电能和电功教学课件

电能与电功教学课件高中物理必修二《电能和电功》是理解现代能源应用的关键基础知识本课件将系统阐述电能和电功的基本概念、计算方法及实际应用，引导学生建立对电学的深入认识在开始学习前，我们不妨思考一个问题家用电器为什么要标注电功率？这个看似简单的问题背后蕴含着丰富的物理学原理，也与我们的日常生活息息相关教学目标知识目标能力目标情感目标•准确理解电能的物理本质及其在自然界•能正确计算简单电路中的电功和电能消•培养节约用电、合理利用能源的意识中的地位耗•增强对电能在现代社会中重要性的认识•掌握电功的概念及其基本计算公式•能综合运用欧姆定律与电功公式解决复•建立物理学与日常生活紧密联系的观念W=UIt杂问题•培养科学探究精神和解决实际问题的能•熟练运用电功率公式P=UI并理解其物理•能设计并执行测量电能的简单实验力意义•能分析现实生活中的用电情况并提出合•掌握电能的不同计量单位及其换算方法理化建议单元结构第一节电能、电功基础介绍电能的基本概念、物理本质和在自然界中的表现形式，建立电能与其他能量形式的联系，奠定单元学习基础第二节电能单位与计量详细讲解电能的国际单位焦耳J和常用单位千瓦时kWh，掌握不同单位间的换算关系，理解电能表的工作原理第三节电功与公式推导从能量守恒原理出发，推导电功计算公式W=UIt，并结合欧姆定律拓展为W=I²Rt和W=U²t/R，建立完整的电功计算体系第四节典型案例与实验通过设计和实施测量电功的实验，验证理论公式的正确性，培养学生的实验操作能力和数据分析能力第五节能力提升与拓展结合现实应用案例，拓展电能在生产生活中的重要性，分析电能利用效率问题，引导学生思考能源可持续发展生活中的电能现象电能是现代生活中最普遍、最重要的能源形式之一从清晨的闹钟铃声到夜晚的路灯照明，电能无处不在地支撑着我们的日常生活电能之所以如此重要，是因为它可以轻松转化为其他形式的能量，满足人们的各种需求电能转光能LED灯泡（5-15W）将电能转化为光能，照亮我们的家园相比传统白炽灯（60-100W），能效提高80%以上电能转热能电热水器（1500-3000W）将电能转化为热能，提供生活所需的热水电磁炉（2000W）为烹饪提供热量电能转机械能根据2023年最新数据，中国居民人均年用电量达到约3400千瓦时（kWh），这一数字在过去十年中持续增长城市家庭的用电量通常高于农村家庭，这反映了经济发展和生活方式的变化冰箱（200-400W）将电能转化为机械能驱动压缩机工作，进而实现制冷电风扇（50-80W）将电能转化为风力电能定义电能的本质特征•电能是一种清洁高效的二次能源，需要通过其他一次能源（如煤炭、水力、核能等）转换获得•电能可以方便地转换为其他形式的能量，转换效率较高•电能易于传输，可以通过电网输送到远距离的用电地点•电能使用方便，可以精确控制使用量和使用时间电能转化实例电风扇电能机械能→电流通过电动机的线圈，在磁场中产生电磁力，驱动转子旋转，带动扇叶转动产生气流这是电能转化为机械能的典型应用灯泡电能光能热能电能是电流在导体中流动时所做的功转化成的能量当电流通过导体时，由于导体对→+电子的阻碍作用，电子在电场力的作用下运动，并与导体内的原子和分子发生碰撞，从而将电能转化为其他形式的能量电能的单位国际单位焦耳（）常用单位千瓦时（）J kWh焦耳（Joule，简称J）是国际单位制中能量的基本单位，以英国物理学家詹姆斯•焦耳命千瓦时（kilowatt-hour，简称kWh）是日常生活中用电量的常用单位，特别是在电力公司名定义为1牛顿的力使物体在力的方向上移动1米所做的功的计量和收费中广泛应用1千瓦时表示功率为1千瓦的用电器持续工作1小时所消耗的电能在电学中，1焦耳等于1库仑的电荷在1伏特电位差下所做的功这一单位在科学研究和精确计算中广泛使用千瓦时单位便于理解和计算日常用电量，例如一个100瓦的灯泡连续使用10小时消耗的电能为1千瓦时单位换算与实例在实际应用中，我们经常需要在焦耳和千瓦时之间进行换算实例计算一台500瓦的电视连续观看4小时消耗的电能是⁶⁶⁶•1千瓦时（kWh）=

