《电能与电功率》教学课件

电能与电功率欢迎来到九年级物理重点单元——电能与电功率的学习本课程将系统地带领大家掌握电能、电功、电功率等核心物理概念，深入理解电能在现代生活中的重要作用我们将从生活中常见的用电现象出发，通过科学的分析和计算，揭示电能转换的基本规律同时结合实际应用场景，探讨节能减排的重要意义，培养科学的用电习惯和环保意识导入生活中的电能观察家庭用电现象手机充电过程当我们按下开关时，电灯瞬间手机充电时，电能通过充电器点亮，照亮整个房间这个看转化为化学能储存在电池中似简单的过程，实际上蕴含着这种能量转换过程体现了电能电能转化为光能和热能的物理的便利性和高效性原理洗衣机工作原理洗衣机运转时，电能驱动电机转动，同时加热水温，实现了电能向机械能和热能的多重转换，展现了电能应用的多样性电能的概念电能的本质能量转换特点电能是电荷在电场中具有的能量，是一种清洁、高效的二次能电能具有极强的转换能力，可以方便地转化为光能、热能、机械源当电流通过导体时，电荷在电场力作用下定向移动，携带着能、化学能等多种形式这种转换过程通常效率很高，且易于控巨大的能量制这种能量可以通过不同的转换装置，变成我们生活中需要的各种正是这种优异的转换特性，使得电能成为现代社会最重要的能源形式的能量形式之一电能的单位国际单位焦耳（J）是电能的国际标准单位，以英国物理学家焦耳的名字命名，用于精确的科学计算常用单位千瓦时（kWh）是日常生活中更常用的电能单位，也称为度，便于电费计算单位换算1千瓦时等于

3.6×10⁶焦耳，这个换算关系在实际计算中非常重要电能与其他能源的对比清洁环保传输高效转换效率高电能在使用过程中不产电能可以通过电线快速电能转换为其他形式能生污染物，是最清洁的远距离传输，传输过程量的效率通常很高，特能源形式之一，符合可中损失相对较小，便于别是转换为机械能时效持续发展要求大规模分配使用率可达90%以上用途广泛从照明到工业生产，从通信到交通，电能几乎渗透到现代生活的每一个角落电流做功的实质能量转换本质电灯工作原理电流做功的实质是电能向其他形式能量的转电流通过灯丝时，电能转化为光能和热能，换过程，遵循能量守恒定律实现照明功能12转换效率能量守恒定律43不同电器的能量转换效率不同，现代节能电在整个转换过程中，总能量保持不变，只是器致力于提高转换效率能量形式发生改变电功的定义基本概念物理意义电功是指电流在一定时间内所做电功的大小直接反映了电能消耗的功，反映了电能转化为其他形的多少电功越大，说明电流做式能量的多少用符号W表示，功越多，消耗的电能也越多，这这是一个标量，只有大小没有方是衡量用电量的重要指标向单位表示电功的国际单位是焦耳（J），这与机械功的单位相同在实际生活中，由于焦耳数值较小，常用千瓦时（kWh）作为电功的计量单位电功的表达式1基本公式电功的基本计算公式为W=UIt，其中W表示电功，U表示电压，I表示电流，t表示时间2物理含义公式表明电功等于电压、电流和时间的乘积，体现了电功与这三个物理量的直接关系3应用条件该公式适用于恒定电压、恒定电流的情况，是计算电功最基本也是最重要的公式公式推导过程能量守恒出发根据能量守恒定律，电源提供的电能全部转化为用电器消耗的电能通过分析电荷在电场中的运动，可以建立电功与基本电学量的关系实际测量验证在实际电路中，使用电压表测量用电器两端电压，用电流表测量通过用电器的电流，用秒表记录工作时间，验证公式的正确性单位对应关系当电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），时间单位为秒（s）时，计算得到的电功单位为焦耳（J），保证了公式的量纲一致性电功的单位换算1J基本等量关系1焦耳=1伏特×1安培×1秒100W实例计算功率100瓦灯泡的额定功率10h工作时间连续工作10小时1kWh总耗电量消耗电能1千瓦时通过这个实例，我们可以看到100W的灯泡连续工作10小时，总共消耗的电能为1kWh，这就是我们常说的1度电这种计算方法在日常生活中非常实用千瓦时与焦耳的换算关系换算公式11kWh=

