h,

t2=2min=1/30h,

總共消耗的電能:W=P1t1+P2t2=1.1kW×11/60h+0.2kW×1/30h≈0. 21kW•h.


1.電業局為每一戶居民安裝了一個儀表,用該儀表來測量居民家中每個月消耗的電能,從而計算出該交多少電費.該儀表的中文标準名稱及國際通用讀數單位是(  )

A.電能表﹣kW•h

B.電壓表﹣V

C.電流表﹣A

D.電表﹣度


1、A

解析:測用戶消耗電能多少的儀表叫電能表,國際單位是千瓦時(kW•h),故應選A。[來源:Z§xx§k.Com]

2.某水電站的年發電量在8億 千瓦時以上,“千瓦時”是下列哪個物理量的單位(   )

A.電能

B.電功率

C.電流

D.時間

【答案】A

【解析】

【考點定位】電功


3、常用于測量家用電器在一段時間内消耗多少電能的儀器是:   )

A.電流表         

B.電壓表           

C.電能表           

D.驗電器

【答案】C


4.已知A燈标着“6V 3W”, B燈标着“6V 6W”,滑動變阻器R規格“50Ω 2A”。 A燈和B 燈中 電流随兩端電壓變化關系的圖象如圖甲所示。則:


(1)将A、B兩燈并聯接在6V電源兩端,求30min内電路消耗的電能;[來源:學+科+網]

(2)将A、B兩燈串聯接在某電源兩端,使A燈恰好正常發光,求此時B燈電阻;

(3)将A燈與滑動變阻器R串聯接在12V電源兩端,如圖乙所示。調節滑動變阻器,當滑動變阻器的功率是A燈功率的2倍時,求滑動變阻器的功率。


【答案】(1)16200J;(2)4Ω;   (3)3.2W

【解析】

(2)當A燈正常發光,I=0.5A時,由圖知IB=I=0.5A,UB=2V,此時B燈電阻RB=UB/I=2V/0.5A=4Ω;

(3)當A與滑動變阻器串聯接在6V電源兩端時,兩者電流相等,當滑動變阻器的功率是A燈功率的2倍時,由P=UI可知,變阻器的電壓為A燈電壓的2倍,即U =2UA

 據串聯電路的電壓特點可知,電源電壓U=U +UA =2UA +UA =3UA[來源:Z#xx#k.Com]

所以此時A燈兩端的電壓:UA =U/3=12V/3=4V,

由圖甲可知,此時A燈的電流(即串聯電路的電流):I=IA =0.4A,

變阻器兩端的電壓:U =2UA =2×4V=8V,

此時滑動變阻器的功率:P =U I=8V×0.4A=3.2W

考點:歐姆定律的應用;電功的計算;電功率的計算


5.一個标有“220V   1200W”的電熱水壺.要在1個标準大氣壓下将2kg溫度為20℃的水燒開,水需要吸收的熱量是      J,若不計熱損失,電熱水壺正常工作時燒開這壺水需要的時間是     s. (水的比熱容為4.2×103J/(kg•℃)

【答案】6.72×105J;560

【解析】

  在标準大氣壓下,水的沸點為100℃,

水吸收的熱量:Q=cmtt0)=4.2×103J/(kg•℃)×2kg×=6.72×105J;

因為電熱水壺正常工作,所以P=P=1200W,

不計熱損失,Q=W=Pt,所以電熱水壺正常工作時燒開這壺水需要的時間:

t= = =560s。

【考點定位】電功與熱量的綜合計算


6、如圖甲所示的養生壺是指一種用于進行 養生保健的可以烹飲的容器,類似于電熱水壺,裝滿水時,水的質量是2kg,有加熱和保溫兩檔,簡化的工作電路如圖乙所示。某次該養生壺裝滿初溫為20的水,接在家庭電路中,它正常工作時的功率和時間關系如圖丙所示(外界大氣壓為1個标準大氣壓)。求:


(1)當開關S1、S2均閉合時,養生壺處于什麼狀态?此時電阻R2的阻值是多少?(保留1位小數)

(2)保溫時通過養生壺插頭的電流為多少?(保留1位小數)

(3)若通電10min恰好将一壺水燒開,則加熱養生壺的熱效率是多少?[水的比熱容是4.2×103J/(kg•)]

[來源:學§科§網Z§X§X§K]

【答案】(1)40.3Ω (2)1.8A   (3)93.3%

 電阻R1 的阻值:R1 =R -R2 =121Ω-40.3Ω=80.7Ω;

(2)由P=UI可知,保溫時電流:I=P保溫/U= 400W/220V≈1.8A;

(3)由ρ=m/V可知,水的質量為:m=ρV=1.0×103 kg/m3 ×2×10-3 m3 =2kg,

1個标準大氣壓水的沸點是100,水吸收的熱量:

Q =cmt-t0 )=4.2×103 J/(kg•)×2kg×(100-20)=6.72×105 J,

由圖象可知,加熱時電熱水瓶的功率P加熱 =1200W,則

10min消耗電能産生的熱量:Q=W=P加熱 t=1200W×10×60s=7.2×105 J,

熱水瓶效率:η=Q/W×100%=6.72×105J/7.2×105J×100%≈93.3%


7.如圖是某家用電熱水器的簡化電路圖,溫控開關S可根據水溫自動切換加熱和保溫兩種狀态,R1、R0是發熱電阻,熱水器主要參數如下表.[水的比熱容為4.2×103J/(kg.℃)]



(1)開關S跳至    觸點位置時,熱水器進入保溫狀态水箱内裝滿水時,水的質量為     kg.

(2)R2的阻值為多大?

(3)水箱中裝滿初溫為25℃的水,加熱使溫度升高到55℃,水需要吸收多少熱量?


(4)在上述加熱狀态下,熱水器正常工作35min 需消耗多少電能?加熱效率是多少?[來源:學科網]

【答案】(1)b;30;(2)36.3Ω

【解析】

(1)開關S跳至b觸點位置時,熱水器進入保溫狀态,兩電阻正常工作;

ρ=m/V一箱水的質量:m=ρv=1×103kg/m3 ×30×10-3 m3  =30kg

(2)當S撥至a時,電路電阻小,功率大,由表中數據可知,此時功率P1 =2000W,

P=U2/R1R1 的電阻:R1 =U2/P加熱=220V2/2000W=24.2Ω,

當S撥至2時,電路功率P2=800W,

P=U2/R電路的總電阻:R=U2/P保溫=(220V)2/800W=60.5Ω

R2 的電阻:R2 =R-R1 =60.5Ω-24.2Ω=36.3Ω;

(3)水吸收的熱量:Q=cmt=4.2×103 J/kg•℃×30 kg×30℃=3.78×106 J

(4)消耗的電能W=Pt=2000W×35×60s=4.2×106J

加熱效率η=Q/W=3.78×106 J/4.2×106J=90%   

考點:熱量的計算;密度公式的應用 ;電功率、電能的計算


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