定义：电流通过用电器所做的功称为电功，实质是电能转化为其他形式能的过程。电流做了多少功，就消耗了多少电能。
📊 单位换算
| 单位 | 符号 | 换算关系 | 应用场景 |
|---|
| 焦耳 | J | 1 J = 1 V·A·s | 物理计算 |
| 千瓦时 | kW·h | 1 kW·h = 3.6×10⁶ J | 电费计量 |
| 度 | — | 1 度 = 1 kW·h | 日常生活 |
🔬 实验一：电能表转盘演示
实验 1-1 · 电能表结构与读数规则（转盘由 SMIL 驱动旋转）
🔬 实验二：电能转化示意
实验 1-2 · 电能转化示意：电能可转化为光能、内能和机械能
📝 例题精讲
例1. 某家庭电能表月初读数为 02385.6 kW·h，月末读数为 02642.3 kW·h，电价 0.52 元/度。求本月用电量和电费。
Step 1
识别已知量：月初 W₁=2385.6 kW·h，月末 W₂=2642.3 kW·h，电价=0.52 元/度
Step 2
计算用电量：W = W₂ − W₁ = 2642.3 − 2385.6 = 256.7 kW·h = 256.7 度
Step 3
计算电费：256.7 × 0.52 = 133.48 元
例2. 将 3.6×10⁶ J 换算为 kW·h；将 2 度电换算为 J。
Step 1
记住核心换算：1 kW·h = 3.6×10⁶ J
Step 2
3.6×10⁶ J = (3.6×10⁶) / (3.6×10⁶) kW·h = 1 kW·h
Step 3
2 度 = 2 kW·h = 2 × 3.6×10⁶ J = 7.2×10⁶ J
例3. 电能表标有 600 r/kW·h，某用电器工作时转盘 5 分钟转了 30 圈。求该用电器功率。
Step 1
由 n = 30 圈，N = 600 r/kW·h，得 W = n/N = 30/600 = 0.05 kW·h
Step 2
时间 t = 5 min = 5/60 h = 1/12 h
Step 3
功率 P = W/t = 0.05 / (1/12) = 0.6 kW = 600 W
🎯 单元测试
TEST-1-1
电功的国际单位是（ ）
A. 伏特（V）
B. 安培（A）
C. 焦耳（J）
D. 瓦特（W）
TEST-1-2
关于电能表参数 N=600 r/kW·h，下列说法正确的是（ ）
A. 每转 600 圈消耗 1 度电
B. 每消耗 1 度电转 600 圈
C. 转盘转速恒为 600 转每小时
D. 电能表额定功率 600W
TEST-1-3
1 度电可供一只 25W 的灯泡正常工作多少小时？
A. 4 h
B. 25 h
C. 40 h
D. 100 h
TEST-1-4★ 陷阱题
(陷阱题) 小明看到电能表读数为 02386，认为本月用了 2386 度电。这个理解对吗？
A. 对，读数就是用电量
B. 不对，这是累计读数不是单月用量
C. 对，最后一位是整数位
D. 不对，应该乘以电能表系数
TEST-1-5
电流通过电风扇做了 1000 J 的功，产生了 200 J 的热量。则转化为机械能的能量为（ ）
A. 1200 J
B. 1000 J
C. 800 J
D. 200 J
📌 本单元核心概念
- 电功 W = UIt，表示电流所做的功，单位为焦耳(J)或千瓦时(kW·h)
- 1 kW·h = 3.6×10⁶ J = 1 度，是日常生活中电费计量的基本单位
- 电能表用于测量消耗的电能，转盘式电能表参数 N=r/kW·h 表示每度电转数
- 电能可以转化为光能、内能、机械能等多种形式
定义：电流在单位时间内所做的功，表示电流做功的快慢。
🔬 实验一：灯泡亮度与功率关系
实验 2-1 · 功率越大，单位时间内做功越多，灯泡越亮
🔬 实验二：串并联电路功率分配
实验 2-2 · 串联电路中 P∝R；并联电路中 P∝1/R
📝 例题精讲
