15.1 电能与电功（课件）2025-2026学年九年级物理上册沪粤版（2024）

15.1 电能与电功一、电能：生活与生产的重要能源在现代社会中，电能是一种应用最广泛、使用最方便的能源。从家庭中的电灯、电视、冰箱，到工厂里的各种机器设备，再到交通运输中的电动车辆，都离不开电能的支持。（一）电能的来源电能通常是由其他形式的能量转化而来的：火力发电站：通过燃烧煤炭、石油等燃料，将化学能转化为内能，再通过汽轮机将内能转化为机械能，最后由发电机将机械能转化为电能。水力发电站：利用水流的机械能推动水轮机转动，进而带动发电机发电，将机械能转化为电能。风力发电站：依靠风力推动风车转动，将风能（机械能）转化为电能。核电站：利用核反应堆中核裂变释放的核能转化为内能，再经过一系列能量转化过程产生电能。太阳能发电站：通过太阳能电池板将太阳能直接转化为电能。（二）电能的利用电能被广泛利用，是因为它可以方便地转化为其他形式的能量，满足人们的各种需求：电灯：将电能转化为光能和内能。电动机：将电能转化为机械能（如电风扇、洗衣机、电动车辆等）。电热器（如电热水器、电暖器、电饭锅等）：将电能转化为内能。电视机、电脑：将电能转化为光能、声能和内能等。蓄电池充电：将电能转化为化学能储存起来，使用时再将化学能转化为电能。二、电功：电能转化的量度（一）电功的定义电流通过用电器时，电能转化为其他形式的能量，我们说电流做了功，简称电功。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。例如，电流通过电灯时，电流做功，电能转化为光能和内能；电流通过电动机时，电流做功，电能转化为机械能和少量内能。（二）电功的计算公式大量实验表明，电流所做的功与电压、电流和通电时间有关。在一段电路中，电流所做的功（电功）等于这段电路两端的电压、通过这段电路的电流和通电时间的乘积。电功的计算公式为：\(W = UIt\)其中：\( W \) 表示电功，单位是焦耳（J）；\( U \) 表示电路两端的电压，单位是伏特（V）；\( I \) 表示通过电路的电流，单位是安培（A）；\( t \) 表示通电时间，单位是秒（s）。（三）电功公式的变形根据欧姆定律 \( I = \frac{U}{R} \) 和 \( U = IR \)，可以推导出电功公式的其他形式：当已知电压、电阻和时间时，由 \( I = \frac{U}{R} \) 代入 \( W = UIt \) 可得：\(W = \frac{U^2}{R}t\)当已知电流、电阻和时间时，由 \( U = IR \) 代入 \( W = UIt \) 可得：\(W = I^2Rt\)这三个公式适用于纯电阻电路（电能全部转化为内能的电路），如电热水器、电饭锅等电热器电路。对于非纯电阻电路（如含有电动机的电路，电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能），只能使用 \( W = UIt \) 计算电功。（四）电功的单位电功的国际单位是焦耳（J），简称焦。在实际应用中，由于焦耳这个单位很小，常用更大的单位 —— 千瓦时（\( kW·h \)），俗称 “度”。\(1\ \text{kW·h} = 3.6 \times 10^6\ \text{J}\)1 千瓦时的物理意义是：功率为 1 千瓦的用电器正常工作 1 小时所消耗的电能（电流所做的功）。三、电能的计量：电能表在家庭电路中，我们需要知道一段时间内消耗了多少电能，这就需要用到电能表（也叫电度表）。电能表是测量用户在一定时间内消耗电能多少的仪表。（一）电能表的结构与参数电能表的表盘上有一些重要的参数，例如：“220V”：表示电能表的额定电压是 220V，适用于家庭电路的电压。“10 (20) A”：表示电能表的标定电流为 10A，额定最大电流为 20A。电能表长时间工作时，允许通过的最大电流为 10A，短时间内允许通过的最大电流为 20A。“50Hz”：表示电能表适用于频率为 50Hz 的交流电路。