(含答案)电功.电热.电功率

电功、电热、电功率

一、基础知识 1、电功

(1) (2)公式：W ＝qU ＝(适用于任何电路) ．

(3) 2、电功率

(1)定义：单位时间内电流做的功，表示电流做功的快慢． (2)公式：P ＝W /t ＝(适用于任何电路) ． 3、焦耳定律

(1)电热：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比．

(2)计算式：Q ＝I 2Rt . 4、热功率

(1)定义：单位时间内的发热量． Q

(2)表达式：P ＝I 2t 理解

1、电功是电能转化为其他形式能的量度，电热是电能转化为内能的量度． 计算电功时用公式W ＝IUt ，计算电热时用公式Q ＝I 2Rt .

2、从能量转化的角度来看，电功和焦耳热之间的数量关系是W ≥Q 、UIt ≥I 2Rt .

(1)纯电阻电路：如电炉等构成的电路，电流做功将电能全部转化为内能，此时有W ＝Q . U 2

计算时可任选一公式：W ＝Q ＝Pt ＝I Rt ＝UIt t .

R

2

(2)非纯电阻电路：如含有电动机、电解槽等的电路，电流做功除将电能转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有W >Q . 电功只能用公式W ＝UIt 来计算，焦耳热只能用公式Q ＝I 2Rt 来计算．对于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用． 二、练习

1、如图所示是横截面积、长度均相同的甲、乙两根电阻丝的I －R 图象．现将甲、乙串联后接入电路中，则

( )

A ．甲电阻丝两端的电压比乙电阻丝两端的电压小 B ．甲电阻丝的电阻率比乙电阻丝的电阻率小

图8

C ．在相同时间内，电流通过乙电阻丝产生的焦耳热少 D ．甲电阻丝消耗的电功率比乙电阻丝消耗的电功率少

答案 C

解析 若将两电阻丝串联接入电路中，由于通过两电阻丝的电流相同，由题图可知，此时甲的电阻大于乙的电阻，所以甲电阻丝两端的电压比乙电阻丝两端的电压大，A 错误；由于两电阻丝的横截面积、长度均相同，故甲电阻丝的电阻率比乙电阻丝的电阻率大，B 错误；由Q ＝I 2Rt 可知，在相同时间内，电流通过乙电阻丝产生的焦耳热少，C 正确；由P ＝I 2R 可知，D 错误．

2、(2012·上海单科·13) 当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C ，消耗的电能为0.9 J．为在相同时间内使0.6 C 的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是 A ．3 V,1.8 J C ．6 V,1.8 J 答案 D

解析 设两次加在电阻R 上的电压分别为U 1和U 2，通电的时间都为t . 由公式W 1＝U 1q 1U 2t U 2和W 1＝可得：U 1＝3 V，0.1. 再由W 2＝U 2q 2和W 2＝t 可求出：U 2＝6 V，W 2

R R R ＝3.6 J，故选项D 正确．

3、(2012·浙江理综·17) 功率为10 W的发光二极管(LED灯) 的亮度与功率为60 W的白炽灯相当．根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰．假设每户家庭有2只60 W的白炽灯，均用10 W的LED 灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近 A ．8×108 kW·h C ．8×1011 kW·h 答案 B

解析 按每户一天亮灯5小时计算，每户一年节省的电能为(2×60－2×10) × 103×5×365 kW·h ＝182.5 kW·h ，假设全国共有4亿户家庭，则全国一年节省的电能为

－

( )

B ．3 V,3.6 J D ．6 V,3.6 J

( )

B ．8×1010 kW·h D ．8×1013 kW·h

182.5×4×108 kW·h ＝7.3×1010 kW·h ，最接近于B 选项，故选项B 正确，选项A 、C 、D 错误．

4、(2011·全国·17) 通常一次闪电过程历时约0.2 s～0.3 s，它由若干个相继发生的闪击构成．每个闪击持续时间仅40 μs～80 μs，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中．在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109 V，云地间距离约为1 km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6 C ，闪击持续时间约为60 μs.假定闪电前云地间的电场是均匀的．根据以上数据，下列判断正确的是 A ．闪电电流的瞬时值可达到1×105 A B ．整个闪电过程的平均功率约为1×1014 W C ．闪电前云地间的电场强度约为1×106 V/m

