[ID:6-6943017] [精]第15章 电功及电功率 学案+同步测试卷 (教师版 学生版)
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中小学教育资源及组卷应用平台 第十五章 电功和电功率 同步测试卷 1.某家庭电能表如图所示。若该家庭单独让空调工作,测得1 min内电能表转盘转了60转,则空调消耗的电能为______kW·h,空调的电功率是______W。 [答案] 0.02 1 200 2.电能表表盘上标有“3 000 r/kW·h”的字样,将某用电器单独接在该电能表上,正常工作30 min,电能表转盘转动了300转,则该用电器这段时间内消耗的电能是________kW·h,该用电器的功率是________W。 [答案] 0.1 200 3.小林家5月底电能表示数如图所示,6月底电能表示数为100.0 kW·h,那么6月份他家消耗了________kW·h的电能,在某段时间内,转盘转过了400转,表示此段时间内他家用了________度电。 [答案] 68.0 0.16 4.图1所示,闭合开关,改变R1阻值,在表中记下几组电流表、电压表的读数。图2已作出R2的U-I图线。 电流/A 0.1 0.3 0.4 0.5 电压/V 2.5 1.5 1.0 0.5 (1)求R2的阻值。 (2)根据表数据在图2中描点并连线。 (3)电流表示数为0.2 A时,电压UDE=________、电压UEF=________。 (4)电流表示数为0.4 A时,电压UDF=________,求50 s内R1、R2消耗的总电能。 [答案] (1)2.5 Ω  (2)如图所示 (3)2 V 0.5 V (4)2 V 40 J 5.如图甲是家用电吹风的工作原理图,电吹风工作时可以吹出热风也可以吹出凉风。 (1)要让电吹风工作时吹出热风,它的开关应置于图甲中__________(选填“1”、“2”或“3”)位置,此时电风扇与电热丝的连接方式是 __________。 (2)某次用该电吹风将头发吹干的过程中,电吹风的功率随时间的变化关系如图乙所示,则在该次吹干头发过程中电吹风消耗的总电能是________ J。 (3)电热丝在工作时的电阻值是________ Ω(保留一位小数)。 (4)使用几年后,发现电热丝变细,则其电阻变________,它的实际功率将变________。 [答案] (1)1 并联 (2)13 200 (3)91.7 (4)大 小 6.冬天来临,小王给奶奶买了一个“暖手宝”。该“暖手宝”加热过程中所产生的电热与时间的关系如图所示,由此可知该“暖手宝”加热时的功率约为(  ) A.24 W   B.40 W   C.400 W   D.2 400 W [答案] C 7.小林做作业时,电灯突然变暗,其原因可能是(  ) A.电灯的实际电压变大 B.电灯的额定电压变小 C.电灯的实际功率变小 D.电灯的额定功率变小 [答案] C 8.题图中“+”、“-”分别表示电表的正负接线柱,可以测量R消耗的电功率的电路图是(  ) [答案] B 9.关于“12 V 4 W”的小灯泡L1和“9 V 3 W”的小灯泡L2,下列说法正确的是(  ) A.L1和L2正常工作时的电阻一样大 B.L1和L2串联在一起使用时,两灯消耗的功率一样多 C.L1和L2并联在一起使用时,两灯消耗的功率一样多 D.L2串联一个9 Ω的电阻接在12 V电路中,也能正常发光 [答案] D 10.如图所示两灯泡L1、L2阻值分别为6 Ω和10 Ω,闭合开关,下列说法正确的是(  ) A.通过两灯泡的电流I1∶I2=3∶5 B.灯泡两端电压U1∶U2=3∶5 C.灯泡的电功率P1∶P2=5∶3 D.灯泡L1比L2暗 [答案] C 11.测量小灯泡的电功率实验(小灯泡额定电压为2.5 V)。 (1)请根据实验目的,连接图1的电路。 电路正确连接后,电压表、电流表的示数及灯泡亮度如下表: 数据序号 1 2 3 4 5 电压U/V 3.0 2.5 1.4 0.4 电流I/A 0.30 0.28 0.22 0.12 灯泡亮度 很亮 较亮 亮 暗 看不到发光 (2)第3次实验的电压表、电流表示数如图2所示,请把实验数据填写在表中。 (3)哪次实验灯泡正常发光?________。(填写数据序号) (4)第5次实验看不到灯泡发光,电路是否是断路?________。判断的依据是什么?________________________。 小明实验时,连接了如图3所示的实物图,接线有错误。 (5)在方框图内画出与图3连接情况对应的电路图。 (6)若图3所示电路,只是接线有错误。闭合开关,灯亮吗?________。电压表指针是否有偏转?________。 [答案] (1)如图甲所示 (2) 数据序号 3 电压U/V 1.7 电流I/A 0.24 灯泡亮度 亮 (3)2 (4)没有断路 因为电流表有读数,表明电路是通路 (5)如图乙所示 (6)灯不亮 电压表有偏转 12.(1)电热水壶的加热电阻R两端电压为220 V,加热功率1 100 W。求通过R的电流是多少?R的阻值是多少? (2)体积为1×10-3 m3的水质量是多少?