2.1 電能的量度-電能 電功（解析版）

1、電能（1）電能的轉化：電能可以轉化為其他形式的能量。用電器工作的過程就是把電能轉化為其他形式能的過程。電能的來源能量的轉化過程電池干電池化學能能轉化為電能蓄電池燃料的化學能通過汽輪發(fā)動機轉化為電能各種發(fā)電水力發(fā)電通過水輪機將機械能轉化為電能火力發(fā)電通過燃料的化學能通過汽輪機轉化為電能風力發(fā)電通過風力發(fā)電機將機械能轉化為電能地熱發(fā)電將地熱能通過發(fā)電機轉化為電能太陽能發(fā)電通過太陽能電池板等將太陽能轉化為電能核能發(fā)電將核能轉化為電能（2）電能：電能用W表示，常用單位是千瓦時(kW·h)，也叫作度，能量的國際單位是焦耳J。單位換算：1度＝1kW·h＝3.6×106J?！倦娔艿睦谩坑秒娖魇窍碾娔艿难b置，將電能轉化為其他形式的能；電池（電源）是提供電能的裝置，是將其他形式的能轉化為電能的裝置。例如發(fā)電機：機械能→電能，干電池：化學能→電能。（3）電能表的認識和使用作用測量電路消耗的電能單位千瓦時(kW·h)參數220V額定電壓為220V10（20）A標定電流為10A，額定最大電流為20A600r/kW·h每用1度電，表的鋁盤轉600轉2500imp/kW·h每用1度電，表的指示燈閃2500次讀數計數器末尾數字表示小數位測量電能方法較大的電能利用刻度盤示數測量，消耗的電能為前后兩次示數差，即W=W2-W1較小的電能利用轉盤圈數計量，消耗的電能為W=n/NkW·h（n為某段時間轉盤轉的圈數，N為表上參數）【溫馨提示】通過電能表求用電器消耗的電能時除所要求的用電器外，其余用電器均關閉。2、電功(1)電流所做的功叫做電功。電流做功，就是電能轉化為其他形式的能的過程。(2)電流在某段電路上做的功，等于這段電路兩端的電壓與通過這段電路的電流，以及通電時間的乘積，即W＝UIt。(3)電功的單位為焦耳。1焦＝1伏·安·秒。常用單位還有“度”“千瓦時”。1度＝1千瓦時＝3.6×106焦。(4)電功的測量①電能表：是測量用戶用電器在某一段時間內所做電功（某一段時間內消耗電能）的儀器。②電能表上“220V、5A、3000R/kW·h”等字樣，分別表示：電能表額定電壓是220V；允許通過的最大電流是5A；每消耗一度電電能表轉盤轉3000轉。③讀數時：A最后一位有紅色標記的數字表示小數點后一位；B之差【溫馨提示】電功的計算公式：W＝Pt，W＝UIt，W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t(最后一個公式僅適用于純電阻電路)。（1）串聯(lián)電路：；（2）并聯(lián)電路：；（3）在任何情況下，在一定時間所做的總功。【拓展】電量的單位：毫安時與安時當電流強度用毫安（mA）作單位，時間用小時（h）做單位，它們兩個相乘就是毫安時（mAh），當然還是電量，根據公式，由于1A=1000mA，1h=3600s，所以1Ah=3600C；1mAh=10-3A×3600s=3.6C1、假期小明一家要出門旅游，出發(fā)前家里只有一臺額定功率為200W的冰箱正常工作，其它用電器都已關閉。小明看到家里電能表的示數為2021.6kW·h，過了7天小明回到家再次查看電能表的示數如圖所示。下列有關說法正確的是（）。A．這段時間冰箱消耗的電能是7kW·h；B．冰箱每天平均工作的時間為0.5h；C．冰箱正常工作1min電能表的轉盤轉過12轉；D．再有其它家電和冰箱一同正常工作時，電能表轉盤的轉速不變【答案】A【解析】A．電能表原來的示數為2021.6kW·h，7天電能表的示數為2028.6kW·h，則這段時間冰箱消耗的電能是W=2028.6kW·h-2021.6kW·h=7kW·h故A正確；B．冰箱功率為200W，合0.2kW，電冰箱在這7天內工作的總時間為t=則冰箱每天平均工作的時間為t'=5h。故B錯誤；C．