第8章 第4节 电功率-2021年初中物理竞赛及自主招生大揭秘专题突破word版有答案

1076960012611100第四节 电功率 一、电功与电热 (一)电功 电路中的用电器实际上是把电能转化为其他形式能的元件，比如，热水壶把电能转化为内能，电风扇把电能转化为机械能。电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的。我们把电流通过用电器时所做的功叫做电功。 电流做功的多少，与电流的大小、用电器两端电压以及通电时间都有关系，用公式表示为，电功的单位是焦耳，符号为“”。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。 (二)电热 电流通过用电器时，由于电阻的存在，电能不可避免地要有一部分转化为内能，电热是指电流通过用电器时产生的热量，即电能转化的内能的多少体现了电流的热效应。 英国物理学家焦耳发现，通电导体产生的热量与电流的平方、导体电阻和通电时间成正比，即。电热也叫焦耳热，单位为焦耳，符号为“”。 (三)电功与电热的关系 电功表示有多少电能转化为其他形式的能，但是用电器消耗电能并不一定全部用来发热，不同的用电器把电能转化为其他形式的能的情况也不同。 1．纯电阻用电器 纯电阻用电器是指把电能全部转化为内能的用电器，比如白炽灯、电炉丝、电热水器、电热毯等。这类用电器消耗电能的目的就是为了发热。 对纯电阻用电器，电功等于电热：，，可得，即，这恰是欧姆定律的表达式。 2．非纯电阻用电器 非纯电阻用电器是指除了把电能转化为内能以外，更多的是把电能转化为其他形式的能的用电器，比如电风扇、电动机主要把电能转化为机械能，电解槽、电镀池主要把电能转化为化学能。 对非纯电阻用电器，，电功大于电热，，，即，可见，对于非纯电阻用电器，欧姆定律并不成立。但是无论哪种电路，各用电器之间的电压、电流关系仍然符合串并联电路的规律。 例1 如图8.89所示，电路的总电压为，，为直流电动机，其线圈电阻。电动机正常工作时，电压表示数为，试求： (1)通过电动机中的电流。 (2)电动机在内消耗的电能。 right137795(3)电动机在内输出的机械能。 分析与解 (1)电动机不是纯电阻用电器，所以通过电动机的电流不等于其两端电压与其线圈电阻的比值。由于电阻与电动机串联，所以。 (2)电动机在内消耗的电能等于内电流通过电动机时所做的电功：。 (3)电动机把消耗的电能转化为机械能和焦耳热，内电动机产生的焦耳热为，所以内输出的机械能为。 二、电功率及其公式 电功率是表示电流做功快慢的物理量，等于单位时间内电流所做的功。用公式表示为，公式对任意电路都适用。若电路是纯电阻电路，则欧姆定律成立，由和，可得。这个公式只适用于纯电阻电路，如果是非纯电阻电路，只有适用。 用电器正常工作时的功率叫做额定功率，正常工作时的电压和电流叫做额定电压和额定电流。用电器实际工作时的功率叫做实际功率。实际功率应小于或等于额定功率，不能长时间大于额定功率。 在串联电路中，由于电流处处相等，电阻消耗的功率与两端电压成正比，与电阻的阻值成正比，即。 在并联电路中，由于各支路电压处处相等，各支路电阻消耗的功率与支路电流成正比，与电阻阻值的倒数成正比，即。 例2 有标有“，”和“，”的两个电阻，，“问： (1)串联时，电路两端允许加的最大电压是多少伏？此时两电阻消耗的总功率为多少瓦特？ (2)并联时，电路两端允许加的最大电压是多少伏？此时两电阻消耗的总功率为多少瓦特？ 分析与解 (1)串联时，流过两个电阻的电流相同，且电流不能超过任何一个电阻允许通过的最大电流，因此，要先确定电路允许通过的最大电流。由，可得 ， 可见，电路允许通过的最大电流为，因此，电路两端允许加的最大电压为 两电阻消耗的总功率为。 (2)并联时，电阻两端的电压相等，且电压不能超过任一电阻两端所允许加的最大电压。因此，要先确定两电阻的额定电压，由，可得 ， ... ...