备战2021 中考科学 精讲精练 专题25 电功 电功率(教师版)

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备战2021 中考科学 精讲精练 专题25 电功 电功率(教师版)

专题 25 电功 电功率 【知识点回顾】 一、电功 考点 1 概述电功的概念 电功的实质:电流做功的过程就是________转化为________的过程。 考点 2 知道电功的单位 单位为________(简称焦,符号为 J)、千瓦时(kW·h)。 换算:1kW·h=________J。 考点 3 列举决定电功大小的因素 影响电功大小的因素有电压、________和通电________。 考点 4 知道用电器消耗的电能可以用电功来量度 电流做功的过程实际上就是电能转化为其他形式能量的过程,电流做了多少功就有多少 ________转化为其他形式的能。 考点 5 应用电功的公式计算用电器消耗的电能 电能计算公式为:________,对纯电阻性用电器,电功还可用公式________计算。 考点 6 根据电能表读数的变化估算消耗的电能 测量电功的仪表是________(电度表或千瓦时计),计数器上前后两次读数之差就是这段 时间内消耗的千瓦时数。 二、电功率 考点 7 概述电功率的概念 电流在单位时间内所做的功叫________,是用来表示________的物理量。 考点 8 知道电功率的单位 单位:瓦特(简称瓦,符号为 W),千瓦(kW)。1kW=1000W。 考点 9 应用电功率的公式进行简单的计算 电功率计算公式为:P=________、P=________。对于纯电阻性用电器,电功率还可 用公式 P=________、P=________计算。 考点 10 知道额定功率的概念 1.额定功率:用电器在________下工作时所消耗的电功率。 2.用电器只有在额定电压下工作时,实际功率等于额定功率。灯泡的亮度取决于灯的 ________电功率。 考点 11 从说明书或铭牌上识别用电器的额定功率 以灯泡为例:PZ220V 25W PZ 表示普通照明灯泡,220V 表示额定电压为 220V,25W 表示该灯泡的额定功率为 25W。 三、测定小灯泡的电功率 考点 12 说明伏安法测量小灯泡的电功率的实验原理 原理为________。 考点 13 绘制实验的电路图 考点 14 测定小灯泡的额定功率和实际功率,收集和整理实验数据得出实验结论 调节滑动变阻器,当电压表读数不等于额定电压时,可测实际功率;当电压表读数 ________额定电压时,可测额定功率。 四、电流的热效应 考点 15 知道电路具有热效应 a;概述探究影响电流热效应因素实验的原理和涉及的 科学方法 1.电流热效应 电流通过导体时,____________能转化为____________能,这种现象叫做电流的热效应。 2.用控制变量法进行研究 在电流相同,通电时间相同的情况下,电阻越大,这个电阻产生的热量越多。 在电阻相同,通电时间相同的情况下,通过电阻的电流越大,这个电阻产生的热量越多。 考点 16 说出焦耳定律的内容和数学表达式 ;应用焦耳定律解决简单问题 焦耳定律:电流通过导体产生的热量,跟____________的平方、导体的____________ 和通电时间成正比。 表达式:Q=____________ 考点 1 电能 其他形式能 考点 2 焦耳 3.6×106 考点 3 电流 时间 考点 4 电能 考点 5 W=UIt、W=Pt W=(U2/R)t、W=I2Rt 考点 6 电能表 考点 7 电功率 电流做功快慢 考点 9 W/t UI U2/R I2R 考点 10 1.额定电压 2.实际 考点 12 P=UI 考点 14 等于 考点 15 1.电 内 考点 16 电流强度 电阻 I2Rt 【例题精析】 例 1.(2019•荆州)如图电路,电源电压不变,闭合开关 S,当滑片 P 置于滑动变阻器 R2 的最右端 B 处时,电压表的示数为 4V,定值电阻 R1 的功率为 0.8W;当滑片 P 置于滑动 变阻器 R2 的中点时,电压表的示数变化了 1V.下列结果正确的是( ) A.电源电压为 8V B.R1 的阻值为 20 ΩC.电路变化前后电流之比为 1:3 D.电路总功率变化了 1.2W 【解答】解:(1)由电路图可知,R1 与 R2 串联,电压表测滑动变阻器 R2 两端的电压, 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和, 所以,当滑片在 B 处时,电路中的电流: I1 , 则滑动变阻器两端的电压: U2=I1×R2 R2=4V﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣ ①由图知,当滑片 P 置于滑动变阻器 R2 的中点时,滑动变阻器的电阻减小,由串联分压的 规律可知,电压表的示数减小,即此时滑动变阻器两端电压为 U2=4V﹣1V=3V, 同理可得,此时滑动变阻器两端的电压:U2′ 3V﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣ ② 用 ① 式比 ② 式可得: , 解得:R2=2R1﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣ ③将 ③ 代入 ① 式可得: 4V, 解得:U=6V,故 A 错误; (2)当滑片 P 置于滑动变阻器 R2 的最右端 B 处时,电压表的示数为 4V,定值电阻两端 的电压为 U1=6V﹣4V=2V, 此时定值电阻 R1 的功率为 0.8W,即;P1 䁣 0.8W, 解得:R1=5 Ω , 则 R2=2R1=2×5 Ω =10 Ω ,故 B 错误; (3)电路前后电流之比为 I1:I2 : Ω䁠Ω : ΩΩ ,故 C 错误; (4)电路总功率变化了:△P=P2 总﹣P1 总 ㌳䁣 ΩΩ ㌳䁣 Ω䁠Ω 1.2W, 故 D 正确。 