3.6×10焦耳（J）W=500W×4h=2000Wh=2kWh=2×

3.6×10J=

7.2×10J•1兆焦耳（MJ）=

0.278千瓦时（kWh）如果电费为

0.6元/kWh，则这次观看电视需支付电费家庭用电通常以千瓦时计费，而科学研究常用焦耳作为能量单位掌握这种换算关系对于理费用=2kWh×

0.6元/kWh=

1.2元解能源消耗和计算电费至关重要电功的基本概念电功的物理本质•电功表示电能转化为其他形式能量的数量•电功是一个标量，只有大小没有方向•电功遵循能量守恒定律，不会凭空产生或消失•在闭合电路中，电源做功等于各用电器消耗的电功之和电功与能量转换的关系电功是电能转化为其他形式能量的过程中传递的能量例如•在电热器中，电功转化为热能，表现为温度升高电功是电流在电路中所做的功，是电能转化或传递的量度当电荷在电•在电动机中，电功转化为机械能，表现为机械运动场中移动时，电场力对电荷做功，这个功的大小就是电功从微观角度看，电功是由电场力推动自由电子在导体中定向移动时所做的功•在电解装置中，电功转化为化学能，实现物质转化电功的基本公式1基本公式形式2物理量关系解析3单位对照与换算在恒定电流电路中，电功的计算公式为•电压U单位电荷通过电路元件时转化的能量物理量符号国际单位常用单位•电流I单位时间内通过导体截面的电量•时间t电流持续流动的时间长度电功W焦耳J千瓦时其中，W表示电功（单位焦耳J），U表示电压（单位伏这三个物理量的乘积代表了在给定时间内，电流通过特定电kWh特V），I表示电流（单位安培A），t表示时间（单位秒压的电路元件所做的功电压U伏特V千伏kVs）电流I安培A毫安mA时间t秒s小时h⁶换算关系1kWh=1000W×3600s=

3.6×10J实例应用一个标称220V60W的灯泡在额定电压下工作5小时，计算其消耗的电功方法一直接用功率计算W=Pt=60W×5h=300Wh=

0.3kWh方法二用基本公式计算首先计算电流I=P/U=60W/220V=

0.273A然后计算电功W=UIt=220V×

0.273A×5×3600s=

1080.5kJ≈

0.3kWh电功公式的推导公式物理意义分析电功公式W=UIt中的三个物理量分别代表•电压U表示电势差，即单位正电荷从高电势移动到低电势时释放的能量•电流I表示电荷流动的速率，即单位时间内通过导体截面的电量•时间t表示电流持续的时间，决定了总电量的大小从功率角度理解电功率P定义为单位时间内做的电功P=W/t因此W=Pt，又因为P=UI，所以W=UIt这种推导方式更符合实际应用，因为电器通常标注的是功率而非电流矢量与标量的区别从能量守恒原理出发在电路中，电荷在电场力作用下移动时获得能量设电压为U，则单位电荷通过电路元件时获得的能量为U（单位伏特V=焦耳/库仑J/C）如果时间t内通过的电量为q，则由于电流I的定义是I=q/t，即I=dq/dt，所以q=It，代入上式得这就是电功的基本公式W=UIt欧姆定律与电功欧姆定律复习用和表达电功用和表达电功R IR U欧姆定律描述了电流、电压和电阻之间的关系将欧姆定律U=IR代入电功公式W=UIt，得到从欧姆定律得到I=U/R，代入电功公式W=UIt这个公式表明在固定电阻和时间的条件下，电功其中，I为电流（单位安培A），U为电压（单位这个公式表明在固定电阻和时间的条件下，电功与电流的平方成正比这一关系在热效应应用中尤伏特V），R为电阻（单位欧姆Ω）欧姆定律是与电压的平方成正比这一关系在电网输电损耗计为重要，例如电热器、熔断器等电学中最基本的定律之一，揭示了导体中电流与电算和电器使用中有重要应用压成正比、与电阻成反比的规律三种公式的适用场景对比公式已知条件典型应用场景W=UIt电压U，电流I电源输出功率计算，电器实际功率测量W=I²Rt电流I，电阻R导线发热损耗计算，电阻加热器设计W=U²t/R电压U，电阻R恒压供电系统功率计算，变压器损耗评估电能与电功的联系能量守恒的体现电能与电功的关系是能量守恒定律在电学中的具体体现在理想情况下在实际电路中，由于导线电阻和其他因素的影响，会存在一定的能量损耗，主要以热能形式散失因此，完整的能量平衡应为电能可以看作是电荷在电场中的势能，当电荷在电场力作用下移动时，势能减少，转化为其他形式的能量，这个转化的量就是电功从宏观角度看，电功是电能在时间上的积分，反映了电能随时间的累积效应从微观角度看，电功是大量带电粒子在电场中运动过程中能量转化的总和数学关系如果将电功率P看作是单位时间内电能的变化率，则电功W与电功率P的关系为实例计算电饭煲的能耗1解题过程已知条件•电饭煲功率P=500W=