这些水从 30 ℃加热到80 ℃要吸收多少热量? [ρ水=1×103 kg/m3,c水=4.2×103 J·(kg·℃)-1] 图中的电热水壶有两个开关S1、S2。水达到100 ℃时沸腾,沸腾了一会儿后,壶内积聚大量水蒸气使S1自动断开,停止加热;若某种原因使S1不能断开,水会烧干,直至壶的温度升高到125 ℃时S2自动断开,才停止加热。 (3)为实现上述功能,应采用选项图中的哪幅电路图?________。 (4)若壶盖未合上,水会一直沸腾,但壶不能自动断电。这是因为壶内水蒸气量不足导致哪个开关无法自动断开?__________。水烧干前,为什么壶的温度不会达到125 ℃?______________________________________。 [答案] (1)5 A 44 Ω (2)1 kg 2.1×105 J (3)A (4)S1 因为水没烧干前,水沸腾时虽然不断吸热,但温度保持100 ℃不变,不会达到125 ℃ [解析] (1)根据P=UI得 I===5 A 根据欧姆定律得R===44 Ω (2)根据ρ=得 m=ρ水V=1×103 kg/m3×1×10-3 m3=1 kg Q=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(80 ℃-30 ℃)=2.1×105 J (3)从题中可知电热水壶具备两个开关,断开任意一个都可以使其停止加热,所以两个开关应当串联在电路中。所以选A图。 (4)水没烧干前,水沸腾时虽然不断吸热,但温度保持100 ℃不变,所以壶的温度不会达到125 ℃。 13.如图所示,R1=30 Ω,将触头移到滑动变阻器的最左端a,断开开关S1、闭合开关S,电流表的示数为0.6 A;再闭合S1,电流表示数变为1.0 A。将触头移到滑动变阻器的最右端b,断开开关S1、闭合开关S,电流表的示数为0.4 A。求: (1)电阻R2的阻值及变阻器R的最大阻值; (2)闭合S后,在什么情况下电路消耗的功率最小?最小值为多少? [答案] (1)20 Ω 10 Ω(2)断开S1,变阻器R阻值最大时,电路功率最小,为4.8 W。 [解析] (1)设电源电压为U,触头在左端a,断开S1、闭合S时,由欧姆定律得I1=①  触头在左端a,开关S1、S都闭合时,R1、R2并联I2=+②  触头在b端,断开S1、闭合S时,R、R2串联I3=③  联立①、②、③解得 电源电压U=(I2-I1)R1=(1.0 A-0.6 A)×30 Ω=12 V 电阻R2===20 Ω(1分) 滑动变阻器最大电阻R=-R2=-20 Ω=10 Ω (2)由P=得电源电压U一定,电路总电阻最大时,电路消耗功率最小,即触头在b端,断开S1、闭合S时,电路消耗功率最小。 P===4.8 W 14.如图所示是一款多功能洗衣机的简化电路图。此款洗衣机额定电压为220 V,它有两个挡位,当开关置于位置1 时(电路接入R1和R2)为加热状态,消耗功率为2 400 W ;当开关置于位置2 时(电路接入R2和电动机M)为保湿洗涤状态。已知电阻R1的阻值为22 Ω,水的比热容为c水=4.2×103 J/(kg·℃)。 (1)在洗衣机内加入质量为20 kg、初温为20 ℃ 的冷水,求加热到70 ℃ 时水吸收的热量; (2)求R2的阻值; (3)已知洗衣机在保湿洗涤状态下工作时,电动机的功率为240 W,求此时通过电路的总电流为多少。 [答案] (1)4.2×106 J (2)242 Ω (3)2 A [解析] (1)水吸收的热量 Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×20 kg×(70-20) ℃=4.2×106 J (2)当开关置于1时,电路消耗的总功率P=2 400 W R1消耗的功率为P1===2 200 W R2消耗的功率为P2=P-P1=2 400 W-2 200 W=200 W R2的阻值R2===242 Ω (3)当开关置于位置2时,电路总功率为 P'=P2+PM=200 W+240 W=440 W I===2 A 15.图1所示,规格相同的容器装了相同质量的纯净水,用不同加热器加热,忽略散热,得到图2所示的水温与加热时间的图线,则(  ) A.乙中温度计示数为32 ℃ B.加热相同时间,两杯水吸收的热量相同 C.吸收相同的热量,甲杯的水升温比乙杯的多 D.甲杯的水加热2 min与乙杯的水加热3 min吸收的热量相同 [答案] D 16.下列用电器中,利用电流热效应工作的是(  ) A.电视机  B.电热杯  C.电风扇  D.电脑 [答案] B 17.电饭锅是利用电流的________原理工作的。如图所示三个同样的烧瓶装有相同质量的煤油,甲、乙两烧瓶是用来探究电热与________的关系。若通过电阻R1的电流为2 A,则1分钟内电阻R1产生的热量为________J。 [答案] 热效应 电流 2 400 如图所示,电源电压为12 V,灯泡上标有“12 V 12 W”。ae和bf是同种型号电阻丝,每1 m的电阻均为0.5 Ω,其他导线电阻不计,c、d两点始终保持与电阻丝良好接触。设ac与bd长度均为3 m,那么,小灯泡两端电压为______V,两电阻丝在100 s内产生的热为______J。