物理滬科版九年級全冊第十六章電流做功與電功率一、電流做功1.電功的概念電流所做的功叫做電功，用字母\(W\)表示。在日常生活中，各種用電器工作時都伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，而這個過程實際上就是電流做功的過程。例如，當我們打開電燈，電能轉(zhuǎn)化為光能和熱能，這就是電流通過電燈做功的結(jié)果；當使用電動機時，電能轉(zhuǎn)化為機械能，同樣是電流做功的體現(xiàn)?？梢哉f，電流做功的實質(zhì)就是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。2.電功的計算公式電功的大小與電壓、電流和通電時間有關。經(jīng)過大量的實驗研究，得出電功的計算公式為\(W=UIt\)，其中\(zhòng)(W\)表示電功，單位是焦耳（\(J\)）；\(U\)表示電壓，單位是伏特（\(V\)）；\(I\)表示電流，單位是安培（\(A\)）；\(t\)表示通電時間，單位是秒（\(s\)）。這意味著，在電壓一定時，電流越大，通電時間越長，電流所做的功就越多；在電流一定時，電壓越高，通電時間越長，電功也越大。例如，一個燈泡兩端的電壓為\(220V\)，通過的電流為\(0.2A\)，通電\(100s\)，那么電流所做的功\(W=UIt=220V×0.2A×100s=4400J\)。3.電功的單位及換算電功的國際單位是焦耳，簡稱焦，符號是\(J\)。在日常生活中，還常用“度”作為電功的單位，\(1\)度\(=1kW·h\)。\(1kW·h\)表示功率為\(1kW\)的用電器工作\(1h\)所消耗的電能。因為\(1kW=1000W\)，\(1h=3600s\)，所以\(1kW·h=1000W×3600s=3.6×10^{6}J\)。4.電能表電能表是測量電功的儀表，它可以測量一段時間內(nèi)電路中消耗的電能。電能表上通常有一些重要的參數(shù)，如“\(220V\)”表示該電能表應該在\(220V\)的電路中使用；“\(10(20)A\)”表示這個電能表的標定電流為\(10A\)，額定最大電流為\(20A\)；“\(50Hz\)”表示該電能表在頻率為\(50Hz\)的交流電路中使用；“\(3000r/kW·h\)”表示每消耗\(1kW·h\)的電能，電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過\(3000\)轉(zhuǎn)。當使用電能表測量電功時，只要記錄下電能表在一段時間前后的示數(shù)，兩次示數(shù)之差就是這段時間內(nèi)消耗的電能。例如，電能表月初的示數(shù)為\(123.4kW·h\)，月末的示數(shù)為\(156.7kW·h\)，那么這個月消耗的電能就是\(156.7kW·h-123.4kW·h=33.3kW·h\)。二、電流做功的快慢1.電功率的概念不同的用電器在相同的時間內(nèi)消耗的電能可能不同，也就是說電流做功的快慢不同。為了表示電流做功的快慢，引入了電功率的概念。電功率用字母\(P\)表示，它等于電功\(W\)與時間\(t\)之比，即\(P=\frac{W}{t}\)。從這個公式可以看出，電功率在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)電流所做的功。如果一個用電器在\(1s\)內(nèi)做功\(1J\)，那么它的電功率就是\(1W\)。電功率的單位有瓦特（\(W\)）、千瓦（\(kW\)）等，\(1kW=1000W\)。2.電功率的計算公式由\(P=\frac{W}{t}\)和\(W=UIt\)，可以推導出\(P=UI\)。這個公式表明，用電器的電功率等于它兩端的電壓與通過它的電流的乘積。例如，一個用電器兩端的電壓為\(110V\)，通過的電流為\(2A\)，那么它的電功率\(P=UI=110V×2A=220W\)。此外，根據(jù)歐姆定律\(I=\frac{U}{R}\)，還可以推導出\(P=I^{2}R\)和\(P=\frac{U^{2}}{R}\)。但需要注意的是，這兩個公式只適用于純電阻電路，即電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路。3.額定功率和實際功率用電器正常工作時的電壓叫做額定電壓，用\(U_{額}\)表示；用電器在額定電壓下工作時的電功率叫做額定功率，用\(P_{額}\)表示。例如，一個燈泡上標有“\(220V60W\)”，表示這個燈泡的額定電壓是\(220V\)，額定功率是\(60W\)。當用電器兩端的實際電壓\(U_{實}\)不等于額定電壓\(U_{額}\)時，用電器的實際功率\(P_{實}\)也不等于額定功率\(P_{額}\)。根據(jù)\(P=\frac{U^{2}}{R}\)（對于純電阻用電器），因為電阻\(R\)一般不變，所以\(\frac{P_{實}}{P_{額}}=\frac{U_{實}^{2}}{U_{額}^{2}}\)。如果\(U_{實}=U_{額}\)，則\(P_{實}=P_{額}\)，用電器正常工作；如果\(U_{實}\ltU_{額}\)，則\(P_{實}\ltP_{額}\)，用電器不能正常工作；如果\(U_{實}\gtU_{額}\)，則\(P_{實}\gtP_{額}\)，用電器可能會被損壞。例如，一個標有“\(12V6W\)”的燈泡，其電阻\(R=\frac{U_{額}^{2}}{P_{額}}=\frac{(12V)^{2}}{6W}=24Ω\)。當它兩端的實際電壓為\(6V\)時，實際功率\(P_{實}=\frac{U_{實}^{2}}{R}=\frac{(6V)^{2}}{24Ω}=1.5W\)。