例1. 一只灯泡两端电压为 220V，通过的电流为 0.5A。求灯泡的电功率和电阻。
Step 1
已知：U = 220V，I = 0.5A。求 P 和 R。
Step 2
由 P = UI = 220 × 0.5 = 110 W
Step 3
由欧姆定律 R = U/I = 220/0.5 = 440 Ω
例2. 两个电阻 R₁=10Ω、R₂=20Ω 串联在 6V 电路中。求各自的实际功率和总功率。
Step 1
串联总电阻 R = R₁+R₂ = 30Ω，电流 I = U/R = 6/30 = 0.2A
Step 2
P₁ = I²R₁ = 0.04×10 = 0.4W；P₂ = I²R₂ = 0.04×20 = 0.8W
Step 3
总功率 P = UI = 6×0.2 = 1.2W（或 P=P₁+P₂=1.2W）
例3. 上题中若改为并联，求各自的实际功率和总功率。
Step 2
P₁ = U²/R₁ = 36/10 = 3.6W；P₂ = U²/R₂ = 36/20 = 1.8W
Step 3
总功率 P = P₁+P₂ = 5.4W（并联总功率大于串联）
🎯 单元测试
TEST-2-1
电功率表示（ ）
A. 电流做功的多少
B. 电流做功的快慢
C. 电压的大小
D. 电阻的大小
TEST-2-2
某用电器工作电压 220V，电流 2A，其功率为（ ）
A. 110W
B. 440W
C. 222W
D. 440J
TEST-2-3
纯电阻电路中，下列功率公式不能使用的是（ ）
A. P=UI
B. P=I²R
C. P=U²/R
D. P=IR
TEST-2-4★ 陷阱题
(陷阱题) 两只灯泡串联，电阻大的灯泡一定更亮吗？
A. 不一定，还要看电压
B. 一定更亮，因为电阻大
C. 一定更暗，因为电流小
D. 一样亮，因为串联电流相等
TEST-2-5
家庭电路中，100W 灯泡和 40W 灯泡并联在 220V 上，下列说法正确的是（ ）
A. 100W 灯泡电阻更大
B. 40W 灯泡电流更大
C. 100W 灯泡电流更大
D. 两者电流相同
📌 本单元核心概念
- 电功率 P = UI，表示电流做功的快慢，单位为瓦特(W)
- 纯电阻电路中 P = I²R = U²/R，可根据已知条件灵活选用
- 串联电路中功率分配与电阻成正比：P₁:P₂ = R₁:R₂
- 并联电路中功率分配与电阻成反比：P₁:P₂ = R₂:R₁
- 总功率等于各用电器功率之和：P总 = P₁ + P₂ + …
额定功率 P额：用电器在额定电压下正常工作时的功率。
实际功率 P实：用电器在实际电压下工作时的功率。
| 对比项 | 额定功率 P额 | 实际功率 P实 |
|---|
| 定义 | 额定电压下的功率 | 实际电压下的功率 |
| 电压条件 | U = U额 | U = U实（任意） |
| 关系 | P实 / P额 = (U实 / U额)² |
| 亮度 | 正常工作 | U实 > U额：过亮易损；U实 < U额：偏暗 |
🔬 实验一：电压变化对灯泡亮度影响
实验 3-1 · 实际电压偏离额定电压时，实际功率按平方关系变化
🔬 实验二：铭牌参数解读
实验 3-2 · 铭牌上的额定参数是计算电阻和工作状态的依据
📝 例题精讲
例1. 标有"220V 100W"的灯泡接在 110V 电路中，求实际功率。（假设电阻不变）
Step 1
由铭牌求电阻：R = U额²/P额 = 220²/100 = 484 Ω
Step 2
实际功率 P实 = U实²/R = 110²/484 = 12100/484 = 25W
Step 3
或由比例关系：P实/P额 = (110/220)² = 0.25，故 P实 = 100×0.25 = 25W，亮度明显变暗
例2. 把"220V 40W"和"220V 60W"两灯泡串联接入 220V 电路，哪个更亮？
Step 1
先求电阻：R₁=220²/40=1210Ω，R₂=220²/60≈806.7Ω
