15.1电能表与电功-2023-2024学年九年级物理下册同步精品讲义及练习

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2023-2024学年九年级物理下册同步讲义及练习

15.1 电能表与电功

姓名：_________ 班级：_________ 学号：_________

【知识梳理】

一、电能

1．电能：电流具有的能量（类比机械能、内能，都是能量，都能对外做功，产生能量的转化）

2．电能的来源：发电厂、电池等将不同形式的能转化成电能

3．电能的利用：各类用电器将电能转化成其他形式的能

4．（1）电能的单位：国际单位：焦耳（J）；

（2）生活中的电能单位：千瓦时（kW·h），俗称“度”。

（3）单位换算：1kW·h=3.6×10⁶J。

二、电能表

1．电能表：电能表是测量用户用电器在某一段时间内消耗电能的仪器。常见的电能表如下图。

2．感应式电能表参数

（1）220V：表示该电能表在220V的电路中使用；

（2）10A：表示这个电能表的标定电流为10A；

（3）(20A)：表示通过电能表的电流在短时间应用时允许大些，但不能超过20A；

（4）50Hz：表示这个电能表在50赫兹的交流电路中使用；

（5）3000r/kW·h：表示电能表的转盘转过3000转时，接在电路里的用电器消耗的电能是1kW·h。

3．电子式电能表参数

1600imp/(kW·h)：表示电能表上的指示灯闪烁1600次，接在电路里的用电器消耗的电能是1kW·h。

其余参数含义与感应式电能表相同。

4．电能表的读数

（1）电能表中最后一个框内读数为小数位，如上图中读数为：5546.7kW·h

（2）读数方法：电能表上显示的数字是从该电能表开始启用就记录的累计值，要求一段时间内消耗的电能，需读出这段时间开始和结束的电能表读数，再求出两次电能表读数之差，即为该段时间消耗的电能。

5．电能表的计算

公式：

n：电能表转盘实际转过的圈数或指示灯闪烁的次数。

N：电路每消耗1kW·h，电能表转过的圈数或指示灯闪烁的次数。

三、电功

1．定义：电流通过某段电路所做的功叫电功。

2．实质：电流做功的过程，实际就是电能转化为其他形式的能（消耗电能）的过程；电流做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，就消耗了多少电能。

3．电流做功的形式：电流通过各种用电器使其转动、发热、发光、发声等都是电流做功的表现。

4．实验：探究电流做功多少与哪些因素有关

（1）探究电流做功与电压的关系。实验电路图如图所示：

①实验方法：

控制变量法：控制通过灯泡的电流和通电时间相同

转换法：将电流做功的多少转化为灯泡的亮度

②实验步骤：将两个不同规格的灯泡串联，使得通过两个灯泡的电流相等，通过调节滑动变阻器，使得两个灯泡发光明显，读取两个灯泡两端的电压大小，比较两个灯泡的亮度

③结论：电流大小、通电时间相同时，电路两端的电压越大，电流做的功越多。

（2）探究电流做功与电压的关系。实验电路图如图所示：

①实验方法：

控制变量法：控制灯泡两端的电压和通电时间相同

转换法：将电流做功的多少转化为灯泡的亮度

②实验步骤：将两个不同规格的灯泡并联，使得两个灯泡两端的电压相等，通过调节滑动变阻器，使得两个灯泡发光明显，读取通过两个灯泡的电流大小，比较两个灯泡的亮度

③结论：电压大小、通电时间相同时，通过电路的电流越大，电流做的功越多。

5．经研究发现：电流在某段电路上所做的功，等于这段电路两端的电压，电路中的电流和通电时间的乘积。

6．计算公式：

（1）定义式：（适用于所有电路）

公式中的单位：I→安（A）；U→伏（V）；t→秒（s）；W→焦（J）。

（2）对于纯电阻电路结合欧姆定律可推导出：

注意：①纯电阻是指只将电能转化为内能的电阻或用电器。如电灯、电烙铁、电饼铛、电热毯等用电器，欧姆定律适用。

②非纯电阻是指将电能转化为内能和其他形式的能的用电器。如电风扇、电动机，欧姆定律不适用。

【易错点】

电池容量的单位为mA·h，由单位可以看出，该单位由电流和时间单位相乘得到，它体现了电池供电的能力。例如某电池容量为5000mA·h，可将电池容量拆分为电流与时间相乘的形式，比如500mA×10h，含义为以500mA的电流输出，可供电10h，也可拆分为125mA×40h，含义为以125mA的电流输出，可供电40h。而电流和时间的拆分是任意的，因此就可以根据电池的输出电流估算其可供电的时间。当我们要求电池储存的电能时，只要已知电池的电压，就可利用W=UIt计算出储存的电能。例如某手机电池，3.7V，5000mA·h，其储存的电能为3.7V×5000mAh=3.7V×5000mA×1h=3.7V×5A×3600s=66600J。

【规律总结】

1．串联电路中常用公式：可推导出：

2．并联电路中常用公式：可推导出：

3．无论用电器串联或并联。计算在一定时间所做的总功。常用公式：

【典例分析】

1．下列用电器工作时，消耗的电能主要转化为机械能的是（　　）

A．计算器                  B．电视机                   C．日光灯                  D．电风扇

2．如图所示为单相电子式电能表，下列说法正确的是（　　）

A．允许通过的最大电流为10A

B．指示灯闪2500次表示用电器消耗电能1J

C．此时的示数为

D．主要用来测量用电器一段时间消耗的电能

3．如图甲所示的电路中，电源电压保持不变，滑动变阻器的滑片P从a端移到b端，电压表示数随滑动变阻器R₂阻值变化的图像如图乙所示，则电源电压为_____V，定值电阻R₁的阻值为_____Ω，滑片P在b端时，通电5s电流对R₁做的功为_____J。

