第十八章 电功率
第一节 电能
1、电功：
定义：电流所做的功叫电功。电功的符号是W
单位：焦耳（焦，J）。电功的常用单位是度，即千瓦时（kW·h）。1kW·h＝3.6×106J
电流做功的过程，实际上就是电能转化为其他形式能的过程。
公式：①W=UIt U= I= t =
②W=I2Rt I2= I = R= t =
③W=t U2= U = R = t =
④W=UQ U= Q =
⑤ W=Pt P= t=
公式中的物理量：
W——电能——焦耳（J） U——电压——伏特（V） I——电流——安培（A）
t——时间——秒（s） R——电阻——欧姆（Ω） Q——电荷量——库伦（C）
P——功率——瓦特（W）
3、 电能表：
测量电功的仪表是电能表（也叫电度表）。下图是一种电能表的表盘。
表盘上的数字表示已经消耗的电能，单位是千瓦时，计数器的最后一位是小数，即1234.5 kW·h。用电能表月底的读数减去月初的读数，就表示这个月所消耗的电能。
“220 V”表示这个电能表的额定电压是220V，应该在220V的电路中使用。
“10（20 A）”表示这个电能表的标定电流为10A，额定最大电流为20 A。
“50 Hz”表示这个电能表在50 Hz的交流电中使用；
“600 revs/kW·h”表示接在这个电能表上的用电器，每消耗1千瓦时的电能，电能表上的表盘转过600转。
根据转盘转数计算电能或根据电能计算转盘转数时，可以列比例式：
4、 串并联电路电功特点：
① 在串联电路和并联电路中，电流所做的总功等于各用电器电功之和；
② 串联电路中，各用电器的电功与其电阻成正比，即=;
③ 并联电路中，各用电器的电功与其电阻成反比，即=（各支路通电时间相同）。
第二节 电功率
1、 电功率：
定义：电流在1秒内所做的功叫电功率。
意义：表示消耗电能的快慢。
符号：P
单位：瓦特（瓦，W），常用单位为千瓦（kW），1kW＝103W
电功率的定义式：P= W=Pt t=
第一种单位：P——电功率——瓦特（W）；W——电功——焦耳（J）；
t——通电时间——秒（s）。
第二种单位：P——电功率——千瓦（kW）；W——电功——千瓦时（kW·h）；
t——通电时间——小时（h）。
电功率的计算式：P=UI U= I=
P= I2R I2= I = R=
P= U2= PR U = PR R =
P——电功率——瓦特（W）；U——电压——伏特（V）；
I——电流——安培（A）； R——电阻——欧姆（Ω）。
2、串并联电路电功率特点：
④ 在串联电路和并联电路中，总功率等于各用电器电功率之和；
⑤ 串联电路中，各用电器的电功率与其电阻成正比，即=;
⑥ 并联电路中，各用电器的电功率与其电阻成反比，即=。
3、用电器的额定功率和实际功率
额定电压：用电器正常工作时的电压叫额定电压。
额定功率：用电器在额定电压下的功率叫额定功率。
额定电流：用电器在正常工作时的电流叫额定电流。
用电器实际工作时的三种情况：
①U实
②U实>U额 P实>P额——用电器不能正常工作，有可能烧坏。（如果是灯泡，则表现为灯光极亮、刺眼、发白或迅速烧断灯丝）；
③U实=U额 P实=P额——用电器正常工作。
电灯泡上的“PZ220 25”表示额定电压是220V，额定功率是25W。
灯泡的亮度是由其所消耗的实际电功率决定的，与额定电压和额定功率无关。
额定电压相同，额定功率不同的灯泡，灯丝越粗，功率越大。
将这两个灯泡串联，额定功率大的，实际功率小；将这两个灯泡并联，额定功率大的，实际功率大。
串并联电路P实与R大小的关系
项目 | 串联电路 | 并联电路 |
P实与R的关系 |
串联电路中电阻越大的用电器消耗的电功率越大 |
并联电路中电阻越小的用电器消耗的电功率越大 |
灯泡发光亮度 |
实际电压大的P实越大，因此实际电压大的灯泡较亮 |
通过电流大的P实越大，因此通过电流大的灯泡较亮 |
电阻大的P实越大，因此电阻大的灯泡较亮 |
