家庭电路电功率_第七讲,电功率和家庭电路
时间：2019-02-02 03:26:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
本讲要求理解电功、电功率的概念,掌握电功、电功率的计算,知道电能表的用途及读数方法,理解焦耳定律;知道家庭电路的组成,认识测电笔构造及应用,掌握触电的原因和安全用电的常识 .
一、热点扫描
1.电功是电流所做的功,也就是消耗的电能,其数值等于转化成其他形式的能.电功的计算公式为W=UIt,单位为J(焦).实用单位为kW・h(千瓦时),1kW・h=3.6×106J.在家庭电路中用电能表测量电功.
2.电功率是电流在单位时间内所做的功,表示电流做功的快慢.电功率的计算公式为P=UI,单位为W(瓦).此外还有kW(千瓦)和mW(毫瓦).1kW=103W,1mW=10-3W.
电功和电功率的换算关系W=Pt,P=■.
上述公式普适所有电路,各量均对同一段电路、同一时间而言.
3.对于纯电阻电路,可运用欧姆定律公式I=■及其变形式U=IR得到W=I 2Rt、W=■t及P=I 2R、P=■四式.
对于电能全部转化为内能的纯电阻电路(如电炉、电烙铁、电饭锅等电热器),上述第一式常表示为Q=W=I 2Rt,这就是焦耳定律的表达式(电热公式).
4.对于非纯电阻电路(如电扇、电动机、日光灯、高压输电线路等)的电功和电功率,只能按W=Pt=UIt和P=■=UI计算.这种电路中电能转化为内能的部分可用Q=I 2Rt计算,但不能用Q=■t计算.
5.串联电路中,电阻上消耗的功率与电阻成正比;并联电路中,电阻上消耗的功率与电阻成反比.所以电功率究竟和电阻成正比还是反比,这要看清前提条件,是电流不变还是电压不变.
6.用电器的铭牌上所标有的电压值和电功率值是指用电器正常工作时的电压和电功率,称为用电器的额定电压和额定功率.
用电器实际工作时的电压和电功率称为用电器的实际电压和实际功率,不同实际电压对应不同的实际功率.一个用电器只有一个额定功率,而实际功率则随着实际电压的改变而改变.
7.伏安法测小灯泡的电功率跟用伏安法测电阻的原理、器材、电路图、操作步骤、数据记录大同小异.主要不同处有:(1)测小灯泡的电功率,对电源电压有要求,电源电压应是待测灯泡的额定电压约1.2倍;(2)小灯泡灯丝电阻的伏安特性曲线不是一条直线,而是一条向电压轴弯曲的曲线;(3)不需要也不应该计算小灯泡电功率的平均值.
8.家庭电路的电压是220V,由电能表、总开关、用户熔断器、导线、家用电器、插座、开关等组成.各用电器和插座相互并联,用电器和开关串联,开关应接在火线上,三线插座采用“左零右火中接地”的接法,楼梯开关采用两只单刀双掷开关组合.
家庭安全用电主要有两个方面:一是防止电路火灾.电路火灾的原因主要是电流过大,也有可能电路某处接触不良.导致电路中电流过大的因素或者是电路中发生短路(火线和零线直接连通;电线绝缘层破损;电线和用电器老化),或者是电路中用电器的总功率过大,电路超负荷运行.电流过大会使熔断器熔丝熔断.防止事故发生的处理办法是要查明熔丝被熔断原因,排除故障,换用合适熔丝(使其电流略大于电路中的最大正常工作电流),千万不能用铁丝、铜丝代替.发现电路失火必须先切断电源后再救火.二是要防止触电事故.触电事故是人体直接或间接跟火线接触.触电一般分单线触电与双线触电.发现触电要迅速切断电源,或用干木棍等绝缘体拨开电线.通常人体的安全电压不高于36V.
测电笔是判断火线的工具,要正确使用.否则,非但不能检测,甚至会触电.
二、典例讲析
例1某学生家里的电能表如图7-1所示,跟该电能表所匹配的电路上的总功率为
W.该学生家有一台50l的电热水器,单独使用(下同),学生观察到在5min内能使电能表转盘转过250r,那么这台电热水器的功率为W,用这台电热水器加热50l的水,使水温从30℃升高到60℃,历时1.5h,则此电热水器的效率为(水的比热容为4.2×103J/(kg・℃).电能表上的示数将变为.
