3.6電能（二）學習目錄學習目錄目錄模塊一知己知彼 1模塊二知識掌握 2知識點一、電功率的實驗探究 2知識點二、電熱器與焦耳定律 7知識點三、電熱(Q)和電功(W)的區別 10模塊三鞏固提高 13知識重點知識重點模塊一知己知彼學習目標目標解讀1.會使用電流表和電壓表測定小燈泡的電功率，能區分用電器的額定電壓和實際電壓，額定功率和實際功率。2.熟悉常用電熱器，知道電流通過導體產生的熱量跟哪些因素有關。3.理解焦耳定律，能利用焦耳定律進行簡單計算。解讀1:能說明伏安法測量小燈泡的電功率的實驗原理，繪制實驗電路圖，并通過實驗測定小燈泡的額定功率和實際功率，收集和整理實驗數據得出實驗結論，常見題型為實驗探究題，難度稍大。解讀2:知道電流具有熱效應、影響電流熱效應的因素,應用焦耳定律解決簡單的問題，常見題型為選擇題、實驗探究題、解答題，難度較大。模塊二知識掌握知識點一、電功率的實驗探究（一）影響電功率大小的因素(1)研究電功率與電流的關系實驗方案:如圖所示，將兩只小燈泡并聯，目的是控制兩者兩端的電壓相同，比較通過兩只小燈泡的電流大小和亮度(亮度反映實際功率的大小)。觀察兩只小燈泡的亮暗，并記錄兩只電流表的示數，把觀察結果記錄在下表中。燈L1燈L2條件控制(電壓關系)亮度(亮暗)電流(安)實驗結果:在電壓相等的情況下，通過小燈泡的電流越大，小燈泡的電功率越大。(2)研究電功率與電壓的關系實驗方案:如圖所示，將兩只小燈泡串聯，目的是控制通過兩者的電流相同，比較兩只小燈泡兩端的電壓大小和亮度(亮度反映實際功率的大小)。觀察兩只小燈泡的亮暗，并記錄兩只電壓表的示數，把觀察結果記錄在下表中。燈L1燈L2條件控制(電流關系)亮度(亮暗)電壓(安)實驗結果:在電流相等的情況下，小燈泡兩端的電壓越高，小燈泡的電功率越大。（二）電功率的計算公式(1)實驗表明，用電器的電功率等于用電器兩端的電壓與通過用電器的電流的乘積。(2)電功率的公式可表示為P=UI(電功率的基本公式，適用于所有電路的計算)，由公式得出，電功率的單位瓦特也可表示為1瓦=1伏.安。(3)電功率的推導公式:將公式I=U/R代入上述公式，可推導出:P=I2R或P=U2/R(只適用于純電阻電路的計算)。(4)無論用電器串聯或并聯，電路的總功率都等于各用電器的實際功率之和，關系式為P=P1+P2+..+Pn。（三）電功的計算(1)根據功率和功的關系P=W/t可以得到電功的計算式，即W=Pt=UIt。這就是說，電流在某段電路上做的功，等于這段電路兩端的電壓與通過這段電路的電流，以及通電時間的乘積。(2)根據公式W=UIt,電功的單位焦耳也可表示為1焦=1伏.安.秒。(3)將公式I=U/R代入電功公式，可得W=U2t/R或W=I2Rt。同樣的，這兩個公式只能運用于純電阻電路中。

（四）電功率的測量(1)伏安法測量電功率:用電壓表測量用電器兩端的電壓，用電流表測量通過用電器的電流，再根據公式P=UI間接求出用電器的電功率，這種方法叫做伏安法。(2)實驗器材:常用的小燈泡1只(標明額定電壓，未標明額定功率)，電流表、電壓表各1只，滑動變阻器1只,開關1只，電池組(總電壓高于小燈泡的額定電壓)1只，導線若干。(3)過程和步驟:①按正確的電路圖連接電路。②調節滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓恰好等于小燈泡的額定電壓。讀出此時兩只電表的示數，并記錄在下表中。③調節滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓約為小燈泡額定電壓的1.2倍。觀察小燈泡的亮度變化(相對于額定電壓下的亮度)，讀出兩只電表的示數，并記錄在下表中。④調節滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓約為小燈泡額定電壓的0.8。觀察小燈泡的亮度變化(相對于額定電壓下的亮度)，讀出兩只電表的示數，并記錄在下表中。⑤計算出三種情況下小燈泡的電功率;分析小燈泡的亮度和實際功率的關系。序號電壓電流電功率小燈泡的亮度變化123【能力拓展】（1）研究電功率與電流、電壓的關系，應用控制變量法。在研究電功率與電流的關系時，應控制電壓不變，比較電功率(小燈泡亮暗)與電流的關系，實驗中采取將兩只小燈泡并聯來控制電壓不變。在研究電功率與電壓的關系時，應控制電流不變,比較電功率(小燈泡亮暗)與電壓的關系，實驗中采取將兩只小燈泡串聯來控制電流不變。