0.5kW•工作时间t=2h•电价为

0.55元/kWh1计算消耗的电能（千瓦时）根据电功公式W=PtW=

0.5kW×2h=1kWh2计算消耗的电能（焦耳）⁶利用单位换算关系1kWh=

3.6×10J⁶W=1kWh=

3.6×10J3计算电费电费=电能×单价=1kWh×

0.55元/kWh=

0.55元分析讨论在实际使用中，电饭煲在煮饭过程中会经历加热和保温两个阶段，功率并非恒定加热阶段功率接近额定值，而保温阶段功率较低更精确的计算应考虑功率随时间的变化典型习题讲解【例题】家庭用电量计算2一个月消耗的电能月电能消耗=

0.36kWh×30=

10.8kWh某家庭安装了6个节能灯，每个灯的额定功率为12W每天这些灯平均使用5小时计算3一个月电费

1.这些灯每天消耗的电能（kWh）

2.一个月（30天）消耗的电能（kWh）月电费=

10.8kWh×

0.60元/kWh=

6.48元

3.如果电价为

0.60元/kWh，一个月需支付的电费4节省的电费

4.与使用相同数量的60W普通灯泡相比，一个月可节省多少电费普通灯泡总功率=6×60W=360W=

0.36kW【解答】普通灯泡月电能消耗=

0.36kW×5h×30=54kWh1每天消耗的电能普通灯泡月电费=54kWh×

0.60元/kWh=

32.4元总功率=6×12W=72W=

0.072kW节省电费=

32.4元-

6.48元=

25.92元年全国平均家庭用电情况每天电能消耗=

0.072kW×5h=

0.36kWh2023根据2023年数据，中国城市家庭月均用电量约为250-300kWh，农村家庭约为120-150kWh其中•照明用电占10-15%•制冷制热用电占30-40%•厨房电器用电占20-25%•娱乐电子设备用电占15-20%•其他用电占5-10%电能表的读数方法电能表读数方法01确认表盘类型机械式表盘通常有4-6个数字转轮，从左到右依次表示千位、百位、十位、个位、小数位电子式表盘直接显示数字，通常带有单位标识（如kWh）02读取数字对于机械式电表，从左到右依次读取每个转轮的数字若转轮正在转动（数字介于两个数之间），应取较小的数对于电子式电表，直接读取显示屏上的数字即可某些电子表需按按钮切换显示项03计算用电量当月用电量=当月读数-上月读数电费计算=用电量×电价如使用阶梯电价或分时电价，需按相应规则计算电能表的结构与原理电费计算举例电能表（俗称电表）是测量用电量的仪器，主要分为机械式和电子式两种某家庭上月电表读数为

2568.4kWh，本月读数为

2731.6kWh，电价为

0.55元/kWh机械式电能表通过感应电机原理工作当电流通过线圈时产生磁场，这个磁场与永久磁铁相互作用产生转矩，驱动铝盘旋转，用电量=

2731.6-

2568.4=

163.2kWh铝盘带动计数器记录用电量电费=

163.2kWh×

0.55元/kWh=

89.76元电子式电能表通过电子元件采集电压和电流信号，经过数字处理后直接显示用电量现代智能电表还具备远程抄表、分时计费如果采用阶梯电价（第一档0-160kWh，

0.55元/kWh；第二档161-230kWh，

0.60元/kWh；第三档230kWh以上，

0.65元等功能/kWh）电功率与电能、电功的关系电功率的定义功率与电能的关系单位和的区别与换算W kW电功率是单位时间内做的电功，表示电能转化为其他形式能量的电能是电功率在时间上的积分功率单位瓦特W与千瓦kW的关系快慢，即电能单位焦耳J与千瓦时kWh的关系对于恒定功率，电能等于功率乘以时间在恒定电流电路中，结合电功公式W=UIt，得到电功率公式这些单位换算在能源计算中经常使用这一关系是计算家用电器能耗最常用的公式，电器标注的功率即为P单位瓦特W或千瓦kW，1kW=1000W电路安全与功率过载案例电路的安全载流量与功率密切相关当电路中流过的电流超过导线或用电设备的安全载流量时，会发当多个大功率电器（如电热水器、空调、电热毯等）同时接入同一电路时，极易导致过载生过载现象，可能导致电线发热、绝缘层熔化甚至火灾案例某家庭在同一插座上同时使用了3000W的电热水器和1500W的电暖器，总功率为4500W，远超以普通家庭为例，标准插座电路通常设计为承受10A的电流在220V电压下，最大安全功率约为电路安全负荷由于长时间过载，导线温度升高，最终导致电线绝缘层熔化，引发火灾P=UI=220V×10A=2200W=

