電功和電功率、家庭電路學(xué)業(yè)內(nèi)容構(gòu)架

內(nèi)容要求

(對(duì)應(yīng)課標(biāo)P44)(1)知道電流熱效應(yīng)，能設(shè)計(jì)與探究電流產(chǎn)生熱量的影響因素。(2)知道用電器消耗的電能可以用電功來(lái)量度，會(huì)計(jì)算用電器消耗的電能，了解家用電器的額定功率。(3)了解家用電器的使用，能收集數(shù)據(jù)計(jì)算家用電器的能耗問(wèn)題。(4)知道電能表及熔斷器(保險(xiǎn)絲、空氣斷路器)的作用，了解家庭電路連接以及安全用電的常識(shí)。內(nèi)容要點(diǎn)

要點(diǎn)1家庭電路、安全用電1.家庭電路的組成：進(jìn)戶(hù)線(xiàn)(包括

火線(xiàn)

和零線(xiàn))、電能表、閘刀開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)絲、用電器、插座、燈座、開(kāi)關(guān)?；鹁€(xiàn)

2.電路的連接情況(1)各用電器和插座(隱形的用電器)之間都是

并聯(lián)

連接。(2)控制用電器的開(kāi)關(guān)與用電器

串聯(lián)

。(3)熔斷器和開(kāi)關(guān)必須連在

火線(xiàn)

上，即先進(jìn)熔斷器和開(kāi)關(guān)再進(jìn)用電器。并聯(lián)

串聯(lián)

火線(xiàn)

3.家庭電路各部分的作用(1)進(jìn)戶(hù)線(xiàn)分為火線(xiàn)和零線(xiàn)。火線(xiàn)和零線(xiàn)之間電壓為

220V

。辨別火線(xiàn)與零線(xiàn)用

測(cè)電筆

，使用測(cè)電筆時(shí)手指接觸筆尾金屬體，但不能接觸筆尖金屬體。(2)電能表的作用是測(cè)量電路消耗的

電能

。(3)閘刀開(kāi)關(guān)可以控制整個(gè)電路的通斷，以便檢測(cè)電路、更換設(shè)備。安裝時(shí)注意靜觸點(diǎn)在上、動(dòng)觸點(diǎn)在下，以防斷開(kāi)后的動(dòng)觸點(diǎn)在重力作用下自動(dòng)合上。220V

測(cè)電筆

電能

(4)熔斷器(內(nèi)裝保險(xiǎn)絲)的保險(xiǎn)原理是當(dāng)電路中電流過(guò)大時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)自動(dòng)熔斷，起到保護(hù)電路作用。保險(xiǎn)絲一般由

熔點(diǎn)較低

的鉛銻合金制成。保險(xiǎn)絲要串聯(lián)接入電路，一般串聯(lián)接在

火線(xiàn)

上。保險(xiǎn)絲選用原則：

保險(xiǎn)絲的額定電流等于或稍大于電路中正常工作的電流

。(5)插座的作用是連接家用電器。(6)用電器(電燈)、開(kāi)關(guān)：白熾燈是利用電流的熱效應(yīng)進(jìn)行工作的。螺絲口燈泡的螺旋接燈頭的螺旋套，進(jìn)而接零線(xiàn)；燈泡尾部的錫塊接燈頭的彈簧片，再通過(guò)開(kāi)關(guān)接火線(xiàn)，可防止維修時(shí)觸電。熔點(diǎn)較低

火線(xiàn)

保險(xiǎn)絲的額定電流等于或稍大于電路中正常工作的電流

【細(xì)節(jié)解讀】1.家庭電路中所用的保險(xiǎn)絲不能用較粗的保險(xiǎn)絲或鐵絲、銅絲、鋁絲等代替。因?yàn)殂~絲電阻小，產(chǎn)生的熱量少，且銅的熔點(diǎn)高，在電流過(guò)大時(shí)，不易熔斷。2.保險(xiǎn)絲的選材料原則與電熱絲的選材料原則不能相混，保險(xiǎn)絲要求熔點(diǎn)較低，而電熱絲要求熔點(diǎn)較高，兩者都要求電阻率較大。3.家庭電路燒斷保險(xiǎn)絲的原因：①發(fā)生短路引起電流過(guò)大；②用電器功率過(guò)大而使電流過(guò)大；③選擇了額定電流過(guò)小的保險(xiǎn)絲。4.安全用電(1)安全電壓一般指

24V及以下

的電壓。生產(chǎn)動(dòng)力電路的電壓為

380

V，我國(guó)家庭電路的電壓為

220

V，都超出了安全電壓。(2)安全用電原則：

不接觸低壓帶電體，不靠近高壓帶電體

。24V及以下

380

220

不接觸低壓帶電體，不靠近高壓帶電體

【典例展示】例1

如圖所示是某同學(xué)家部分家庭電路的示意圖。電能表上標(biāo)有“220V，10(40)A”的字樣，他家正在使用的所有用電器總功率為6kW，其中電飯煲的功率為1.5kW，飯煮熟后，他將這個(gè)電飯煲插頭從插座中拔出，再將功率為1kW的電熱水壺插頭接入插座中，其它用電器仍正常工作，閉合電熱水壺上的開(kāi)關(guān)，空氣開(kāi)關(guān)跳閘?？諝忾_(kāi)關(guān)跳閘的原因可能是(

