额定功率和实际功率

我国的家用电器正常工作电压为220V,这个电压称之为用电器的额定电压,在此电压下工作,电器的电功率就叫做额定功率.如:家中的白炽灯上标有“220V40W”表示该灯泡的额定电压为220V,额定功率为40W.此灯泡只有在220V的电路中才能正常工作.当把该灯泡接入小于220V的电源上时,它所产生的实际功率就会低于40W;反之,当把该灯泡接入大于220V的电源上时,它所产生的实际电功率就会高于40W;因此,上面提到的“高于220V”“低于220V”的电压都叫做用电器的实际电压,对应的功率就叫做实际功率.

对于同一个用电器来说,它的额定电压、额定功率都只有一个,用电器一旦生产出来,其额定电压和额定功率就确定了,是固定不变的,不随外部条件的变化而变化,通常在用电器的铭牌上标出.即使用电器两端的电压为零,用电器不工作,它的额定功率也不为零,仍为原来的大小.而一个用电器的实际功率随着实际电压的变化而变化,没有固定值,可能大于额定功率,也可能小于额定功率,只有在实际电压恰好等于额定电压时,实际功率才等于额定功率.

通常我们要比较几盏灯泡的亮暗,不能简单看电压、电流的大小.有的同学认为流过哪盏灯泡的电流越大,灯泡就越亮;或者认为,哪盏灯泡两端的电压越大,灯泡就越亮,这些理解都是错误的.灯泡的亮暗取决于它们的实际功率大小,实际功率越大,电灯就越亮,这与灯泡的额定功率无关.

下面,就近几年中考题中有关电功率的常见考题归类分析,以帮助同学们加深对额定功率和实际功率的理解.

题型一:考查对额定、实际功率概念的理解

例1如图1所示电路,开关S闭合后,移动滑动变阻器的滑片P,下列各物理量中大小发生改变的是().

A.小灯泡的额定电压

B.小灯泡的额定功率

C.小灯泡的实际功率

D.电源的电压

解析本题粗看起来较简单,当P移动时,电路中总电阻改变,导致电路中的电流改变,灯L两端的电压也变小,根据P=■,电灯的实际功率将变小.而本题所要判断的是额定功率,是固定值.如果不能很好区分两者的关系,很可能就掉进出题者所设的陷阱之中.

答选C.

例2额定电压相同的甲乙两灯,串联在电路上,甲灯比乙灯亮.下列说法正确的是().

A.甲灯额定功率和实际功率大

B.乙灯额定功率和实际功率大

C.甲灯额定功率小,实际功率大

D.乙灯额定功率小,实际功率大

解析额定电压相同的甲乙两盏灯,串联在电路上时,甲灯比乙灯亮,说明甲灯泡的实际电功率大.根据串联电路的电流相同的原理,结合P=UI可得,甲灯分得的电压大,甲灯泡的电阻大.

再根据用电器电阻与额定功率之间的关系得P额=■,额定电压相同时,甲灯泡的电阻大,其额定电功率小.

答选C.

题型二:考查单个用电器额定、实际功率的计算

例3一个标有“220V40W”的灯泡接入某电路,测得通过它的电流是0.15A,则灯泡的实际功率().

A.等于40W

B.等于33W

C.小于33W

D.无法判断

解析此类题目中,额定电压、额定功率由于是用电器的一种理想化的规定,一般不能作为求实际功率的直接依据.一般而言,“额定”与“实际”之间的桥梁是用电器本身,即用电器的电阻,因此解题的思路是“额定”电阻“实际”.

R=■=■=1210(Ω),

P=U实I实=I实2R=0.152×1210=27.225(W).

答选C.

题型三:考查串并联电路中用电器实际功率的比较

例4如图2所示,电路中的电源电压相同且保持不变,所有的灯泡规格相同,且不考虑温度对电阻的影响,闭合开关,以下比较a、b、d三灯实际功率大小的关系式中正确的是().