3.6×10⁶J计费标准2电力公司按千瓦时计费实用意义3方便电费计算和用电管理千瓦时作为电能的实用单位，使得电费计算变得简单明了当我们说用了5度电时，实际上就是消耗了5kWh的电能这个单位换算关系是理解电能消耗和电费计算的基础用电器实例计算电功电器名称额定功率工作时间消耗电能液晶电视150W4小时

0.6kWh电冰箱200W24小时

4.8kWh洗衣机500W1小时

0.5kWh空调1200W8小时

9.6kWh通过实际计算不同电器的电功，我们可以清楚地看到电功的大小与用电器功率和使用时间密切相关功率越大、使用时间越长，消耗的电能就越多电能表的作用精确计量1测量用户消耗的总电能读数计算2两次读数差值为用电量计费依据3电力公司收费的重要依据电能表是每个家庭必备的计量设备，它能够准确记录用电量现代智能电表不仅能显示总用电量，还能提供更详细的用电信息，帮助用户更好地管理用电电能表上参数含义220V参数5A电流规格10A最大电流表示电能表的额基本电流为5安最大电流为10安定电压为220伏培，表示电能表培，超过此值可特，这是我国家在此电流下能够能影响电表的准庭用电的标准电长期稳定工作确性和使用寿压等级命3000转/kWh表示每消耗1千瓦时电能，电表转盘转动3000转，用于校验电表准确性认识电功率基本概念物理意义电功率是描述电流做功快慢的电功率越大，说明电器在相同物理量，表示单位时间内电流时间内消耗的电能越多，或者所做的功用符号P表示，是完成相同功的时间越短这直评价电器性能的重要指标接影响电器的工作效果和能耗单位表示电功率的国际单位是瓦特（W），以发明蒸汽机的瓦特命名较大的功率常用千瓦（kW）表示，1kW=1000W电功率基本公式定义式推导实际应用根据功率的定义，电功率等于电功除以时间，即P=W/t这个在实际应用中，这个公式帮助我们理解为什么大功率电器能够快公式直接反映了功率与功、时间的关系速完成工作比如大功率电热水壶能够快速烧开水当知道电器消耗的电能和工作时间时，可以用此公式计算平均功同时，通过控制工作时间，我们可以有效控制电能的消耗量率公式推导及物理意义生活实例分析功率快慢关系1观察不同功率灯泡的亮度差异，功率大功率反映了电器工作的快慢程度，功率2的灯泡明显更亮越大工作越快能效比较亮度功率对应4通过功率比较不同电器的能效，选择合灯泡亮度与其实际功率成正比，功率决3适的电器产品定发光强度电功率与电压电流关系基本关系式电功率与电压、电流的关系为P=UI，这是计算电功率最常用的公式当电压和电流已知时，可直接计算功率欧姆定律结合结合欧姆定律U=IR，可以得到P=I²R，这个公式在已知电流和电阻时特别有用另一种形式同样可以推导出P=U²/R，当已知电压和电阻时使用这个公式计算功率实例比较在相同电压下，电阻越小的电器功率越大；在相同电流下，电阻越大的电器功率越大功率的常用单位瓦特是功率的基本单位，1瓦特等于1焦耳每秒在日常生活中，家用电器的功率通常用瓦特或千瓦表示了解这些单位有助于我们正确理解电器的能耗水平不同电器的额定功率额定功率与实际功率额定功率定义实际功率变化额定功率是电器在额定电压下正实际功率是电器在实际使用条件常工作时的功率，是制造商在产下的功率，会随着供电电压的变品说明书上标注的标准数据这化而改变当供电电压偏离额定个数值是电器设计的理想工作状电压时，实际功率也会相应变态化安全使用警示绝对不能将低电压电器接入高电压电路例如，12V的车载灯泡绝不能接入220V家用电路，否则会因功率过大而烧毁，甚至引发火灾节能灯与白炽灯对比灯泡类型功率亮度寿命发热量白炽灯60W800流明1000小时很高节能灯15W800流明8000小时较低LED灯10W800流明25000小极低时对比数据清楚地显示了节能灯和LED灯的优势在提供相同亮度的情况下，LED灯的功率仅为白炽灯的六分之一，大大降低了能耗和使用成本计算实例灯泡用电分析1基础数据60W灯泡每天使用4小时2年用电量60W×4h×365天=