4．如图电源电压恒定，闭合S₀。当S闭合、甲、乙两表为电压表时，两表示数之比U_甲∶U_乙＝7∶5；当S断开、甲、乙两表为电流表时，两表示数之比I_甲∶I_乙＝______，此时电流通过R₁、R₂做功之比W₁∶W₂＝______。

5．某手机锂电池上面标明电压为3.7V，容量为3000mA•h，则它充满电后存储的电能为___________J，该手机的待机电流为15mA，则该手机最长待机时间为__________h。在充电过程中，将___________能转化为___________能储存。

【夺冠训练】

一、单选题

1．下列说法中正确的是（　　）

A．电饭锅工作时，将内能转化为电能 

B．电风扇工作时，将机械能转化为电能

C．干电池给灯泡供电时，将电能转化为化学能

D．给干电池充电时，将电能转化为化学能

2．如图所示，为小乐同学老家用的机械式电能表的示意图，下列说法不正确的是（　　）

A．如图中时刻所示，电能表的读数为8633.5kW•h

B．家中干路中的总电流为20A时，该电能表可以工作

C．每消耗1kW•h的电能，电能表的转盘转3600圈

D．这种电能表，读数数字的单位是kW•h

3．在“探究电功与哪些因素有关”的实验中，小惠连接了如图所示的电路，以下说法中错误的是（　　）

A．此电路探究的是电功与电压的关系

B．移动滑动变阻器的滑片从而改变电流，可以进一步探究电功与电流的关系

C．实验中，通过灯泡的亮度反映电功的大小

D．滑动变阻器在电路中起到保护电路的作用

4．R₁=5Ω、R₂=10Ω，将R₁、R₂串联后接在3V的电源上，通电1min。通过R₁的电流为I₁，R₁消耗的电能为W₁；通过R₂的电流为I₂，R₂消耗的电能为W₂。则I₁：I₂和W₁：W₂，下列选项正确的是（　　）

A．1：21：2       B．2：12：1    C．1：12：1    D．1：11：2

5．电流通过一用电器（如旋转灯），在1s内产生的内能是150J，光能是100J，机械能是50J，则电流做功为（　　）

A．100J                      B．150J                      C．250J                      D．300J

二、填空题

6．小聪家的电能表表盘如图，关闭家中其它的用电器，让电热水壶单独烧水，一段时间后，电能表的转盘转了600r，则这段时间内电水壶所消耗的电能为______kW·h，此时电能表计数器上的示数为__________。

7．在“探究影响电流做功多少的因素”活动中，同学们设计了如图甲、乙、丙三个电路，实验中通过观察______来反映电流做功的多少；认为不应该选择图甲电路，原因是当改变灯泡两端电压时，________；为研究电流做功与电压的关系，应该选择图___________（选填“甲”、“乙”或“丙”）所示的电路。

8．如图甲所示，电压U＝12V，灯泡L正常发光时的阻值为6Ω，其电流与电压的关系如图乙所示，滑动变阻器R的最大阻值为10Ω，则灯泡正常发光时，滑动变阻器在10s内消耗的电能为 _____J。

9．如图甲所示，电源电压保持不变，闭合开关S，在滑动变阻器的滑片P从b点向左移动到某点的过程中，两个电压表的示数随电流表的示数变化的图像如图乙所示。当滑动变阻器的电阻丝接入电路的长度为总长度的时，通电10s，该电路消耗的电能为 _____J。

10．现有两个电阻，并联在同一电路中，在相同时间内电流做的功______；若串联在同一电路中，电流做的功______。（填“”“”或“”）

11．（2021·甘肃平凉·九年级期中）华为公司推出首款5G折叠屏MateX手机，手机的锂电池上面标有电压为3.7V，容量为4500mA•h，则它充满电后存储的电能为 ___________J，若该手机的使用时电流为900mA，则该手机最长使用时间为 ___________h。

三、实验题

12．在做“探究影响电流做功多少的因素”实验时，如图是进行该探究的电路之一。

（1）可以根据_____比较相同时间内电流做功的多少；

（2）由如图所示电路，可探究电流做功多少与______的关系；

（3）小明正确操作，验证了实验的结论，支持该结论的实验现象是______；

（4）另一组的同学连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭。检查后发现连线正确，请你找出实验中两个操作不当之处：

① _____________________ ；② ___________________ 。

…………

参考答案

【典例分析】

1．D

【详解】A．计算器在工作时，消耗的电能主要转化为光能，故A不符合题意；

B．电视机在工作时，消耗的电能主要转化为光能、声能，故B不符合题意；

C．日光灯在工作时，消耗的电能主要转化为光能，故C不符合题意；

D．电风扇在工作时，消耗的电能主要转化为机械能，故D符合题意。

故选D。

2．D

【详解】A．由10（20）A可知，10A为标定电流，允许通过的最大电流是20A，故A错误；

B．表示电路中的用电器消耗电能，电能表的指示灯闪烁2500次，所以指示灯闪烁2500次表示用电器消耗电能，故B错误；

C．电能表显示表盘上最后一位是，所以此时的示数是，故C错误；

D．电能表是测量电路中用电器消耗的电能的仪表，主要用来测量用电器一段时间消耗的电能，故D正确。

…………