（2）對于同一用電器而言,用電器的阻值常認為是不變的，電功率之比等于它相應的電壓的平方之比，故可利用P實/P額=U實2/U額2解題。如標有“220伏40瓦”字樣的燈泡，若接在電路中的實際電壓是110伏，則燈泡的實際功率是10瓦。

（3）根據公式P=I2R得，串聯電路中各用電器電功率與電阻成正比，即P1/P2=R1/R2（4）根據公式P=U2/R得，并聯電路中各用電器電功率與電阻成反比，即P1/P2=R2/R1（2023?海曙區一模）為了測量一只額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率，某同學設計了如圖所示的電路，實驗中電源電壓保持3V不變，閉合開關，調節滑動變阻器，得到的實驗數據如表。下列說法正確的是（）實驗次數12345發光情況熄滅微光暗較暗明亮電壓U/V0.51.01.52.02.5電流1/A0.100.140.160.240.28A．多次實驗的目的是為了減小誤差 B．小燈泡的額定功率為0.48W C．實驗前未閉合開關時，小燈泡的電阻可能為6Ω D．第1、2兩次實驗，滑動變阻器電阻的改變量大于小燈泡電阻的改變量（2022秋?西湖區期末）小金利用如圖甲所示電路（未連接全），測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率，下列說法錯誤的是（）A．將圖中EC接線柱用導線相連后該電路能測量小燈泡額定功率 B．閉合開關后，電壓表的讀數如圖乙，則滑動變阻器滑片應向B端移動 C．當電壓表示數為2.5V時，電流表示數如圖丙，則小燈泡額定功率為0.75W D．實驗還可得知，小燈泡的實際功率越大，小燈泡越亮（2023?淳安縣一模）小金同學在測定“小燈泡電功率”的實驗中，電源為三節干電池，小燈泡額定電壓為2.5V。（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整。?（2）小金連接電路后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片P到某一位置時，電壓表的示數如圖乙，若要測量小燈泡的額定功率，接下來的操作是；小金同學測量了六組且記下對應的電壓表（0.5V、1.0V、……、3.0V）和電流表的示數，并繪制成圖丙所示的I—U圖像，可計算出小燈泡的額定功率是W。（3）根據圖丙分析，為完成上述整個實驗，最合理的滑動變阻器應選。A.“0.5A10Ω”B.“1A20Ω”C.“1A60Ω”D.“0.2A200Ω”（2022秋?平湖市期末）小明同學用圖甲中的器材測量一只標有“2.5V0.3A“字樣的小燈泡的額定功率。（1）小明所連的電路中有一處錯誤或不妥，請改正（在要去掉的線上打“×”，并添加相應的導線），再將圖甲的電路連接完整，要求滑動變阻器滑片向右移動時，小燈泡變亮。（2）閉合開關后，小明發現小燈泡不亮，電壓表的示數為2.9V，電流表示數為0，則出現的故障可能是。（3）故障排除后，小明移動滑動變阻器的滑片使電壓表示數為2.5V，這時電流表指針如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為W.（2023?紹興模擬）如圖所示，在測定“小燈泡電功率”的實驗中，小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為8Ω。