冰箱正常工作1min消耗的電能為W'=Pt''=0.2kW×h=電能表的轉盤轉的圈數為n==2r即冰箱正常工作1min電能表的轉盤轉過2轉，故C錯誤；D．再有其它家電和冰箱一同正常工作時，電路中消耗電能變快，電能表轉盤的轉速變快，故D錯誤。故選A。2、如圖所示的電能表的讀數是kW·h；若該電能表的表盤轉了360轉，則此時的用電器消耗了kW·h的電能?！敬鸢浮?01.8；0.6?！窘馕觥侩娔鼙淼淖x數是201.8kW·h。若該電能表的表盤轉了360轉，則此時用電器消耗了故此時用電器消耗了。3、電視機可以用遙控器關機而不用斷開電源，這種功能叫做待機功能。這一功能給人們帶來了方便，但很少有人注意到在待機狀態(tài)下電視機仍然要消耗電能。例如小明家的一臺34寸彩色電視機的待機功率大約是10W，假如他家電視機平均每天開機4h，看完電視后總是用遙控器關機而不切斷電源。試估算小明家一年（365天）中因這臺電視機待機浪費的電能約為（）A．2.6×108J B．2.6×107J C．3.2×105J D．5.3×107J【答案】A【解析】電視機待機功率P＝10W＝0.01kW，則每天待機消耗的電能為W0＝Pt＝0.01kW×（24h﹣4h）＝0.2kW?h；每年消耗的電能為W＝365W0＝365×0.2kW?h＝73kW?h≈2.6×108J。故選：A。1、小明同學在家中拍到一張電能表照片，如圖所示。他仔細觀察照片后，得到下列結論，你認為正確的是（）A.電能表每經3200h閃一次B.電能表的額定電流為10AC.電能表使用時的電壓必須是220VD.拍照片時，小明家已消耗的電能為7624J【答案】B【解析】該電能表的脈沖輸出為“3200imp/(kW·h)”，表示用電1kW·h表盤上耗電指示燈閃爍3200次?！?20V”表示電能表在220V電路中正常使用，但由于家庭電路電壓有波動，所以稍大于或略小于220V時，也能工作?！?0A”表示該電能表的額定電流是10A。電能表讀數使用的單位是千瓦時而不是焦，故該電能表的讀數為7624kW·h。2、下列關于電能和電功的說法，不正確的是（）A.電燈主要把電能轉化為光能，為我們照明B.“消耗了多少電能”和“電流做了多少功”兩種說法是-一樣的C.電能可以轉化成多種其他形式的能量D.通過導體的電流越大，電流做功一定越多【答案】D【解析】電燈通電后主要把電能轉化為光能；電流做了多少功，就把多少電能轉化為其他形式的能；選項A、B、C正確。電流做功除與電流大小有關外，還與時間的長短和電壓高低有關。故選D。3、下列裝置在正常工作時，可將電能轉化為機械能的是（）A.電褥子B.發(fā)電機C.洗衣機D.電暖氣【答案】C【解析】要認清能量變化前后的形式。電褥子把電能轉化為內能；發(fā)電機把機械能轉化為電能；電暖氣把電能轉化為內能。4、小明利用電能表測量某一家用電器的電功率。當電路中只有這一個用電器連續(xù)工作時，測得在1h內，消耗的電能為1.2kW·h，那么這個用電器是（）A.電冰箱B.普通白熾燈C.彩色電視機D.掛壁式空調【答案】D【解析】根據P=W/t，可以求出該電器的電功率，經分析只有選項D中掛壁式空調的功率符合。5、甲用電器標有“220V20W”，乙用電器標有“220V60W”，它們都在額定電壓下工作，則下列判斷中正確的是（）A．甲用電器做功一定多B．做相同的功，甲用電器用的時間一定少C．乙用電器做功一定多D．相同時間內，乙用電器做的功一定多【答案】D【解析】額定電壓下，甲用電器的電功率為20W，乙用電器的功率為60W。AC、由W＝Pt可知，電流做功的多少與通電時間有關，故AC不正確；B、根據t=WD．根據W＝Pt可知，相同時間內，乙用電器完成的功一定多，故D正確。故選：D。6、甲用電器標著“220V60W”，乙用電器上標著“36V60W”，它們都在額定電壓下工作，則下列判斷中正確的是（）A．甲用電器做功一定多B．乙用電器做功一定慢C．完成相同的功，甲用電器用時間一定多D．相同時間內，甲乙用電器消耗的電能一樣多【答案】D【解析】甲、乙用電器在額定電壓下工作時的功率均為60W。