故选:D。 例 2.(2019•温州)小明按图甲连接电路,闭合开关,灯泡 L1 的功率为 P1.他将一个阻值 大于 L1 的灯泡 L2 串联接入电路(如图乙),闭合开关后,L1、L2 的功率分别为 P1'、P2' (不计温度对灯泡电阻的影响,电源电压恒定),下列关系式正确的是( ) A.P2'>P1'>P1 B.P2'>P1>P1' C.P1>P2'>P1' D.P1>P1'>P2' 【解答】解:(1)甲电路灯泡两端电压为电源电压 U1,电阻为 R1,灯泡的功率为 P1 ; (2)乙中 L1、L2 的电压 U1′、U2′的和为电源电压 U1,P1′ ,因为 U1′<U1, 故 P1′<P1; 因为是串联电路,所以电流相等,R2 的电阻大于 R1 的电阻, 根据 P=I2R 知,P2'>P1' (3)因为 P1 、P2′ 、U2′<U1、R2>R1, 所以 P1>P2'。 综合分析:P1>P2'>P1'。 故选:C。 例 3.(2020•温州)小明观察了小区入口的车辆出入自动控制闸,发现当车牌被识别系统识 别后,绿灯亮,栏杆抬起,车辆通行。于是他设计了如图所示的模拟电路,车牌识别成 功相当于图中开关 S 闭合。 (1)已知该电路电源电压为 6 伏,指示灯 L 工作时的阻值为 5 欧,滑动变阻器接入电路 的阻值为 10 欧,线圈阻值不计。闭合开关后,线圈吸住铁柱时,指示灯的功率为 0.8 瓦。 (2)若电源电压下降,栏杆不能抬起。除了更换电池外,请你再写出一种能使栏杆正常 抬起的方法。 将滑动变阻器接入电路的阻值调小些 。 【解答】解:(1)由图知,指示灯 L 与滑动变阻器串联,当滑动变阻器接入电路的阻值 为 10 Ω 时,开关闭合, 电路的电流为: I 滑 ㌳䁣 Ω䁠Ω 0.4A, 小灯泡的电功率为: P=I2RL=(0.4A)2×5 Ω =0.8W; (2)若电源电压下降,根据 I 知在电阻不变时电路的电流较小,电磁铁的磁性较弱, 吸引力较小,不能将铁柱吸下来,栏杆不能抬起,此时可以将滑动变阻器的阻值调小些, 增大了电路的电流,电磁铁的磁性增强,将铁柱吸下来,可以使栏杆正常抬起来。 故答案为:(1)0.8;(2)将滑动变阻器接入电路的阻值调小些。 例 4.(2020•衢州)小科测量额定电压为 2.0V 小灯泡的电功率,电路图如图甲所示,电源 为两节干电池,利用测得数据绘制图象如图乙、丙所示,图中 x 为滑片 P 移动的距离。 (1)当滑片 P 移动的距离为 a 时,图丙中电流突然变小的原因是 灯丝断了(或电压表 所测电路开路) 。 (2)该小灯泡的额定功率是 0.4W 。 【解答】解: (1)灯与变阻器串联,电压表测灯的电压,电流表测电路的电流,当滑片 P 移动的距离 为 a 时,图丙中电流突然减小到 0,电路可能断路,图乙中,电压增大为电源电压 3V, 则电压表与电源连通,故图丙中电流突然变小的原因是灯丝断了; (2)灯在额定电压下正常发光,由图乙知,电压表示数为 2V 时,x 移动的距离为 12cm, 根据图丙知,此时的电流为 0.2A, 该小灯泡的额定功率是:P=UI=2V×0.2A=0.4W。 故答案为:(1)灯丝断了;(2)0.4W。 例 5.(2020•绍兴)如图是某电烤箱的内部简化电路图,下表是电烤箱铭牌的部分信息,R0 和 R 均为电热丝,其他电阻均忽略不计。已知 R=202 欧。 额定电压 220V 频率 50Hz 额定功率 高温挡 低温挡 200W (1)电烤箱 A、B 触点中连接火线的是 A 触点。 (2)闭合总开关,将旋钮开关转到如图所示位置,此时电烤箱处于 低温挡 (选填“高 温挡”或“低温挡”)。 (3)在额定电压下,电烤箱高温挡工作 2 分钟产生内能 1.452×105 焦。 【解答】解: (1)由电路图可知,总开关与 A 触点相连,根据安全用电的原则可知,连接火线的是 A 触点; (2)由电路图可知,将旋钮开关转到如图所示位置,R0 与 R 串联,此时电路的总电阻 最大, 由 P=UI 可知,电源的电压不变时,电路的总功率最小,电烤箱处于低温挡; (3)电路图可知,R0 与 R 串联,电烤箱处于低温挡,此时电路的总电阻: R 总 低 䁠䁣 䁠䁠 242 Ω , 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和, 所以,R0 的阻值: R0=R 总﹣R=242 Ω ﹣202 Ω =40 Ω , 电烤箱高温挡时电路为 R0 的简单电路,工作 2 分钟产生的内能: Q=W 䁠 t 䁠䁣 䁠Ω 2×60s=1.452×105J。 故答案为:(1)A;(2)低温挡;(3)1.452×105。 例 6.(2020•金华)某班同学在实验室做“测定小灯泡额定电功率”的分组实验。 实验老师提供给各小组的实验器材如下:规格为“3.8V”的小灯泡、学生电源(电压恒 为 6V)、电流表(0~0.6A,0~3A)、电压表(0~3V,0~15V)、滑动变阻器(“20 Ω 1A”)、 开关各一只,导线若干。 (1)小金组按图甲正确连接电路,闭合开关,调节滑动变阻器,当电压表的示数为 3.8 伏时,小灯泡正常发光,此时电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为 1.52 瓦。 (2)小丽组同学发现,实验桌上的电压表 0~15V 的量程已损坏,其它器材完好。他们 经讨论后认为,用该电压表 0~3V 的量程,通过改变电压表的连接位置也能测出小灯泡 的额定功率。他们的实验操作步骤如下: 步骤一:按图甲电路先将电压表(0~3V)接在小灯泡两端,闭合开关,移动滑动变阻器 的滑片,使电压表的示数为 3 伏。断开开关,拆下电压表; 步骤二:保持滑动变阻器的滑片位置不变,再将该电压表接在 滑动变阻器 两端; 步骤三:闭合开关,将滑动变阻器的滑片向 左 (填“左”或“右”)移动,直到电压 表示数为 2.2 伏,读出此时电流表的示数,算出小灯泡的额定电功率。 (3)反思:实验原理相同的情况下,我们可以采用不同的实验途径来完成实验。 【解答】解: (1)当电压表的示数为 3.8 伏时,小灯泡正常发光,此时电流表的示数如图乙所示,电 流表选用小量程,分度值为 0.02A,电流为 0.4A,则小灯泡的额定功率为: P=UI=3.8V×0.4A=1.52W; (2)步骤二:根据串联电路电压的规律,当变阻器的电压为:6V﹣3.8V=2.2V<3V, 灯的电压为额定电压,故保持滑动变阻器的滑片位置不变,再将该电压表接在滑动变阻 器的两端; 步骤三:原来变阻器的电压为 6V﹣3V=3V,大于 2.2V,故应减小变阻器的电压,由分 压原理,应减小变阻器连入电路的电阻,故闭合开关,将滑动变阻器的滑片向左移动, 直到电压表示数为 2.2V,读出此时电流表的示数,算出小灯泡的额定电功率。 故答案为:(1)1.52;(2)滑动变阻器;左;2.2。 例 7.(2019•台州)图甲是测定小灯泡(额定电压 2V)电功率的实验电路。 (1)某同学根据实验数据画出如图乙所示的图象,则该小灯泡的额定功率为 0.8 瓦。 老师认为图乙曲线右半段不符合实验事实,理由是 当实际电压远大于灯的额定电压时, 小灯泡会烧毁(或电源电压只有 3V) 。 (2)另一同学为探究电流跟电阻的关系,换用 4.5V 的电源,并用多个不同阻值的定值 电阻替换图甲中的灯泡,得到如图丙的图象,则他选用的滑动变阻器的最大阻值至少为 15 欧姆。 【解答】解:(1)根据如图乙所示的图象知,当电压为 2V 时,电流为 0.4A,则该小灯 泡的额定功率为: P=UI=2V×0.4A=0.8W; 灯的额定电压 2V,故当实际电压远大于灯的额定电压时,小灯泡会烧毁(或电源电压只 有 3V); (2)研究电流与电阻关系时要控制电压不变,由图丙中,控制不变的电压: U=I1R1=0.3A×10 Ω =3V,电流中的最小电流为 0.1A,变阻器连入的电阻最大,根据欧 姆定律,此时的定值电阻大小: R 定 䁣 䁠t 30 Ω ,由串联电路的规律及欧姆定律,选用的滑动变阻器的最大阻值至 少为: R 滑 R 定═ t䁣 䁠t 30 Ω =15 Ω 。 故答案为:(1)0.8;当实际电压远大于灯的额定电压时,小灯泡会烧毁(或电源电压只 有 3V);(2)15。 例 8.(2020•湖州)方方用图甲所示电路研究电功率和电流的关系,绘制了定值电阻 R0、滑 动变阻器 R 的功率与电流的关系图,如图乙。 (1)实线表示的是 R0 (选填“R”或“R0”)的功率与电流的关系。 (2)求 R0 的阻值。(写出计算过程) (3)当电流表示数为 0.5 安时,求 R 消耗的功率。(写出计算过程) 【解答】解: (1)研究电功率和电流的关系,通过调节变阻器 R 的滑片改变电路中电流, 由 P=I2R 知,在电阻一定时,电功率 P 与电流 I 是二次函数关系,R0>0,所以图象开 口向上,图乙中实线是定值电阻 R0 的功率与电流的关系,虚线表示滑动变阻器 R 的功率 与电流关系。 (2)由图乙中,R0 的功率与电流关系图象知,I=2A 时,P0=32W, 由 P=I2R 可得,R0 的阻值; R0 䁠 䁠 8 Ω ; (3)由电路图可知,定值电阻 R0 与滑动变阻器 R 串联,电流表测电路中电流, 当滑动变阻器 R 连入阻值为 0 时,R0 的简单电路,电路的电路中电流最大, 由图象知此时的电流 I=2A,由 P=UI 可得,电源电压: U=U0 䁠 16V, 由欧姆定律可得,当电路中电流 I′=0.5A 时,R0 两端电压: U0′=I′R0=0.5A×8 Ω =4V, 由串联电路特点知,此时 R 两端电压: UR=U﹣U0′=16V﹣4V=12V, R 消耗的功率: PR=URI′=12V×0.5A=6W。 故答案为:(1)R0; (2)R0 的阻值为 8 Ω ; (3)当电流表示数为 0.5 安时,R 消耗的功率为 6W。 例 9.(2020•杭州)如图电路中,电源电压恒为 9V,灯泡 L 规格为“6V 3W”。闭合开关, 灯泡正常工作。求: (1)电阻 R 的阻值。 (2)灯泡工作 5 分钟消耗的电能及电阻 R 产生的热量。 【解答】解: (1)由电路图知,L 与 R 串联,电压表测灯泡两端的电压, 闭合开关,灯泡正常发光,由串联电路特点和 P=UI 可得,此时电路中电流: I=IR=IL 额 额 ㌳䁣 0.5A, 因串联电路电源电压等于各用电器两端电压之和, 所以,电阻 R 两端电压: UR=U﹣UL=9V﹣6V=3V, 由欧姆定律得,电阻 R 的阻值: R 䁣 䁠t 6 Ω ; (2)由 P 可得,灯泡工作 5 分钟消耗的电能: W=P 额 t=3W×5×60s=900J; 5 分钟电阻 R 产生的热量: Q=I2Rt=(0.5A)2×6 Ω ×5×60s=450J。 