87.6kWh3电费计算按

0.6元/kWh计算，年费用

52.56元通过这个计算实例，我们可以看到一个普通60W灯泡一年的电费支出如果改用10W的LED灯，年电费只需

8.76元，节省了

43.8元，节能效果非常明显小练习判断题问题提出答案解析判断题电器的功率越大，做的功就越多这个说法是否正确？错误功率大只能说明做功的速度快，而做功的多少还要考虑时请说明理由间因素这是一个容易混淆的概念，需要仔细分析功率与功的区别根据W=Pt，功等于功率乘以时间功率大的电器在相同时间内做功多，但如果时间不同，做功多少就不一定了课堂思考实际应用电饭煲分析电饭煲功率约800W，但只在加热时满功率工作，保温时功率很低，实际平均功率约200W电视机分析液晶电视功率约150W，但工作时功率基本稳定，使用时间通常比电饭煲长得多省电比较虽然电饭煲瞬时功率大，但使用时间短；电视虽然功率小，但使用时间长具体哪个省电要看使用习惯电功率与电流做功快慢功率决定速度功率更大的电器在做相同功时用时更短，这是功率物理意义的直接体现例如，2000W的电热水壶比1000W的电热水壶烧开同样的水用时减半效率对比分析在相同条件下，大功率电器能够更快完成任务，但也意味着在单位时间内消耗更多电能选择电器时需要权衡速度与能耗的关系实际应用选择根据使用需求选择合适功率的电器急需快速完成任务时选择大功率电器，日常使用时选择适中功率的电器更经济实用额定电压的意义最佳工作状态1额定电压下电器性能最优电压匹配要求2电器必须与供电电压匹配电压偏差影响3电压过高过低都会影响电器寿命安全使用基础4正确电压是安全用电的前提额定电压是电器设计的基准电压，只有在额定电压下工作，电器才能发挥最佳性能电压过高会使电器过载损坏，电压过低则无法正常工作，严重时还可能引发安全事故判断题小练习12题目分析思路引导某灯泡的明暗程度主要由什么灯泡的亮度取决于单位时间内物理量决定？是额定功率、额转化为光能的多少，也就是光定电压，还是实际功率？这个功率的大小这与灯泡当前的问题考查对功率概念的深入理工作状态密切相关解3正确答案答案是实际功率灯泡的明暗程度由其实际功率决定，实际功率越大，灯泡越亮额定功率只是标称值，实际亮度要看实际工作功率电能的计量与用电安全安全用电原则短路危险合理用电，避免超负荷使用电器，定期电路短路会产生巨大电流，导致电线发12检查电路安全状况热起火，必须安装保护装置计量管理过载保护43通过电能表准确计量用电，合理安排用同时使用多个大功率电器可能导致过电时间和用电设备载，需要合理分配用电负荷电能表读数实训月初读数电能表显示