A．由W＝Pt可知，電流做功的多少與通電時間有關，故A不正確；B．電功率是表示電流做功快慢的物理量，甲乙用電器的功率相同，做功一樣快，故B不正確；C．根據W＝Pt可知，完成相同的功，兩用電器用的時間一樣多，故C不正確；D．根據W＝Pt可知，相同時間內，甲乙用電器消耗的電能一樣多，故D正確。故選：D。7、時下主流華為P40手機，手機內置4200mAh電池，支持40W快充和27W無線快充。其中的mAh是物理量的單位；若手機待機時的電流約為6mA，則這種充滿電的鋰電池待機時間是h?！敬鸢浮侩姾闪?；700?！窘馕觥縨A為電流單位，h為時間單位，則由Q＝It可知，mA?h為電荷量的單位；根據I＝可知，鋰電池待機時間為：t＝＝＝700h。8、小米新款手機電池容量為4500mA?h，電池電壓為4V，標配30W超級快充技術，它充滿電后，大約儲存的電能為J．使用該手機的超級快充功能，假設充電效率為90%，分鐘即可從零充滿?！敬鸢浮?.48×104；40?！窘馕觥浚?）充電寶充滿電后儲存的電能：W＝UIt＝4V×4500×10﹣3A×3600s＝6.48×104J。（2）根據η＝可得，消耗的電能為：W充＝＝＝7.2×104J；由P＝可得，從零充滿需要的時間：t＝＝＝2400s＝40min。9、華為手機的超級快充充電器最大充電電流可達5A．現有華為某一型號的電池，容量為4000mAh，假設充電器始終以最大充電電流充電，且把電池充滿，只需要min．充電過程中將電能轉化為能。如果將此電池電量全部用完，然后停下家里其它用電器，只給手機充電，充滿后發(fā)現標有“3000revs/（kW?h）”字樣的電能表表盤轉了63轉，則充電消耗的電能J?！敬鸢浮?8；化學；7.56×104?！窘馕觥浚?）已知該充電器最大充電電流I＝5A＝5×103mA，電池的容量為4000mAh，由I＝可得把電池充滿電，所需的時間：t＝＝＝0.8h＝48min；（2）電池在充電過程中，將電能轉化為化學能儲存在電池中；（3）“3000revs/（kW?h）”表示電路中每消耗1kW?h的電能，電能表的轉盤轉過3000r，則電能表轉盤轉了63轉，則充電消耗的電能：W＝kW?h＝0.021kW?h＝7.56×104J。10、如圖所示甲是小燈泡L和電阻R的I﹣U圖象。將小燈泡L和電阻R接入圖乙所示的電路中，只閉合開關S1時，電流表的示數為0.5A，則電源電壓為V。再閉合開關S2，電流表示數為A，1min內電流對電阻R所做的功為J?！敬鸢浮?；0.7；24?！窘馕觥浚?）只閉合開關S1時，電路為燈泡L的簡單電路，由圖象可知，當IL＝0.5A時，UL＝2V，即電源電壓為2V；（2）再閉合開關S2時，燈泡L與R并聯(lián)，電流表測干路電流，因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，所以，UR＝UL＝U＝2V，由甲圖R的I﹣U圖象和L的I﹣U圖象可知，此時通過R的電流IR＝0.2A，通過燈泡L的電流IL＝0.5A，因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，所以干路電流：I＝IL+IR＝0.5A+0.2A＝0.7A；1min內電流對電阻R所做的功為：W＝UIt＝2V×0.2A×60s＝24J。1、如圖所示分別是小英家上月初和上月末電能表的示數。結合表盤上的信息可知，下列選項中正確的是（）A．小英家家庭電路中的干路電流不得超過10A B．小英家上個月消耗的電能為1011kW?h C．電能表上指示燈閃爍320次，表示家庭電路消耗電能0.2J D．電能表上指示燈閃爍的次數越多，說明電路中消耗的電能越多【解析】A、由圖知電能表允許通過的最大電流為40A，因此小英家干路中的電流不得超過40A，故A錯誤；B、小英家上月消耗的電能為：5647.8kW?h﹣5546.7kW?h＝101.1kW?h，故B錯誤；C、指示燈閃爍320次消耗的電能：W＝kW?h＝0.2kW?h；故C錯誤；D、1600imp/kW?h表示每消耗1kW?h的電能，指示燈閃爍1600次，電能表上指示燈閃爍的次數越多，則電路中消耗的電能越多，故D正確。