当c、d两点向右移动时,灯泡的亮度将______。(设灯泡电阻不随温度而变化) [答案] 9.6 192 变暗 19.如图所示是探究小组在科技节上设计的保温箱的简易图,图中L是温度传感器,电阻不计,作用相当于一个开关,当温度高于某一设定值时,传感器发出信号,电源断开,停止加热;当温度低于某一设定值时,传感器发出信号,接通电源加热,从而使箱内的温度保持在一定范围内。将温度传感器L和一段阻值为32 Ω的电热丝接入电源电压恒为24 V的电路中(假设电热丝阻值不随温度变化)。 (1)保温箱的外壳要选用的材料是________(选填“热的不良导体”或“热的良导体”); (2)电路工作时,通过电热丝的电流是________A;电热丝工作1 min消耗电能________J; (3)为了保证某种菌种的培养,保温箱的发热功率需调整为12 W,在不改变电源电压和原电热丝的情况下,应在箱内________(选填“串”或“并”)联一段阻值为________Ω的电热丝。 [答案] (1)热的不良导体 (2)0.75 1 080 (3)串 16 20.如图所示是探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”的实验装置。 (1)实验中通过观察__________________来比较电流产生的热量的多少。 (2)为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少,甲、乙两瓶中要装入________相等、初温相同的同种液体。 (3)为了在较短的时间内达到明显的实验效果,实验时选用煤油而不选用水,是因为煤油的比热容________(填“大于”“等于”或“小于”)水的比热容。 (4)实验结论是:在电流、通电时间相同时,________,产生的热量越多。 [答案] (1)温度计的示数变化 (2)质量(或体积)(3)小于 (4)电阻越大 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源及组卷应用平台 第十五章 电功及电功率 知识梳理 考点1 电能 电功:电流所做的功叫电功。 电功的符号是W,单位是焦耳(焦,J)。电功的常用单位是度,即千瓦时(kW·h)。 1kW·h=3.6×106J 电流做功的过程,实际上就是电能转化为其他形式能的过程。 电流在某段电路上所做的功,等于电功率与通电时间的乘积,还等于这段电路两端的电压与电路中的电流以及通电时间的乘积。 电功的计算公式为: 电能表:测量电功的仪表是电能表(也叫电度表)。下图是一种电能表的表盘。 表盘上的数字表示已经消耗的电能,单位是千瓦时,该数的前四位是整数,第五位是小数部分,即1234.5kW·h。 “220V”表示这个电能表应该在220V的电路中使用。 “10(20A)”表示这个电能表的标定电流为10A,额定最大电流为20A。 “50Hz”表示这个电能表在50Hz的交流电中使用; “600revs/kW·h”表示接在这个电能表上的用电器,每消耗1千瓦时的电能,电能表上的表盘转过600转。 根据转盘转数计算电能或根据电能计算转盘转数时,可以列比例式: 列出的比例式类似于 用电能表月底的读数减去月初的读数,就表示这个月所消耗的电能。 经典例题 1.小明4月底看到家中电能表如图(甲)所示,则他家同时工作的用电器总功率不能超过   W;当他5月底再去观察时,发现电能表如图(乙)所示,则他家5月份消耗的电能为   kW?h. 故答案为:8800;150.2. 2.电子式电能表表盘上标有“3000imp/(kW?h)”字样,将某用电器单独接在该表上工作20min,电能表指示灯闪烁了33次,该用电器在上述时间内消耗的电能为   kW?h,合  J. 故答案为:0.011;3.96×104. 3.小明家电能表上个月底表盘数字是,这个月底表盘数字如图所示,可知他家本月用电   度,他只让某电水壶工作,发现在10分钟内该电能表转盘转过了600转,则该电水壶的实际功率为   W. 故答案为:100;1200. 为实现减排目标,南宁市已建成多个风力发电站.若某小型风力发电机平均每小时可发电 5kW?h,合   J,这些电能可使电功率为100W的照明灯连续正常工作   h,这些电能相当于完全燃烧   kg焦炭放出的热量(已知焦炭的热值为3.0×107J/kg). 故答案为:1.8×107;50;0.6. 考点2 电功率 电功率:电流在1秒内所做的功叫电功率。 电功率符号是P,单位是瓦特(瓦,W),常用单位为千瓦(kW)。 1kW=103W 电功率的物理意义:表示消耗电能的快慢。 电功率的定义式: 第一种单位:P——电功率——瓦特(W);W——电功——焦耳(J);t——通电时间——秒(s)。 第二种单位:P——电功率——千瓦(kW);W——电功——千瓦时(kW·h);t——通电时间—小时(h)。 电功率的计算式: P——电功率——瓦特(W);U——电压——伏特(V);t——电流——安培(A)。 家用电器的电功率(估计数值): 1000W:空调、微波炉、电炉、电热水器; 800W:吸尘器; 500W:电吹风机、电熨斗、洗衣机; 200W:电视机、电子计算机; 100W:电冰箱、电扇。 