C

)CA.照明燈的開(kāi)關(guān)接在了零線(xiàn)與燈泡之間B.用電器的總功率過(guò)大C.電熱水壺的內(nèi)部電路短路D.接入電熱水壺的插座短路要點(diǎn)2電功、電功率(一)電功1.物理意義：度量電能轉(zhuǎn)化為其他能量多少的物理量。2.定義：電流通過(guò)某段電路所做的功叫電功。電流做功的過(guò)程，實(shí)際就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過(guò)程；電流做多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，就消耗了多少電能。3.公式：W＝UIt＝Pt(適用于所有電路)。4.單位：焦耳，簡(jiǎn)稱(chēng)焦，符號(hào)為J，常用單位：千瓦時(shí)(kW·h)，俗稱(chēng)“度”。1度＝1千瓦時(shí)＝1

kW·h＝3.6×106

J5.公式拓展

①串聯(lián)電路中常用公式：W＝I2Rt。W1∶W2＝R1∶R2。

W1∶W2＝R2∶R1。③無(wú)論用電器串聯(lián)或并聯(lián)，計(jì)算在一段時(shí)間內(nèi)所做的總功都可用公式：W＝W1＋W2。

(1)串聯(lián)純電阻電路中常用公式：P＝I2R。P1∶P2＝R1∶R2。

P1∶P2＝R2∶R1。(3)無(wú)論用電器串聯(lián)或并聯(lián)，計(jì)算總功率可用公式：P＝P1＋P2。4.單位：瓦特，簡(jiǎn)稱(chēng)瓦，符號(hào)為W，常用單位：千瓦(kW)。5.額定功率和實(shí)際功率額定電壓：正常工作的電壓。實(shí)際電壓：實(shí)際得到的電壓。額定功率：在額定電壓下工作時(shí)的電功率。實(shí)際功率：在實(shí)際電壓下工作時(shí)的電功率。

(三)伏安法測(cè)量小燈泡的額定功率1.實(shí)驗(yàn)原理：

P＝UI

，電路原理如圖所示。P＝UI

2.實(shí)驗(yàn)步驟(1)按電路圖連接電路。(2)閉合開(kāi)關(guān)，注意觀(guān)察電壓表示數(shù)，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表示數(shù)達(dá)到小燈泡的

額定電壓

，記錄電壓值。(3)同時(shí)，記錄此時(shí)電流表的示數(shù)I。(4)計(jì)算小燈泡的額定功率：P＝UI。(5)稍移動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)略高于或略低于燈泡的額定電壓，觀(guān)察此時(shí)小燈泡的亮度。注：伏安法測(cè)小燈泡功率的目的是探究小燈泡的功率與亮度的關(guān)系。額定電壓

【典例展示】例2

如圖所示的電路中，電源電壓保持不變，閉合開(kāi)關(guān)S后，將滑動(dòng)變阻器R2的滑片P從最右端向左移動(dòng)到中點(diǎn)的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是(

A

)AA.滑動(dòng)變阻器R2消耗的功率變大B.電流表A的示數(shù)變小C.電壓表V的示數(shù)變大D.電壓表V與電流表A的示數(shù)之比變大例3

如圖甲所示，電源電壓保持不變，R0為定值電阻，R為滑動(dòng)變阻器。當(dāng)滑片P由滑動(dòng)變阻器b端移動(dòng)到a端的過(guò)程中，分別測(cè)出幾組對(duì)應(yīng)的電壓值和電流值，通過(guò)計(jì)算得出滑動(dòng)變阻器對(duì)應(yīng)的電功率P，并畫(huà)出滑動(dòng)變阻器的電功率P和電流I的關(guān)系圖象，如圖乙所示。求：(1)滑動(dòng)變阻器的最大阻值；

(2)R0的阻值和電源電壓；

由①②兩式可得，電阻R0的阻值為

電源電壓為

(3)整個(gè)電路消耗的最小電功率和最大電功率之比。(3)當(dāng)滑片P在b端時(shí)，電路消耗的電功率最小，則P最小＝UIb＝12V×0.2A＝2.4W，當(dāng)滑片P在a端時(shí)，電路消耗的電功率最大，則