答:(1)电阻 R 的阻值为 6 Ω ; (2)灯泡工作 5 分钟消耗的电能为 900J;电阻 R 产生的热量为 450J。 例 10.(2020•桂林)小明的妈妈为了改善早餐的营养,买了一台全自动豆浆机,如图甲所 示。图乙所示是豆浆机的主要结构:中间部位是一个带动刀头的电动机,用来将原料进 行粉碎打浆;外部是一个金属圆环形状的电热管,负责对液体加热煮沸。下表是这个豆 浆机的主要技术参数;图丙所示是豆浆机正常工作做一次豆浆的部分过程中电热管和电 动机交替工作的“P﹣t”图象。 型 号 SYL﹣624 额定电压 220V 额定频率 50Hz 电机功率 120W 加热功率 1210W 容量 1000mL 请解答下列问题: (1)豆浆机正常工作时的最大电流是多大? (2)豆浆机正常工作做一次豆浆,消耗的电能是多少? (3)在一次豆浆机工作的时候,小明将家里的其它用电器都关闭,他观察到豆浆机的电 热管工作时,家里标有“1200r/kW•h”字样的电能表转盘在 1min 内转过了 22 转。此时 电路的实际功率是多大? 【解答】解:(1)豆浆机正常工作时电热管和电动机交替工作,由表格数据可知,加热 管工作时,电路中的电流最大, 根据 P=UI 可得,最大电流: I 加热 䁠 䁠䁣 5.5A; (2)由图象知,豆浆机正常工作做一次豆浆,电热管加热的时间: t 加热=3min×3=9min=540s, 电动机工作的时间是: t 电动机=1min×2=2min=120s, 消耗的电能: W=P 加热 t 加热+P 电动机 t 电动机=1210W×540s+120W×120s=667800J; (3)豆浆机 1min 内消耗的电能 W 实 䁠䁠 kW•h×22 ㌳䁠䁠 kW•h, 豆浆机实际功率: P 实 实 ㌳䁠䁠 ㌳䁠 1.1kW=1100W。 答:(1)豆浆机正常工作时的最大电流是 5.5A; (2)豆浆机正常工作做一次豆浆,消耗的电能是 667800J; (3)此时电路的实际功率为 1100W。 【习题巩固】 一.选择题(共 13 小题) 1.如图所示,将三个相同空烧瓶口分别用完全相同的气球密封,将多个阻值相同的电阻 R 以不同的连接方式接入电路中,通电一段时间后体积变化最大的气球是( ) A.a B.b C.c D.三个相同 【解答】解: 由图可知,三个烧瓶的电阻(相同的电阻 R)以不同方式接入电路中时是串联的,所以 通过电流相等,通电时间也相等, 由电阻的串联和并联特点知,电阻串联后电阻最大,并联后电阻最小,即被 b 气球密封 的烧瓶里的电阻最大,由 Q=I2Rt 可知这个烧瓶里电阻放出热量最多,瓶中气体温度最 高,气球的体积变化最大。 故选:B。 2.图甲是一款车载 USB 充电器,工作原理如图乙,闭合 S 后稳压元件两端电压恒为 U,可 为手机等提供稳定的充电电压,汽车电源电压为 U 总(U 总>U),R 为定值电阻,其消耗 的电功率为 P,则下列关于 P﹣U 总图象的变化正确的是( ) A. B. C. D. 【 解 答 】 解 : 由 欧 姆 定 律 和 P = UI 可 得 , R 消 耗 的 电 功 率 : P = URI 总 U 总 U 总 ,显然 R 消耗的电功率 P 随电源总电压 U 总变化关系为二次函数图象,由数学知识知,图象为抛物线,并且开口朝上,故 A 正确, BCD 错误。 故选:A。 3.多功能煲汤炖锅可以实现保温、慢炖、快炖三种功能,使用时可通过旋钮开关实现功能 切换。下图是模拟加热原理图,其中测试电源的电压为 5 伏,四段电热丝电阻均为 5 欧, 保温、慢炖、快炖所需加热功率依次增大。下列说法正确的是( ) A.开关旋至“1”档,开启快炖功能 B.开启保温功能,电路中的总电阻为 5 欧 C.从快炖到慢炖,电路总电流变化 0.5 安 D.快炖与慢炖电路总功率之比为 2:1 【解答】解: A、开关旋至“1”档,两个电阻串联,此时电路总电阻:R 串=2R=2×5 Ω =10 Ω ; 此时的总功率 P1 串 䁣 䁠Ω 2.5W; 开关旋至“2”档,只有一个电阻工作, 此时的总功率 P2 䁣 Ω 5W; 开关旋至“3”档,两个电阻并联,并联的电阻为:R 并 R 5 Ω =2.5 Ω , 此时的总功率 P3 并 䁣 tΩ 10W; 因此开关旋至“1”档,为保温挡;接“2”时为慢炖,接“3”时为快炖,故 A 错误; B、开关旋至“1”档,为保温挡,总电阻为 10 Ω ,故 B 错误; C、快炖时,两个电阻并联,总电流为:I 并 并 䁣 tΩ 2A; 慢炖时,只有一个电阻,总电流为:I 䁣 Ω 1A; 则从快炖到慢炖,电路总电流变化:△I=I 并﹣I=2A﹣1A=1A,故 C 错误; D、快炖与慢炖电路总功率之比:P3:P2=10W:5W=2:1,故 D 正确。 故选:D。 4.某同学想设计一个具有加热和保温功能的电热器模型,且加热与保温的功率之比为 4: 1.他利用阻值为 10 Ω 的 R1 和阻值为 40 Ω 的 R2 设计了如下电路图,若电源电压不变,则 符合要求的电路图是( ) A. B. C. D. 【解答】解: A.由电路图可知,两开关均闭合时,R1 与 R2 并联,由并联电路中各支路两端的电压相 等可知,电路的总功率 P 䁠Ω 䁠Ω Ω ; 当只闭合上面开关时,电路为 R2 的简单电路,电路的总功率 P′ 䁠Ω , 所以加热与保温的功率之比 P:P′ Ω : 䁠Ω 5:1,故 A 不符合题意; B.由电路图可知,上面开关闭合,下面开关接 R1 时,电路的总电阻最小,总功率最大, 电热器处于加热状态,下面开关接 R2 时电热水器处于保温状态, 所以加热与保温的功率之比 P1:P2 : 䁠Ω : 䁠Ω 4:1,故 B 符合题意; C.