低于1W:手电筒、计算器、电子表。 有关电功、电功率的公式及其适用范围: 电功 电功率 公式的适用范围 普遍适用 普遍适用 只适用于纯电阻电路(只含电阻的电路) 只适用于纯电阻电路 用电器的额定功率和实际功率 额定电压:用电器正常工作时的电压叫额定电压。 额定功率:用电器在额定电压下的功率叫额定功率。 额定电流:用电器在正常工作时的电流叫额定电流。 用电器实际工作时的三种情况: ——用电器不能正常工作。(如果是灯泡,则表现为灯光发暗,灯丝发红) ——用电器不能正常工作,有可能烧坏。(如果是灯泡,则表现为灯光极亮、刺眼、发白或迅速烧断灯丝) ——用电器正常工作。 电灯泡上的“PZ220 25”表示额定电压是220V,额定功率是25W。 有些地区电压不稳定,使用稳压器可以获得较为稳定的电压。 额定电压相同,额定功率不同的灯泡,灯丝越粗,功率越大。 将这两个灯泡串联,额定功率大的,实际功率小;将这两个灯泡并联,额定功率大的,实际功率大。 串并联电路P实与R大小的关系 项目 串联电路 并联电路 P实与R的关系 串联电路中电阻越大的用电器消耗的电功率越大 并联电路中电阻越小的用电器消耗的电功率越大 灯泡发光亮度 实际电压大的P实越大,因此实际电压大的灯泡较亮 通过电流大的P实越大,因此通过电流大的灯泡较亮 电阻大的P实越大,因此电阻大的灯泡较亮 电阻小的P实越大,因此电阻小的灯泡较亮 串接上滑动变阻器的小灯泡,变阻器阻值增大时分压也大,小灯泡实际电压减小,小灯泡发光较暗 并接上滑动变阻器的电灯,由于并联电路中各部分互不干扰,所以通过小灯泡所在支路的电流不变,小灯泡发光情况不变 经典例题 1.阻值为R的电阻丝,接到电源上6min烧开一壶水,现在用两根同样的电阻丝串联起来,接到同一电源上烧开同一壶水,需要的时间是(  ) A.12min B.4min C.8min D.6min 故选A. 2.如图所示是通过电阻A、B的电流与其两端电压的关系图象,分析图象可知RA   RB(填“>”、“=”或“<”).若将电阻A和B串联后接在电压为6V的电源两端,则电阻A和B消耗的电功率之比PA:PB=   . 故答案为:<;1:2. 3.如图,电源电压恒定,灯L的规格为“24V 72W”且工作时电阻保持不变,电压表的量程为0?15V,电流表的量程为0?3A,在电路安全的前提下,操作如下:当只闭合S、S3时,电路中的总功率为P1,电流表示数为I1:当只闭合S2、S3时,移动滑片使滑动变 阻器的阻值为R,电流表示数为I2,电阻R1和滑动变阻器的总功率为10W;再移动滑片使滑动变阻器的阻值为2R,电流表示数为I3,灯L和滑动变阻器的总功率为9.72W,当只闭合S、S1、S2时,移动滑动变阻器的滑片,使电路中的最小总功率为P4,此时电流表示数为I4.己知P1:P4=5:6,I2:I3=10:9,则灯L的电阻为  Ω,I1:I4=  ,当滑动变阻器R2的阻值为   Ω时,该电路消耗的功率最小. 解:当只闭合S、S3时,只有灯泡连入电路,如图A所示;当只闭合S2、S3时,电阻R1、滑动变阻器和灯泡串联,滑动变阻器的阻值为R,如图所示B;再移动滑片使滑动变阻器的阻值为2R,如图C所示;当只闭合S、S1、S2时,电阻R1、滑动变阻器并联,如图D所示; (1)由P=得:灯泡的电阻RL===8Ω; (2)由图AD可知:电源电压不变,由P=UI得:===; (3)由图B可知:R总2=R1+R+RL,由图C可知:R总3=R1+2R+RL,则I2==,I3==; 已知:I2:I3=10:9,则:=10:9; 即:R1=8R﹣RL=8R﹣8Ω﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣① 由P=I2R得: 图B中电阻R1和滑动变阻器的总功率P′=I22(R1+R),即I22(R1+R)=10W﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣② 图C中灯泡和滑动变阻器的总功率P″=I32(RL+2R),即I32(8Ω+2R)=9.72W﹣﹣﹣﹣﹣﹣③ 由于I2:I3=10:9,则得:3R1=20Ω+2R﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣④ 解①④方程得:R1=8Ω,R=2Ω; 由②得:I2===1A, 根据图B可知:电源电压U=I2(R1+R+RL)=1A×(8Ω+2Ω+8Ω)=18V, 由电路图可知:该电路消耗的功率最小是只闭合S2、S3,R1、灯泡和滑动变阻器串联, 由于此时电压表测量R1和滑动变阻器两端的电压,则电压表示数U′为最大15V时,电路中的电阻最大,电流最小,此时的功率最小; 根据串联电路的总电压等于各电阻两端的电压之和可知:灯泡两端的电压UL=U﹣U′=18V﹣15V=3V; 此时电路中的电流I′=IL===0.375A, 由I=得此时电路的最小电阻为R最小===48Ω, 根据串联电路的总电阻等于各分电阻之和可知: 滑动变阻器连入电路的最大阻值为:R滑=R最小﹣R1﹣RL=48Ω﹣8Ω﹣8Ω=32Ω. 