04第四章 直流电路 第三节 电功 电功率

2．解 由电功率公式可知
I P 2 400 A 10.9 A > 10 A U 220
所以，不能选用熔断电流为 10 A 的保险丝。
3．解 由于灯泡为纯电阻，利用电功率的公式可计算 40 W 灯
泡的电阻为
R1
U 2 2202 1 210 P 40 1
同理，60 W 灯泡的电阻为
W I 2 Rt
随 堂
U2 t R
思考并回 答
练习 4-3 1．解 100 W 的白炽灯一年内的总花费：
5
练 习
2 元＋0.1 kW× 2 h× 360× 0.5 元／（kW· h）= 38 元 20 W 的节能灯一年内的总花费： 12 元＋0.02 kW× 2 h× 360× 0.5 元／（kW· h）= 19.2 元 因此，购买节能灯更合算。
1．电功 导体内的电荷在电场力的作用下发生定向移动，因此电 场力做了功。这个功叫作电流做的功，简称电功。 W = UIt 2．电功率 小 结 电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫作电功 率。
P W = UI t
回顾本节 知识；体会 思考方法； 感受情感 态度。

3．焦耳定律 Q = I2Rt 只有在纯电阻电路中，计算电功可以用下面的公式：
Q W Pt 2 000 0.5 3 600J 3.6 106 J
6
一台直流电动机， 额定电压是 220 V， 线圈电阻
为 1.0 Ω，正常工作时通过的电流是 5.0 A。求它的额定电功 率和工作 1 h 电流做的功及产生的热量。 解 根据电功率的公式，可得电动机的额定电功率 P = UI = 220× 5.0 W = 1.1× 103 W 由电功和电功率的关系可知，1 h 内电流做的功 W = P t = 1.1× 103× 3.6× 103 J = 4.0× 106 J 由焦耳定律可知，1 h 内电流通过电动机产生的热量 Q = I 2R t = 5.02× 1.0× 3.6× 103 J = 9.0× 104 J （由计算结果可以看出，电动机这种非纯电阻用电器，
（虽然学生在初中时学习过相关内容，但在实际应用时 并 尝 试 回 又大多想不起来。大多数学生回答不出来。 ） 引入课题： 要想弄清这个问题，我们就要学习有关电功的知识—— 第三节 电功 二、电功 在导体的两端加上电压，导体内就形成了电场。导体内 的电荷在电场力的作用下发生定向移动，电场力对电荷做了 功。我们把电路中电场力所做的功，叫作电流做的功，简称 电功。如果导体两端的电压为 U，通过导体的电流为 I，通电 教师讲解
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常工作时的工作电流是多大？如果由于供电紧张，电压下降 到 160 V，它的实际功率将是多少？ 解 电流为
I P 1 000 A 4.55 A U 220 U 220 48.4 I 4.55
根据电功率公式 P = UI，电暖器正常工作时的工作 板书
由部分电路的欧姆定律，电暖器的电阻为
课题
第四章
直流电路
第三节
电功
电功率
2 课时
1. 了解电功和电功率的概念； 知识目标 教 学 目 标 情感目标 能力目标 1. 通过对电功的学习，能估算家庭的月耗电量； 2. 通过对电功率的学习，会估算常用电器的电功率； 3. 通过对焦耳定律的学习，能计算用电器产生的热量。 1. 通过本节的学习，使学生意识到科学对技术进步和社会发 展的影响； 2. 通过本节的学习，增强环境保护和可持续发展的意识。 重点 难点 教具 电功和电功率的概念；焦耳定律 电功与热功的区别 多媒体展示系统 主要教学过程 一、引入课题 用多媒体展示系统展示教材图 4-22 所示的家用电能表。 观看图片 提问：每个家庭每个月都依照上面显示的数字向供电局 缴纳电费。你知道这个电能表测量的是什么吗？ 教 学 过 程 设 计 学生思考 学生活动 2. 理解焦耳定律； 3. 知道电流做功时能量的转化与守恒。
1
答
电功率。
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时间为 t，则电流做的功 W 为 W = UIt 电流流过一段电路时所做的功，等于这段电路两端的电 压、电路中的电流和通电的时间三者的乘积，其中 W，U，I， t 的 SI 单位分别是 J、V、A、s。 日常生活中， 常用的电功的单位还有 kW· h （千瓦· 时） ， 即“度”。 1 度 = 1 kW· h = 3.6× 106 J 功是能量转化的量度，电流做功的过程实际上就是电能 转化成其他形式能的过程。例如，电流通过电炉时，电能转 化为热力学能；电流通过电动机时，大部分电能转化为机械 能，小部分电能转化为热力学能；电流通过电解槽时，电能 转化为化学能和热力学能。