2.2kW实验设计测定小灯泡电功实验电路将电源、开关、电流表、灯泡串联，电压表并联在灯泡两端，组成闭合电路实验步骤01电路连接按照实验电路图连接电路，确保连接正确无误特别注意电流表、电压表的正负极接法02调节电源₀₀闭合开关，调节电源电压至约

3.8V，使灯泡正常发光记录此时电压表和电流表的读数U和I03测量记录₀记录初始时间t，保持电路稳定工作一段时间（如3分钟），期间每30秒记录一次电压和电流值，计算平均值U和I04实验目的数据处理根据公式W=UIt计算灯泡消耗的电功用两种方法验证一是直接用W=UIt计算；二是先计算功率P=UI，再用W=Pt计算

1.验证电功公式W=UIt

2.测定小灯泡在一定时间内消耗的电功数据记录表格要求

3.理解电能转换过程实验器材时间点电压UV电流IA功率PW累计时间ts•小灯泡（

3.8V，

0.3A）及灯座0s0•电源（直流稳压电源或干电池）30s30•电压表（0-5V）•电流表（0-

0.5A）60s60•开关......•导线若干•秒表180s180平均值U平均I平均P平均实验数据分析实测数据示例电功计算方法一直接使用电功公式时间点电压UV电流IA功率PW累计时间tsW=UIt=

3.78V×

0.296A×180s=

201.4J0s

3.

820.

2981.1380方法二通过功率计算30s

3.

800.

2971.12930P=UI=

3.78V×

0.296A=

1.120W60s

3.

790.

2961.12260W=Pt=

1.120W×180s=

201.6J90s

3.

780.

2961.11990两种方法计算结果基本一致，微小差异来自于四舍五入理论公式与实测数据对比120s

3.

770.

2951.112120150s

3.

770.

2951.112150理论上，灯泡的额定功率为P理论=UI=

3.8V×

0.3A=

1.14W180s

3.

760.

2941.105180实测平均功率为

1.120W，与理论值非常接近，误差约为

1.75%平均值

3.

780.

2961.120180误差来源及改进方法•仪器误差电压表、电流表存在测量误差，可使用精度更高的数字仪表•电源波动电源电压可能存在波动，可使用更稳定的稳压电源•灯丝温度变化灯丝温度升高会导致电阻增大，可在灯泡完全预热后再开始记录•计时误差人工计时存在误差，可使用电子计时器或数据采集系统电能的高效利用高效用电行为对比节能行为•根据需要开关电器，避免长时间待机•选择高能效等级电器（如1级能效空调）•科学设置冰箱、空调温度•充分利用自然光照明•使用智能插座管理用电浪费行为•电器长时间待机不关闭（如电视、电脑）•不必要的照明（无人区域不关灯）•空调制冷温度过低或制热温度过高•电冰箱内存放过多或过少食物•频繁开关大功率电器电能利用效率改进技术现代社会中，电能利用效率提升主要通过以下途径•高效电机技术变频电机可节电20-50%•智能电网通过负荷管理优化电能分配•储能技术平衡峰谷用电，提高系统效率•废热回收将电器产生的热能回收利用•智能家居系统根据使用需求自动调节用电节能灯与白炽灯对比参数白炽灯节能灯CFL LED灯功率W60158电能在生产与生活中的应用现代工业应用交通领域应用家庭生活应用电能驱动着现代工业的各个环节，从自动化生产线到精密制造设备我电能正在改变交通出行方式中国已建成世界上最大的高速铁路网，电电能彻底改变了家庭生活方式智能家电、电子设备使家务劳动大幅减国工业用电量占总用电量的65%以上，其中冶金、化工和机械制造业是气化率超过70%一列时速350km/h的高铁列车瞬时功率可达20MW轻，提高了生活质量2023年，中国城市居民家庭电器普及率达到每百主要用电大户电弧炉炼钢每吨钢耗电约500kWh，铝电解每吨铝耗电同时，电动汽车产业迅速发展，2023年中国新能源汽车销量突破950万户拥有冰箱107台、洗衣机104台、空调210台家庭年平均用电量从约13500kWh工业电气化程度是衡量一个国家工业现代化水平的重要辆，占汽车总销量的

