中职物理（高教版）授课教案
第三节 电功 电功率
一、电功
在导体的两端加上电压，导体内就形成了电场。导体内的电荷在电场力的作用下发生定向移动，因此电场力做了功。这个功叫做电流做的功，简称电功。如果导体两端的电压为U，通过导体的电流为 I，通电时间为 t，则电流做的功为
W = UIt
上式表明，电流流过一段电路时所做的功，等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电的时间三者的乘积。上式中W，U，I，t的 SI 单位分别是J、V、A、s。日常生活中，我们常用的电功的单位还有kW·h (千瓦·时)，即“度”：
1度 = 1 kW·h = 3.6×106 J
电流做功的过程实际上就是电能转化成其他形式能的过程。例如，电流通过电炉时，电能转化为热力学能；电流通过电动机时，大部分电能转化为机械能，小部分电能转化为热力学能。
电能表显示的就是我们家庭消耗的电能。 二、电功率
流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做电功率，通常用 P 表示。即
W
P?德国物理学家欧姆通过实验研究得出结论：导体中的电流I跟导体两端的电t压U成正比。对于同一个导体，不管电压和电流的大小怎样变化，其比值都是恒定的；而对于不同的导体，电压和电流的比值一般是不同的。比值越大，导体在同一电压下通过的电流越小。这个比值反映了导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻。用R 表示电阻，电阻的SI单位是欧（Ω）。
将W = UIt 代入上式，可得 P = UI 上式表明，一段电路上的电功率等于这段电路两端的电压和电路中的电流的乘积。在国际单位制中，电功率的单位是瓦（W）：
1 W = 1 J/s = 1 V·A
一般用电器的铭牌上都标明额定功率和额定电压， 用电器只有以额定电压工作时才能达到额定功率。如果把用电器接到高于它的额定电压的电路上，用电器消耗的电功率会超过它的额定功率，就有被烧坏的危险；而接到低于它的额定电压的电路上，它消耗的实际功率就比额定功率小。所以，在把用电器接入电路之前，必须注意电路实际电压与用电器的额定电压是否一致。
[例题1] 有一个额定值为“1 kW，220 V”的电暖器，正常工作时的工作电流是多大？如果由于供电紧张，电压下降到160 V，它的实际功率将是多少？
分析 本题可以由电功率的定义式先求解它正常工作时的电流，再算出它的电阻值，根据欧姆定律计算它的实际电流，最后再计算它的实际功率。
解 根据电功率公式P = UI，电暖器正常工作时的工作电流为
P1000I??A = 4.55 A
U220
由部分电路的欧姆定律，电暖器的电阻为
U220R??I4.55Ω ＝ 4.84 Ω
当把电暖器两端的电压为160 V时，电阻不变，根据欧姆定律得
当把电暖器两端的电压为160 V时，电阻不变，根据欧姆定律得
U'160I'??A = 3.31 A
R48.4P'?U'I'?160?3.31W = 530 W
三、焦耳定律
电流通过导体时，导体要发热，这就是电流的热效应。英国物理学家焦耳（1818—1889）通过实验得出这样的结论：电流通过导体时产生的热量，等于电流的平方、导体的电阻和通电时间三者的乘积。这就是焦耳定律。用公式表示为：
Q = I 2Rt
上式中Q表示热量，I表示电流强度，R表示电阻，t表示时间， SI 单位分别是J，A，Ω，s。
如果电路中只含有电阻，即纯电阻电路，根据欧姆定律U = IR，有Q = I2Rt = UIt。在这种情况下，电流所做的功UIt 跟产生的热量 I2Rt是相等的，电能完全转化为电路的热力学能。这时，计算电功也可以用下面的公式：
U22W?IRt?t如果不是纯电阻电路，例如电路中还包括电动机、电解槽等用电器。那么，R电能除有一部分转化为热力学能外，还要转化为机械能、化学能等。这时电流所做的功总是大于它所产生的热量，在这种情况下，欧姆定律不成立，就不能再用 I2Rt 或 来计算电功。
[例题2] 一台直流电动机，额定电压是 220 V，线圈电阻为 1.0 Ω，正常工作时通过的电流是5.0 A。求它的额定电功率和工作1 h电流做的功及产生的热量。
分析 题目中给出了额定电压、线圈电阻和和正常工作时的电流，但这三者的数量关系却不符合部分电路的欧姆定律。这是因为电动机不是纯电阻。因此在计算电功时，只能利用W = UIt 进行计算。
解 根据电功率的公式，可得电动机的额定电功率 P = U I = 220×5.0 W = 1.1×103 W
由电功和电功率的关系可知，1 h内电流做的功 W = Pt = 1.1×103×3.6×103 J = 4.0×106 J
由焦耳定律可知，1 h内电流通过电动机产生的热量 Q = I2Rt = 5.02×1.0×3.6×103 J = 9.0×104 J
练习4-3
1．在用电器功率为2.4 kW，电源电压为220 V的电路中，能不能选用熔断电流为10 A的保险丝？
答案：不能。
2．额定电压是220 V，额定功率分别是40 W，60 W，100 W的灯泡，电阻各是多少？
答案： 1 210 Ω ；807 Ω ；484 Ω 。
3.额定电压220 V，电阻为24.2 Ω的一台电热水器，在正常工作时，它的电功率有多大？工作0.5 h所产生的热量是多少？
答案： 2 000 W ；3.6×106 J。
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