Step 2
串联电流相同，P=I²R，电阻大的功率大，故 40W 灯泡更亮
Step 3
结论：40W 灯泡更亮。额定功率大的灯泡电阻反而小，串联时实际功率更小
例3. 上题中若改为并联在 220V 上，哪个更亮？
Step 1
并联时各支路电压相等，均为 220V（额定电压）
Step 2
两灯泡均在额定电压下工作，实际功率等于额定功率
Step 3
结论：60W 灯泡更亮。并联时额定功率大的灯泡实际功率也大
🎯 单元测试
TEST-3-1
灯泡亮度取决于（ ）
A. 额定功率
B. 实际功率
C. 额定电压
D. 工作时间
TEST-3-2
标有"220V 100W"的灯泡，接在 110V 电路中，实际功率约为（ ）
A. 100W
B. 50W
C. 25W
D. 200W
TEST-3-3
两盏额定电压相同的灯泡，额定功率大的灯泡电阻（ ）
A. 更大
B. 更小
C. 相等
D. 无法确定
TEST-3-4★ 陷阱题
(陷阱题) 额定功率大的灯泡一定比额定功率小的亮吗？
A. 一定，额定功率决定亮度
B. 不一定，还要看实际电压
C. 串联时一定更亮
D. 并联时一定更暗
TEST-3-5
将"220V 40W"和"220V 100W"灯泡串联在 220V 上，总功率约为（ ）
A. 140W
B. 约 28.6W
C. 100W
D. 40W
📌 本单元核心概念
- 额定功率是用电器在额定电压下的功率；实际功率是在实际电压下的功率
- 核心比例：P实/P额 = (U实/U额)²，电压减半则功率变为 1/4
- 灯泡亮度由实际功率决定，而非额定功率
- 串联时电阻大的灯泡更亮；并联时额定功率大的灯泡更亮
定义：电流通过导体时产生的热量，与电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。
🔬 实验一：焦耳定律验证装置
实验 4-1 · 串联电路中电流相同，电阻越大发热越多（Q ∝ R）
🔬 实验二：电热的利用与防止
实验 4-2 · 电热的利用（有目的产热）与防止（避免过热损坏）
📝 例题精讲
例1. 一只电热水壶电阻为 48.4Ω，接在 220V 电路中工作 5 分钟。求产生的热量。
Step 1
已知：R=48.4Ω，U=220V，t=5min=300s
Step 2
纯电阻电路 Q = W = U²t/R = 220²×300/48.4 = 48400×300/48.4 = 300000J
Step 3
或先求 I=U/R=220/48.4≈4.55A，再 Q=I²Rt=20.7×48.4×300≈3×10⁵ J
例2. 电动机线圈电阻 2Ω，工作电压 220V，电流 5A，运行 10min。求线圈产生的热量。（注意：电动机不是纯电阻）
Step 1
关键判断：电动机不是纯电阻电路，电能主要转化为机械能，不能用 Q=W=UIt
Step 2
线圈发热只能用焦耳定律：Q = I²Rt = 5²×2×600 = 25×2×600 = 30000J
Step 3
若误用 Q=UIt=220×5×600=660000J 会严重高估，因为大部分电能转化为机械能
例3. 把 R₁=10Ω 和 R₂=20Ω 的电阻并联在 6V 电路上 1min，哪个电阻产生的热量更多？
Step 1
并联电压相等，Q = U²t/R，热量与电阻成反比
Step 2
Q₁ = 6²×60/10 = 216J；Q₂ = 6²×60/20 = 108J
Step 3
结论：R₁ 产生的热量是 R₂ 的两倍，电阻小的发热更多
🎯 单元测试
TEST-4-1
焦耳定律的表达式是（ ）
A. Q=UIt
B. Q=I²Rt
C. Q=U²t/R
D. Q=Pt
TEST-4-2
串联电路中，相同时间内产生热量较多的电阻（ ）
A. 阻值较小
B. 阻值较大
C. 电压较小
D. 与阻值无关
TEST-4-3
电热水壶、电饭煲等电器利用的是电流的（ ）效应
