初中物理竞赛教程（基础篇）第28讲 电能表 焦耳定律（有答案）

第28讲 电能表 焦耳定律 28.1学习提要 28.1.1 电能表 单相电能表指的是家用电能表，如图28- 1所示。电能表是测量用户消耗多少电能的仪表，也可以认为是测量电流做功多少的仪表。 电能表上标有如“5（10）A”的字样，表示该户人家允许通过的最大电流为5A，短时间内允许通过的最大电流为10 A。 电能表是用千瓦时为单位来量度电功，即所消耗的电能。当电功率是1 kW，通电的时间为1 h的时候，电流所做的功就是1千瓦时（它的符号是kWh）。平时说用了几“度”电，就是指消耗了几千瓦时的电能。1度=1 kWh = 1 000 W ×3 600 s = 3. 6×106 J。 电能表上标着“1 200 r/kWh”的意思是：这个电能表的铝盘每转动1 200转（r），消耗的电能是1 kWh（度）。 利用电能表可以测量用电器的实际功率：得该用电器单独使用t时间内消耗的电能W，即可求得P = 。 图28 - 1 28.1.2 焦耳定律 1. 电流的热效应 导体在电流通过时都会发热，这种现象叫做电流的热效应。 2. 焦耳定律 电流通过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，跟电阻成正比，跟通电的时间成正比。 焦耳定律的数学表达式为Q =I2Rt，这也说明1焦= l(A2Ωs)。 28.2 难点释疑 28.2.1 电能表的读数 电能表最后一个红框内的数字是十分位数字。例如：某户人家上月抄表数为 本月抄表数为，则这户人家一个月耗电W = 6034.6度 - 5938.6度 = 96度。 28.2.2电能表的功率容量 电路中同时工作的各用电器的功率之和，不能超过电能表的功率容量，否则将使保险丝熔断或电能表损坏。电能表的功率容量等于它正常工作的最大电流与工作电压的乘积。标有 “220V 5(10)A”的电能表的功率容量是 P = U/I = 220 V×5A = 1 100 W。 28.2.3关于公示Q = UIt和Q = 此两式是根据Q=I2Rt、结合欧姆定律推导出来的，用这两个公式来求电流产生的热量, 要满足研究的电路中只有纯电阻用电器的条件，即只有在电能完全转化为内能时才能使用，此时W = Q。 公式Q=I2Rt，对求电流产生的热量普遍适用。例如电动机电路中，电动机内线圈电阻为R，电动机两端的电压为U，通过电动机的电流为I。利用W = UIt，可求得电流对电动机 所做的总功，即电能转化为其他形式能的总量。电动机线圈产生的热量是其中的一部分，热量大小为Q= I2Rt，此时W > Q。 用电器的发热功率（单位时间里产生的热量）用公式P=I2R来计算，它同样具有普遍适用性，而利用p = UI=来计算时，同样应注意到电路为纯电阻电路。 28.3 例题解析 28.3.1关于“度”的计算 例1 1度电能使1盏“220V 40W”的电灯正常工作多少小时？ 【点拨】注意电功的单位“度”和“千瓦时”的关系。注意“正常工作”时，这盏电灯的电功率是40 W。 【解析】 1度电即lkWh，也就是l000Wh。根据W = Pt，得 t = = = 25 h 【答案】 25 h。 28.3.2选择合适的公式讨论焦耳定律 例2 要使电热器在单位时间内产生的热量减为原来的1/2，可以采用的办法是（ ） A、电阻不变，通过它的电流减为原来的 B、电压不变，电阻变为原来的 C、电压和电阻都减为原来的 D、电阻不变，电压减为原来的 【点拨】 根据焦耳定律，电流产生的热量跟三个因素有关，其中一个是平方的关系。因为是纯电阻电路，要选用合适的公式进行讨论。并且要注意所讨论的物理量是在分子上还是在分母上。 【解析】 若R不变，根据Q= I2Rt，当电流I减半时，Q减为原来的，故A选项错； 若两端电压U不变，根据Q= t，当电阻R减半时，Q增为原来的2倍，故B选项错； 根据Q = t，当两端电压U、电阻R均减为一半时，Q减为原来的，故C选项正确； 电阻R不变，根据Q=t，当两端电压U减半时，Q减为原来的，故D选项错。 【答案】 C。 【反思】 对于电热器等纯电阻电器，在计算通过电流而产生的热量时，除了可以用焦耳定律Q= I2Rt外，导出公式Q=UIt和Q =t 都适用， ... ...