A.Pa=Pd=PbB.Pa>Pd>Pb

C.Pa=Pd>PbD.Pa

解析本题中提到几盏灯泡规格相同,即它们的额定电压、额定功率相同,可知它们的电阻也相同,设为R.又电源电压相等都为U,容易得出Ua=Ud=Ue=U,Ub=Uc=1/2U,再根据P实=■,可比较各盏灯的实际功率大小,Pa=Pd=Pe>Pb=Pc.

答选C.

例5规格分别为“3.8V1.9W”和“2.5V1.25W”的甲、乙两只小灯泡,将它们串联后接到6V的电源上,两灯都发光,则().

A.甲灯较亮

B.乙灯较亮

C.两灯一样亮

D.无法判断

解析本题给定了两盏灯泡甲“3.8V1.9W”和乙“2.5V1.25W”,标牌上分别表示的是它们的额定电压值和额定功率值,而将其串联后接到6V的电源上,不能确定它们是否正常工作,因此,要判断谁更亮,不能看标牌上的数值,而要比较它们的实际功率大小.

根据P额=■,容易求出R甲=7.6Ω、

R乙=5Ω;再抓住串联电流相等这一特点,利用公式P实=I实2R,因R甲>R乙,有P甲>P乙,所以,甲灯较亮.

答选A.

题型四:考查用电器额定、实际功率的实验测定

例6小灯泡额定电压为6V,额定功率估计在7～12W之间,小佳按如图3甲所示的电路测定灯的功率,所用电流表有0～0.6A、0～3A两挡,电压表有0～3V、0～15V两挡,将它们连入电路时小佳做了正确选择与操作,变阻器滑到某处时两电表示数如图3乙、丙所示,则().

A.小灯泡额定功率为7.5W

B.在5V时小灯泡的功率为7.5W

C.在1V电压下小灯泡功率为7.5W

D.在5V时小灯泡功率为1.5W

解析本题介绍了用伏安法测小灯泡功率的方法.由于电流表、电压表的量程不确定,导致计算较困难.我们可以抓住题设条件:额定电压为6V,额定功率估计在7～12W之间,可以根据I=P/U确定灯泡额定电流的范围在1.1～2A之间.故电流表选用的量程是0～3A;可读出电流表的示数为1.5A.由于电压表量程难以确定,读出示数可能为1V或5V.但都小于其额定电压6V,故灯泡不可能正常工作,额定功率一定不可能是7.5W.那测出的只能是灯泡的实际功率.利用P实=U实I可得出答案.

答选B.

题型五:考查额定、实际功率的综合计算

例7如图4甲所示,当开关S接a时,移动滑动变阻器的滑片P,根据测出的电流、电压值,画出了定值电阻R0的U-I图像;当开关S接b时,同样根据测出的电流、电压值,画出了灯泡L的U-I图像,如图4乙所示.

(1)求定值电阻R0的阻值;

(2)将R0与灯L串联接在6V的电源两端时,求灯丝的实际电阻值;

(3)将R0与灯L并联接入电路并调节电源电压,当R0消耗的电功率为4.9W时,灯L恰好正常发光,求灯L的额定电功率.

解析(1)由图像可知,当U0=2V时,I0

=0.2A.(利用其他数据也可)

R0=■=■=10Ω.

(2)当R0与灯L串联接在6V的电源两端时,即UL+U0=6V.

分析图像可知,此时UL=2V,IL=0.4A.

RL=■=■=5Ω.

(3)P=■,

U0′=■=■=7V,

R0与RL并联,且灯正常发光,

UL额=U0′=7V,

由图像可知此时:IL额=0.75A,

故:PL额=UL额IL额=7V×0.75A=5.25W.

通过以上例题的分析可以看出,用电器的实际电压与实际功率是随电路的变化而变化的,而额定电压与额定功率是不变的,在已知额定电压与额定功率时,可根据公式P额=U额2/R,先求出用电器的阻值大小.不论用电器接入什么电路,它们的阻值都是一定的(特殊情况下才需考虑灯丝电阻的变化),然后选择适当的公式进行比较,便可得出结论.