TEST-4-4★ 陷阱题
(陷阱题) 对于任何电路，都可以用 Q=W=UIt 计算电热吗？
A. 可以，通用公式
B. 不可以，只有纯电阻电路适用
C. 可以，但结果偏大
D. 可以，但结果偏小
TEST-4-5
两根电阻丝 R甲=2R乙，串联时相同时间内热量之比 Q甲:Q乙 为（ ）
A. 1:2
B. 2:1
C. 1:4
D. 4:1
📌 本单元核心概念
- 焦耳定律：Q = I²Rt，电流通过导体产生的热量与 I²、R、t 成正比
- 纯电阻电路中 Q = W = UIt = U²t/R，电能全部转化为内能
- 非纯电阻电路（如电动机）只能用 Q = I²Rt 计算发热，不能用 Q=W=UIt
- 串联时 Q ∝ R；并联时 Q ∝ 1/R（电压相同时）
- 电热利用：热水器、电饭煲；电热防止：散热片、风扇、散热孔
家庭电路组成：进户线 → 电能表 → 总开关 → 保险装置 → 用电器
🔬 实验一：家庭电路连接示意
实验 5-1 · 家庭电路组成：各用电器并联，开关接火线
🔬 实验二：短路/过载演示
实验 5-2 · 短路时电流极大，会烧毁线路，保险装置自动切断电路
家庭电路特点：
- 各用电器并联接入电路，互不影响
- 开关与所控制的用电器串联，且接在火线上
- 金属外壳用电器必须使用三孔插座（接地保护）
- 总功率过大或短路会导致干路电流过大，触发保险装置
🛡️ 保险丝 vs 空气开关
| 对比项 | 保险丝 | 空气开关（断路器） |
|---|
| 材料 | 铅锑合金（电阻大、熔点低） | 电磁脱扣 + 双金属片 |
| 原理 | 电流过大时发热熔断 | 电磁效应或热效应脱扣 |
| 更换 | 熔断后需更换新保险丝 | 跳闸后可手动复位，重复使用 |
| 现代家庭 | 已普遍使用空气开关替代保险丝，同时配备漏电保护器 |
📝 例题精讲
例1. 某家庭电能表标有"220V 10(20)A"，现有 40W、60W、100W 灯泡各一盏，800W 电热水器一台，1000W 空调一台。所有电器同时工作时干路电流是多少？电能表能否承受？
Step 1
计算总功率：P总 = 40+60+100+800+1000 = 2000W
Step 2
干路电流 I = P总/U = 2000/220 ≈ 9.09A
Step 3
电能表额定最大电流 10A，9.09A < 10A，可以承受但不建议长期满负荷运行
例2. 家庭电路中保险丝熔断，如何判断是短路还是过载？
Step 1
方法：断开所有用电器，复位保险装置，逐个接入用电器
Step 2
若接入某个用电器后立即熔断 → 该用电器内部短路
Step 3
若全部接入后熔断 → 总功率过大（过载），需要减少同时使用的大功率电器
例3. 为什么金属外壳电器必须用三孔插座？
Step 1
金属外壳电器如果内部绝缘损坏，火线可能接触到外壳
Step 2
外壳带电后，人体触摸会发生单线触电（电流经人体入地）
Step 3
三孔插座接地线将外壳与大地连接，漏电时电流经地线导入大地，避免触电
Step 4
同时漏电保护器检测到火地电流不平衡会自动跳闸
🎯 单元测试
TEST-5-1
家庭电路中各用电器的连接方式是（ ）
TEST-5-2
控制灯泡的开关应接在（ ）
A. 零线上
B. 火线上
C. 地线上
D. 都可以
TEST-5-3
保险丝熔断的原因可能是（ ）
A. 总功率过大
B. 发生短路
C. A 和 B 都可能
D. 电压过低
TEST-5-4★ 陷阱题
(陷阱题) 用铜丝代替保险丝可以吗？
A. 可以，铜丝更耐用
B. 不可以，铜丝熔点高无法熔断
C. 可以，铜丝导电更好
D. 不可以，铜丝电阻太小
TEST-5-5
三孔插座比两孔插座多出的孔是接（ ）
📌 本单元核心概念
- 家庭电路组成：进户线 → 电能表 → 总开关 → 保险装置 → 用电器
- 各用电器并联接入，互不影响；开关串联在火线与用电器之间
- 金属外壳电器必须使用三孔插座（接地保护），防止漏电触电