电流做功消耗的电能是由电源供 给的。电流流过电路时做了多少功，电源就提供了多少电能。 所以，家用电能表显示的就是家庭消耗的电能。 （这部分内容 一定要讲清楚，这是为后面更好地理解焦耳定律打基础。 ） 用多媒体展示系统展示教材图 4-23。 目前很多地区已经开始使用 IC 卡式电能表，如图所示。 安装了这种电能表的用户，需要到供电部门购买电能，购买 的电能值被“写”到 IC 卡上，将 IC 卡插入自家的电能表即 可使用相应的电能。电能用完后需要再去购买。 用多媒体展示系统展示教材图 4-24。 还有一种新式电能表，靠内部的电子电路计算电能，读 数由液晶板显示。 三、电功率 电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫作 电功 率，通常用 P 表示。即
P W t
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将 W = UIt 代入上式，可得
2
P = UI 上式表明，一段电路上的电功率等于这段电路两端的电 压和电路中的电流的乘积。 电功率的 SI 单位是 W（瓦） ： 1 W = 1 J/s = 1 V· A 用多媒体展示系统展示教材图 4-25。 一般用电器的铭牌上都标明额定功率和额定电压，如图 所示。用电器只有以额定电压工作时才能达到额定功率。如 果把用电器接到高于它的额定电压的电路上，用电器消耗的 电功率会超过它的额定功率，就有被烧坏的危险；而接到低 于它的额定电压的电路上，它消耗的实际功率就比额定功率 小，如果电压过低，用电器也不能正常工作。所以，在把用 电器接入电路之前，必须注意电路实际电压与用电器的额定 电压是否一致。 例题 1 有一个额定值为“1 kW，220 V”的电暖器，正
R2
100 W 灯泡的电阻为
U 2 2202 807 P2 60
R3
U 2 2202 484 P 100 3
练习 4-3
课 后 作 业
4．解 由于电热水器为纯电阻，利用电功率的公式得
U 2 2202 P W 2 000 W R 24.2
要求学生 独立完成
4
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电流所做的功远大于电流产生的热量，即大部分电能转化成 了机械能。 ） 提问：大家知道为什么要用高压输电吗？ 学生思考
（电能由发电厂中的发电机发出，沿着导线输送到几百 并 尝 试 回 千米甚至几千千米之外。电流沿着导线流动时，能量会有损 答 失， 主要损失是由电流的热效应引起的。 由焦耳定律 Q = I 2 R t 可知，为了减少输送过程中电能的损失，一种方法是尽量减 小导线的电阻。由于输电距离不能改变，只能使用电阻率较 小的铜导线并使其横截面更大一些来减小电阻，但导线过粗 不但会消耗大量的金属材料，而且给架线带来困难。减小电 能损失的另一种方法是减小导线中的电流。由 P = UI 可知， 在输送电功率不变的前提下，要减小电流，必须提高电压。 所以，远距离输电大多采用高压输电。 ） 电功 电功率
W I 2 Rt
U2 t R
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如果不是纯电阻电路，例如电路中还包括电动机、电解 槽等用电器，那么，电能除有一部分转化为热力学能外，还 要转化为机械能、化学能等。这时电流所做的功总是大于它 所产生的热量，在这种情况下，欧姆定律不成立，就不能再 用 I 2R t 或 例题 2
U2 t 来计算电功。 R
R
当把电暖器两端的电压为 160 V 时，电阻不变，根据欧姆定 律得
I' U ' 160 A 3.31 A R 48.4
电暖器的实际功率是
P ' U ' I ' 160 3.31W 530 W
四、焦耳定律
3
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电流通过导体时，导体要发热，这就是电流的热效应。 英国物理学家焦耳（1818—1889）通过实验得出这样的结论： 电流通过导体时产生的热量，等于电流的平方、导体的电阻 和通电时间三者的乘积。这就是焦耳定律。用公式表示为 Q = I2Rt 上式中 Q 表示热量， I 表示电流， R 表示电阻， t 表示时间， 它 们的 SI 单位分别是 J、A、Ω、s。 如果电路中只含有电阻，即纯电阻电路，根据欧姆定律 U = IR，有 Q = I 2 R t = UIt。在这种情况下，电流所做的功 UIt 跟产生的热量 I 2R t 是相等的， 电能完全转化为电路的热 力学能。这时，计算电功也可以用下面的公式： 板书