初中物理竞赛教程(基础篇)第27讲 电功 电功率

第27讲 电功 电功率

27.1学习提要

28.1.1 电功

电流通过电动机时，电动机便会转动并发热，电能就转化为电动机的机械能和内能，在此过程中电流做了功。电流在通过各种用电器时都做了功。 1.电功

电流所做的功叫做电功。

电流做功的过程，就是电能转化成其他形式的能的过程；电流做了多少功，就有多少电能转化成其他形式的能。若电路中的用电器是纯电阻元件，则电能全部转化成内能。 2.电功的计算

电流做功的多少与通过导体的电流、导体两端的电压以及通电时间有关。电流通过导体所做的电功等于导体两端的电压、通过导体的电流和通电时间的乘积。即UIt W =， 对于纯电阻电路，还可以采用t R

U W 2

=或Rt I W 2=进行计算。

.

另外根据Rt I W 2=，所以电流所做的功还可以用公式UQ W =。

3.电功的单位

在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称为焦（J ）。1焦（J ）= 1伏安秒(V As)。 生活中电功常用的单位是千瓦时（kWh ）， 1 kWh = 3.6×106

J 。

通过家用手电筒内小电珠的电流，每秒钟所做的电功大约为1J ，这表明家用手电筒通电时，每秒钟约有1J 的电能转化为内能和光能。

27. 1.2 电功率

电流通过不同的用电器，做功的快慢程度是不同的。例如电风扇工作时，通过电动机的电流

1h 可以做功十几万焦；而通过大型机床电动机的电流10 s 就可以做功几十万焦。电流做功的快慢不仅与做功的多少有关，还与做功的时间有关。 1.电功率 .

电功率是表示电流做功快慢的物浬量，定义为单位时间内电流所做的功，即UI t

W

P ==

。 对于纯电阻电路,则还可以使用R

U P 2

=或R I P 2=。

2.电功率的单位

在国际单位制中，电功率的单位是瓦特，简称为瓦，记为W 。1W=1V A 。常用单位还有千瓦：(kW)，lkW= 1000 W 。

3.额定电压、额定功率

额定电压是用电器正常工作时的电压。如用电器上标有“220 V ”字样，表示该用电器正常工作时的电压为220 V 。

额定功率是用电器在额定电压下消耗的电功率，如用电器上标有“40 W ”宇样，表示该用电器在正常工作时消耗的电功率为40 W 。

如图27-1所示，用电器上标有“220 V 40 W ”表示用电器在220 V 电压下可以正常工作，它在220 V 电压下消耗的电功率为40 W 。

额定电功率与额定电压是在设计用电器时设定了的。一个用电器一般只有一个额定电压值、一个额定电功率值。表27- 1为一些电器设备的额定电功率。

表 27-1

27.1. 3测定小灯泡电功率的实验

电 器 电功率（W ）

电 器 电功率(W) 日光灯 8〜40 白炽灯 约:15〜60 电视机 约75 家用空调器 ]000 〜2000 电冰箱

约250

电饭锅

约700

1.实验原理

根据公式P = UI可知需要测量的物理量为电压（U）和电流（I）。

2.实验器材

电源，电流表，电压表，小灯泡，滑动变阻器，电键，导线若干。

3.实验步驟

（1）按图27-2连接电路；图27-2

（2）滑动变阻器的滑片放在阻值最大的位置，闭合电键，接通电路调节滑动变阻器的滑片，使小灯在额定电压下发光，在表27 - 2中记录下电压表和电流表的示数；

（3）计算小灯的额定电功率；

（4）移动滑片，使小灯两端的电压比额定电压稍高和稍低，分别观察小灯发光的情况与额定电压时的发光情况有什么不同，并记下电压表和电流表的示数；

分别算出小灯泡的实际电功率并填人表27 -2中。

表27-2

实验序号电压U（V）电流I（A）电功率P(W) 小灯的亮暗程度

1 稍安

2 正常

3 稍亮

注意：在测定小灯电功率实验中，小灯的电阻随温度的改变而改变,所以我们不可以用小灯的电阻或电路的总电阻分析。

27.2 难点释疑

27. 2.1关于纯电阻电路

电流通过电阻(电阻器)时，电能全部转化为内能。当电路中的用电器都是“纯粹”的电阻时，组成的电路称之为纯电阻电路。可以看作纯电阻的用电器有：电炉、电烙铁、电热水器、电饭锅、电热毯、白炽灯等。而电动机、微波炉、电视机、电脑、日光灯等用电器则不是纯电阻用电器，电流通过这类用电器时，一小部分电能转化成热量，大部分电能转化成机械能、光能、电磁能或声能等。“学习提要”中电功和电功率的两个推导式只适合于纯电阻电路。

27. 2. 2正确理解额定电压、额定电功率、实际电压、实际电功率

如果用电器两端的电压不等于额定电压，用电器就不能正常工作，它的实际电功率也就不等于它的额定电功率。用电器工作时的实际电功率取决于工作时的实际电压。

当U 实=U 额时，P 实=P 额，用电器正常工作；

当U 实>U 额时，P 实>P 额，用电器不能正常工作,容易被烧坏； 当U 实

由此可见,要使用电器正常工作，必须使用电器在额定电压下工作。

假设是纯电阻用电器(且电阻不变），根据欧姆定律R U I =，得P

U R 2

=。当用电器在实际电压

下工作时，实

实实P U R 2=

，在计算时，则有

额

额实

实P U P U 22=

，所以，实

额实

额）（

P P U U =

2

。

例如：小灯泡上标有“220 V 40 W ”字样，若小灯泡两端所加电压为110 V ，则其实际为

）（）

（实额额实W U U P P 10/2

2

==。 27.2.3小灯泡的伏安特性曲线

由欧姆定律可知，对一纯电阻用电器，有R

U

I =

因此，当R 为定值时，U-I 图线应为一过原点的直线。金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而使得一段金属导体的电阻随温度变化发生相应的变化。对一只灯泡来说，由于小灯泡的灯丝在其两端电压由0增至额压的过程中，灯丝温度由室温升高到近2000℃，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到几十倍，因此灯丝电阻率明显增大，故小灯泡的伏安特性曲线如图27-3所示。