由电路图可知,两开关均闭合时电路为 R2 的简单电路,电路的总电阻最小,总功率 最大,处于加热状态;只闭合上面开关时 R1 与 R2 串联,处于保温状态, 所以加热与保温的功率之比 P:P′ : 䁠Ω : 䁠Ω䁠Ω 5:4,故 C 不符 合题意; D.由电路图可知,两开关均闭合时电路为 R1 的简单电路,电路的总电阻最小,总功率 最大,处于加热状态;只闭合上面开关时 R1 与 R2 串联,处于保温状态, 所以加热与保温的功率之比 P:P′ : 䁠Ω : 䁠Ω䁠Ω 5:1,故 D 不符 合题意。 故选:B。 5.如图所示,电源电压为 18V,R0=60 Ω ,滑动变阻器的规格为“100 Ω 2A”,电流表的量 程为“0~0.6A”,小灯泡上标有“12V 6W”字样。不考虑灯丝电阻变化,并保证电路安 全,则( ) A.S、S1、S2 都闭合,电路消耗的总功率最小值为 5.4W B.S、S1、S2 都闭合,当电路消耗的总功率最大时,滑动变阻器接入电路的阻值是 30 Ω C.S 闭合,S1、S2 都断开,滑动变阻器接入电路的阻值范围是 6~100 ΩD.S 闭合,S1、S2 都断开,调节滑动变阻器,灯泡的功率变化范围是 0.5~6W 【解答】解:(1)S、S1、S2 都闭合,灯被短路,滑动变阻器与 R0 并联,电流表测干路 电流, 通过定值电阻的电流:I0 䁠 䁣 ㌳䁠Ω 0.3A, 当 滑 动 变 阻 器 接 入 电 路 阻 值 最 大 时 , 通 过 滑 动 变 阻 器 的 最 小 电 流 : Imin 滑 䁣 䁠䁠Ω 0.18A, 因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以干路电流:I=I0+Imin=0.3A+0.18A= 0.48A, 电路消耗的总功率最小值:P 小=UI=18V×0.48A=8.64W,故 A 错误; 由电流表的量程可知,干路中的最大电流为 0.6A, 此时通过滑动变阻器的最大电流:I 滑′=I′﹣I0=0.6A﹣0.3A=0.3A, 滑动变阻器接入电路中的最小阻值:R 滑′ 滑 䁣 䁠t 60 Ω ,故 B 错误; (2)S 闭合,S1、S2 都断开,滑动变阻器与 L 串联,电流表测电路中的电流, 由 P=UI 可得,灯泡的额定电流:IL ㌳ 䁣 0.5A, 因串联电路中各处的电流相等,且滑动变阻器允许通过的最大电流为 2A,电流表的量程 为 0~0.6A, 所以,电路中的最大电流 I 大=0.5A, 由 I 可得,灯泡的电阻和电路中的最小总电阻分别为: RL 䁣 䁠t 24 Ω ,R 大 䁣 䁠t 36 Ω , 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以滑动变阻器接入电路中的最小阻值:R 滑小 =R﹣RL=36 Ω ﹣24 Ω =12 Ω ; 因此滑动变阻器接入电路的阻值范围是 12~100 Ω ,故 C 错误; 当变阻器的最大电阻连入电路中时,电路中电流最小,灯的实际功率最小; 串联电阻的规律,R 总=RL+R 滑=24 Ω +100 Ω =124 Ω , 由欧姆定律,电路小的最小电流:I 最小 总 䁣 Ω ㌳ A, 灯的最小功率:P 灯=I 最小 2×RL=( ㌳ A)2×24 Ω ≈0.5W, 故灯泡的功率变化范围是 0.5~6W,故 D 正确。 故选:D。 6.一根电热丝的电阻值为 R,将它接在电压为 U 的电路中时,在时间 t 内产生的热量为 Q.使 用一段时间后,将电热丝剪掉一小段,剩下一段的电阻值为 0.5R.现将剩下的这段电热 丝接入电路,则( ) A.若仍将它接在电压为 U 的电路中,在时间 t 内产生的热量为 0.5Q B.若仍将它接在电压为 U 的电路中,产生的热量为 Q,所需时间为 2t C.若将它接入电压为 0.5U 的电路中,在时间 t 内产生的热量为 0.5Q D.若将它接入另一电路,在时间 t 内产生的热量仍为 Q,这个电路的电压为 0.5U 【解答】解:电热丝的电阻值为 R,将它接在电压为 U 的电路中时,在时间 t 内产生的 热量 Q=W t,剪掉一小段,剩下一段的电阻值为 0.5R。 A、若仍将它接在电压为 U 的电路中,在时间 t 内产生的热量 Q1 䁠t t=2× t=2Q, 故 A 错误; B、若仍将它接在电压为 U 的电路中,产生的热量为 Q,即 䁠t t1 t,所需时间 t1=0.5t, 故 B 错误; C、若将它接入电压为 0.5U 的电路中,在时间 t 内产生的热量 Q2 䁠t 䁠t t=0.5× t =0.5Q,故 C 正确; D、若将它接入另一电路,在时间 t 内产生的热量仍为 Q,即: 䁠t t t,这个电路的 电压 U′ U,故 D 错误。 故选:C。 7.在“测量小灯泡和定值电阻的阻值”实验中,根据测得的电流和电压数据绘制了如图甲 中 A、B 的 I﹣U 图象,现将小灯泡 L 和定值电阻 R 连成如图乙、丙电路(电源电压均为 8V ) , 则 下 列 说 法 正 确 ( ) A.由图甲知小灯泡电阻随温度的增大而减小 B.图乙电路的总功率为 2.4W C.由图甲知定值电阻的阻值为 10 ΩD.