“3000r/(kW・h)”：表示每消耗 1 千瓦时的电能，电能表的转盘转过 3000 转。不同电能表的这个参数可能不同，如有的是 “600r/(kW・h)”“1200r/(kW・h)” 等。（二）电能表的读数方法电能表的表盘上有五个数字窗口，最后一位数字是小数位，单位是千瓦时（\( kW·h \)）。例如，表盘上显示的数字是 “1234.5”，表示从电能表安装好到现在，用户一共消耗了 1234.5 千瓦时的电能。要计算某一段时间内消耗的电能，只需用这段时间结束时的读数减去开始时的读数。例如，月初电能表的读数是 1234.5 \( kW·h \)，月末的读数是 1256.5 \( kW·h \)，则这个月消耗的电能为：\(1256.5\ \text{kW·h} - 1234.5\ \text{kW·h} = 22\ \text{kW·h}\)（三）利用电能表参数计算电能根据电能表转盘的转数，可以计算出用电器消耗的电能。例如，某电能表的参数是 “3000r/(kW・h)”，当转盘转过 300 转时，消耗的电能为：\(W = \frac{300\ \text{r}}{3000\ \text{r/(kW·h)}} = 0.1\ \text{kW·h} = 0.1 \times 3.6 \times 10^6\ \text{J} = 3.6 \times 10^5\ \text{J}\)四、电功的计算实例（一）基本计算例题 1：一盏电灯接在 220V 的电路中，通过的电流是 0.2A，求通电 10 分钟电流做的功。解析：已知 \( U = 220V \)，\( I = 0.2A \)，\( t = 10\ \text{min} = 600s \)，根据 \( W = UIt \) 可得：\(W = UIt = 220V \times 0.2A \times 600s = 26400J\)答案：电流做的功为 26400J。（二）结合电能表的计算例题 2：某家庭电路中，电能表的参数是 “220V 10 (20) A 50Hz 3000r/(kW・h)”。一个电热水壶单独工作时，电能表的转盘在 5 分钟内转过了 300 转，求电热水壶消耗的电能和通过它的电流。解析：计算消耗的电能：\(W = \frac{300\ \text{r}}{3000\ \text{r/(kW·h)}} = 0.1\ \text{kW·h} = 3.6 \times 10^5\ \text{J}\)计算通过的电流：已知 \( U = 220V \)，\( t = 5\ \text{min} = 300s \)，由 \( W = UIt \) 可得：\(I = \frac{W}{Ut} = \frac{3.6 \times 10^5J}{220V \times 300s} \approx 5.45A\)答案：电热水壶消耗的电能为 0.1kW・h，通过它的电流约为 5.45A。（三）纯电阻电路的计算例题 3：一个电阻为 100Ω 的电烙铁，接在 220V 的电路中，求通电 10 分钟电流做的功和产生的热量（电烙铁是纯电阻用电器）。解析：方法一：用 \( W = UIt \) 计算，先求电流 \( I = \frac{U}{R} = \frac{220V}{100Ω} = 2.2A \)，则：\(W = UIt = 220V \times 2.2A \times 600s = 290400J\)方法二：用 \( W = \frac{U^2}{R}t \) 计算：\(W = \frac{(220V)^2}{100Ω} \times 600s = \frac{48400V^2}{100Ω} \times 600s = 484Ω \times 600s = 290400J\)由于电烙铁是纯电阻用电器，电流做的功全部转化为热量，所以产生的热量也是 290400J。答案：电流做的功为 290400J，产生的热量为 290400J。五、实验探究：电流做功与哪些因素有关（一）实验目的探究电流做功的多少与电压、电流和通电时间的关系。