讲析电能表额定电压U=220V,持续工作的最大电流I=20A,该表所能匹配的总功率P=UI=220V×20A=4400W.
由2500r/(kW・h),表盘转过250r,电流做功W1=■=0.1kW・h=0.1×3.6×106J=3.6×105J,电热水器的功率P=■=■=1.2×103W.
50l的水的质量m=ρV=1×103kg/m3×50×10-3m3=50kg.
水从30℃升高到60℃需吸收热量
Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg・℃)×50kg×30℃=6.3×106J,
电热水器工作1.5h,放出热量
Q放=Pt2=1.2×103W×1.5×3600s=6.48×106J,
电热水器的效率为
η=■×100%=■×100%=97.2%.
电热水器加热时耗电W2=Q放=6.48×106J
=1.2kW×1.5h=1.8kW・h,电能表示数为3209?�.
例2四根电热丝R甲=R丙P乙>P丁>P丙,所以容器中水温升高最快的是甲,最慢的是丙.
例3如图7-3所示电路中,电源电压保持不变,电流表的量程为0～3A,R2为滑动变阻器,定值电阻R1=6Ω,当开关S1闭合,S2、S3断开时,R1消耗的功率P1=6W,求:
(1)若再闭合开关S2时,电流表示数I2
=1.5A,电器消耗的总功率P2=9W,求变阻器连入电路的电阻.
(2)为了使整个电路消耗的功率尽可能大,应闭合和断开哪些开关?此时对滑动变阻器连入电路的阻值有何要求?
讲析(1)由题设条件,可得到图7-4的等效电路,设电源电压为U,则■=P1,
U=■=■=6V,再由题(1)中的条件,可得到图7-5的等效电路,电路总电阻R总=■=■=4Ω,又因■=■-■,故R2=■=■=12Ω.
(2)闭合开关S1、S2,断开S3,等效电路仍如图7-5所示,当电路有最大功率时,电流表达到满负荷,即Im=3A,此时滑动变阻器的电流I2=Im-I1=3A-■=2A,所以变阻器接入电阻值至少为R2′=■=■=3Ω,整个电路消耗的最大功率Pm=UIm=6V×3A=18W.
例4白炽灯发出的光是热光,输入灯泡的电能大部分转化为内能和不可见光,其发光效率约为10%,而节能灯实际上是一种荧光灯,这种气体放电的灯发出的是冷光,其发光效率是白炽灯的5倍.
(1)有一只节能灯,其亮度与一只“PZ220
-100”的白炽灯相当,求它的额定功率.
(2)假定每户照明时都用上述2只节能灯代替2只“PZ220-100”的白炽灯,全国以4亿户计算,每户全年累计照明1200h,求一年能节约的电能是多少.
讲析(1)每只“PZ220-100”的白炽灯的发光功率P有用=η1P1=10W,节能灯的发光效率η2=5η1=50%,P有用=10W,故节能灯的额定功率P2=■=20W.
(2)每户全年节约电能
W=ΔPt=2×(100W-20W)×1200h=192kW・h,
全国4亿户全年节约电能
W总=n・W=4×108×192kW・h=7.68×1010kW・h.
例5有两只“PZ220-40”的白炽灯,如果把它们串联在220V的电路中,试求两只灯泡的实际功率,某学生做了如下解答:
由灯泡的标号得R=■=■=1210Ω,两灯串联后,每只灯泡的电压U′
=■=110V,实际功率P实=■=■=10W.
请分析上述解答是否正确.若不正确,请说明原因,并分析每只灯泡的实际功率比10W大些还是小些.
讲析解答是不正确的.运用R=■算得的灯丝电阻是白炽灯正常工作时的电阻,灯丝的电阻大小跟温度有关,两灯串联后,每只灯上的电压减为110V,通过灯丝的电流变小,灯丝的温度将降低,阻值变小,势必使它的实际功率比10W的大,所以不能按灯丝电阻不变处理.
例6某同学对录音机中的小电动机用图7-6所示的电路进行实验研究.闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,当电压表示数U1=0.40V时,电流表示数I1=0.20A,此时电动机未转动.当电压表的示数U2=2.0V时,电流表的示数I2=0.30A,此时电动机匀速转动.求电动机转动时消耗的电功率和产生的机械功率.
讲析电动机未转动时,此时电路可视作纯电阻电路,由欧姆定律公式变形得:电动机线圈电阻R=■=■=2.0Ω.
