《电功率思维导图》

一、核心概念

• 电功率 (P)：
  • 定义：电流在单位时间内所做的功，表示电流做功的快慢。
  • 单位：瓦特 (W)
  • 换算：1 kW = 1000 W
  • 物理意义：电流做功的快慢，电功率越大，用电器消耗电能越快。
• 电能 (W)：
  • 定义：电流所做的功。
  • 单位：焦耳 (J) 或 千瓦时 (kW·h)，俗称“度”。
  • 换算：1 kW·h = 3.6 × 10^6 J
  • 测量：用电能表（电度表）。
• 电压 (U)：
  • 定义：提供电能的推力，是形成电流的原因。
  • 单位：伏特 (V)
  • 常用电压：家庭电路220V，安全电压不高于36V。
• 电流 (I)：
  • 定义：电荷的定向移动形成电流。
  • 单位：安培 (A)
• 电阻 (R)：
  • 定义：导体对电流的阻碍作用。
  • 单位：欧姆 (Ω)

二、电功率的计算

• 通用公式：
  • P = W/t (电功率 = 电能 / 时间)
  • W = Pt (电能 = 电功率 × 时间)
  • t = W/P (时间 = 电能 / 电功率)
• 电功率的公式：
  • P = UI (电功率 = 电压 × 电流) 适用于所有电路
  • P = I²R (电功率 = 电流的平方 × 电阻) 适用于纯电阻电路（如电热器、灯泡等）
  • P = U²/R (电功率 = 电压的平方 / 电阻) 适用于纯电阻电路（如电热器、灯泡等）
• 导出公式：
  • I = P/U
  • U = P/I
  • R = U²/P (适用于纯电阻电路)
  • R = P/I² (适用于纯电阻电路)

三、电能的计算

• 通用公式：
  • W = Pt (电能 = 电功率 × 时间)
• 电热器电能的计算 (纯电阻电路):
  • W = U²/R * t
  • W = I²R * t
• 电能表的读数：
  • 月末读数 - 月初读数 = 本月用电量 (单位：kW·h)
  • 电能表参数：
    • “220V”：额定电压
    • “10(20)A”：标定电流（额定最大电流）
    • “600revs/kW·h”：每消耗1kW·h的电能，转盘转过600圈
    • “50Hz”：频率

四、额定功率与实际功率

• 额定电压 (U额)：用电器正常工作时的电压。
• 额定功率 (P额)：用电器在额定电压下工作时的功率。
• 实际电压 (U实)：用电器实际工作时的电压。
• 实际功率 (P实)：用电器在实际电压下工作时的功率。
• 灯泡亮度决定因素：实际功率决定灯泡亮度，实际功率越大，灯泡越亮。
• 关系：
  • U实 = U额，P实 = P额 (正常工作)
  • U实 > U额，P实 > P额 (可能烧坏用电器)
  • U实 < U额，P实 < P额 (不能正常工作)
• 计算实例：灯泡亮度变化
  • 串联电路：总电压不变，改变电路总电阻，改变电流，从而改变灯泡分得的电压和实际功率。
  • 并联电路：各支路电压不变，改变支路电阻，改变支路电流和功率，从而影响灯泡亮度。

五、电功率的应用

• 电热器：
  • 原理：电流的热效应。
  • 特点：将电能转化为内能。
  • 应用：电饭锅、电熨斗、电热水器等。
  • 焦耳定律：Q = I²Rt (电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与电阻成正比，与通电时间成正比)。适用于任何电路。
• 电动机：
  • 原理：通电导体在磁场中受到力的作用。
  • 特点：将电能转化为机械能，同时也有一部分电能转化为内能（发热）。
  • 效率：η = (有用功 / 总功) × 100% = (W有用 / W总) × 100% = (P有用 / P总) × 100%
  • 总功（W总）/总功率（P总）：消耗的电能/电功率
  • 有用功（W有用）/有用功率（P有用）：对外做功的能量/功率
• 照明设备：
  • 种类：白炽灯、节能灯、LED灯等。
  • 选择：根据功率、亮度、寿命、能效等因素进行选择。
• 家用电器：
  • 各种电器：电冰箱、洗衣机、电视机、空调等。
  • 安全用电：了解电器的额定功率和电压，避免超负荷用电，注意用电安全。

六、电功率的测量

• 伏安法测定小灯泡的电功率：
  • 原理：P = UI
  • 实验器材：电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、小灯泡。
  • 电路图：注意电压表并联在灯泡两端，电流表串联在电路中，滑动变阻器连接方式。
  • 实验步骤：
    1. 连接电路，注意滑动变阻器阻值调至最大。
    2. 闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表读数等于额定电压，记录电压和电流值。
    3. 调节滑动变阻器，改变灯泡两端电压，记录多组电压和电流值。
    4. 断开开关，整理器材。
  • 数据处理：
    1. 计算每次测量的电功率 P = UI。
    2. 计算灯泡的额定功率（在额定电压下的电功率）。
    3. 分析实验数据，得出灯泡亮度与实际功率的关系。
  • 误差分析：
    • 电压表和电流表的读数误差。
    • 连接线路时导线电阻带来的误差。
    • 灯丝温度变化对电阻的影响。
• 测量家用电器的实际功率：
  • 通过电能表转动圈数，计算一段时间内消耗的电能。
  • 根据 W = Pt，计算电器的实际功率。

七、易错点与注意事项

• 区分额定功率和实际功率。
• 明确纯电阻电路的适用公式，例如焦耳定律、P=U²/R、P=I²R。
• 计算电能时注意单位的统一（焦耳或千瓦时）。
• 分析电路时，注意电路的连接方式（串联或并联），以及各元件的作用。
• 安全用电意识：避免超负荷用电，防止触电事故。

八、典型例题分析

• 计算灯泡的额定功率和实际功率。
• 分析电路变化对灯泡亮度的影响。
• 计算电热器加热所需的时间和电能。
• 分析电动机的效率，计算有用功和总功。
• 利用电能表测量家用电器的实际功率。

九、思维拓展

• 探索新型能源，例如太阳能、风能等。
• 研究提高用电器效率的方法，实现节能减排。
• 探讨智能电网的发展趋势，实现能源的优化配置。