（二）实验器材电源、开关、滑动变阻器、定值电阻（不同阻值）、电压表、电流表、秒表、烧杯（内装等质量的煤油）、温度计。（三）实验原理电流通过电阻丝时做功，将电能转化为煤油的内能，使煤油的温度升高。在相同条件下，煤油温度升高得越多，说明电流做的功越多。通过控制变量法，分别探究电流做功与电压、电流和通电时间的关系。（四）实验步骤探究电流做功与电压的关系：连接电路：将两个不同阻值的电阻串联（保证电流和通电时间相同），分别用电压表测量它们两端的电压，每个电阻都浸没在装有等质量煤油的烧杯中。闭合开关，同时开始计时，通电一段时间后断开开关，记录两个烧杯中煤油升高的温度和通电时间。分析数据：比较两个烧杯中煤油升高的温度，温度升高多的对应的电阻两端电压大，说明在电流和通电时间相同时，电压越大，电流做的功越多。探究电流做功与电流的关系：连接电路：将两个不同阻值的电阻并联（保证电压和通电时间相同），分别用电流表测量通过它们的电流，每个电阻都浸没在装有等质量煤油的烧杯中。闭合开关，同时开始计时，通电一段时间后断开开关，记录两个烧杯中煤油升高的温度和通电时间。分析数据：比较两个烧杯中煤油升高的温度，温度升高多的对应的电流大，说明在电压和通电时间相同时，电流越大，电流做的功越多。探究电流做功与通电时间的关系：连接电路：将一个定值电阻浸没在装有一定质量煤油的烧杯中，串联电流表和电压表。闭合开关，开始计时，分别在不同时间记录煤油升高的温度。分析数据：比较不同时间内煤油升高的温度，时间越长，温度升高越多，说明在电压和电流相同时，通电时间越长，电流做的功越多。（五）实验结论电流做功的多少与电压、电流和通电时间都有关系：电压越大、电流越大、通电时间越长，电流做的功越多，即 \( W = UIt \)。六、电能的节约：从点滴做起电能是一种宝贵的能源，虽然它可以通过各种方式产生，但很多发电方式会消耗有限的自然资源（如煤炭、石油），并且可能对环境造成污染。因此，节约用电具有重要的意义。（一）节约用电的方法养成良好的用电习惯：随手关灯、关闭不必要的电器电源，避免电器长时间处于待机状态（待机状态也会消耗电能）。使用节能电器：选择节能灯具（如 LED 灯）、节能冰箱、节能空调等，这些电器的效率更高，消耗的电能更少。合理使用电器：例如，空调温度设置不宜过低（夏季）或过高（冬季），减少开门次数；洗衣机尽量满载运行等。（二）节约用电的意义节约用电不仅可以降低家庭的电费支出，更重要的是可以减少能源消耗，降低污染物排放，保护生态环境，实现可持续发展。七、常见错误及注意事项电功与电能概念混淆：认为电功和电能是两个不同的物理量，实际上电流做的功就等于消耗的电能，电功是电能转化的量度。单位换算错误：在进行千瓦时和焦耳的换算时，容易忘记 \( 1\ \text{kW·h} = 3.6 \times 10^6\ \text{J} \) 这个换算关系，或换算过程中出现计算错误。公式应用错误：将 \( W = \frac{U^2}{R}t \) 和 \( W = I^2Rt \) 应用于非纯电阻电路，导致计算错误。这两个公式只适用于纯电阻电路，非纯电阻电路只能用 \( W = UIt \)。电能表读数错误：忽略电能表读数的小数位，或计算一段时间内消耗的电能时用开始读数减去结束读数，导致结果错误。实验中控制变量法应用不当：在探究电流做功与某一因素的关系时，没有控制其他因素不变，导致实验结论不准确。八、课堂小结电能：由其他形式的能量转化而来，可转化为光能、内能、机械能等多种形式的能量，是生活和生产中重要的能源。电功：电流所做的功，等于电能转化为其他形式能量的多少。计算公式为 \( W = UIt \)，纯电阻电路还可使用 \( W = \frac{U^2}{R}t \) 和 \( W = I^2Rt \)。电功的单位：国际单位是焦耳（J），常用单位是千瓦时（\( kW·h \)），\( 1\ \text{kW·h} = 3.6 \times 10^6\ \text{J} \)。电能表：测量消耗电能的仪表，通过前后读数之差计算一段时间内消耗的电能，利用转盘转数也可计算电能。