故答案为:8;5:6;32. 考点3 测量小灯泡的电功率 伏安法测小灯泡的功率 【实验目的】探究小灯泡的发光情况与小灯泡实际功率的关系。 【实验原理】 【实验器材】小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、电源、开关、导线。 【实验步骤】 ① 画出电路图(见右图); ② 按电路图连接实物。注意开关断开,滑动变阻器的滑片移到阻值最大端。 ③ 检查无误后,试触,无异常后闭合开关。移动滑片,使小灯泡在额定电压下发光,然后使小灯泡两端的电压约为额定电压的1.2倍,接下来使小灯泡两端的电压小于额定电压,每次都要观察小灯泡的亮度,测出小灯泡的功率。 ④ 根据分别算出小灯泡的额定功率、电压为额定电压的1.2倍时的实际功率、电压低于额定电压时的实际功率。 【实验表格】 次数 电压/V 电流/A 电功率/W 发光情况 1 2 3 【实验结论】灯泡的亮度由实际功率决定。灯泡的实际功率越大,灯泡越亮。 【注意事项】滑动变阻器的作用:改变小灯泡两端的电压、保护电路。 经典例题 1.如图甲所示,在测定小灯泡电功率的实验中,选用的电源电压为4.5 V,小灯泡的额定电压为2.5 V。 (1)连接电路时开关应_________; (2)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P,发现小灯泡始终不亮,电压表、电流表均无示数,原因可能是下列中的哪一种:_____(只填选项) A.小灯泡断路 B.电压表短路 C.小灯泡短路 D.滑动变阻器断路 实验序号 电压表示数/V 电流表示数/A 1 1.5 0.15 2 2.5 0.20 3 3.0 0.22 (3)排除故障后,闭合开关,移动滑片P至某一位置时,电压表的示数如图乙所示,其读数为______V;要获得小灯泡额定功率的数据,滑片P应向_____(选填“A”或“B”)端移动; (4)改变滑片P的位置,获得如上表所示的多组对应的电压、电流值。由表格可知,灯泡的额定功率是____W。 故答案为:(1)断开? (2)D? (3)2.2V? B? (4)0.5W 2.在“测量小灯泡电功率”的实验中,电源电压恒为6 V,小灯泡的额定电压为2.5 V,正常发光时的电阻约为10 Ω,所用滑动变阻器的规格为“50 Ω 1 A”。 (1)请用笔画线代替导线将图甲中未完成的实物电路连接完整; (2)连接电路后闭合开关,发现小灯泡不发光,电压表无示数,电流表有示数,则电路中发生的故障是____________________(选填“小灯泡断路”或“小灯泡短路”); (3)排除故障后,继续进行实验;闭合开关前,滑片P应移到______(选填“A”或“B”)端,闭合开关后,移动滑片P使灯泡L正常发光,此时电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定电功率是______W; (4)某同学还想探究电流与电阻的关系,于是将图甲中的小灯泡换成定值电阻R,并使电压表的示数始终保持2 V不变,多次更换阻值不同的定值电阻R,记录各次电流表的示数,在不更换其他器材的情况下,为了能够完成实验,他更换的定值电阻R的阻值不能大于_______Ω。 故答案为:(1)实物电路图如图所示; (2)小灯泡短路;(3)B;0.6;(4)25 考点4 电与热 探究电流的热效应 【实验器材】(如下图)烧瓶(三个烧瓶中放入等量的煤油)、温度计、铜丝、镍铬合金丝、电源。 【实验步骤】(1) ① 如下图中的左图,在两瓶中分别浸泡铜丝、镍铬合金丝。 ② 将两瓶中的金属丝串联起来接到电源上。 ③ 通电一段时间后,比较两瓶中煤油的温度变化。 (2) 在通电时间相同的情况下,分别给一个烧瓶中的镍铬合金丝通入大小不同的电流(下图中的右图),观察什么情况下产生的热量多。 【实验结论】(1)在电流、通电时间相同的情况下,电阻越大,产生的热量越多。 (2)在通电时间一定、电阻相同的情况下,通过电流大时,镍镉合金丝产生的热量多。 焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。 Q——热量——焦耳(J);I——电流——安培(A);R——电阻——欧姆(Ω);t——通电时间——秒(s) 有关焦耳定律的注意事项 Q不与I成正比,而是与I2成正比。往公式里代数时要注意电流的代入:Q=I2Rt=(1A)2×2Ω×5s=10J 对于纯电阻电路,电流做功消耗的电能全部转化为内能(Q=W),这时以下公式均成立 对于非纯电阻电路,电能除了转化为内能,还要转化为其他形式的能量。求Q时只能用Q=I2Rt。 利用电热的例子:热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等。 防止电热的例子:电视机外壳的散热窗;计算机内的散热风扇、电动机外壳的散热片等。 串并联电路中电功、电功率、电热与电阻的关系 物理量 串联 并联 电功 电功率 电热 比例关系 在串联电路中,电压分配、电功、电功率、电热都与电阻成正比 在并联电路中,电流分配、电功、电功率、电热都与电阻成反比 经典例题 1.