（1）圖甲中有一根導線連接錯誤，請你把它找出來并打上“×”（表示不要），并用筆重新畫一根正確連接的導線。（2）改正電路后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片P，發現小燈泡始終不亮。電壓表和電流表均無示數，原因可能是下列選項中的（填字母）。A．燈泡短路B．燈泡斷路C．滑動變阻器短路D．滑動變阻器斷路（3）排除上述故障后，閉合開關，調節滑動變阻器使電壓表的示數為2.5V，此時電流表的示數如圖乙所示，由此可知小燈泡的額定功率為W。（4）現有兩個額定電壓均為15V的燈泡L1和L2，它們的電壓U與電流I的關系曲線如圖丙所示，將L1和L2串聯后接在15V的電源上時，電路總功率為W。知識點二、電熱器與焦耳定律（一）電流的熱效應(1)定義:電流通過各種導體時，會使導體的溫度升高，這種現象叫做電流的熱效應。(2)實質:電流通過導體發熱的過程實際上是。(3)應用:各種各樣的電熱器都是利用電流的工作的，如電熨斗、電熱毯、電熱壺、電飯煲等。電熱器的主要組成部分是發熱體，發熱體一般是由的金屬導體制成的。（二）探究影響電熱的因素提出問題:電流通過導體產生的熱的多少跟哪些因素有關呢?猜想與假設:結合生活經驗，可能與導體的電阻有關，可能與電流的大小有關，還可能與通電時間有關。設計實驗:如圖(注意控制變量法的運用)控制t、I相同，研究熱效應與電阻的關系。控制t、R相同，研究熱效應與電流的關系。控制I、R相同，研究熱效應與時間的關系。進行實驗:①將兩根電阻絲串聯，通電加熱一段時間后，觀察兩玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。②當兩玻璃管中的液面降到原來的高度后，減小滑動變阻器接人電路的阻值使電流增大，在與①相同的時間內，觀察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。③保持②電流大小不變，延長通電加熱時間，觀察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出標記。④比較玻璃管中煤油上升高度的變化，得出結論。獲得結論:①當通電時間、電流相等時，電阻越大，電流產生的熱量越多。②當通電時間、電阻相等時，電流越大，電流產生的熱量越多。③當通電電流和電阻相等時，通電時間越長,電流產生的熱量越多。（三）焦耳定律(1)焦耳定律的內容:電流通過導體產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。焦耳定律是由英國科學家焦耳最先發現的。(2)公式:Q=I2Rt。

(3)對焦耳定律的計算公式QrPRt的理解要注意以下幾點:①講到影響電流通過導體產生熱量的因素時要控制好變量，要同時考慮到通過導體的電流、導體電阻和通電時間。例如不能說導體通電時間越長，產生的熱量就越多。②不能說導體產生的熱量跟電流成正比，只能說跟電流的二次方成正比。③公式中的各個物理量都是對同一導體或電路而言的，計算時不能張冠李戴。④電熱和電功的單位是相同的，都是焦(J)。【能力拓展】(1)電阻絲產生的熱看不見，可對電阻絲產生的熱量使玻璃管內煤油上升的高度進行比較，這是采用了轉換法。

(2)電流產生的熱量與電阻、電流和通電時間均有關系，在研究熱量與其中一個因素的關系時，要控制另外兩個因素不變，這是采用了控制變量法。（2022秋?舟山期末）小芳猜想電流產生的熱量與電阻大小有關，下列能支持她猜想的現象是（）A．接線板上接入的用電器越多，導線越容易發熱 B．正常工作時，“36V54W”的燈泡比“12V6W”的燈泡亮 C．電熨斗工作時發熱明顯，而與之相連的導線卻不怎么熱 D．電熱水壺加熱水時，水沸騰前，加熱時間越長，溫度越高（2022秋?鎮海區期末）小科想要利用風扇、發熱電阻等元件，制作一個有低溫擋和高溫擋的暖風機。他設計了發熱部分的兩種電路，分別如圖甲、乙所示。