- 保险丝/空气开关在电流过大时自动切断电路，保护线路安全
- 短路和总功率过大都会导致干路电流过大，是保险装置熔断的两大原因
安全电压：不高于 36V 的电压对人体是相对安全的。家庭电路 220V 属于危险电压。
🔬 实验一：触电类型示意
实验 6-1 · 单线触电：人体+大地形成回路；双线触电：人体直接跨接火零线
🔬 实验二：漏电保护原理
实验 6-2 · 漏电保护器检测火线与零线电流差，差值不为零时立即切断电路
⚡ 触电类型与安全常识
- 单线触电：人体接触火线，与大地形成回路
- 双线触电：人体同时接触火线和零线（更危险，承受220V）
- 高压电弧触电：靠近高压带电体时发生放电
- 跨步电压触电：高压电线落地，两脚之间存在电压差
绝对禁止：① 用铜丝/铁丝代替保险丝；② 湿手触碰开关；③ 多个大功率电器插在同一插座；④ 绝缘皮破损继续使用。
急救原则：发现有人触电，首先切断电源（拉闸或用干燥木棒挑开电线），切勿直接用手拉触电者。随后进行心肺复苏并拨打 120。
📝 例题精讲
例1. 发现有人触电，应如何正确施救？
Step 1
第一步：立即切断电源（拉闸）或用干燥的木棒、竹竿挑开电线，使触电者脱离电源
Step 2
第二步：切勿直接用手拉扯触电者，避免施救者也触电
Step 3
第三步：拨打 120，检查触电者意识和呼吸，必要时进行心肺复苏
例2. 站在干燥木凳上单手触摸火线会触电吗？双手分别触摸火线和零线呢？
Step 1
单手摸火线+站在干燥木凳上：木凳是绝缘体，人体与大地之间没有通路，不会形成电流回路，不触电
Step 2
双手分别触摸火线和零线：人体直接跨接在 220V 电压之间，电流从火线经人体流向零线，形成闭合回路，会触电且更危险
Step 3
结论：双线触电比单线触电更危险，因为人体承受的是完整的电源电压
例3. 为什么不要用湿手去拔插头？
Step 1
水是导体（含有杂质和离子），湿手会降低人体电阻
Step 2
普通干燥皮肤电阻约 10⁴~10⁵ Ω，湿水后可能降至 10³ Ω 以下
Step 3
根据 I=U/R，同样 220V 电压下，湿手触电电流更大，危险程度显著增加
🎯 单元测试
TEST-6-1
对人体安全的电压一般不高于（ ）
A. 220V
B. 36V
C. 12V
D. 1.5V
TEST-6-2
发现有人触电，首先应该（ ）
A. 立即用手拉开触电者
B. 切断电源或用干燥木棒挑开电线
C. 拨打 120 等待救援
D. 用水泼触电者
TEST-6-3
双线触电比单线触电更危险的原因是（ ）
A. 电流更大
B. 人体承受完整电源电压
C. 无法挣脱
D. 以上都是
TEST-6-4★ 陷阱题
(陷阱题) 站在干燥木凳上单手触摸火线，一定不会触电吗？
A. 一定不会，木凳绝缘
B. 一定不，因为没有回路
C. 不一定，如果另一只手扶墙就会触电
D. 以上都对
TEST-6-5
漏电保护器的作用是（ ）
A. 防止短路
B. 检测火线零线电流差，漏电时切断电路
C. 防止过载
D. 稳定电压
📌 本单元核心概念
- 安全电压：不高于 36V；家庭电路 220V 属于危险电压
- 触电类型：单线触电（人体+大地回路）、双线触电（人体跨接火零线）、高压电弧、跨步电压
- 双线触电比单线触电更危险，人体承受完整 220V 电压
- 发现触电首先切断电源，切勿直接用手拉人
- 湿手、破损绝缘、铜丝代替保险丝都是高危行为
- 漏电保护器通过检测火零电流差实现漏电保护；三孔插座接地线保护金属外壳电器
本章综合检测 — 涵盖电功、电功率、焦耳定律、家庭电路与安全用电的核心知识点。
📝 综合例题
例1. 某同学家中电能表标有 '220V 10(20)A 600r/kW·h'。现有额定功率 40W、60W、100W 灯泡各一盏，800W 电热水器一台，1000W 空调一台。(1) 所有电器同时工作时干路电流是多少？电能表能否承受？(2) 若只开启电热水器工作 30 分钟，电能表转盘转多少圈？(3) 若电价 0.55 元/度，所有电器同时工作 2 小时电费多少？