某电热水瓶的铭牌如下表所示.若热水瓶内装满水,在额定电压下工作(外界大气压强为1个标准大气压).求: 型号DSP﹣19B 电源220V 50Hz 功率 加热时 1200W 保温时 30W 容量2L (1)保温时通过电热水瓶的电流是多少? (2)加热时电热水瓶的电阻多大? (3)若瓶内20℃的水加热10min正好烧开,则加热时电热水瓶的热效率是多少? (4)请你尝试画出电热水瓶的内部电路图. 解:(1)保温时通过电热水瓶的电流为:I==≈0.14A; (2)电热水瓶的电阻为:R==≈40.33Ω; (3)瓶内水的质量为:m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10﹣3m3=2kg, 瓶内水吸收的热量:Q=cm(t﹣t0)=4.2×103kg/m3×2kg×(100℃﹣20℃)=6.72×105J, 消耗的电能:W=P2t=1200W×10×60s=7.2×105J, 热水瓶效率:η==≈93.3% (4)两个电阻串联,一个开关与电阻并联,或者两个电阻并联,一个开关与电阻串联,电路图如下图,其它合理亦可. 答:(1)保温时通过电热水瓶的电流约为0.14A;(2)加热时电热水瓶的电阻约为40.33Ω; (3)加热时电热水瓶的热效率约为93.3%;(4)电热水瓶的内部电路图如上图所示. 2.如图所示,直流电动机通过电流做功提升重物,但在电能转化成机械能的过程中,有部分电能变成内能.已知线圈电阻2.0Ω,电动机正常工作时,通过线圈电流2A,物体质量1kg,以10m/s匀速上升,不计绳的重力和一切摩擦.g取10N/kg,物体上升20s的过程中.求: (1)电流通过线圈产生的热量; (2)提升物体的有用功; (3)电动机工作效率; (4)电压表读数. 解:(1)电流通过线圈产生的热量:Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×20s=160J; (2)物体上升的高度h=vt=10m/s×20s=200m 提升物体的有用功:W有=mgh=1kg×10N/kg×200m=2000J; (3)电动机工作效率:η=×100%=×100% W额外=Q=160J,所以η=×100%≈92.6% (4)因为总功由电流做功提供,W电=W总=UIt 所以U===54V 3.某兴趣小组制作了一个测量质量的电子秤,其原理如图甲所示,它主要四部分构成:托板、压力杠杆OAB、压敏电阻R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示重力大小的仪表A(实质是量程为0~0.6A的电流表).其中OA长5cm,AB长20cm,电源电压恒为9V.压敏电阻R的阻值与所受压力的关系如图乙所示(托板和杠杆组件的质量可以忽略不计,g取10N/kg).求: (1)托板上放某一重物时,电流表示数为0.2A,电子秤在1min内消耗的电能: (2)托板上没有放置物体时,电路中的电流; (3)为保护电流表不被损坏,电子秤能测量的最大质量. 解:(1)电路中总电压:U=9V;电流:I=0.2A;电子秤在1min内消耗的电能:W=UIt=9V×0.2A×1×60s=108J; (2)由乙图可知,托板上没有放置物体即压敏电阻受到的压力为0时,压敏电阻R的阻值:R=100Ω,此时电流中电流:I===0.09A; (3)电路中允许的最大电流:I最大=0.6A,压敏电阻的最小阻值:R===15Ω;由图象可知压敏电阻所受最大压力:F=150N; 由杠杆平衡条件:F?OB=FAOA,即:150N×25cm=FA×5cm;解得托板对A点的最大压力:FA=750N; 电子称测量的最大质量:m====75kg. 答:(1)托板上放某一重物时,电流表示数为0.2A,电子秤在1min内消耗的电能为108J;(2)托板上没有放置物体时,电路中的电流为0.09A;(3)为保护电流表不被损坏,电子秤能测量的最大质量是75kg. 例题巩固 1.将两盏灯并联接在电源电压为6 V的电路中,闭合开关S,L1比L2亮,下列说法正确的是(  ) A.A1示数大于A2,V1示数小于V2 B.A1示数大于A2,V1示数等于V2 C.A1示数等于A2,V1示数大于V2 D.L1的电阻比L2大 [答案] B 2.如图所示,电源电压为6 V,定值电阻R=20 Ω,在S闭合的情况下,下列说法正确的是(  ) A.不能在a、b两点间接入一个电流表 B.在a、b两点间接入一个合适的电压表时,电压表无示数 C.在a、b两点间接入一个“3 V 0.5 A”的小灯泡,小灯泡能正常发光 D.在a、b两点间接入一个10 Ω的电阻,该电阻消耗的电功率为0.4 W [答案] D 3.如图所示电路中,闭合开关,将滑动变阻器的滑片向上滑动时,观察到的现象是(  ) A.灯泡变暗,电压表示数变大 B.灯泡变亮,电压表示数不变 C.灯泡变暗,电压表示数不变 D.灯泡变亮,电压表示数变大 [答案] C 4.如图所示,电源电压和灯L的电阻不变,灯L上标有“6 V 3 W”字样。