下列說法錯誤的是（）A．圖甲中，當開關S閉合、S1斷開時，此時處于低溫擋工作狀態 B．圖甲中，當開關S閉合、S1閉合時，此時處于高溫擋工作狀態 C．圖乙中，若電源電壓為24伏，要實現電阻R3的發熱電功率為120瓦，則R3阻值為5歐 D．圖乙中，暖風機高溫擋總功率為200瓦，在高溫擋工作1分鐘，暖風機消耗電能1.2×104焦（2023?鎮海區一模）如圖所示電路，電源電壓為12V且保持不變。閉合開關S，當滑片P置于變阻器的中點時，電壓表的示數為4V；當滑片P置于變阻器的b端時，電壓表的示數變了2V，在10s內定值電阻R1產生的熱量為36J。則下列結果正確的是（）A．電路中的最大電流為1A B．滑片P在中點時，10s內滑動變阻器R消耗的電能為60J C．R1先后兩次消耗的電功率之比為16：9 D．滑動變阻器R先后兩次消耗的電功率之比為8：1（2022秋?嘉興期末）如圖是研究電熱與哪些因素有關的裝置，兩只燒瓶內裝有煤油，瓶塞上各插一根玻璃管，瓶內各裝一根阻值不同的電阻絲R甲和有R乙，將兩根電阻絲串聯在電路中。（1）燒瓶內裝的是比熱小的煤油而不是水，優點是。（2）閉合開關，一段時間后甲燒瓶內玻璃管中的液面要升得更高，則兩電阻絲的大小關系R甲R乙（選填“＞”，“＜”或“＝”）。（2023?杭州模擬）商業街移動攤位使用可顯示電費的新型插座（如圖甲所示）計費，某攤位使用空氣炸鍋（如圖乙所示）烹制食物，如圖丙所示是該空氣炸鍋加熱部分的簡化電路圖，其額定電壓為220V，定值電阻R1和R2為發熱體，其中R1＝44Ω。開關S1、S2、S3的通斷可實現高、中、低三個擋位的調節（S1、S2不會同時閉合），只閉合S3時為中溫擋，額定功率為550W。求：（1）R2的電阻。（2）高溫擋正常工作100s，電流通過R1產生的電熱。（3）只有空氣炸鍋單獨工作，表盤示數使用前后如圖甲、丁所示，通過表盤顯示的數據估算該空氣炸鍋消耗的電功率（已知商用電費單價為0.6元/kW?h）。知識點三、電熱(Q)和電功(W)的區別電熱是指電流通過導體時產生的熱量，這部分熱量是由電能轉化而來的，電功是指電流通過導體時所做的功。當電流通過導體時，如果電能全部轉化成內能(純電阻電路)，此時電功等于電熱(W=Q);如果電能部分轉化成內能(非純電阻電路)，此時電功大于電熱。舉例說明:當電流通過電飯煲(純電阻電路)時，電能全部轉化成內能，此時電功等于電熱(W=Q);電流通過電風扇(非純電阻電路)時，電流做的功(電功)只有一小部分轉化為電熱，另-部分轉化成機械能使電風扇轉動起來，此時電功大于電熱，故選用熱量計算公式時分兩種情況:①電功全部轉化成電熱:Q=W=I2Rt=UIt=U2t/R=Pt(適用于純電阻電路)②電功全部或部分轉化成電熱:Q=I2Rt(適用于任何電路)（2015?杭州）某同學根據如圖所示電路進行實驗，先用夾子夾住電動機轉軸使其不能轉動，閉合開關S，移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數和電流表讀數；后松開夾子，使電動機轉軸轉動，移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數和電流表讀數。數據記錄如表：/U（V）I（A）W（J）Q（J）不轉動0.20.2W1Q1轉動3.01.2W2Q2利用如表數據計算和分析：（1）電動機不轉動時，通電10s，電動機所做的電功W1和所產生的熱量Q1。（2）電動機轉動時，通電10s，電動機所做的電功W2和所產生的熱量Q2。（3）試比較W1和Q1的大小關系以及W2和Q2的大小關系，并分析其原因。（2022秋?鎮海區期末）如圖是小科研究電動機轉動是否對小燈泡的亮度有影響的電路圖。小科先抓住轉軸（防止電動機轉動），合上開關，觀察小燈泡的亮度；接著放開轉軸讓電動機轉動，繼續觀察小燈泡亮度的變化（已知：小燈泡的電阻為R，電動機線圈電阻為r，電源電壓為U）。