文久江

電功率這一章的內(nèi)容是在已有電學(xué)知識的基礎(chǔ)上開始了實(shí)際應(yīng)用，是整個(gè)初中電學(xué)知識的大綜合和大總結(jié)，是初中物理知識的重點(diǎn)、難點(diǎn)之一。在學(xué)習(xí)的過程中應(yīng)學(xué)會整理、歸納、總結(jié)，使知識形成體系，以強(qiáng)化印象，加深理解。

一、知基點(diǎn)——電能和電能的測量

電流做功的過程實(shí)際上是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程。在國際單位制中,電能的主單位是焦耳（J），常用單位是千瓦時(shí)（kW·h），也就是“度”，1 kW·h =3.6×10⁶J。測量電能的基本工具是電能表，計(jì)數(shù)器上前后兩次讀數(shù)之差就是這段時(shí)間消耗的電能。

說明：電能表銘牌上的“220V”表示這個(gè)電能表應(yīng)該接在220V的電路中使用；“10（20）A”表示這個(gè)電能表的標(biāo)定電流是10A，在短時(shí)間應(yīng)用時(shí)允許電流大一些，但不能超過20A；“50Hz”表示這個(gè)電能表應(yīng)在50Hz的電路中使用；“3000r/ kW·h”表示每消耗1 kW·h的電能，該電能表的表盤轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)。

二、明重點(diǎn)——電功率

電功率是表示電流做功快慢的物理量。在正常情況下，電功率大的用電器消耗電能就快，反之則慢。其定義是單位時(shí)間消耗電能的多少，定義式為P=W/t。

說明：1.在國際單位制中，電功率的主單位是瓦特（W），常用千瓦（kW）；計(jì)算時(shí)單位要統(tǒng)一，如W的單位用J，t的單位用s，而P的單位是W；如W用kW·h，t用h，則P的單位就是kW。

2.用電器的銘牌上一般標(biāo)有用電器的“額定電壓和額定功率”——用電器正常工作時(shí)的電壓為額定電壓，用電器在額定電壓下的功率為額定功率。但事實(shí)上很難保證用電器一定會在額定電壓下工作，也就是說加在用電器兩端的實(shí)際電壓往往不等于額定電壓，這樣，用電器在實(shí)際電壓下的功率就不等于額定功率。實(shí)際電功率和額定電功率的關(guān)系有3種：①當(dāng)U_實(shí)= U_額時(shí)，P_實(shí)=P_額，用電器正常工作；②當(dāng)U_實(shí)＞U_額時(shí)，P_實(shí)＞P_額，用電器不能正常工作，容易損壞；

③當(dāng)U_實(shí)＜U_額時(shí)，則P_實(shí)＜P_額，用電器不能正常工作，如長期使用也會損壞。

3.若一個(gè)電阻或燈炮接在不同的電壓下：當(dāng)實(shí)際電壓是額定電壓的一半時(shí)，實(shí)際功率就是額定功率的1/4?！?20V100W”表示額定電壓是220V，額定功率是100W的燈泡。此燈泡如接在110V的電路中，則實(shí)際功率是25W。

三、看熱點(diǎn)——電功率的測量

電功率實(shí)驗(yàn)是初中物理最重要的實(shí)驗(yàn)之一，也是各類考試的熱點(diǎn)。測定小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)原理是P=UI ，需要的器材有電源、開關(guān)、電流表、電壓表、待測小燈泡、滑動變阻器及若干導(dǎo)線等。

說明：實(shí)驗(yàn)電路如圖1甲所示，實(shí)物電路如圖1乙所示。電源電壓應(yīng)高于小燈泡的額定電壓，電流表和電壓表選擇適合的量程。實(shí)驗(yàn)要測量的兩個(gè)物理量是待測小燈泡兩端的電壓和通過待測小燈泡的電流；在連接電路的過程中開關(guān)應(yīng)始終斷開，滑動變阻器的滑片應(yīng)放在阻值最大的位置上（圖1乙的右端）；滑動變阻器的作用是保護(hù)電路，同時(shí)改變電路中各元件兩端的電壓和通過的電流，以便多次測量，得到多組對應(yīng)的電流、電壓值，進(jìn)而求出小燈泡在不同電壓下的實(shí)際功率。

四、破難點(diǎn)——焦耳定律及其應(yīng)用

電流通過導(dǎo)體時(shí)導(dǎo)體發(fā)熱的現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)，此時(shí)電能轉(zhuǎn)化為熱能。電能轉(zhuǎn)化熱能的多少用焦耳定律來計(jì)算：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。用公式Q=I2Rt表示。

在現(xiàn)實(shí)生活中，一方面利用電流的熱效應(yīng)制成電熱器，其主要組成部分——發(fā)熱體由電阻率大、熔點(diǎn)高的合金絲制成；另一方面為了防止電熱造成的危害，應(yīng)加快散熱，可以安裝散熱窗、排風(fēng)扇等。

