师:同学们好,今天我们学习的内容是第18章第二节——电功率。上节课我们学习了电功,电功就是电能转化为其他形式能的过程,也就是电流做功的过程,电功的公式是W = UIt。请同学们思考,电流做功有快慢吗?说到快慢,我们最熟悉的是物体运动的快慢,回忆一下,我们是如何比较物体运动快慢的?
生:比较物体运动的快慢有两种方法,一是通过相同的路程比较所花的时间;二是在相同的时间内比较通过的路程。
师:非常好,我们可以借鉴这两种方法来比较电流做功的快慢。方法一,电流做相同的功,比较所花的时间;方法二,在相同的时间内比较电流做的功。首先我们来看第一种方法,电流做相同的功,比较所花的时间,若时间不同,则电流做功有快慢。那么如何让电流做相同的功呢?我们可以用两个不同的电热水壶来烧水。在忽略散热的情况下,让电热水壶烧质量相等的水,并使水升高相同的温度。这说明电热水壶把电能转化为内能是相同的,电流做的功也就相同。所以,用两个不同的电热水壶加热初温、质量相同的水,比较水烧开的时间是否相同。下面我们进行实验。
(实验过程……)
师:在刚才的实验中,我们可以看到,把质量、初温相同的水都烧开,右边电热水壶所用的时间少,电流做功快。由此可得结论:电流做功相同,所花的时间越少,电流做功越快。我们还可以通过相同的时间比较电流做功的多少,来比较电流做功的快慢。大家看,在相同的时间内,较亮的灯消耗的电能多,消耗电能快。所以,通电时间相同时,电流做功越多,电流做功越快。可见,电流做功是有快慢的。
假如电流做功不一样,通电时间也不一样,那么我们怎么比较电流做功的快慢呢?我们可以仿照机械功率的定义得到电功率的定义。为了描述物体做功的快慢,我们引入了功率这个物理概念。同样,为了描述电流做功的快慢,我们引入电功率。在相同的时间内,机械做的功越多,功率越大;在相同的时间内,电流做的功越多,电功率越大。
我们把功与做功所用的时间之比叫做功率,那么电功率,我们可以用电功与做功所用的时间之比来定义。电功率的物理意义是表示电流做功的快慢。如果用W表示电功,t表示时间,P表示电功率,那么电功率的定义式就是P = W / t。电功的单位是焦耳,时间的单位是秒,功率的单位是瓦特,常用单位还有千瓦和毫瓦。1千瓦 = 103瓦特,1瓦特 = 103毫瓦。
生活中常见的电热水壶的功率为1500瓦,电热水壶的功率1500瓦表示什么含义呢?根据P = W / t,我们知道1500瓦 = 1500焦耳 / 秒。也就是说,1秒内电流通过电热水壶做功为1500焦,电热水壶1秒内消耗的电能为1500焦。
下面我们来了解一下生活中常见用电器的电功率。家用空调约为1千瓦,台式计算机约为200瓦,液晶电视机约为100瓦,电子表约为0.01毫瓦。同学们还记得上节课我们学习的电能的单位——千瓦时,为什么千瓦时是电能的单位呢?首先我们观察一下千瓦时的构造,前面是千瓦,后面是小时,它是复合单位,千瓦是电功率的单位,小时是时间单位。根据P = W / t可以得出W = Pt。如果P和t的单位分别用千瓦和小时,那么它们相乘以后就得到电能的另一个单位——千瓦时。生活中也叫度,1千瓦时可以看作功率为1千瓦的用电器使用1小时所消耗的电能。同学们注意,千瓦时和千瓦是两个不同物理量的单位。
同学们已经知道了电功的定义是W = UIt,电功率的定义是P = W / t,我们可以把电功公式代入电功率公式,得到P = UIt / t,时间约掉,就推导得出了电功率的计算式P = UI。如果我们知道用电器两端的电压和通过用电器的电流,就可以用P = UI求出用电器的电功率。
同学们观察过用电器的铭牌吗?在用电器铭牌上常常标有额定电压和额定功率,那么额定电压和额定功率表示什么含义呢?我们来看,有两个灯泡,额定电压和额定功率分别为220伏、40瓦和220伏、150瓦。当把这两个灯泡分别接在220伏的电压下,此时白炽灯的功率就等于额定功率,白炽灯正常发光。所以,用电器正常工作时的电压,我们叫做额定电压,用U额表示;用电器在额定电压下工作时的功率,我们称之为额定功率,用P额表示。