电动机匀速转动后,消耗的电功率P=UI
=2.0V×0.3A=0.6W,为电动机总功率(实际功率),它产生两方面的作用,一是有用的机械功率;二是额外的线圈电热功率.P额外=I22R
=(0.30A)2×2.0Ω=0.18W,由P总=P额外+P有用可得到电动机的机械功率P有用=P-P额外=0.6W
-0.18W=0.42W.
例7小华晚上看书,把台灯插头插入书桌边的插座上,闭合台灯开关,发现台灯不亮,为了找出故障原因,小明把台灯插头插入其他插座,台灯能正常发光.用测电笔插入书桌边的插座孔进行检查,发现其中一个孔能使测电笔的氖管发光,故障的原因可能是().
A.进户线火线上的熔丝烧断
B.进户线零线断了
C.书桌边的插座与零线断开
D.书桌边的插座与火线断开
讲析台灯插头插入其他插座,台灯能正常发光,表明进户线火线、零线均连接完好,排除了A、B,测电笔插入书桌边插座孔,氖管发光,表明插座与火线未断开,排除D,该插座与零线断开,灯不亮,应选C.
三、创新题选
1.将一标有“36V40W”字样的白炽灯接入某电路中,测得通过它的电流为1A,那么它的实际功率为().
A.等于40W
B.等于36W
C.小于36W
D.在36W和40W之间
2.家庭电路中要安装“一开三孔”开关(即一个开关和一个三孔插座连在一起),要求:插座能单独使用,开关能控制电灯,符合安全用电原则,从实物正面观察,图7-7所示的几种连线中正确的是().
3.如图7-8所示为一电冰箱的铭牌,某次压缩机工作5min,消耗电能为J,它能使每千瓦时转数为1200r的电能表转盘转动r,某家庭全家外出一月(按30天计算),只有电冰箱未关闭.其余用电器均切断,那么该电冰箱一月消耗电能为J.若1kW・h电费为0.52元,仅此一项应付电费为
元.
4.白炽灯使用时常会发生如下两种现象:
(1)白炽灯的灯丝有时会被烧断,烧断的瞬间常发生在(非机械作用的前提)().
A.开关刚闭合时
B.正在照明过程中
C.开关断开时
(2)将断丝的白炽灯灯丝搭接后(称为搭丝灯泡),还可短暂使用,搭接后的灯泡的亮度和原来相比().
A.亮一些B.暗一些C.没有变化.
选出答案后,要简要说明理由.
5.有两只小灯泡L1、L2的额定电压均为6V.它们的I-U图像如图7-9中A、B两条曲线所示,将它们连接在图7-10的电路中.
(1)要使它们都正常发光,两灯泡必须如何连接?如何控制开关?它们的电功率之和为多少?
(2)闭合开关S2,断开开关S1、S3,两只灯泡如何连接?若其中一只灯泡能正常发光,是哪一只灯泡?此时电路消耗的总功率为多少?
6.做“测定小灯泡额定功率”的实验,被测定小灯泡的额定电压为3.8V,电阻约为10Ω,电源电压为6V,电流表有0~0.6A、0~3A,电压表有0～3V、0~15V两种,滑动变阻器三只R1(5Ω 0.5A),R2(10Ω 0.5A),R3(500Ω 0.1A)开关一只,导线若干,电路图如图7-11所示.
(1)滑动变阻器选用哪一只?
(2)李明同学根据电路图接了部分导线,如图7-12所示,请根据要求完成所有接线(包括补线和纠正错误接线).
(3)实验电路图接好后,合上开关时,部分同学发现电路出现故障,主要有下表所列的两种情况,请根据现象指出故障的可能原因:
(4)下表为某小组的实验记录分析表:
请说明上述实验数据的记录和处理是否有必要.你认为应该怎样操作?测得的P额
=W.
7.如图7-13甲所示透明玻璃壳内有一个R=12Ω的定值电阻和一个由一种特殊金属丝制成的导体R0,A、B、C是其外露的三个接线柱.为进一步了解导体R0的某些特征,他们使用了如图乙所示的电源电压恒为6V的实验装置:把导线M、N分别与A、C接线柱相连,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,测得了一组电流表和电压表的读数,并绘制成图丙所示曲线.
(1)小明同学在原来连线的基础上,再用导线连接A、B两个接线柱,闭合开关S,把滑片P移到a端,求电源输出功率.
(2)若把导线M、N分别接到A、B接线柱上.闭合开关S,把滑片P移到a端,求电阻R消耗的电功率.