電路消耗的最小電功率與最大電功率之比為

或電路消耗的最小電功率與最大電功率之比為

例4

現(xiàn)有規(guī)格分別為“6

V，3

W”和“6

V，6

W”的兩個(gè)小燈泡L1、L2，已知它們的電流與電壓間關(guān)系如圖所示。(1)由圖可知，L1、L2的燈絲電阻都隨電流的增大而

增大

(選填“增大”“減小”或“不變”)。增大

(2)若將L1、L2并聯(lián)接在學(xué)生電源間，電源電壓調(diào)節(jié)為6

V，通電5

min，則兩燈泡消耗的總電能為多少？(2)兩燈并聯(lián)，U總＝6

V時(shí)，L1和L2都正常發(fā)光，W總＝P總t＝(3

W＋6

W)×5×60

s＝2700

J。(3)若將L1、L2串聯(lián)接在學(xué)生電源間，調(diào)節(jié)電源電壓，在保證每個(gè)燈泡兩端電壓不超過(guò)其額定電壓的情況下，L1、L2消耗的實(shí)際總功率最大值是多少？

例5

小明用標(biāo)有“2.5V”字樣的小燈泡做“測(cè)量小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路圖。甲(1)閉合開(kāi)關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片置于

b

(選填“a”或“b”)端，閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，則電路故障可能是滑動(dòng)變阻器

斷路

(選填“短路”或“斷路”)；b

斷路(2)排除故障后，某次實(shí)驗(yàn)電壓表的示數(shù)如圖乙所示，為

1.2

V；小明測(cè)得多組數(shù)據(jù)，并畫(huà)出如圖丙所示的圖象，由圖象可知小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為

6.25

Ω，小燈泡的額定功率為

1

W；乙1.2

6.25

1

(3)圖丙的圖象是一條曲線(xiàn)的原因是小燈泡的電阻隨溫度升高而

增大

(選填“增大”或“減小”)。丙增大(4)受到上述實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，為測(cè)量高溫物體的溫度，小明將圖甲電路改裝成一個(gè)簡(jiǎn)易的溫度傳感器。思路如下：將圖甲中的小燈泡換成與燈絲同種材料的電阻絲，選擇圖中一個(gè)電表改裝為溫度顯示儀。你建議他選哪個(gè)電表？請(qǐng)說(shuō)明理由(從電表的示數(shù)隨待測(cè)物體的溫度變化關(guān)系進(jìn)行闡述)：

電壓表；溫度越高，電阻絲的電阻越大，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理可知，電阻絲兩端的電壓越大，因此選擇電壓表改裝為溫度顯示儀。

。電壓表；溫度越高，電阻絲的電阻越大，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理可知，電阻絲兩端的電壓越大，因此選擇電壓表改裝為溫度顯示儀。

要點(diǎn)3電熱器1.電流熱效應(yīng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，

電

能轉(zhuǎn)化為

內(nèi)

能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。電

內(nèi)

2.電流的熱效應(yīng)的探究實(shí)驗(yàn)用控制變量法進(jìn)行研究(1)在電流相同，通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。(2)在電阻相同，通電時(shí)間相同的情況下，通過(guò)電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。該實(shí)驗(yàn)可探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量的影響因素。實(shí)驗(yàn)原理是根據(jù)煤油在玻璃管里上升的高度來(lái)判斷電流通過(guò)電阻絲產(chǎn)生熱量的多少。實(shí)驗(yàn)采用煤油的原因是煤油比熱容小且絕緣。

【細(xì)節(jié)解讀】所謂純電阻電路指的是工作時(shí)將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路。電動(dòng)機(jī)屬于典型的非純電阻電路，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)將電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，少量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。電動(dòng)機(jī)的耗電功率即為總功，計(jì)算公式：P總＝UI。發(fā)熱功率指電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率，計(jì)算公式：P熱＝I2R(此處的R指電動(dòng)機(jī)的純電阻)。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率不能直接求得，只能通過(guò)將兩者相減：P機(jī)＝P總－P熱＝UI－I2R。【典例展示】例6

小明為爺爺設(shè)計(jì)了一款有“速熱”和“保溫”兩擋的防寒服，內(nèi)部電路簡(jiǎn)化如圖所示。電源兩端電壓為6V，電熱絲R1、R2的阻值恒定，R1＝4Ω。(1)只閉合開(kāi)關(guān)S1時(shí)，通過(guò)R1的電流是多大？

(2)只閉合開(kāi)關(guān)S1時(shí)，R1的電功率是多少？

(3)電源兩端電壓為6V時(shí)，“速熱”擋的電功率為36W。若更換成電壓為5V的電源，則使用“速熱”擋通電10s產(chǎn)生的熱量是多少？

通過(guò)I2的電流：I2＝I－I1＝6A－1.5A＝4.5A，

若更換成電壓為5V的電源，此時(shí)電路中的電流：

使用“速熱”擋通電10s產(chǎn)生的熱量：Q＝W＝U'I't＝5V×5A×10s＝250J。例7

某科學(xué)小組對(duì)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少與哪些因素有關(guān)進(jìn)行了研究。裝置如圖，2只燒瓶?jī)?nèi)裝滿(mǎn)煤油，瓶塞上各插1根玻璃管