实验结论：电流做功与电压、电流和通电时间有关，电压越大、电流越大、时间越长，电流做功越多。节约用电：养成良好习惯，使用节能电器，意义重大。九、课堂练习电流所做的功叫做______，电流做了多少功，就有多少______转化为其他形式的能量。电功的计算公式是______，其中各物理量的单位分别是：W 的单位是______，U 的单位是______，I 的单位是______，t 的单位是______。1 千瓦时 = 焦耳，它表示的物理意义是。一个标有 “220V 40W” 的灯泡，接在 220V 的电路中，通电 1 小时消耗的电能是______千瓦时，合______焦耳。电能表是测量______的仪表，某同学家月初电能表的读数是 586.3kW・h，月末的读数是 600.5kW・h，则这个月消耗的电能是______kW・h。十、课后作业一盏电灯接在 220V 的电路中，通过的电流是 0.5A，求通电 2 小时电流做的功是多少焦耳，合多少千瓦时。一个电阻为 50Ω 的电热器，接在 220V 的电路中，求通电 10 分钟电流做的功和产生的热量。某电能表的参数是 “220V 5 (10) A 3000r/(kW・h)”，一个用电器单独工作时，电能表的2024沪粤版物理九年级上册15.1 电能与电功第十五章 电能与电功率授课教师： . 班 级： . 时 间： . 1.知道电流做功的过程就是消耗电能的过程，了解不同用电 器能量的转化 。2.知道电能的计算公式及单位，会计算电功的大小 。3.认识电能表的各项参数，会用电能表测某段时间内电路消 耗的电能，会通过电能表计算电费 。现代社会和生产中几乎处处都离不开电。电流通过电灯时,灯丝灼热发光,电能转化为内能和光能。电吹风利用电流做功，把电能转化为机械能和内能。下列利用电能的事例中，电能转化为了什么形式的能？洗衣机利用电能,把衣物洗净，电能转化为机械能。电热水瓶，利用电能把水烧开，电能转化为内能。电功：当电能转化为其他形式的能量时，我们就说电流做了功。电功用字母W 表示。实质：电流做功的过程实际上就是电能转化为其他形式能的过程，电流做了多少功就有多少电能转化为其他形式的能。也就是消耗了多少电能就获得了多少其他形式的能。思考：电流做功与哪些因素有关呢？科学家通过大量研究发现：1.电功的公式W=U I t电功（J）电压（V）电流（A）通电时间（s）2.电功的单位：焦耳（焦）——J，千瓦时——kW·h3.电流做了多少功，也就消耗了多少电能。1kw·h=3.6×106J归纳与小结常见家用电器消耗1kW·h电能的大致工作时间例题：一把电烙铁接在220V的电路中，通过它的电流是350mA，问通电30min消耗了多少电能？分析：只需求出在30min内的电功，就可以知道所消耗的电能。典例与精析解：由电功的公式得 W=UIt =220V× 0.35A× 1800s =1.386×105J。答：通电30min，电烙铁消耗了1.386×105J的电能。已知：U=220V, I=350mA=0.35A, t=1800s。 求：W=？电能表：用来测量用电器消耗电能的仪表（俗称电度表）。观察与思考想一想，下面电能表的表头数据是什么意思？ 5（15）A1200r/（kW·h） 220V 50Hz观察与思考220V 、50Hz— 该电能表应在220 V、50 Hz的交流 电路中工作。5（15）A — 该电能表基本电流为5A，额定最大电 流为15A。 1200r／（kW·h）—用电器每消耗1 kW·h的电能， 电能表转盘转过1200转。 归纳与小结电子式单相电能表重要参数imp/（kW·h）： 表示用电1kW·h指示灯闪烁的次数，如6400imp/（kW·h）。IC卡电能表本月用电量=月末的数字-月初的数字561.6kW·h-478.2kW·h=83.4kW·h电能表读数：478.2 kW·h561.6 kW·h 电能与电功拓展知识：电流在某段电路上所做的功，等于这段电路上电压、电流和时间的乘积，写成公式为W＝UIt。1. 下列用电器中，主要将电能转化为内能的是(　C　)C2. 