31.6%电动汽车的普及大幅降低了碳排放，每年2000年的不足1000kWh增长到2023年的约3000kWh，反映了居民生活指标可减少近2000万吨碳排放水平的显著提升城市年用电量增长趋势中国城市用电量持续快速增长，2023年全社会用电量达到

8.71万亿千瓦时，同比增长

6.7%其中•工业用电量

5.87万亿千瓦时，增长

6.3%•城乡居民生活用电量

1.42万亿千瓦时，增长

7.4%•第三产业用电量

1.31万亿千瓦时，增长

9.2%中国大城市的电力负荷密度已达到每平方公里20-50MW，超过发达国家水平在用电高峰期，北京、上海等特大城市的用电负荷可达2000-3000万千瓦世界各国人均电能消耗对比数据分析与解读世界各国人均电能消耗差异巨大，反映了经济发展水平、工业化程度、气候条件和能源政策的差异•冰岛、挪威等北欧国家人均用电量极高，主要原因是寒冷气候导致取暖用电量大，同时这些国家可再生能源丰富，电价相对低廉•美国作为高度发达的工业国家，人均用电量约为中国的2倍，反映了更高的机械化、自动化水平和生活能源消费习惯•中国人均用电量高于世界平均水平但低于发达国家，处于快速增长阶段，每年增速约5-7%•印度等发展中国家人均用电量较低，反映了电力基础设施尚不完善，大量人口仍缺乏稳定电力供应能源结构简述数据来源国际能源署IEA，2023年数据不同国家的电力来源结构差异显著•中国煤电占56%，水电、核电和可再生能源占44%•美国天然气占38%，可再生能源占21%，核电占19%，煤电占22%•法国核电占70%，可再生能源占21%，化石燃料占9%•挪威水电占92%，其他可再生能源占8%电能的计费与节能家庭分时电价实例国家节能减排政策简介能效标识制度时段类型时间段电价元/kWh峰时段10:00-15:00,18:00-21:

000.8483中国于2005年开始实施能效标识管理制度，要求家用电器标注能效等级（1-5级）1级能效产品比5级能效产品节电30-50%截至2023年，已有41类产品纳入能效标识管理范围平时段7:00-10:00,15:00-18:00,

0.548321:00-23:00财政补贴政策谷时段23:00-次日7:

000.3483政府对购买高能效电器给予补贴，如节能产品惠民工程2023年，国家继续实施新能源汽车补贴政以上为北京市2023年居民分时电价标准（示例）策，电动汽车充电基础设施建设补贴等，促进节能减排分时电价的优势碳达峰碳中和•引导用户错峰用电，缓解电网高峰负荷压力•提高电网设备利用率，延长设备使用寿命中国提出2030年前碳达峰，2060年前碳中和目标电力行业作为碳排放主要来源，是重点减排领•减少高峰时段的火电发电量，降低环境污染域计划到2025年，可再生能源发电装机容量达到12亿千瓦以上•用户可通过调整用电时间降低电费支出家庭节能用电建议实施节能的经济效益•选择一级能效电器，特别是空调、冰箱等大功率设备以一个典型三口之家为例，通过调整用电习惯和采用节能电器，每月可节约用电约60kWh，按平均电价

0.6•将洗衣机、热水器等高耗电设备使用时间调整至电价低谷期元/kWh计算，年节约电费432元如考虑分时电价，节约效果更为明显•使用智能电表和智能插座，监控并管理家庭用电情况•合理设置空调温度，夏季不低于26℃，冬季不高于20℃•关闭电器待机模式，拔掉不使用的充电器，减少待机能耗常见电学误区解析误区一电压越高越危险误区二电流、电功率和电能混淆误区三电器标称功率就是实际功率很多人认为高电压一定比低电压更危险实际上，对人体的许多人将电流A、电功率W和电能kWh概念混淆电流电器上标注的额定功率通常是最大功率或设计工作功率，实伤害主要取决于通过人体的电流大小，而不仅仅是电压根是单位时间内通过导体横截面的电量；电功率是单位时间内际工作时的功率可能因使用状态而异例如，变频空调在达据欧姆定律I=U/R，在人体电阻一定的情况下，电压越高确做功或消耗能量的速率；电能是在一段时间内消耗的总电到设定温度后会降低功率运行；电冰箱的压缩机并非持续工实电流越大但在某些特殊情况下，低电压高电流的设备可量比如说这个电器很耗电，实际上是指它的功率大或长作，而是周期性启停因此，电器的实际用电量通常低于按能比高电压低电流的设备更危险例如，一个12V100A的电时间使用消耗的电能多，而不是指它的工作电流大额定功率和使用时间计算的理论值源比220V