( )

D ．整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J 答案 AC

q 65

解析 由电流的定义式I ＝知I ＝A 正确；整个闪电过程的平均－A ＝1×10 A，t 60×10W qU 6×1.0×10U 功率P ＝＝ W ＝3×1010 W(t 代入0.2 s或0.3 s)，B 错误；由E ＝＝

t t 0.2d 1.0×109

106 V/m，C 正确；整个闪电过程向外释放的能量为电场力做的功W ＝ V/m＝1×1×10

qU ＝6×109 J，D 错误．

5、如图所示的电路中，输入电压U 恒为12 V，灯泡L 上标有“6 V，12 W”字样，电动机线圈的电阻R M ＝0.5 Ω.若灯泡恰能正常发光，以下说法中正确的是 A ．电动机的输入功率为12 W B ．电动机的输出功率为12 W C ．电动机的热功率为2 W D ．整个电路消耗的电功率为22 W 答案 AC

解析 电动机为非纯电阻电器，欧姆定律对电动机不再适用，灯泡L 正常发光，则I L ＝P 灯

＝2 A，所以电路中的电流I ＝2 A，故整个电路消耗的总功率P 总＝UI ＝24 W，D 错；U 灯

电动机的输入功率等于P 总－P 灯＝12 W，A 对；电动机的热功率P 热＝I 2R M ＝2 W，输出功率P 出＝12 W－2 W＝10 W，B 错，C 对．

6、电阻R 和电动机M 串联接到电路中，如图所示，已知电阻R 跟电动机线圈的电阻值相等，电键接通后，电动机正常工作，设电阻R 和电动机M 两端的电压分别为U 1和U 2，经过时间t ，电流通过电阻R 做功为W 1，产生热量为Q 1，电流通过电动机做功为W 2，产生热量为Q 2，则有( ) A ．U 1Q 2 答案 A

解析 电动机是非纯电阻，其两端电压U 2>IR ＝U 1，B 错；电流做的功W 1＝IU 1t ，W 2＝IU 2t ，因此W 1

( )

B ．U 1＝U 2，Q 1＝Q 2 D ．W 1

( )

9

A ．电炉放出的热量与电动机放出的热量相等 B ．电炉两端电压小于电动机两端电压 C ．电炉两端电压等于电动机两端电压 D ．电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率

解析 电炉是纯电阻，电动机是非纯电阻，由于电炉和电动机构成串联电路，二者的电流相等，则电炉两端电压小于电动机两端电压，又Q ＝I 2Rt ，故A 、B 正确，C 、D 错误． 答案 AB

8、如图所示为一未知电路，现测得两个端点a 、b 之间的电阻为R ，若在a 、b 之间加上电压U ，测得通过电路的电流为I ，则该未知电路的电功率一定为( ) A ．I R C ．UI 答案 C

解析 不管电路是否为纯电阻电路，电路的电功率一定为P ＝UI ，选项C 正确；只有电U 2

路为纯电阻电路时，才有P ＝UI ＝I R ＝，故A 、B 错误；而UI －I 2R 为电能转化为其

R

2

2

U 2B. R

图5

D ．UI －I 2R

他形式能的功率，故D 错误．

9、在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路．调节滑动变阻器R 并控制电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50 A和2.0 V．重新调节R 并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A和24.0 V．则这台电动机正常运转时输出功率为

( )

B ．44 W C ．47 W D ．48 W

A ．32 W 答案 A

解析 当电动机停止转动时，此时电动机相当于一个纯电阻，所以由题中的两表读数，U

可以计算出电动机的内阻为r ＝r ＝4 Ω，重新调节R 并使电动机恢复正

I 常运转，根据题中的两表读数，计算出电动机的输出功率为P ＝UI －I 2r ，代入数据得P ＝32 W，B 、C 、D 错误，A 正确．

10、如图所示，电源电动势E ＝8 V，内电阻为r ＝0.5 Ω，“3 V,3 W”