电阻小的P实越大，因此电阻小的灯泡较亮 | |
串接上滑动变阻器的小灯泡，变阻器阻值增大时分压也大，小灯泡实际电压减小，小灯泡发光较暗 | 并接上滑动变阻器的电灯，由于并联电路中各部分互不干扰，所以通过小灯泡所在支路的电流不变，小灯泡发光情况不变 |
第三节 测量小灯泡的电功率
伏安法测小灯泡的功率
【实验原理】
【实验器材】电源、开关、导线、小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器。
【实验电路图】
【实验步骤】
①按电路图连接实物。
②检查无误后，闭合开关。移动滑片，使小灯泡在额定电压下发光，观察小灯泡的亮度，并记下电压表和电流表的示数，代入公式P=UI计算出小灯泡的额定功率。
③调节滑动变阻断器，使小灯泡两端的电压约为额定电压的1.2倍，观察小灯泡的亮度，并记下电压表和电流表的示数，代入公式P=UI计算出小灯泡此时的实际功率。
④调节滑动变阻断器，使小灯泡两端的电压小于额定电压，观察小灯泡的亮度，并记下电压表和电流表的示数，代入公式P=UI计算出小灯泡此时的实际功率。
【实验表格】
次数 | 电压U/V | 电流I/A | 电功率P/W | 发光情况 |
1 | ||||
2 | ||||
3 |
【注意事项】
①接通电源前应将开关处于断开状态，将滑动变阻器的阻值调到最大；
②连好电路后要通过试触的方法选择电压表和电流表的量程；
③滑动变阻器的作用：改变电阻两端的电压和通过的电流；保护电路；
④不需要计算电功率的平均值。
第四节 焦耳定律及其应用
电流通过导体时电能转化成热（电能转化为内能），这个现象叫做电流的热效应。
焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。（英国物理学家焦耳）
定义式：Q=I2Rt I2= I = R= t =
导出式：①Q=UIt U= I= t =
② Q=t U2= U = R = t =
③Q=Pt P= t=
Q——热量——焦耳（J）； I——电流——安培（A）；
R——电阻——欧姆（Ω）； t——通电时间——秒（s）；
P——电功率——瓦特（W）； U——电压——伏特（V）。
有关焦耳定律的注意事项：对于纯电阻电路，电流做功消耗的电能全部转化为内能（Q＝W），这时以下公式均成立Q=Uit Q=t Q=Pt；对于非纯电阻电路，电能除了转化为内能，还要转化为其他形式的能量。求Q时只能用Q＝I2Rt。
利用电热的例子：热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等。
防止电热的例子：电视机外壳的散热窗；计算机内的散热风扇、电动机外壳的散热片等。
串并联电路电功特点：
① 在串联电路和并联电路中，电流产生的总热量等于部分电热之和；
② 串联电路中，各部分电路的热量与其电阻成正比，即=;
③ 并联电路中，各部分电路的热量与其电阻成反比，即=（各支路通电时间都相同）。
第十九章：生活用电
第一节：家庭电路：
家庭电路的组成：家庭电路由进户线、电能表、闸刀开关、保险丝、开关、电灯、插座、导线等组成。
家庭电路中各部分电路及作用：
1、进户线：进户线有两条，一条是端线，也叫火线，一条是零线。火线与零线之间的电压是220V。火线与地面间的电压为220V。正常情况下，零线之间和地线之间的电压为0V。
2、电能表：电能表安装在家庭电路的干路上，这样才能测出全部家用电器消耗的电能。
3、闸刀开关：闸刀开关安装在家庭电路的干路上，控制整个电路的通断。
4、保险丝：
电路符号：
材料：保险丝是由电阻率大、熔点低的铅锑合金制成的。（原因：保险丝电阻较大，使得电能转化为热的功率比较大，保险丝温度易升高，达到熔点后就自动熔断。）
保险丝规格：保险丝越粗，额定电流越大。
选择：保险丝的额定电流等于或稍大于家庭电路的最大工作电流。
连接：保险丝应串联在家庭电路的干路上，且一般只接在火线上。
