第 13 章 第 1 节 电功
第 章 电功率
电能的利用遍及生产生活的各个领域，利用电能驱动汽车，能量利用效率更高，也更环保。近年来，我国的电动汽车产业发展迅猛。本章我们将学习电路中功能转化的基本规律。
通过本章内容的学习，你将了解电功、电功率的基本概念和焦耳定律；用焦耳定律说明生产生活中的有关现象；知道家庭电路的组成，增强安全用电和节约用电的意识，体会践行绿色低碳生活的重要性。
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各式各样的电器已经成为人们便捷生活的必需品。扫地机器人（图 13–1–1）游走在家中清洁各处地面，工作结束后自动回到固定位置充电。此时，我们摸一下机身，会感到有些热。扫地机器人的机械能和内能是从哪里来的呢？
电路中的电能是如何转化的？
电路包含电源和用电器，电源将其他形式的能量转化为电能，而用电器工作时则将电能转化为其他形式的能量，如扫地机器人工作时将电能转化为机械能和内能等。电能利用的过程就是电能转化为其他各种形式能量的过程。
在电能转化为其他形式的能量过程中，我们说电流做了功。物理学中，把电流所做的功称为电功（electric work），用 W 表示，单位是焦（J）。
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电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。例如，通过某电扇的电流每秒做功150 J，表明每秒有150 J电能转化为机械能和内能。
我们也常用千瓦·时（俗称“度”）作为电能单位，符号是 kW·h。
类比机械功和机械功率的关系，可以知道：
1 kW·h = 1 000 W×3 600 s = 3.6×106 J
如何用电能表计量电能？
生活中可以用电能表计量家庭电路消耗的电能，也就是用电量。图 13–1–2 是普通电能表，上方数字表示以千瓦·时（kW·h）为单位的当前用电量（俗称“抄见数”）。
随着电子技术和互联网技术的发展，目前家庭电路基本采用图 13–1–3 所示的智能电能表。该类电能表靠专用的芯片计量电能，每计量一定量的电能会输出一个脉冲，对应的脉冲指示灯闪烁一次。智能电能表利用网络回传数据，实现了远程抄表。
电能表的表盘上还会标识一些常见参数。图13–1–3中表盘上的“220 V”和“50 Hz”表示电能表所接家庭电路中交流电的电压和频率。
记录电能表前后两次示数，计算其差值，就可以得到某一段时间内的用电量。
电流做功与哪些因素有关？
同一用电器的使用时间越长，消耗的电能越
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多，意味着电流做功越多。可见，电流做功的多少与用电器的通电时间有关。此外，电流做功的多少还与电压、电流有关。
电流通过用电器所做的功W等于用电器两端的电压U、通过用电器的电流I和通电时间t的乘积，即
\[W = UIt\]
在国际单位制中，电压的单位是伏（V）、电流的单位是安（A）、时间的单位是秒（s），电功的单位是焦（J）。它们之间的关系为：
1 J = 1 V·A·s
示例 · 如图 13–1–4 所示，一电熨斗工作时内部电热丝的电阻为 40 Ω，接在电压为 220 V 的家庭电路中。
（1）通过该电熨斗电热丝的电流是多大？
（2）该电熨斗工作 10 min 消耗多少电能？
解：（1）已知电熨斗电热丝的电阻 R = 40 Ω，两端电压 U = 220 V，根据欧姆定律，通过电热丝的电流
I = \(\dfrac{U}{R}\) = \(\dfrac{{220\;{\rm{V}}}}{{40\;\Omega }}\) = 5.5 A
（2）时间 t = 10×60 s = 600 s，根据电功的表达式，电流做功
W = UIt = 220 V × 5.5 A × 600 s = 7.26×105 J
即该电熨斗工作 10 min 消耗的电能是 7.26×105 J。
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自古以来，对热与电的利用促成了人类社会发展的两次重大飞跃。
有趣的是，无论是原始时期使用火还是18世纪运用蒸汽动力，对热的研究基本滞后于热的应用。而电的情况恰恰相反，直到19世纪法拉第（M. Faraday，1791—1867）和麦克斯韦（J. C. Maxwell，1831—1879）在电磁领域取得了突破性的研究成果后，人类才真正开始大规模利用电能。
在法拉第发明简易电动机和发电机之后，涌现了一大批发明家和实业家，在电能的产生、传输、使用等方面锐意创新，不仅制造业在电动机的轰鸣声中迅猛发展，人们的日常生活也因电灯、电报、电话、电车等的发明变得便捷。
进入信息时代，电能在人类生活中的重要地位依然不可撼动，而且人类对电能的需求还在不断提升。人们除了积极践行节约用电、推动绿
色低碳的生活方式外，也不断积极探索获取电能的新途径。图 13–1–5 所示的国内首座“零能耗”生态示范住宅在 2010 年上海世博会期间展示，“零能耗”建筑采用各种技术降低能耗，并利用各类可再生能源，实现建筑能源自给自足。
1．移动电源为电子设备充电时，电能转化成哪些形式的能量？
2．某款节能灯接入 220 V 家庭电路中，正常工作时电流约为 0.05 A，该节能灯工作 2 h 耗电多少千瓦·时？
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3．在图 13–1–6 所示的电路中，电源电压为 6 V，电阻 R1 的阻值为 10 Ω。闭合开关 S 后，电流表的示数为 1 A。求电阻 R2 在 5 s 内消耗的电能。
主题学习：家庭用电与节能 1
目前上海居民生活用电实行的是“分时电价”，每天 6：00 – 22：00 为“平时”，电价较高；22：00 – 次日6：00 为“谷时”，电价较低。某家庭所用的智能电能表液晶屏幕采用循环显示方式，用以显示不同的示数，部分示数如图 13–1–7 所示。
（1）自上月计费日开始至今，该家庭平时和谷时用电量分别是多少？总用电量是多少？
（2）表 13–1–1 所示的某电费账单仅有部分信息清晰可见。利用所学知识，补全账单上的其他信息。
| 上月抄见数 | 本月抄见数 | 用电量 /（kW·h） | 单价 / 元 | 金额 / 元 |
|---|---|---|---|---|
| 15 123 | 331 | 0.617 | ||
| 5 772 | 0.307 | |||
| 本月应付电费：220.19 元 | ||||
发布时间：2026/6/19 9:32:49 阅读次数：23