关于电能与电功的说法中错误的是(　D　)D3. [立德树人·节约资源]2023年3月25日晚，小点家参与了合肥市“地球一小时”活动，在熄灯一小时的时间里，共节省了0.5 kW·h的电能，合 J。这是通过减少 ⁠的方法来节约电能的。1.8×106　通电时间　4. 若某“暖手宝”工作时，电压为6 V，电流为1.2 A，则工作100 s电流对“暖手宝”做的功为 J。720　5. [2023·长沙中考改编]雷电是大气中一种剧烈的放电现象，某次雷电释放了2.1×109 J的电能，若此次放电电压约为1×109 V，历时1×10－3 s，那么这次放电的电流是多少？  电能表6. [2024年1月滁州期末改编]如图所示是小新家中本月底电能表上的信息。请从以下角度回答与电能表有关的问题。(1)电能表是用来测量 ⁠的仪表。该电能表记录电路消耗的电能是 kW·h，应接在 V的电路中使用。(2)“10(20) A”表示该表基本电流为 A， ⁠ 电流为20 A。(3)“3 000 r/(kW·h)”表示接在这个电能表上的用电器，每消耗 kW·h的电能，电能表上的转盘转过 ⁠转。电功　6 860.6　220　10　额定最大　1　3000　 【电能表的认识】【电费的计算】(4)若小新家上月底电能表的示数如图2，则这个月小新家用电 kW·h，若按0.5元/(kW·h)计费，本月应付电费 ⁠元。200　100　【电能的计算】(5)若小新只让家中热水器工作15 min，发现电能表上的转盘转过了1 500转，则热水器消耗的电能为 J。思路点睛：电能表上的数字最后一位为小数部分，电能表示数的计量单位是kW·h，1 kW·h＝3.6×106 J。1.8×106　7. 电动汽车在我国呈现出快速增长趋势。如图所示为电动汽车行驶时能量流向图，根据该图提供的信息，下列说法不正确的是(　A　)A8. [科学思维]有两个电阻R1和R2，R1＞R2，连接情况如图所示，已知电源电压U相同，则相同的时间内整个电路消耗的总电能最少的是(　C　) 　 　 　 A B C DC9. 【物理与日常生活】王老师手机电池的铭牌上标有“电压3.7 V、容量5 000 mA·h”，该电池一次充电最多可储存的电能为 J。6.66×104　10. 【原创题】小明家的电能表上有一个数据看不清楚，如图所示。为了弄清楚电能表上看不清的数据，他首先让电路中的电热水壶单独正常工作，观察到电能表的指示灯闪烁360次，观察到电能表示数变为 ，则这个电能表上看不清的数据应该标的是 ⁠ imp/(kW·h)。若在某段时间内接在这个电能表上的用电器消耗的总电能是0.5 kW·h，则此电能表的指示灯在这段时间闪烁 ⁠次。3600　 1 800　 11. [2024年1月六安期末改编]如图甲所示是灯泡L和电阻R的I－U图像，当将该灯泡L和R按照图乙所示方式连入电路时，电流表示数为0.4 A，则整个电路在1 min时间内消耗的电能为 J。120　12. [2023·北京模拟]如图所示的电路中，电源两端电压为3 V并保持不变，电阻R1的阻值为10 Ω。闭合开关S后，电流表的示数为1.8 A。求：(1)电阻R2的阻值。 12. [2023·北京模拟]如图所示的电路中，电源两端电压为3 V并保持不变，电阻R1的阻值为10 Ω。闭合开关S后，电流表的示数为1.8 A。求：(2)10 s内电阻R1消耗的电能。解：(2)10 s内电阻R1消耗的电能W1＝U1I1t＝3 V×0.3 A×10 s＝9 J。13. 【中考趋势题】某天小华突然提出一个疑问，电流通过电线从发电厂来到用户家里，又顺着电线回到了发电厂，并且在这一过程中电流的大小并没有减小，那为什么还要交电费呢？请你结合所学知识，解答小华的疑问。解：发电厂和用户之间构成闭合回路，会有电流产生，当电流流过导体时会做功，电流做了多少功就将多少电能转化为其他形式的能，消耗的不是电流，而是电能，我们所交的电费也是消耗电能的费用。15.1 电能与电功一、电能与电功 1.电能的利用 2.电功的公式二、用电能表测量电功 1.认识电能表 2.用电能表测量消耗的电能 谢谢观看！