故選：D。2、如圖所示的電路中，電源兩端電壓保持不變，兩個定值電阻的阻值R1＞R2，閉合開關S，電阻R1、R2兩端的電壓分別為U1、U2，通過兩個電阻的電流分別為I1、I2，它們的實際電功率分別為P1、P2，相等時間內它們消耗的電能分別為W1、W2，下列判斷中正確的是（）A．I1＞I2B．U1＝U2 C．P1＞P2 D．W1＞W2【解析】由圖可知，閉合開關S后，電阻R1、R2并聯(lián)，因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓與電源電壓相等，則U1＝U2，故B正確；由題知，R1＞R2，且電壓相等，由I＝可知I1＜I2；故A錯誤；因為U1＝U2，I1＜I2，所以由P＝UI可知，它們的電功率關系為：P1＜P2；故C錯誤；由W＝Pt可知，相同時間t內它們消耗的電能關系為：W1＜W2；故D錯誤。故選：B。3、小明對新型LED燈帶很好奇，取一段剖開后發(fā)現，燈帶中的LED燈是串聯(lián)后通過電源適配器接入照明電路的。他取下其中一只LED燈接在3V電源兩端，燈不亮，對調電池正負極后亮了，用手試摸，點亮的燈幾乎不發(fā)熱。以下推斷符合上述事實的是（）A．單只LED燈的工作電壓是220V B．LED燈主要是將電能轉化為內能 C．LED燈應用了半導體材料 D．燈帶中一只燈斷路后其他燈還能亮【解析】A、單只LED燈接在3V電壓下發(fā)光，所以其工作電壓不是220V，故A錯誤；B、用手試摸，點亮的燈幾乎不發(fā)熱，所以電能主要轉化成光能，故B錯誤；C、電池正負極沒對調之前燈不發(fā)光，對調后發(fā)光，說明LED燈有單向導電性，即利用半導體材料制成的，故C正確；D、燈帶中的LED燈是串聯(lián)后通過電源適配器接入照明電路的，燈帶中一只燈斷路后，其它都不能發(fā)光，故D錯誤。故選：C。4、電視機可以用遙控器關機而不用斷開電源，這種功能叫做待機功能。這一功能給人們帶來了方便，但很少有人注意到在待機狀態(tài)下電視機仍然要消耗電能。例如小明家的一臺34寸彩色電視機的待機功率大約是10W，假如他家電視機平均每天開機4h，看完電視后總是用遙控器關機而不切斷電源。試估算小明家一年（365天）中因這臺電視機待機浪費的電能約為（）A．2.6×108J B．2.6×107J C．3.2×105J D．5.3×107J【答案】A【解析】電視機待機功率P＝10W＝0.01kW，則每天待機消耗的電能為W0＝Pt＝0.01kW×（24h﹣4h）＝0.2kW?h；每年消耗的電能為W＝365W0＝365×0.2kW?h＝73kW?h≈2.6×108J。故選：A5、現有兩個定值電阻R1和R2（R1＞R2），按照如圖所示的四種方式，分別接到電壓恒為U的電源兩端工作相同的時間。則四個電路中電流做功大小關系正確的是（）A．W甲＞W乙＞W丙＞W丁 B．W甲＞W丙＞W?。網乙 C．W丙＞W丁＞W乙＞W甲 D．W乙＞W?。網丙＞W甲【答案】D【解析】因串聯(lián)電路中總電阻大于任何一個分電阻、并聯(lián)電路中總電阻小于任何一個分電阻，且R1＞R2，所以，四個電路中的總電阻關系為：R甲＞R丙＞R丁＞R乙，因電源的電壓恒為U，且工作時間相等，所以，由W＝UIt＝t可知，四個電路中電流做功大小關系為W乙＞W?。網丙＞R甲。故選：D。6、在“探究電功與哪些因素有關”的實驗中，小惠連接了如圖所示的電路，以下說法中錯誤的是（）A．此電路探究的是電功與電壓的關系 B．實驗中，通過燈泡的亮度反映電功的大小 C．滑動變阻器在電路中起到保護電路的作用 D．移動滑動變阻器的滑片從而改變電流，可以進一步探究電功與電流的關系【解析】由電路圖可知，兩燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，兩電壓表分別測兩燈泡兩端的電壓。