当开关S闭合,滑片P移到a端时,电流表的示数为1 A,灯L正常发光;当开关S断开,滑片P移到b端时,电源电压U和灯L消耗的电功率P分别为(  ) A.6 V 0.75 W   B.6 V 1.5 W   C.3 V 1.5 W   D.3 V 0.75 W [答案] A [解析] 当开关S闭合,滑片P移至a端时,灯L与滑动变阻器并联,灯L正常发光,说明电源电压U=UL=6 V,通过灯L的电流IL===0.5 A,电流表的示数为1 A,则通过滑动变阻器的电流Iab=1 A-0.5 A=0.5 A,Rab===12 Ω;当开关S断开,P滑到b端时,灯L与滑动变阻器串联,RL===12 Ω,I===0.25 A,此时灯L消耗的功率PL'=I2RL=(0.25 A)2×12 Ω=0.75 W,所以选A。 5.小明分别把额定电压都是220 V的LED灯和白炽灯接入220 V的家庭电路中,两灯发光亮度差不多,LED灯的额定功率为10 W,白炽灯额定功率为100 W。两灯正常工作相同时间,用红外线测温仪测得白炽灯的温度比LED灯高很多。 (1)正常工作相同的时间,哪盏灯消耗的电能大?__________。判断的依据是什么?________。 (2)LED灯和白炽灯同时工作消耗的电能转化为光能的效率谁大?________________。 (3)根据题目所给的信息,请分析两灯工作效率不同的可能原因。  _______________________________________________________。 [答案] (1)白炽灯 W=Pt (2)LED灯(3)白炽灯的热损耗较多(或白炽灯和LED灯的发光原理不同或白炽灯和LED灯将电能转化成光能的效率不一样) 6.通过灯泡L1与L2的电流随其电压变化的关系曲线如图所示。若L1与L2串联接在电源上,通过L2的电流为0.5 A,此时L1的电压为______V,L1的电阻为______Ω,1 min内电路共消耗的电能为________J。 [答案] 6 12 270 7.如图,探究电流通过导体产生的热量跟什么因素有关的实验中,两相同的透明容器中通过U形管中的液体密封了等量的空气。U形管中液面变化反映了密闭空气温度的变化,进而反映了电阻产生热量的多少。若想探究“在电流和通电时间相同时,导体产生的热量与电阻大小的关系”,请你用笔画线代替导线,连接图中器材完成实物电路,并在方框中画出对应的电路图。 8.小红尝试用图甲的电路图,分别测两灯泡串联时的电功率。 (1)实验原理:P=UI。 (2)请根据图甲的电路图,用笔画线代替导线连接图乙实物图。 (3)如图丙所示,电流表示数是________,电压表示数是________。 (4)已知电源电压恒为3 V,小红认为,不需要电压表测量,也可知道灯L1两端电压,小红做出此判断的依据是串联电路电压的关系:____________________________。 (5)根据以上测量数据,可计算出灯L1电功率P1=________,灯L2电功率P2=________。 [答案] (2)如图所示 (3)0.32 A 1 V (4)U=U1+U2 (5)0.64 W 0.32 W [解析] (2)电源为两节干电池,故电压表量程取0~3 V即可,电流表量程选择0~0.6 A,根据电路图连接实物图。 (3)电流表量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,读数为0.32 A;电压表量程为0~3 V,分度值为0.1 V,读数为1 V。 (4)串联电路总电压等于各部分电路电压之和,总电压已知,L2两端电压可测出,所以L1两端电压根据U=U1+U2可求出。 (5)根据P=UI可得P1=U1I=(U-U2)I=(3 V-1 V)×0.32 A=0.64 W;P2=U2I=1 V×0.32 A=0.32 W。 9.一块手机用的锂电池,上面标明电压为3.7 V,容量为2 000 mA·h。 (1)该锂电池充满电后,大约储存了________J的电能。 (2)如图是该锂电池在某条件下的电压与放电量之间的关系图像,通常称放电图像。由图像可知,锂电池在实际工作中的电压是________(选填“变化”或“不变”)的,电池充满电时的电压为________V,当放电量为40%,电池的电压为________V。 [答案] (1)26 640 (2)变化 4.0 3.6 [解析] (1)W=UIt=3.7 V×2 A×3 600 s=26 640 J 由图可知:工作中电压是不断变化的,充满电时,放电量为0,对应电压为4.0V;放电量40%对应电压为3.6V 10.某电熨斗内有R1、R2两段发热丝,其简化电路如图,它在220 V或110 V电压下都能正常工作:110 V时将S打至1挡,220 V时将S打至2挡,这两种情况下熨斗的电功率均为1100 W。求 (1)电熨斗在110 V电压下正常工作的电流是多大; (2)电熨斗正常工作1分钟消耗多少电能; (3)两发热丝的电阻之比多大。 [答案] (1)10 A (2)66 000 J (3) [解析] (1)电烫斗在110 V电压下正常工作的电流I1===10 A (2)t=1 min=60 s W=Pt=1 100 W×60 s=66 000 J (3)R1===11 Ω; R2===44 Ω ==或==== 11.