0.1A的电源储存的能量更大，潜在危险性更高实际测量与理论差异说明在实际电路中，理论计算与实测值往往存在差异，主要原因包括案例测量100W灯泡的实际功率

1.测量仪器误差电压表、电流表存在精度误差，数字仪表通常优于指针式仪表理论上，220V电压下，100W灯泡的电流应为

2.负载特性变化电阻随温度变化，如灯丝电阻在通电后升高，导致实际电流小于理论值I=P/U=100W/220V=

0.455A

3.电源内阻影响实际电源存在内阻，当负载增大时，端电压会下降实际测量发现，刚接通电源时，灯泡电流为

0.818A，功率为180W；稳定后电流为

0.455A，功率为

4.导线电阻影响实际电路中导线具有电阻，会造成电压降100W

5.接触电阻影响接点处存在接触电阻，特别是长期使用的设备接点老化后影响更大原因分析灯丝在冷态时电阻较低，随着温度升高，电阻增大，电流减小，最终达到标称工作状态这也解释了为什么灯泡通常在开启瞬间最容易烧毁——此时通过的电流远大于正常工作电流电能转换效率常见电能转换效率示例35%燃煤发电燃煤电厂的能量转换效率仅约35%，大部分能量以热能形式损失超超临界燃煤电厂效率可达45%左右40%天然气发电燃气-蒸汽联合循环发电效率可达60%，单循环燃气轮机约40%98%水力发电水力发电效率最高可达98%，是最高效的发电方式之一85%输电效率特高压输电线路损耗率约为5-7%，配电网损耗约为8-10%90%能量转换效率定义电动机效率电能转换效率指输出有用能量与输入总能量之比，通常用百分比表示高效电动机效率可达90-95%，变频调速电机比固定速率电机节能20-50%15%白炽灯效率从能量守恒定律看，输入能量等于输出有用能量加上损耗能量，即传统白炽灯仅有约5%的电能转化为光能，95%转化为热能；LED灯效率可达40-50%提高能源利用效率的意义转换效率永远小于100%，差值部分转化为不可利用的热能或其他形式的能量损失能源转化与可持续发展绿色能源电能化趋势国内新能源发电占比（年最新数据）2024电能化是指将终端能源消费从直接燃烧化石燃料转变为使用电能的过程，是能源消费清洁化的重要途径电能化的主要优势包括•能源利用效率高电能可以高效地转化为各种形式的能量•污染物排放少用电过程不产生直接排放，污染控制集中在发电环节•可再生能源接入便利太阳能、风能等可再生能源易于转化为电能•能源利用智能化电能使用可以精确计量和智能控制随着清洁电力比例提高，电能化将带来更显著的环境效益例如，电动汽车的全生命周期碳排放已低于同级别燃油车20-30%，未来这一差距将进一步扩大火电水电风电光伏核电其他数据来源中国电力企业联合会，2024年一季度截至2024年3月，中国可再生能源发电装机容量已突破12亿千瓦，其中风电装机约

4.1亿千瓦，光伏装机约

5.3亿千瓦，水电装机约

4.1亿千瓦可再生能源发电量占全国总发电量的比重已接近35%，比2015年提高了约12个百分点电功与安全用电漏电保护器电路短路危害电路过载危害漏电保护器是一种自动切断电源的安全装置，当检测短路是指电流不经过负载而直接从火线流向零线，形过载是指电路中流过的电流超过导线或用电设备的安到电路中存在漏电电流（通常超过30mA）时，会在成阻值极小的回路根据欧姆定律，电阻接近零时电全载流量根据焦耳定律（Q=I²Rt），电流越大，产

