小明:為什么開關一閉合,電動機就轉動起來了?
老師:因為有電流通過電動機,電流對電動機做了功。
老師:渠道中的水流動便形成水流,水流能夠做功嗎?
小明:流動的水會做功。比如水流能夠沖走渠道中的石頭,流動的水還能夠使水輪機轉動等等。
老師:嗯,很好!那電流又是怎樣形成的呢?
小明:電荷的定向移動形成電流。
老師:電流能夠做功嗎?
小明:不知道,搞不清楚。
老師:下面我用實驗來告訴你。
老師:如圖1閉合開關后,你看到了什么現(xiàn)象?
小明:砝碼上升了。
老師:是誰把砝碼提起來的?
小明:電動機。
老師:電動機為什么能提起砝碼?
小明:因為給電動機通電,電動機轉動就把砝碼提起來了。哦,我知道了:電流對電動機做了功。
老師:這個實驗說明了電流對電動機做功,電動機又對砝碼做了功,所以電動機把砝碼提起來了。
小明:那么什么叫電功呢?
老師:電功就是電路中電場力對定向移動的電荷所做的功,簡稱電功,通常也說成是電流所做的功。電流做功的過程實質上就是電能轉化為其他形式的能的過程,電流做了多少功就有多少電能轉化為其他形式的能(比如在這個實驗中,主要是電能轉化為砝碼的機械能)。
小明:老師,我懂了。但是,怎樣才知道電流做了多少功?
老師:電流有很多效應,比如熱效應、化學效應、磁效應等。每一種效應都有對應的能量轉化發(fā)生,如熱(內)能、光能、機械能、化學能等。電功是一個過程量,伴隨著能量狀態(tài)的變化。
老師:電功的計算公式,在初中階段主要是通過實驗來體會和理解,可以認為是實驗定律。下面我做兩個實驗你就會明白了。
老師:在圖1中,移動滑動變阻器的滑片,使電動機兩端的電壓增大,通過的電流也增大,電動機把砝碼提升得更高;如果延長時間,砝碼上升得更高。
老師:小明,通過上面的實驗,你發(fā)現(xiàn)了什么?
小明:哦,我知道了電功的多少與電壓、電流和通電時間有關。
老師:科學家們經(jīng)過精心測定得出結論:電流在某段電路上的電功,等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時間的乘積。用公式表示:W=UIt。
老師:①表達式的物理意義:電流在一段電路上做的功,跟這段電路兩端電壓、電路中電流強度和通電時間成正比。②適用條件:I 、U 不隨時間變化。這里應強調說明:在推導過程中雖然是用電燈泡做實驗得出的,但電功的表達式對任何電壓、電流不隨時間變化的電路都適用。
老師:如果電路是純電阻電路,也就是說,電路中只有電阻,不含電解槽、電感、電容等,從能量方面來說這就是電能全部轉化為熱能的電路。用歐姆定律I=代入電功基本公式,還可以導出兩個公式:W=·t=I2Rt。
小明:好,謝謝老師,計算公式掌握了,那么電功的單位又是什么呢?
老師:電流單位用安培(A),電壓單位用伏(V),時間單位用秒(s),則電功的單位是焦耳(J)。由于焦耳這個單位很小,用起來很不方便,在日常生活中常用“度”來表示。1度就是1千瓦時,1度=3.6×106焦。
小明:老師,除了用公式計算,還有別的方法嗎?
老師:當然有。在日常生活中不是用公式來計算,而用儀表來測量,那就是電能表。以后我再給你講一下關于電能表的有關知識。
小明:好的,謝謝老師。