注意事项：不能用较粗的保险丝或铁丝、铜丝、铝丝等代替标准的保险丝。因为铜丝的电阻小，产生的热量少，铜的熔点高，不易熔断。
电能表、闸刀开关和保险丝是按照顺序依次连接在家庭电路干路上的。
5、插座
种类：常见的插座有二孔插座（下图左）和三孔插座（下图右）。
安装：把三脚插头插在三孔插座里，在把用电部分连入电路的同时，也把用电器的金属外壳与大地连接起来，防止了外壳带电引起的触电事故。（万一用电器的外壳和电源火线之间的绝缘损坏，使外壳带电，电流就会流入大地，不致对人造成伤害。）
6、用电器（电灯）和开关：
家庭电路中各用电器是并联的。
开关和用电器串联，开关必须串联在火线中。
与灯泡的灯座螺丝口相接的必须是零线。
7、测电笔：用试电笔可以辨别火线和零线。使用时笔尖接触被测的导线，手必须接触笔尾的金属体。用试电笔测火线时氖管会发光；测零线时不会发光。
8、家庭电路中触电的原因：一是站在地上的人触到火线（单线触电），二是站在绝缘体上的人同时接触到火线和零线（双线触电）。
9、触电急救常识：发现有人触电，不能直接去拉触电人，应首先切断电源或用绝缘棒使触电人脱离电源。发生火灾时，要首先切断电源，决不能带电泼水救火。为了安全用电，要做到不接触低压带电体，不靠近高压带电体。
第二节：家庭电路中电流过大的原因
家庭电路中电流过大的原因：① 发生短路； ② 接入电路中的总功率过大。
这两个原因都可以使保险丝熔断。此外，如果保险丝太细（额定电流过小），也容易烧坏。
电路计算
当遇到带有电路的题时，首先要识别电路，画出等效电路图（如果能够直接分析，就没有必要浪费时间画出等效电路图）。识别电路、电路分析包括以下内容：
认清用电器（电阻）的连接关系：是串联还是并联（目前我们很少研究混联电路）；
认清电路是“通路”、“断路”还是“断路”；
认清各个开关分别控制哪个用电器或哪部分电路；
认清滑动变阻器的滑片P移动时将如何改变接入电路中电阻的大小，从而改变电路电流的。（有时，滑动变阻器相当于一端导线或定值电阻，但与滑动变阻器连接的电表会让我们“闹心”，这时最好画等效电路图进行分析）
认清电流表、电压表测量的是哪个用电器或哪部分电路的电流、电压。
可以把电表两端沿着导线（或跨过开关、电流表）移动，以方便分析。
定性分析的策略
电路定性分析的特点是：没有定量计算，只有定性分析，在电源电压和定值电阻不变的情况下，经过移动滑动变阻器的滑片或开关的连通或断开从而改变了电路的结构，使电路的总电阻、总电流、分电压、分电流及分功率等物理量发生了变化。
定性分析的思维顺序：
“先看总电阻”（用串、并联特点）
当滑动变阻器的滑片向左（右）滑动或开关断开（闭合）时，由串、并联特点可以推出如下结论：当电路（串、并）中的任何一个电阻变大（小）时，电路的总电阻将变大（小）；串联电路中，越串，总电阻越大；并联电路中，越并，总电阻越小。
“再看总电流”（用欧姆定律，电源电压不变）
“串联看分电压”先用欧姆定律看定值电阻的电压，再用串联特点看另一电阻的分电压。
“并联看分电流”先用欧姆定律看定值电阻的电流，再用串联特点看另一电阻的分电流。
“最后看功率”（用功率公式）
实在难以分析的时候，可以根据题意假设一些用电器（一段电路）的电阻、电流以及它们两端的电压。
解计算题时，要注意第二、三部分中公式和规律的运用。
解计算题时，设未知数的技巧是，选电路图中固定不变的量做未知数，选所求的物理量做未知数。
第三节 安全用电
电压越高越危险：由欧姆定律可知，人体的电阻R一定，加在人体身上的电压越大，通过人体的电流就越大。电流大到一定程度，人就会发生危险。所以电压越高越危险。
高压触电的两种方式：高压电弧触电、跨步电压触电。
安全用电的原则：不接触低压（小于1000V）带电体，不靠近高压（大于1000V）带电体。
人们把正常接通的电路，即用电器能够工作的电路叫做通路。电路的两种主要故障是短路和断路。
雷电的路径往往经过地面上凸起的部分。
避雷针