的灯泡L 与电动机M 串联接在电源上，灯泡刚好正常发光，电动 机刚好正常工作，电动机的线圈电阻R 0＝1.5 Ω.下列说法中正确的 是

( )

B ．电源的输出功率是8 W

A ．通过电动机的电流为1.6 A

C ．电动机消耗的功率为3 W薄 D ．电动机的输出功率为3 W 答案 D

解析 “3 V,3 W”的灯泡L 与电动机M 串联，说明通过灯泡与电动机的电流相等，其电流大小为I L ＝

P 3

A ＝1 A；路端电压U ＝E －Ir ＝8 V－1×0.5 V＝7.5 V，电源的输U L 3

出功率P 出＝UI ＝7.5×1 W＝7.5 W；电动机消耗的功率为P M ＝P 出－P L ＝7.5 W－3 W＝

24.5 W；电动机的热功率为P 热＝I L R 0＝12×1.5 W＝1.5 W；电动机的输出功率为P M －

P 热＝4.5 W－1.5 W＝3 W；本题答案为D.

11、如图所示，一直流电动机与阻值R ＝9 Ω的电阻串联在电源上，

电源电动势E ＝30 V，内阻r ＝1 Ω，用理想电压表测出电动机 两端电压U ＝10 V，已知电动机线圈电阻R M ＝1 Ω，则下列 说法中正确的是( )

A ．通过电动机的电流为10 A B ．电动机的输入功率为20 W C ．电动机的热功率为4 W D ．电动机的输出功率为16 W 答案 BCD

解析 由E ＝30 V，电动机两端电压为10 V可得R 和电源内阻上分担电压为20 V，则I ＝

20

A ＝2 A，故A 错误；电动机输入功率P ＝UI ＝10 V×2 A＝20 W，故B 正确；9＋1

P 热＝I 2R M ＝4×1 W＝4 W，故C 正确；P 输出＝P －P 热＝20 W－4 W＝16 W，故D 正确． 12、一台小型电动机在3 V电压下工作，用此电动机提升所受重力为4 N的物体时，通过它

的电流是0.2 A．在30 s内可使该物体被匀速提升3 m．若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求： (1)电动机的输入功率；

(2)在提升重物的30 s内，电动机线圈所产生的热量； (3)线圈的电阻．

答案 (1)0.6 W (2)6 J (3)5 Ω

解析 (1)电动机的输入功率 P 入＝UI ＝3×0.2 W＝0.6 W. 3

(2)电动机提升重物的机械功率 P 机＝F v ＝4W ＝0.4 W.

30

根据能量关系P 入＝P 机＋P Q ，得热功率 P Q ＝P 入－P 机＝(0.6－0.4) W＝0.2 W. 所产生的热量Q ＝P Q t ＝0.2×30 J＝6 J.

Q 6

(3)根据焦耳定律Q ＝I 2Rt ，得线圈的电阻 R ＝＝ Ω＝5 Ω.

I t 0.2×3013、如图1所示，用输出电压为1.4 V，

输出电流为100 mA的充电器对内阻为2 Ω的镍－氢电池充电．下列 说法正确的是

( )

A ．电能转化为化学能的功率为0.12 W B ．充电器输出的电功率为0.14 W

C ．充电时，电池消耗的热功率为0.02 W D ．充电器把0.14 W 的功率储存在电池内 ABC

解析 充电器对电池的充电功率为P 总＝UI ＝0.14 W，电池充电时的热功率为P 热＝I r ＝0.02 W，所以转化为化学能的功率为P 化＝P 总－P 热＝0.12 W，因此充电器把0.12 W的功率储存在电池内，故A 、B 、C 正确，D 错误．

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