图丙电路中电流表示数为 0.7A 【解答】解:(1)定值电阻的 I﹣U 图象是正比例函数图象,其 I﹣U 图象是 B 图线,则 A 图线为灯泡的 I﹣U 图象, 由图象可知,当灯泡两端的电压分别为 1V、2V、4V、8V 时, 通过灯泡的电流依次为 0.2A、0.3A、0.4A、0.5A, 由 I 变形式 R 可得,灯泡的电阻依次为 5 Ω 、6.7 Ω 、10 Ω 、16 Ω , 所以,小灯泡两端的电压增大时,通过的电流增大, 由 P=UI 可得,灯泡的实际电功率增大,温度升高,灯泡的电阻增大,故 A 错误; (2)由电路图乙可知,定值电阻 R 与灯泡 L 串联,电流表测电路中的电流, 因串联电路中各处的电流相等,且总电压等于各分电压之和, 所以,由图象可知,当 I=0.3A、UR=6V、UL=2V 时符合, 则图乙电路的总功率 P=UI=8V×0.3A=2.4W,故 B 正确; 定值电阻的阻值 R ㌳䁣 䁠t 20 Ω ,故 C 错误; (3)由电路图丙可知,定值电阻 R 与灯泡 L 并联,电流表测干路电流, 因并联电路中各支路两端的电压相等, 所以,灯泡和定值电阻两端的电压均为 8V, 由图象可知,通过它们的电流分别为 IL=0.5A、IR=0.4A, 因并联电路中干路电流等于各支路电流之和, 所以,电流表的示数 I=IL+IR=0.5A+0.4A=0.9A,故 D 错误。 故选:B。 8.如图所示电路,电源电压恒为 6V,L1 标有“6V 7.2W”,L2 标有“6V 3.6W”。忽略温度 对灯丝电阻的影响,下列说法正确的是( ) A.仅闭合 S1、S3,L1 不亮,L2 亮 B.仅闭合 S2、S3,电流表读数为 1.2A C.仅闭合 S1、S2,电路总电阻为 15 ΩD.仅闭合 S3,电路消耗的总功率为 2.4W 【解答】解: A、只闭合 S1、S3 时,L2 被短路,电路为 L1 的简单电路,所以,L1 亮,L2 不亮,故 A 不正确; B、只闭合 S2、S3 时,电路为 L2 的简单电路,电流表测电路中的电流; 因 L2 两端的电压和额定电压相等,所以,由 P=UI 可得,电流表的示数: I2 额 额 t㌳ ㌳䁣 0.6A,故 B 不正确; C、仅闭合 S1、S2 时,两灯泡并联,由 P 可得,两灯泡的电阻分别为: R1 额 额 ㌳䁣 t 5 Ω ,R2 额 额 ㌳䁣 t㌳ 10 Ω , 则电路总电阻:R 并 Ω䁠Ω Ω䁠Ω 䁠 Ω ≠15 Ω ,故 C 不正确; D、仅闭合 S3 时,两灯泡串联,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和, 所以,电路消耗的总功率:P 总 ㌳䁣 Ω䁠Ω 2.4W.故 D 正确。 故选:D。 9.两盏白炽灯,甲灯标有“PZ220V25W”,乙灯标有“PZ220V100W”,比较它们工作时的 亮度,正确的是( ) A.甲灯一定比乙灯亮 B.乙灯一定比甲灯亮 C.都正常工作时,甲灯比乙灯亮 D.都正常工作时,乙灯比甲灯亮 【解答】解:(1)因为灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率,而甲乙两灯的实际功率没法 比较;故 A、B 选项是错误的; (2)当灯泡正常发光时,实际功率等于额定功率; 所以比较额定功率即可比较灯泡的亮度; 又知:甲灯的额定功率为 25W,乙灯的额定功率等于 100W; 所以正常发光时,乙比甲亮。故 C 错误,D 正确。 故选:D。 10.如图所示,电源的输出电压恒定不变,现将一个灯泡 L 接在离电源很近的 AB 两点时, 灯泡 L(电阻不变)消耗的功率为 100W,若将灯泡 L 接在离电源较远的 CD 两点时,灯 泡 L 消耗的功率为 81W.则输电导线 AC、BD 上消耗的功率为( ) A.10W B.19W C.9W D.15W 【解答】解: 设灯泡 L 连接在 A、B 两点时,电路的电流为 I1,则 PL=I12RL=100W… ①若将灯泡 L 接 C、D 两点时,电路的电流为 I2,则 PL′=I22RL=81W… ②由 ①② 两式可得: I1:I2=10:9, 若将灯泡 L 接 C、D 两点时,电源的功率为:P=UI2, 则: ,即 P 䁠 100W=90W, 所以导线 AC 和 BD 消耗的总功率为: P 线=P﹣P2=90W﹣81W=9W。 故选:C。 11.某同学设计的煤气检测电路如图甲所示,电源电压恒定,R0 为定值电阻,气敏元件 R 的阻值随煤气浓度变化而改变。改变煤气浓度,电流表的示数煤气浓度 c 变化的关系如 图乙所示,则下列描述电压表的示数 U、电路消耗的总功率 P 随煤气浓度 C 变化的关系 图线中,可能正确的是( ) A. B. C. D. 【解答】解:由甲电路图可知,定值电阻 R0 和气敏元件 R 串联,电压表测 R 两端的电 压,电流表测电路中的电流, 由图乙可知,I﹣c 图线是一条斜向上的直线,即煤气浓度增大时,电路中的电流线性变 大, 由 U=IR 可知,定值电阻 R0 两端的电压也线性变大, 因串联电路中总电压等于各分电压之和, 所以,R 两端的电压:U=U 总﹣U0, 则电阻 R 两端的电压应线性减小,故 A 正确、B 错误; 由 P=UI 可知,电路消耗的总功率线性增加(即 P﹣t 图线应是一条斜向上的直线),故 图 CD 错误。 故选:A。 12.如图所示。电源电压保持不变。开关 s 闭合后。灯 L1、L2 都能正常工作,甲、乙两个 电表的示数之比是 4:5,此时灯 L1、L2 的电功率之比是( ) A.4:5 B.4:1 C.1:4 D.5:4 【解答】解:如果乙为电流表将会造成电源短路,如果甲为电流表 L2 将被短路、不能工 作, 因此甲、乙都为电压表,此时灯 L1、L2 串联连接,电压表甲测量 L2 两端电压,电压表 乙测量电源电压; 因串联电路中总电压等于各分电压之和, 所以,两灯泡两端的电压之比: 乙 甲 甲 , 因串联电路中各处的电流相等, 所以,由 P=UI 可得,此时灯 L1、L2 的电功率之比: 。 