A、因串聯(lián)電路中各處的電流和通電時間相等，所以根據W＝UIt可知，此電路可以探究電功與電壓的關系，故A正確；B、燈泡越亮、實際功率越大，在相同時間里消耗的電能越多，電流做功越多，所以我們可以通過燈泡的亮度來比較相同時間內電流做功的多少，故B正確；C、滑動變阻器在電路中起到保護電路的作用，故C正確；D、探究電功與電流的關系時，應控制電壓和通電時間相同，移動滑動變阻器的滑片時，通過燈泡的電流和燈泡兩端的電壓均改變，所以不能探究電功與電流的關系，故D錯誤。故選：D。7、同學們猜想影響電流做功多少的因素有：用電器兩端的電壓、通過用電器的電流和通電時間。如圖（a）、（b）所示是小明實驗小組的實驗電路圖。（1）此實驗是根據來比較相同時間內電流做功的多少，L1、L2兩只燈泡的規(guī)格應（選填“相同”或“不同”）；（2）在圖（a）電路中，甲、乙兩燈串聯(lián)，主要是為了控制相同，從而研究電流做功多少與的關系；在圖（b）電路中，觀察到L1燈較L2燈暗，甲電流表的示數小于乙電流表的示數，由此可以得到的結論是?！敬鸢浮浚?）燈泡的亮暗程度；不同；（2）電流與通電時間；電壓；在電壓、通電時間相同時，電流越大，電流做功越多。【解析】（1）本實驗中，燈泡越亮，電流通過，燈泡做的功越多，因此可以通過觀察比較燈泡的亮暗程度來比較電流做功多少，故L1、L2兩只燈泡的規(guī)格應不同；（2）因為甲圖中兩燈泡串聯(lián)，根據串聯(lián)電路電流的規(guī)律，電流與通電時間相同；因燈的規(guī)格不同，由歐姆定律，而兩燈泡兩端電壓不相等，因此探究電流做功的多少與電壓的關系；兩燈泡并聯(lián)，兩燈的電壓相同；甲電流表測通過L1的電流，電流表乙測量通過L2的電流；L1燈較L2燈暗，在相同時間內，通過L1燈的電流做功小，因甲電流表的示數小于乙電流表的示數，故得出的結論：在電壓、通電時間相同時，電流越大，電流做功越多。8、小敏家住某5層公寓樓中的4樓，當他在1樓按下樓道燈開關，5盞“220V12W”的樓道燈全部點亮，然后延時60秒均自動關閉，他正常每登一層樓所需時間為12秒，小敏意識到樓道燈這樣的工作方式有些浪費電能，對樓道電路進行設計，改進電路如圖，K為啟動延時開關，S為感應跳轉開關，K按下時S接通觸點1、2，S感應到人到2樓，跳轉至觸點2、3，感應到人到3樓，跳轉至觸點3、4……跳轉后若20秒后感應不到人，則K斷開。(1)按照原先樓道燈的工作方式，小敏正常上樓回家一次，樓道燈一共消耗多少電能?___________。(2)改進后的方案中，S跳轉前后，通過啟動延時開關的電流大小___________(填“增大”“減小”或“不變”)，小敏正常上樓回家一次，比原來節(jié)約多少電能?___________?！敬鸢浮?1)3600J(2)不變2256J【解析】(1)按照原先樓道燈的工作方式，小敏正常上樓回家一次，樓道燈一共消耗的電能為W=Pt=5×12W×60s=3600J；(2)由題意可知，每盞燈的規(guī)格相同，它們都能各自獨立工作，工作時的電流是相同的，即電流不變；一樓燈消耗的電能：W1=P1t1=12W×12s=144J；二樓燈消耗的電能W2=P2t2=12W×24s=288J；三樓燈消耗的電能：W3=P3t3=12W×24s=288J；四樓燈消耗的電能：W=P4t4=12W×(12s+20s)=384J；五樓燈消耗的電能：W5=P5t5=12W×20s=240J；W總=W1+W2+W3+W4+W5=1344J；節(jié)約的電能：3600J-1344J=2256J。9、筆記本電腦已進入尋常百姓家庭，出差旅游時常隨身攜帶。出于安全考慮，民航局規(guī)定，乘客可隨身攜帶0.16kW·h以下的可充電設備。目前，部分航空公司已允許乘客在非起降時間段、有條件地使用筆記本電腦等便攜電子設備。請回答下列問題：(1)某旅客