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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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。