故选:C。 13.接通电路,加在某玩具电动机上的电压是 U,用手将电动机转轴捏住使其不转,电动机 将电能全部转化为热能,消耗的电功率为 P1;松手后电动机正常工作,消耗的电功率为 P2,则电动机正常工作时,线圈上消耗的机械功率为( ) A.P2﹣P1 B.P2 C. D.P2− 【解答】解: 由题意可知,接通电路,电动机不转时只将电能转化为内能,此时电动机为纯电阻, 由 P 可得,电动机线圈电阻:R ; 电动正常工作时消耗的电能转化为机械能和内能,此时电动机为非纯电阻, 由 P=UI 可得,此时电动机的电流:I , 所以,此时线圈上发热功率为: P 热=I2R R , 由能量守恒定律可得,此时消耗的机械功率为: P 机械=P2﹣P 热=P2− 。 故选:D。 二.填空题(共 5 小题) 14.共享自行车已在我国很多城市兴起,大大方便了市民的出行。 (1)使用共享自行车时可以用手机扫描车上的二维码解锁。手机摄像头相当于一个 凸 透 镜。要使屏幕上二维码的像变大,只需将手机摄像头 靠近 (选填“靠近”或“远 离”)二维码。 (2)共享自行车的车筐底部覆盖一层太阳发电板,它吸收太阳光给里面的蓄电池充电, 从而不间断地为 GPS 和通信模块供电。小王通过查阅资料得到以下信息: ① 太阳能电池板接收太阳能的有效面积为 400 厘米 2,光电转化效率为 100%; ② 夏季晴天,太阳光照射到地面 1 米 2 面积上的辐射功率为 1000 瓦;夏季晴天光照 2 小 时,该太阳能电池可获得的电能为 2.88×105 焦。 【解答】解: (1)手机摄像头相当于一个凸透镜;扫描二维码和照相机的原理相同,即 u>2f,成倒 立、缩小的实像,所以二维码放在摄像头二倍焦距以外的地方;要使屏幕上二维码的像 变大,由凸透镜成实像的规律可知,应使像距变大,物距变小,所以手机要靠近二维码; (2)太阳光照射到地面 1 米 2 面积上的辐射功率为 1000 瓦, 则有效面积为 400 厘米 2 的面积上每秒的辐射功率为:P=1000W/m2×400×10﹣4m2= 40W; 光电转化效率为 100%,则夏季晴天光照 2 小时获得的光能即电能为:W=Pt=40W×2 ×3600s=2.88×105J。 故答案为:(1)凸透;靠近;(2)2.88×105。 15.如图所示是一直流电动机提升重物的装置。已知重物质量 m=60kg,电源电压 U=220V 保持不变,电动机线圈的电阻 R=10 Ω ,不计各处摩擦,当电动机以某一速度匀速向上提 升重物时,电路中的电流 I=4A。 (1)电源的输出功率是 880W 。 (2)试从能量转化和守恒的角度分析计算,重物上升的速度大小为 1.2 m/s。 【解答】解:(1)电源的输出功率为: P=UI=220V×4A=880W; (2)电阻 R 的发热功率:P 热=I2R=(4A)2×10 Ω =160W, 电动机的输入功率等于输出功率和线圈电阻产生的热功率之和,故: P 总=P 热+P 出 所以:P 出=P 总﹣P 热=UI﹣P 热=220V×4A﹣160W=720W; 电动机的输出功率等于绳子拉力对重物做功的功率,由于物体匀速上升,故绳子拉力做 功的功率等于克服重力做功的功率,故: P 出=mgv 所以:v 出 䁠 ㌳䁠䁠䁤 1.2m/s。 故答案为:(1)880W;(2)1.2。 16.如图甲所示,电源电压保持不变,小灯泡的额定电压为 6V.闭合开关 S 后,当滑片 P 从 R 的一端滑至另一端的过程中,小灯泡的 I﹣U 关系图象如图乙所示。则小灯泡的额定 功率为 1.2 W,电源电压为 6 V,滑片在最右端时,滑动变阻器的电功率为 0.45 W。 【解答】解:(1)由电路图可知,滑动变阻器接入电路中的电阻为 0 时,电路中的电流 最大,电压表测电源的电压, 由图象可知,电路中的最大电流为 0.2A,电压表的最大示数为 6V,则电源的电压为 6V; 因灯泡两端的电压和额定电压相等时,灯泡的实际功率和额定功率相等, 所以,灯泡的额定功率: PL=ULIL=6V×0.2A=1.2W; (2)当滑动变阻器滑片在最右端时,接入电路中的电阻最大,由图象可知,电路中的电 流 I=0.1A,灯泡两端的电压 UL′=1.5V, 因串联电路中总电压等于各分电压之和, 所以,滑动变阻器两端的电压: U 滑=U﹣UL′=6V﹣1.5V=4.5V, 由 I 可得,滑动变阻器的最大阻值: R 滑 滑 t䁣 䁠t 45 Ω ; 滑动变阻器的电功率: P=U 滑 I=45V×0.1A=0.45W。 故答案为:1.2;6;0.45。 17.如图所示是一种灭蚊灯,它具有结构简单、售价低廉、省电、环保等优点,越来越受到 人们的青睐。灭蚊灯是利用蚊虫的夜行性和趋光性(蚊子对特殊波长具有敏感性),以发 光的灯管引诱后,再以高压电击杀死接触的蚊子。 额定电压/V 220 额定功率/W 15 额定频率/Hz 50 适应面积/m2 60 (1)该灭蚊灯正常工作时通过灯管的电流为 0.068 A。 (2)蚊虫夜行性和趋光性等适应性特性是经过长期 自然选择 形成的。 【解答】解:(1)根据 P=UI 可得,该灭蚊灯正常工作时通过灯管的电流: I 䁠䁣 0.068A; (2)蚊虫夜行性和趋光性等适应性特性是经过长期自然选择形成的。 故答案为:(1)0.068;(2)自然选择。 18.无水箱式电热水器具有体积小、加热快的优点,图甲是它的工作原理图。 (1)温控器:水温传感器测量到出水温度并将信息传给微电脑芯片,微电脑芯片将测量 到的水温和预先设定的温度进行比较,然后即时控制温控器内的两个开关的状态,从而 让喷头喷出预先设定温度的热水。