Step 1
(1) P总 = 40+60+100+800+1000 = 2000W；I = 2000/220 ≈ 9.09A。额定最大电流 10A，9.09A < 10A，可以承受但不建议长期满负荷
Step 2
(2) W = Pt = 0.8kW × 0.5h = 0.4 kW·h；n = N·W = 600 × 0.4 = 240 圈
Step 3
(3) W = 2kW × 2h = 4 kW·h；电费 = 4 × 0.55 = 2.20 元
例2. 标有 '220V 100W' 的灯泡接在 110V 电路中。(1) 实际功率是多少？(2) 此时灯泡电阻是多少？（假设电阻不变）(3) 若每天以 110V 工作 4 小时，30 天消耗多少度电？
Step 1
(1) 由 P实/P额 = (U实/U额)²，P实 = 100 × (110/220)² = 100 × 0.25 = 25W，亮度明显变暗
Step 2
(2) R = U额²/P额 = 220²/100 = 484Ω（或用 R = U实²/P实 = 110²/25 = 484Ω）
Step 3
(3) W = Pt = 0.025kW × 4h × 30 = 3 kW·h = 3 度
例3. 某电热水壶电阻 48.4Ω，额定电压 220V。用电高峰时实际电压只有 200V。(1) 额定功率？(2) 实际功率和实际电流？(3) 烧开同样一壶水需多花多少时间？(4) 保险丝额定 10A，能否与 800W 电器同时使用？
Step 1
(1) P额 = U额²/R = 220²/48.4 = 1000W
Step 2
(2) I实 = 200/48.4 ≈ 4.13A；P实 = 200²/48.4 ≈ 826.4W
Step 3
(3) Q = Pt = 常数，t实/t额 = P额/P实 = 1000/826.4 ≈ 1.21，多花约 21% 时间
Step 4
(4) 电热水壶实际电流约 4.13A，800W 电器电流 = 800/220 ≈ 3.64A，总电流 ≈ 7.77A < 10A，可以同时使用
🎯 综合测试题
TEST-7-1
下列关于电功和电功率的说法正确的是（ ）
A. 电功大则电功率一定大
B. 电功率大表示做功快
C. 电功率大表示做功多
D. 电功和电功率单位相同
TEST-7-2
将标有 '220V 40W' 和 '220V 60W' 的灯泡串联在 220V 电路上，较亮的灯泡是（ ）
A. 40W 的灯泡
B. 60W 的灯泡
C. 一样亮
D. 无法判断
TEST-7-3
家庭电路中保险丝熔断后，正确的处理方法是（ ）
A. 用铜丝代替
B. 换更粗的保险丝
C. 查明原因并排除故障后更换同规格保险丝
D. 直接合上空气开关
TEST-7-4★ 陷阱题
(陷阱题) 一台电动机上标有 '220V 1kW'，工作电流 5A，线圈电阻 2Ω。运行 10min 后线圈产生的热量为多少？
A. 220×5×600 = 660000 J
B. 5²×2×600 = 30000 J
C. 1000×600 = 600000 J
D. 220²/2×600 = 14520000 J
TEST-7-5
下列做法符合安全用电原则的是（ ）
A. 湿手拔插头
B. 多个大功率电器共用插座
C. 金属外壳电器使用三孔插座
D. 用铜丝代替保险丝
📌 本单元核心概念
- 电功 W = UIt，电功率 P = UI，两者物理意义不同
- 额定功率与实际功率的关系：P实/P额 = (U实/U额)²
- 焦耳定律 Q = I²Rt 适用于所有电路；Q=W=UIt 仅适用于纯电阻电路
- 家庭电路：并联接入、开关接火线、金属外壳接地、保险装置防过载短路
- 安全用电：不高于 36V 为安全电压；触电先断电；双线触电更危险