請你回答：（1）電動機未轉動時，t時間內電流在電路中產生的熱量為（用符號表達）。（2）電動機轉動時，電路中電流做的功電路中產生的熱量（填“＞”、“＜”或“＝”）。（3）電動機轉動后小燈泡的亮度會變（填“暗”或“亮”）。（2022秋?溫州月考）學習了焦耳定律表達式Q＝I2Rt之后，平平十分好奇，電流流過導體產生的熱量真的與導體兩端電壓無關嗎？在老師的指導下，平平完成了以下實驗：①取兩只同型號的直流電動機（不計工作過程中電刷與換向器摩擦產生的熱量），按如圖方式連接，并且在每只電動機金屬外殼相同位置上固定一個電子溫度計（如圖2），同時記錄兩支電子溫度計的初始溫度值；②閉合開關，發現兩支電壓表示數相同，然后對電動機M1施加一個阻力，使其轉動速度變慢，發現電壓表V1示數變小，V2變大；③維持V1、V2示數不變（U1＜U2），每隔30秒記錄一次溫度計示數，記錄數據T1、T2見表；④換用兩個其他同型號的直流電動機重復上述實驗。表：t表示時間，T表示溫度t/min00.211.522.533.544.55T1/℃17.818.419.019.520.020.721.221.621.922.222.4T2/℃17.818.519.119.620.020.721.221.72222.422.6（1）實驗中需要用到的測量儀器有。（2）兩個電動機采用串聯連接方式的目的是。（3）通過實驗，小東認定電流通過導體產生的熱量與導體兩端電壓無關，其理由是。模塊三鞏固提高（2022秋?濱江區期末）一只燈泡的額定電壓為220V，為了確定該燈泡的額定功率，下述方案中最佳的是（）A．接入220V電路中使之正常發光，再與有標記的燈泡比較亮度進行判斷 B．在實驗室里用伏安法測出燈絲電阻，再用公式P=U2C．接入220V電路中，測出通過燈泡的電流強度I，再用公式P＝UI進行計算 D．直接與其它標有220V的燈泡從外觀上比較確定（2021秋?西湖區期末）小金用如圖裝置完成科學書上“測定小燈泡電功率”的實驗。下列說法正確的是（）A．閉合開關滑片在B端時，燈泡的亮度最大 B．實驗中調節滑動變阻器的目的是改變電路的總功率 C．電流表和電壓表讀數的比值始終保持不變 D．該實驗多次測量的目的是尋找普遍規律（2021秋?義烏市月考）如圖所示的四個電路中，電源電壓已知，電阻R的阻值已知，根據電壓表或電流表的示數，無論直接還是間接均不能求出燈泡電功率的電路是（）A． B． C． D．（2020秋?余杭區校級期中）某同學利用如圖所示電路，測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率，下列說法錯誤的是（）A．閉合開關前，滑片P應滑到B端 B．閉合開關后，小燈泡不發光，一定是小燈泡燈絲斷了 C．當電壓表示數為2.5V時，測出通過小燈泡的電流，可算出小燈泡的額定功率了 D．實驗還可得知，小燈泡的額定功率越大，小燈泡越亮（2022秋?余姚市校級月考）甲、乙兩個電熱器的電阻之比為5：4，通電相同時間產生的熱量之比為5：1，則通過甲、乙的電流之比為（）A．4：1 B．1：4 C．2：1 D．1：2（2022?桐鄉市模擬）科學興趣小組的同學按如圖裝置進行實驗，他們在探究電流通過導體產生的熱的多少與什么因素有關（）A．電阻大小 B．電流大小 C．液面高低 D．通電時間（2022?杭州模擬）如圖所示，甲、乙兩個相同的燒杯裝有等質量的水，分別加入加熱器1和加熱器2進行加熱，不計熱量損失，得到了溫度隨時間變化的關系圖，下列說法正確的是（）A．R1＞R2，I1＝I2 B．R1＞R2，I1＜I2 C．R1＜R2，I1＝I2 D．R1＜R2，I1＞I2（2021秋?鹿城區期末）如圖是探究電流通過導體產生的熱量與什么因素有關的實驗裝置，將兩根阻值不等的電阻絲R1、R2串聯后分別放入兩個透明容器中，并封閉等量的空氣，通電前，A、B兩U形管內的液面相平，接通電源一分鐘后，通過R1、R2的電流分別為I1、I2，則（）A．I1＞I2，A管