12458.6kWh月末读数电能表显示

12586.3kWh计算用电量

12586.3-

12458.6=

127.7kWh电费计算

127.7×

0.6=

76.62元通过实际的电表读数练习，学会如何正确读取电能表数据并计算用电量这是生活中必备的实用技能电功率计算拓展电路类型电压关系电流关系功率关系串联电路U=U₁+U₂I=I₁=I₂P=P₁+P₂并联电路U=U₁=U₂I=I₁+I₂P=P₁+P₂在串联电路中，各用电器功率与其电阻成正比；在并联电路中，各用电器功率与其电阻成反比掌握这些关系对分析复杂电路非常重要热量与电功比较能量转换效率实际应用分析在纯电阻电路中，电能可以100%转化为热能，这是电加热设备电加热设备的优点是转换效率高、控制精确、使用方便但缺点的工作原理电热水壶、电炉等设备都是基于这个原理设计的是能耗较大，成本相对较高在选择加热方式时，需要综合考虑效率、成本、环保等多个因根据焦耳定律，电流通过导体产生的热量Q=I²Rt，在纯电阻电素电加热适合小功率、精确控制的场合路中，Q=W，即产生的热量等于消耗的电能电功率与能量转换效率白炽灯效率节能灯优势LED技术白炽灯只有5%的电能转节能灯25%的电能转化LED灯光效可达40%以化为光能，95%转化为为光能，发热量大幅减上，是目前最高效的照热能，效率极低少，寿命更长明技术能耗对比相同亮度下，LED灯耗电量仅为白炽灯的1/6，节能效果显著远距离输电的知识延伸高压输电优势提高电压降低损耗我国采用500kV、1000kV等超高压输电，输电损耗问题根据P=UI，在传输相同功率时，提高电大幅降低了远距离输电损耗，提高了电能电能在远距离传输过程中，由于导线电阻压可以降低电流由于损耗与电流平方成传输效率，降低了电力成本的存在，会产生热损耗损耗功率按P损=正比，提高电压能显著减少损耗I²R计算，与电流的平方成正比功率损耗计算公式损P损耗功率P损=I²R，损耗与电流平方成正比倍2电压提升电压提高2倍，电流减半1/4损耗降低损耗功率降为原来的1/475%节能效果输电效率提升75%通过数学计算可以清楚地看到，提高输电电压对降低线路损耗的巨大作用这就是为什么远距离输电都采用高压甚至超高压的原因电能节约与环保家庭节能措施峰谷用电策略选用节能电器，合理设置空调利用峰谷电价差异，将洗衣、温度，及时关闭不必要的电器充电等活动安排在电价较低的设备使用LED灯替代白炽谷期进行，既节省电费又有利灯，选择变频空调和冰箱于电网平衡国家政策支持国家推行能效标识制度，鼓励使用高效节能产品实施阶梯电价政策，引导居民合理用电，推广绿色低碳生活方式电能与生活密切相关1社会发展需求随着社会发展和生活水平提高，人均用电量持续增长，电能需求呈现多样化趋势2智能电网建设智能电网实现电力供需实时平衡，提高供电可靠性，支持分布式能源接入3可再生能源风能、太阳能等可再生能源快速发展，为电力系统提供清洁能源保障4未来展望电动汽车、储能技术的发展将进一步改变电能使用模式，推动能源革命典型练习题一题目条件一台额定功率为1000W的微波炉工作30分钟，求消耗的电能是多少千瓦时？单位换算时间30分钟=

0.5小时，功率1000W=1kW公式应用使用公式W=Pt，代入数据W=1kW×

0.5h=

0.5kWh结果分析微波炉工作30分钟消耗

0.5千瓦时电能，相当于半度电典型练习题二功率与功的关系计算过程甲电器功率1000W工作1小时，甲电器W₁=1000W×1h=乙电器功率500W工作3小时比1000Wh=1kWh乙电器W₂较两电器消耗的电能大小关系=500W×3h=1500Wh=这道题考查功率、功、时间三者

