《九年级上册物理十三章电功与电功率思维导图》

一、电功 (W)

1. 定义：

• 电流通过用电器时所做的功。
• 本质：电能转化为其他形式能的过程的量度。

2. 公式：

• 通用公式： W = UIt
  • 适用范围：适用于所有电路（无论串联、并联、纯电阻、非纯电阻）。
  • 理解：电压提供的能量，乘以电流的载运能力，乘以时间的持续作用。
• 推导公式：
  • W = I²Rt (由 U = IR 代入 W = UIt 得到)
  • W = (U²/R)t (由 I = U/R 代入 W = UIt 得到)
  • 适用范围：这两个推导公式仅适用于纯电阻电路，如电热器、白炽灯等。
• 注意：
  • 公式的选择取决于题目所给的已知量和待求量，选择最便捷的公式。
  • 在非纯电阻电路中，上述推导公式不能使用，只能使用 W = UIt。

3. 单位：

• 国际单位：焦耳 (J)
• 常用单位：千瓦时 (kW·h)，俗称“度”。
• 换算关系：1 kW·h = 3.6 × 10⁶ J

4. 测量：

• 利用电能表测量电路在一段时间内消耗的电能。
• 计算：W = n / N，其中n为电能表转盘转过的圈数，N为电能表常数（每千瓦时转数）。
• 电能表读数：注意最后一位为小数，单位kW·h。

5. 电功的意义：

• 表示电流所做的功的多少。
• 电功越大，表示电流转化成的其他形式的能量越多。

二、电功率 (P)

1. 定义：

• 电流在单位时间内所做的功。
• 表示电流做功快慢的物理量。

2. 公式：

• 通用公式： P = W/t = UI
  • 适用范围：适用于所有电路。
• 推导公式：
  • P = I²R (由 U = IR 代入 P = UI 得到)
  • P = U²/R (由 I = U/R 代入 P = UI 得到)
  • 适用范围：这两个推导公式仅适用于纯电阻电路。
• 注意：
  • 公式的选择与电功公式类似，取决于已知量和待求量。
  • 在非纯电阻电路中，只能使用 P = UI。

3. 单位：

• 国际单位：瓦特 (W)
• 常用单位：千瓦 (kW)
• 换算关系：1 kW = 1000 W

4. 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的功率。 是用电器正常工作时的功率。
• 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的功率。
• 关系：
  • P实/P额 = (U实/U额)² (在电阻不变的情况下)
  • U实 > U额，则 P实 > P额，用电器会更亮（如果发光），但寿命会缩短。
  • U实 < U额，则 P实 < P额，用电器会更暗（如果发光）。
  • U实 = U额，则 P实 = P额，用电器正常工作。
• 灯泡亮度： 灯泡的亮度是由实际功率决定的，实际功率越大，灯泡越亮。

5. 电功率的意义：

• 表示电流做功的快慢。
• 电功率越大，电流在相同时间内做的功越多。

三、电热 (Q)与焦耳定律

1. 定义：

• 电流通过导体时，导体发热的现象。

2. 焦耳定律：

• 内容：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
• 公式：Q = I²Rt
• 适用范围：适用于所有电路。

3. 电热与电功的关系：

• 纯电阻电路： 电流通过导体时，电能全部转化为内能，电热等于电功，即 Q = W = UIt = I²Rt = (U²/R)t。
• 非纯电阻电路： 电流通过导体时，电能一部分转化为内能（电热），一部分转化为其他形式的能（如机械能、化学能），电热小于电功，即 Q = I²Rt < W = UIt。
• 电动机： 电动机消耗的电能大部分转化为机械能，小部分转化为内能。

4. 电热的应用与防止：

• 应用： 电热器、电饭锅、电熨斗等利用电热来工作。
• 防止： 电视机、电脑等用电器工作时会产生热量，需要散热，防止温度过高损坏元件。

四、测量小灯泡的电功率

1. 原理：

• P = UI

2. 器材：

• 电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、小灯泡。

3. 电路图：

• 电压表并联在小灯泡两端，测量小灯泡两端的电压。
• 电流表串联在电路中，测量通过小灯泡的电流。
• 滑动变阻器串联在电路中，改变小灯泡两端的电压和电流，实现多次测量。

4. 实验步骤：

• (1) 按电路图连接电路，连接电路时开关应断开。
• (2) 将滑动变阻器的滑片移到阻值最大端。
• (3) 闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表的示数等于小灯泡的额定电压，读出电流表的示数，计算出小灯泡的额定功率。
• (4) 改变滑动变阻器的阻值，使电压表的示数略高于和低于额定电压，分别读出电流表的示数，计算出小灯泡在不同电压下的实际功率。
• (5) 整理器材，记录实验数据。

5. 数据处理：

• 计算小灯泡的额定功率和不同电压下的实际功率。
• 分析实验数据，得出结论：小灯泡的实际功率随电压的增大而增大。

6. 注意事项：

• 选择合适量程的电压表和电流表。
• 连接电路时，注意电流的正负极。
• 滑动变阻器在闭合开关前，应滑到阻值最大端，保护电路。
• 多次测量时，应改变滑动变阻器的阻值，使小灯泡两端的电压高于、等于和低于额定电压。

五、思维导图总结

• 核心概念： 电功（能量转化），电功率（做功快慢），焦耳定律（电热）
• 计算公式： W=UIt，P=UI，Q=I²Rt （注意适用范围）
• 额定与实际： 额定电压/功率，实际电压/功率，以及它们之间的关系
• 实验： 测量小灯泡电功率的实验原理、电路、步骤、注意事项。
• 应用： 电热的应用和防止

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