0.1秒内自动断开电路，防止触电事故流会急剧增大，可能达到正常工作电流的几十倍甚至生的热量越多长时间过载会导致导线温度持续升上百倍高，绝缘层老化、脆化甚至熔化，最终可能导致短路工作原理基于零序电流互感器正常情况下，进线电或火灾流等于回线电流；当存在漏电时，两者不相等，产生大电流会产生强烈的热效应和电磁效应，导致电线温差值电流，触发保护装置动作根据国家标准，家庭度急剧升高（可达1000℃以上），绝缘层熔化、起家庭电路的安全载流量通常为10-16A，对应2200-浴室、厨房等湿润环境必须安装漏电保护器火，甚至引发爆炸据统计，短路是电气火灾的主要3500W功率当同时使用多个大功率电器（如电热水原因之一，占电气火灾总数的40%以上器、电暖气、电饭煲等）时，容易导致过载应合理分配用电负荷，避免集中使用大功率电器防范电气安全隐患的关键措施

1.选用符合国家标准的电气产品，避免使用劣质产品

1.避免电线长期弯折、受压或靠近热源

2.正确选择导线规格，确保与负载功率匹配

2.不要私自更改固定电路的连接方式

3.安装适当容量的断路器和漏电保护装置

3.远离潮湿环境使用电器，防止漏电

4.避免长期使电线处于过载状态

4.发现电气异常（如异味、异响、发热）立即切断电源

5.定期检查电线绝缘层是否老化、破损拓展电能储存与输送电能输送技术电能的高效输送是现代电力系统的核心技术之一随着距离增加，输电损耗增大，因此需要特殊技术提高输电效率高压输电技术根据焦耳定律，电能损耗与电流平方成正比提高电压可以在相同功率下降低电流，从而减少线损中国已建成世界上电压等级最高、输送容量最大的特高压输电网络，包括1100kV特高压交流和±1100kV特高压直流工程超导输电技术超导体在临界温度以下电阻几乎为零，理论上可实现无损耗输电目前高温超导材料可在-196℃的液氮温度下工作，相比传统导体可提高3-5倍的载流能力中国已建成多条超导电缆示范工程，如上海世博园区10kV/

1.3kA超导电缆工程远距离输电案例青海-河南±800kV特高压直流工程，全长1587公里，输送容量800万千瓦，可将青海清洁能源输送至华中负荷中心，年输送电量约400亿千瓦时该工程创造了多项世界纪录，包括最大输送容量、最高海拔（5295米）等，体现了中国电力技术的世界领先水平电能储存技术电能难以直接大规模储存，通常需要转化为其他形式的能量后储存主要电能储存技术包括化学能储存电池技术是最常见的电能储存方式，包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池等其中锂电池能量密度最高，可达250Wh/kg，但成本也较高大型电池储能电站已在电网调峰、频率调节中广泛应用，中国已建成全球最大的电化学储能系统，装机容量超过20GW势能储存抽水蓄能是目前最成熟的大规模电能储存技术，占全球电能储存装机的90%以上工作原理是利用低谷电力将水抽至高处水库，在用电高峰时放水发电中国抽水蓄能装机容量超过40GW，位居世界第一，计划到2030年达到120GW效率可达70-80%综合案例分析智能家居节能用电方案节约型校园用电管理效果智能感知系统某高中实施校园节能改造和管理优化后，年用电量从120万kWh降至80万kWh，节电率达33%主要措施包括通过人体存在感应器、光线感应器和温度传感器，自动控制家电运行状态实测•照明系统升级将传统灯具更换为LED灯，教室安装光感与人感双重控制系统，节约数据显示，智能照明系统可减少照明用电25-30%；智能空调控制系统可节约空照明用电45%调用电15-20%•空调系统优化安装温控器限定温度设置范围（夏季≥26℃，冬季≤20℃），采用变频空调，节约空调用电30%智能排程系统•用电行为管理开展节能宣传教育，建立班级用电责任制，设立节能监督员，培养师生节电习惯根据电价时段和用户习惯，自动安排洗衣机、洗碗机、热水器等大功率设备在电•能耗监测系统安装分区域电表，实时监测各功能区用电情况，发现异常及时处理价低谷期运行某智能家居实验社区的数据显示，这一措施可使家庭电费降低12-15%•可再生能源应用屋顶安装100kW光伏发电系统，年发电约12万kWh，占学校用电的15%用电分析系统通过智能电表和分路监测，记录并分析各类电器的用电情况，识别能耗异常点，并向用户提供节能建议数据显示，用户获得详细用电分析后，平均可主动减少用电8-10%综合案例某三口之家安装智能家居系统后，月均用电量从450kWh降至350kWh，降幅约22%系统投资约5000元，年节约电费约720元，投资回收期约7年考虑到系统的其他功能价值和未来电价上涨趋势，经济性较好单元难点与应试指导核心公式的辨析与应用复杂电路电功计算图像与函数关系电功公式有三种形式W=UIt，W=I²Rt和W=U²t/R在解题时，需根据已知条件选择在复杂电路中计算电功，需先明确计算对象（某一电阻元件、整个电路等）电功与时间的关系在恒定功率下，电功与时间成正比，W-t图像为直线最简便的公式对于串联电路总电功等于各元件电功之和；各元件电流相同；电压按电阻比例分电功与电流的关系在恒定电阻下，电功与电流平方成正比，W-I图像为抛物线•已知U和I时，直接用W=UIt配•已知I和R时，用W=I²Rt对于并联电路总电功等于各元件电功之和；各元件电压相同；电流与电阻成反电功与电阻的关系在恒定电流下，电功与电阻成正比，W-R为直线；在恒定电压•已知U和R时，用W=U²t/R比下，电功与电阻成反比，W-R为反比例函数注意单位转换如果时间以小时计，功率以瓦计，需将小时转换为秒，或直接用混合电路应先进行等效简化，或分步计算各部分电功后求和W=Pt计算，其中P=UI常见题型解题思路能量转换问题实际应用计算问题