1.5kWh因此乙电器消耗电能更的关系多结论总结功率大不等于消耗电能多，还要考虑使用时间电能消耗等于功率乘以时间，时间因素同样重要典型练习题三实验设计测量家庭用电器功率实验器材1电压表、电流表、秒表、待测电器电路连接2电压表并联在电器两端，电流表串联在电路中数据测量3记录电压值、电流值和工作时间功率计算4使用P=UI公式计算实际功率通过实际测量，可以验证电器的实际功率与额定功率的关系，加深对电功率概念的理解实验中要注意安全用电，正确连接测量仪表难点讲解公式套用误区单位不统一时间换算错误公式选择错误功率用瓦特，时间用小30分钟不等于30小时，已知电压电流用P=UI，时，直接相乘得到的不要换算成

0.5小时秒、已知功率时间用W=Pt，是焦耳而是瓦特小时，分、小时之间的换算是要根据已知条件选择合需要注意单位统一常见错误点适公式结果检验计算结果要检查是否合理，比如家用电器功率一般不会超过几千瓦课堂讨论节能案例分析项目白炽灯节能灯LED灯功率60W15W10W年耗电量

87.6kWh

21.9kWh

14.6kWh年电费

52.56元

13.14元

8.76元购买成本5元25元35元虽然LED灯购买成本较高，但由于耗电量低，一年就能节省电费40多元，很快收回成本从长期使用角度看，LED灯是最经济的选择知识结构梳理电能概念电功定义1电流具有的能量，可转化为多种形式能2电流在一定时间内做的功，W=UIt量实际应用4电功率含义3节能减排，合理用电，安全用电单位时间内电流做的功，P=W/t=UI电能、电功、电功率是相互关联的物理概念，构成了完整的电学能量知识体系掌握这些概念及其相互关系，是学好电学的重要基础易错点总结1功率与电能混淆功率的单位是瓦特（W），电能的单位是焦耳（J）或千瓦时（kWh）功率是瞬时量，电能是过程量，两者物理意义完全不同2时间单位换算错误分钟与小时、秒与小时的换算经常出错30分钟=

0.5小时，3600秒=1小时，计算前必须统一时间单位3额定功率与实际功率电器铭牌上的是额定功率，实际使用时的功率可能不同灯泡亮度由实际功率决定，不是额定功率4公式适用条件不同公式有不同适用条件，要根据已知量选择合适公式P=UI适用于已知电压电流，P=I²R适用于已知电流电阻课后巩固练习选择题关于电功率的说法正确的是A.功率大的电器做功多B.功率表示做功快慢C.功率单位是焦耳计算题某电热水壶额定功率1500W，烧开一壶水用时6分钟，求消耗的电能应用题比较25W节能灯和100W白炽灯一年的电费差异（每天使用4小时）实验题设计实验测量小灯泡的实际功率，画出电路图并说明步骤物理解题答题技巧审题技巧1仔细阅读题干，找出关键信息单位统一2所有物理量统一到标准单位公式匹配3根据已知条件选择合适公式结果检验4检查计算结果是否符合实际解答电功率相关题目时，要特别注意识别题干中的关键信息，如额定参数、实际工作条件等选择公式时要考虑已知量和待求量的关系，计算过程中注意单位换算的正确性学科交叉拓展与化学的联系工程应用实例电解过程中电能转化为化学能，电池工作时化学能转化为电能在实际工程中，电功率选型是关键技术问题电机功率选择过大电功率的概念在电化学反应中有重要应用，如电解效率的计算会造成浪费，选择过小会影响设备正常运行变频调速技术通过改变电源频率调节电机功率，在节能和精确控电镀、电解等工业过程都需要考虑电功率与反应速率的关系，体制方面有重要意义，广泛应用于工业自动化领域现了物理与化学的密切联系复习思维导图思维导图将本单元的核心知识点有机串联，形成完整的知识网络从电能的基本概念出发，逐步深入到电功、电功率的计算和应用，最后拓展到节能环保的实际意义这种结构化的复习方法有助于系统掌握知识点，为期末考试做好充分准备。