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1.1 电功的定义

电功、电功率及电能表 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 电流通过导体所做的功,数值上等于电压、电流与通电时间的乘积。

从哪来 基于 5.2 欧姆定律公式(L3) 和 7.1 伏安法测电阻(L2) 中建立的电压、电流与电路元件关系的认知,结合能量转化概念推导得出。

为什么 电流做功的过程,本质是电能转化为其他形式能(如内能、机械能)的过程。 1. 电压的作用:电压是单位电荷具有的电势能,电压 $U$ 越大,移动单位电荷释放的能量越多。 2. 电流的作用:电流 $I$ 代表单位时间内通过导体横截面的电荷量,电流越大,单位时间内转移的电荷越多,总能量转化越多。 3. 时间的作用:做功是一个过程量,时间 $t$ 越长,累积转化的能量越多。 因此,电功 $W$ 与 $U$、$I$、$t$ 成正比,即 $W=UIt$。

讲法
类比法:水流做功 适合形象思维强、抽象逻辑稍弱的学生。 将电流类比为水流,电压类比为水压(水位差),导线类比为水管。 * 水压(电压)越大,水流冲转水轮做功越快; * 水流(电流)越大,单位时间冲走的水越多,做功越多; * 时间越长,总做功越多。 由此直观理解 $W=UIt$ 中三个物理量的物理意义。
讲法
定义推导法:从电荷移动出发 适合逻辑严密、喜欢探究本质的学生。 1. 电压定义:$U = W/q$(每库仑电荷移动做的功),故 $W = Uq$。 2. 电流定义:$I = q/t$(每秒通过的电荷量),故 $q = It$。 3. 代入得:$W = U(It) = UIt$。 强调这是由基本定义直接推导出的必然结果,而非经验公式。
讲法
实验验证法:焦耳定律铺垫 适合动手能力强、重视实验证据的学生。 利用“电流通过电阻丝发热”的实验,控制变量: * 保持 $I$、$t$ 不变,增大 $U$,发现发热量(电功)增大; * 保持 $U$、$t$ 不变,增大 $I$,发现发热量增大; * 保持 $U$、$I$ 不变,延长 $t$,发现发热量增大。 通过定性实验确认三者正比关系,再引入公式。
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练一道
基础题
一个电热器接在 220V 电路中,工作电流为 5A,通电 10 分钟,求电流做的功。
变式
某用电器在 10 秒内消耗电能 500J,若电压为 10V,求通过它的电流。
试试手自己判
检测题
一个标有“220V 100W”的灯泡正常工作 10 小时,消耗的电能是多少千瓦时(kW·h)?若用焦耳(J)表示是多少?
看答案和判分标准
答案:1. $W = Pt = 0.1\text{kW} \times 10\text{h} = 1\text{kW·h}$。 2. $1\text{kW·h} = 1000\text{W} \times 3600\text{s} = 3.6 \times 10^6\text{J}$。
判对标准:
正确换算功率单位(100W=0.1kW)得 1 分;
* 正确计算千瓦时结果得 1 分;
* 正确换算焦耳结果得 1 分;
* 过程清晰、单位标注正确得 1 分。
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