三、測量小燈泡的電功率1.實驗原理根據(jù)\(P=UI\)，只要用電壓表測量出小燈泡兩端的電壓\(U\)，用電流表測量出通過小燈泡的電流\(I\)，就可以計算出小燈泡的電功率\(P\)。2.實驗器材電源、開關、導線、小燈泡、電壓表、電流表、滑動變阻器等。3.實驗電路圖及連接實驗電路圖中，電源、開關、滑動變阻器、小燈泡、電流表串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在小燈泡兩端。連接電路時，要注意以下幾點：-連接電路前，開關要斷開，防止電路連接過程中因短路而損壞元件。-滑動變阻器要采用“一上一下”的接法，閉合開關前，要將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，以保護電路。-電壓表和電流表要選擇合適的量程，電壓表的量程要根據(jù)小燈泡的額定電壓來選擇，電流表的量程要根據(jù)估算的電流大小來選擇。4.實驗步驟-按照電路圖連接好電路。-閉合開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)等于小燈泡的額定電壓，記錄此時電壓表和電流表的示數(shù)，根據(jù)\(P=UI\)計算出小燈泡的額定功率。-調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)略高于額定電壓，記錄此時電壓表和電流表的示數(shù)，計算出小燈泡的實際功率。-調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)略低于額定電壓，記錄此時電壓表和電流表的示數(shù)，計算出小燈泡的實際功率。5.實驗注意事項-在實驗過程中，要注意觀察小燈泡的亮度變化，當實際電壓等于額定電壓時，小燈泡正常發(fā)光；當實際電壓高于額定電壓時，小燈泡比正常發(fā)光時更亮；當實際電壓低于額定電壓時，小燈泡比正常發(fā)光時暗。-要多次測量取平均值的方法不適用于測量小燈泡的電功率，因為不同電壓下小燈泡的電功率是不同的，我們關注的是在不同電壓下小燈泡的實際功率情況。四、電流的熱效應1.電流的熱效應的概念電流通過導體時，電能要轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使導體發(fā)熱，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應。例如，電爐、電烙鐵、電飯鍋等都是利用電流的熱效應工作的。2.焦耳定律英國物理學家焦耳通過大量的實驗研究，總結(jié)出了電流通過導體產(chǎn)生熱量的規(guī)律：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比，這個規(guī)律叫做焦耳定律。其數(shù)學表達式為\(Q=I^{2}Rt\)，其中\(zhòng)(Q\)表示熱量，單位是焦耳（\(J\)）；\(I\)表示電流，單位是安培（\(A\)）；\(R\)表示電阻，單位是歐姆（\(Ω\)）；\(t\)表示通電時間，單位是秒（\(s\)）。3.焦耳定律的推導對于純電阻電路，根據(jù)\(W=UIt\)，\(U=IR\)，可得\(W=I^{2}Rt\)。因為在純電阻電路中，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即\(Q=W\)，所以\(Q=I^{2}Rt\)。4.電熱的利用和防止-電熱的利用：許多用電器都是利用電熱來工作的，如電暖器、電熨斗等。這些用電器的發(fā)熱體是由電阻率大、熔點高的合金絲繞在絕緣材料上制成的。在使用這些用電器時，要注意保持良好的通風散熱，防止因溫度過高而損壞用電器。-電熱的防止：在一些電器設備中，如電視機、電腦等，電流通過導體產(chǎn)生的熱量如果不能及時散發(fā)出去，會影響電器的正常工作，甚至損壞電器。因此，這些電器通常都裝有散熱裝置，如散熱片、風扇等，以加快熱量的散發(fā)。五、家庭電路與安全用電1.家庭電路的組成家庭電路主要由進戶線、電能表、總開關、保險裝置、用電器、插座、開關等組成。-進戶線：進戶線有兩條，一條是火線，一條是零線，火線和零線之間的電壓是\(220V\)?？梢杂脺y電筆來辨別火線和零線，使用測電筆時，手要接觸筆尾的金屬體，筆尖接觸被測導線，如果氖管發(fā)光，說明接觸的是火線。-電能表：用來測量家庭電路中消耗的電能。-總開關：控制整個家庭電路的通斷，一般使用閘刀開關或空氣開關。-保險裝置：當電路中電流過大時，保險裝置會自動切斷電路，起到保護作用。常見的保險裝置有保險絲和空氣開關。保險絲是由電阻率大、熔點低的鉛銻合金制成的，當電流過大時，保險絲會熔斷，從而切斷電路?？諝忾_關在電路過載或短路時會自動跳閘，切斷電路。-用電器和插座：用電器是消耗電能的設備，如電燈、電視機等。插座分為兩孔插座和三孔插座，三孔插座的第三個孔是接地的，用于防止用電器漏電時發(fā)生觸電事故。-開關：控制用電器的通斷，開關要接在火線上，這樣在斷開開關時，用電器與火線斷開，保證安全。2.家庭電路中電流過大的原因-短路：當火線和零線直接相連時，會造成短路。短路時，電路中的電阻很小，根據(jù)\(I=\frac{U}{R}\)，電壓\(U\)不變，電阻\(R\)很小，所以電流\(I\)會很大。-用電器總功率過大：根據(jù)\(P=UI\)，可得\(I=\frac{P}{U}\)，家庭電路的電壓\(U=220V\)不變，當同時使用的用電器總功率\(P\)過大時，電路中的電流\(I\)就會過大。3.安全用電常識-不接觸低壓帶電體，不