說明：1.當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，如果電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式的能，也就是電流所做的功全部用來產(chǎn)生熱量，此時(shí)電流所做的功W等于產(chǎn)生的熱量Q。

2.對于焦耳定律，在實(shí)驗(yàn)中要留意兩種方法：控制變量法、轉(zhuǎn)換法。

五、析錯(cuò)點(diǎn)——安全用電

引起電路電流過大的兩個(gè)原因:一是電路發(fā)生短路；二是用電器總功率過大。這兩種情況都是必須避免的錯(cuò)誤。為了安全用電，電路中應(yīng)安裝保險(xiǎn)絲，保險(xiǎn)絲由電阻率大而熔點(diǎn)低的鉛銻合金制成，當(dāng)電路中電流過大時(shí)，可自動切斷電路，起到保護(hù)電路的作用。

說明：在選擇保險(xiǎn)絲時(shí)：一是要計(jì)算電路中最大的正常工作電流；二是要選擇額定電流略大于電路正常工作電流的保險(xiǎn)絲。

●典型例題放送

例1在“測量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)中，已知電源電壓為3V，小燈泡的額定電壓為2.5V。

（1）連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)___________。

（2）請你用筆畫線代替導(dǎo)線將圖2中的電路連接完整。

（3）閉合開關(guān)前，應(yīng)先將滑動變阻器的滑片移到__________端（選填“A”或“B”）。閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表指針偏轉(zhuǎn)，電壓表示數(shù)為0，產(chǎn)生故障的原因可能是___________。

（4）排除故障后，得到的數(shù)據(jù)如下表。在第1次實(shí)驗(yàn)中，小燈泡兩端電壓為2V時(shí)，電流表示數(shù)如圖3所示，則通過小燈泡的電流為_______A，此時(shí)小燈泡的實(shí)際功率為_______W。

（5）由上表可知，小燈泡的額定功率為_______W；小燈泡的實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而_______（選填“增大”或“減小”）。

分析：本題是一道典型的電功率測量基本實(shí)驗(yàn)考題，考查電路連接及注意事項(xiàng)、電路故障、電表讀數(shù)、功率計(jì)算和變化規(guī)律。

在連線過程中，開關(guān)始終應(yīng)斷開；電壓表與小燈泡并聯(lián)，滑動變阻器采取“一上一下”的接法；閉合開關(guān)前應(yīng)使電路中的電阻最大，即將滑動變阻器全部連入電路中；閉合開關(guān)，電流表有示數(shù)，說明電路是通路，若電壓表沒有示數(shù)，要么斷路，要么短路，結(jié)合電流表可以排除斷路，則只能是電壓表跨接的燈泡短路；電流表接的是“-”和“0.6”接線柱，應(yīng)看下面的刻度，結(jié)合實(shí)際電壓2.0V計(jì)算此時(shí)的電功率；查表找出額定電壓2.5V和對應(yīng)的電流0.22A，通過公式計(jì)算額定功率，再對應(yīng)表格中的電壓變化分析電功率變化。

答案：（1）斷開； （2）如圖4； （3）A，小燈泡短路；（4）0.2， 0.4；（5）0.55，增大。

例2如圖5所示，電源電壓U=6V，電阻R₁=4Ω，R₂=6Ω。

（1）當(dāng)開關(guān)S閉合后，電流表示數(shù)為多少？

（2）當(dāng)開關(guān)S閉合后，電阻R₁在10s內(nèi)消耗的電能為多少？

（3）求通電1min時(shí)，電阻R₂上產(chǎn)生的熱量。

（4）若將兩電阻并聯(lián)后接入原電路，當(dāng)開關(guān)S閉合后，電路的總功率為多少？

分析：這是一道典型的電學(xué)綜合計(jì)算題，涉及到電流、電能、電功率和電熱的計(jì)算，要用到串并聯(lián)電路的電流、電壓、電阻規(guī)律以及歐姆定律、電功率公式、焦耳定律等知識。

這是一個(gè)串聯(lián)電路。（1）電源電壓、兩電阻均已知，先根據(jù)串聯(lián)電路中電阻的關(guān)系計(jì)算電路中的總電阻，再利用歐姆定律計(jì)算電路中的電流；（2）R₁的電阻、通過的電流和時(shí)間都已知，公式P=W/t可變形為W=Pt，推導(dǎo)有W=UIt=I²Rt，將已知量代入即可；（3）R₂的電阻、通過的電流和時(shí)間已知，直接代入焦耳定律計(jì)算；（4）若將兩電阻并聯(lián)，兩電阻兩端電壓均等于電源電壓，電阻已知，根據(jù)P=UI=U²/R分別計(jì)算出兩個(gè)電阻的電功率，相加即可得到總功率。

答案：（1）0.6A；（2）14.4J；（3）129.6J；（4）15W。

編輯/王一鳴