请在图乙虚线框中补齐温控器内的两个开关。 (2)水压控制开关:当热水器内没有水或水压过低时,图丙所示的水压控制开关能确保 电热水器停止工作。图中顶杆必须具有很好的 绝缘 性才能防止漏电。 (3)家庭电路中该电热水器在正常电压下工作,当喷头喷出水的流量为 4.5L/min 时,5℃ 的冷水经过加热后温度最高可达 38℃,已知通过电热水器的电流为 52.5A,则该电热水 器的加热效率多少?如果此时还要进一步提高水温,应该怎样调节冷水的流量的大小? 【解答】解:(1)经分析可知,两电热丝可以独立工作,且各有一个开关控制,故温控 器内的两个开关如下图方式连接: (2)为防止漏电,水压控制开关的顶杆必须具有很好的绝缘性; (3)设加热时间 t=1min,则加热水的体积: V=4.5L=4.5dm3=4.5×10﹣3m3, 由 ρ 䁣 可得,加热水的质量: m= ρ V=1.0×103kg/m3×4.5×10﹣3m3=4.5kg, 水吸收的热量: Q 吸=cm(t﹣t0) =4.2×103J/(kg•℃)×4.5kg×(38℃﹣5℃) =6.237×105J, 消耗的电能: W=UIt=220V×52.5A×60s=6.93×105J, 则加热效率: η 吸 100% ㌳t䁠 ㌳t䁠 100%=90%, 每分钟消耗的电能一定,即水吸收的热量一定,要提高水温,应减小加热水的质量,即 减小进入热水器的冷水的流量。 答:(1)如上图所示; (2)绝缘; (3)该电热水器的加热效率为 90%;进一步提高水温的可行措施:调小进入热水器的冷 水的流量。 三.实验探究题(共 2 小题) 19.在“测定小灯泡电功率”的实验中,提供以下器材:常用的小灯泡 1 只(标明额定电压, 未标明额定功率),电流表、电压表各 1 只,滑动变阻器 1 只,开关 1 只,电源,导线若 干。 (1)在方框图中画出实验电路图。 (2)按正确的电路图连接电路,根据数据画出小灯泡灯丝 U﹣I 曲线如图所示,这个图 象中,横坐标表示的是 电流 。(选填“电流”或“电压”)请你结合已学知识,说明 理由? 灯泡实际功率越大,温度越高,灯泡电阻随温度的升高而增大,所以灯泡两端 电压变化大于通过它的电流变化 。 【解答】解: (1)根据 P=UI 可知:需要利用电压表测出小灯泡两端的电压,用电流表测出小灯泡中 的电流,用滑动变阻器改变小灯泡两端的电压,滑动变阻器应与灯泡串联,由此设计实 验电路图如下: (2)灯泡两端电压越大,通过它的电流越大,由 P=UI 知,灯泡的实际功率越大,灯泡 越越亮,温度越高,且灯泡的电阻随温度的升高而增大,由 R 可知,灯泡两端电压变 化应大于通过它的电流变化,由图象可知,横坐标表示的是电流,纵坐标表示的是电压。 故答案为:(1)见上图;(2)灯泡实际功率越大,温度越高,灯泡电阻随温度的升高而 增大,所以灯泡两端电压变化大于通过它的电流变化。 20.在“测量小灯泡的电功率”实验中,实验器材有:电池组(恒为 3V)、电流表、电压表、 小灯泡(额定电压 2.5V,电阻约 10 欧姆)、滑动变阻器、开关、导线若干。 (1)某小组测量小灯泡的电功率的实物如图甲所示,请用笔画线代替导线,将图甲的实 物图连接完整,要求滑动变阻器滑片 P 向右滑动时小灯泡变暗; (2)连接好电路后,闭合开关,调节滑动变阻器,发现小灯泡不亮,电压表示数近似等 于 3V,电流表示数几乎为零,电路故障可能是 小灯泡断路 ; (3)排除故障后进行实验,实验数据如表格所示,则小灯泡额定功率是 0.625 W。 小灯泡的规格 电压表示数 U/V 电流表示数 I/A 小灯泡亮度 U 额=2.5V 1.5 0.20 较暗 2.5 0.25 正常 3.0 0.28 较亮 (4)另一小组测量的是额定电压为 2V 的特殊小灯泡的额定功率,实验中他们发现电压 表出现了故障不能使用,于是设计了如图乙所示的电路,也能测量该小灯泡的额定功率, 其中已知定值电阻 R0=5 Ω ,测量方法:先闭合开关 S 和 S1,调节滑动变阻器,使电流表 的示数为 0.4 A,然后将 S1 断开,S2 闭合,此时电流表的示数为 0.55A,则该小灯泡 的额定功率 P 额= 0.3 W。 【解答】解:(1)灯泡正常发光电流约为 I t䁣 䁠Ω 0.25A<0.6A,所以电流表应使 用 0~0.6A 量程,滑片 P 向右滑动时小灯泡变暗,说明此时变阻器连入电路的阻值变大, 所以应将其左下接线柱接入电路中,如图所示: (2)闭合开关,调节滑动变阻器,小灯泡不亮,电流表示数几乎为零,说明电路有断路 发生,电压表示数近似等于 3V,说明电压表串联入电路,则故障可能是小灯泡断路; (3)由表格可知,灯泡电压为 2.5V 时正常发光,此时通过灯泡的电流为 0.25A, 所以灯泡额定功率:P=UI=2.5V×0.25A=0.625W; (4)先闭合开关 S 和 S1,此时灯泡与 R0 并联,电流表测 R0 的电流,灯泡正常发光时两 端电压为 2V,由并联电路特点和欧姆定律知,调节滑动变阻器,使电流表的示数 I0 䁣 Ω 0.4A 时灯泡正常发光; 将 S1 断开,S2 闭合,灯泡与 R0 仍并联,此时电流表测灯泡与 R0 的总电流,即总电流为 0.55A, 所以小灯泡正常发光的电流 I=0.55A﹣0.4A=0.15A, 则该小灯泡的额定功率 P 额=UI=2V×0.15A=0.3W。 故答案为:(1)见上图;(2)小灯泡断路;(3)0.625;(4)0.4;0.3。
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