1.

3.此类题目涉及电能与其他形式能量的转换，解题关键是应用能量守恒定律此类题目通常涉及家用电器用电量、电费计算等实际问题例题一个效率为80%的电动机从220V电源获取电能，做功200J，需要通电多长时间？例题某家庭有一台功率为2000W的电热水器，每天使用30分钟，一个月（30天）需支付多少电费？电价为

0.6元/kWh思路电动机输出功200J，效率80%，则输入电能为200J÷80%=250J思路月用电量=功率×时间=2000W×

0.5h×30=30000Wh=30kWh设电流为I，通电时间为t，则UIt=250J电费=用电量×电价=30kWh×

0.6元/kWh=18元综合分析与比较问题

4.若已知电动机功率P，则Pt=250J如果已知电动机电阻R，还可用I²Rt或U²t/R计算此类题目要求比较不同用电方案的能耗或成本电路参数变化问题

2.例题A、B两种电暖器功率分别为1500W和2000W，使用到室温达到25℃，分别需要20分钟和15分钟哪种电暖器更省电？此类题目涉及电路参数（电压、电流、电阻等）变化对电功的影响思路A耗电量=1500W×20/60h=

0.5kWh例题某电阻在额定电压下工作时功率为100W，若电压升高10%，功率变为多少？B耗电量=2000W×15/60h=

0.5kWh₂₁思路P=U²/R，电压升高10%，即U=

1.1U₂₂₁₁₁则P=U²/R=

1.1U²/R=

1.21×U²/R=

1.21P=

1.21×100W=121W课后拓展与思考题设计一份家庭月度用电统计表探讨未来电能技术发展与个人生活联系请根据以下要求，设计一份家庭月度用电统计表请思考并讨论以下问题1能源互联网

1.统计表应包含家中所有主要用电设备

2.记录每种设备的额定功率、日均使用时间未来的能源互联网将如何改变我们的用电方式？分布式发电、智能电网、需求侧响应等技术会给

3.计算每种设备的日耗电量和月耗电量个人生活带来哪些变化？

4.分析各类设备用电占比，找出用电大户

5.提出针对性的节电措施和预期节电效果2电动交通

6.比较实施节电措施前后的用电变化随着电动汽车普及，家庭充电需求增加，可能带来哪些挑战？V2G车辆到电网技术如何改变用电模下面是一个简化的示例格式式？是否会出现利用电动汽车电池作为家庭储能的应用？设备名称功率W日均使用日耗电量月耗电量电费元占比%3个人能源自主h kWhkWh未来个人是否可能实现能源自主？如何看待光伏+储能的家庭微电网系统？这种转变对传统电力公空调

150057.522513545司意味着什么？冰箱

200244.

3.6×10J功率单位瓦特W，1kW=1000W电能与电功理解在现代社会的重要性在现代社会，电能已成为最基础、最重要的能源形式之一深入理解电能与电功的知识，不仅有助于我们更好地应用电能，还能帮助我们•提高用电效率，减少能源浪费，降低生活成本•理性看待能源问题，支持清洁能源发展，促进可持续发展•避免电气安全隐患，保障人身和财产安全•理解现代科技发展趋势，为未来社会变革做好准备作为新时代的高中生，你们不仅要掌握电能与电功的基础知识，更要培养节约用电、安全用电的良好习惯，积极参与到绿色能源发展的实践中，为建设美丽中国、实现碳中和目标贡献自己的力量。