如图所示电路,R0为定值电阻,R'为电阻箱。先将单刀双掷开关S拨到触点1,将电阻箱R'的阻值调节为10 Ω时,电流表示数I1=0.4 A。再将开关S拨到触点2,电流表示数变为I2=0.1 A。求: (1)电源电压U; (2)定值电阻R0的阻值; (3)开关S拨到触点2时,定值电阻R0消耗的功率P0。 [答案] (1)4 V (2)30 Ω (3)0.3 W [解析] (1)依题意,电源电压U=I1R'=0.4 A×10 Ω=4 V (2)开关S拨到触点2时, 方法一:电阻箱两端电压U'=I2R'=0.1 A×10 Ω=1 V 定值电阻两端电压U0=U-U'=4 V-1 V=3 V 定值电阻的阻值R0===30 Ω 方法二:电路总电阻R总===40 Ω 定值电阻的阻值R0=R总-R'=40 Ω-10 Ω=30 Ω (3)开关S拨到触点2时, 定值电阻R0两端电压U0=I2R0=0.1 A×30 Ω=3 V R0消耗的功率P0=U0I2=3 V×0.1 A=0.3 W 课后练习 1.如图所示的电路中,电源电压不变,R为滑动变阻器,闭合开关S后,在滑片P向右移动的过程中,下列说法正确的是(  ) A.电流表A1的示数变小,灯泡变暗 B.电流表A的示数变小,电压表V的示数变大 C.电压表V的示数不变,电路的总功率变大 D.电压表V的示数不变,灯泡的亮度不变 [答案] D 2.如图所示,电源电压恒定,小灯泡L1、L2均标有“12 V 6 W”字样(设灯丝电阻不变),当S1、S2闭合时,灯L1正常发光,当S1闭合,S2断开时,两盏灯的总功率为(  ) A.3 W   B.6 W   C.12 W   D.1.5 W [答案] A 3.将甲、乙两个完全一样的滑动变阻器的滑片P调节到同一位置后,按如图方式连入电路(部分画出),则通电一段时间后,甲、乙两滑动变阻器两端的电压U甲、U乙和它们产生的热量Q甲、Q乙的大小关系正确的是(  ) U甲=U乙、Q甲=Q乙   B.U甲Q乙   C.U甲>U乙、Q甲U乙、Q甲>Q乙 [答案] D 4.在“测定小灯泡的电功率”实验中,电源电压为6 V,小灯泡L的额定电压为2.5 V,电阻大约为10 Ω,可供选用的滑动变阻器R1和R2的最大阻值分别为10 Ω、50 Ω,实验电路如图甲所示。 (1)应该选用的滑动变阻器是________(填“R1”或“R2”)。 (2)电路正确连接后。闭合开关,发现小灯泡不亮,但电流表有示数,接下来应进行的操作是(  ) A.更换小灯泡 B.检查电路是否断路 C.向左移动滑动变阻器滑片 D.向右移动滑动变阻器滑片 (3)小明同学实验时,所用的电压表量程是0~3 V,但刻度模糊不清,无法直接读出实验数据,却能从0~15 V挡的刻度线看出指针停在11.5 V处,则加在电压表两端的实际电压为________V。 (4)如图乙是根据实验数据绘成的U-I图像。根据图像提供的信息,可计算出小灯泡的额定功率是________W。当滑动变阻器的滑片向左移动时,小灯泡的电阻将变________。 (5)继续移动滑片,小灯泡突然熄灭,此时电流表示数为0,而电压表有示数,那么发生的故障是________,此时电压表的示数是________V。 [答案] (1)R2 (2)C (3)2.3 (4)0.5 大 (5)小灯泡断路 6 5.图甲是用伏安法测某未知电阻实验的实物电路图。 (1)请你用笔画线代替导线,将图中的实物电路连接完整。 (2)当小明同学按要求将电路正确连接后,闭合开关,移动变阻器滑片到某一点时,如图乙所示,电流表示数为________A,电压表示数为________V,则被测电阻本次的测量值为________Ω。 (3)若想使电流表的示数增大,应将图中变阻器滑片向________(选填“左”或“右”)端移动。 (4)另一组的小红同学在连线时,不小心将线接错了,在开关闭合后,移动变阻器滑片,发现电流表示数变大时,电压表示数却变小,你分析一下产生这个现象的原因是________。 甲 乙 [答案] (1)如图所示 (2)0.4 2.4 6(3)右(4)电压表接到变阻器的两端 6.小明家豆浆机是通过电动机来带动刀头工作,通过加热电阻R对豆浆进行加热的,并且电动机和加热电阻交替工作。当开关S1闭合时,电动机工作,当S2闭合时,R工作,S3是电源总开关。其中,电动机的额定功率P2=200 W,R的额定功率P1=1 100 W,豆浆机在220 V的家庭电路中使用,用此豆浆机做一次豆浆时功率和时间关系图线如图所示。 (1)根据所给信息,在方框内画出豆浆机的工作原理图。 (2)豆浆机的加热电阻为多少? (3)豆浆机正常工作做一次豆浆,总共消耗的电能为多少? [答案] (1)如图所示 (2)44 Ω (3)750 000 J [解析] (1)根据题意可知电动机与加热电阻并联,S2控制加热电阻支路的通断,S1控制电动机支路的通断,S3为干路开关,电路图如答图所示。 (2)只闭合S2、S3时,电路中只有加热电阻在工作,加热电阻R===44 Ω。 (3)根据题图可知消耗的总电能为W=P1t1+P2t2=1 100 W×11×60 s+200 W×2×60 s=750 000 J。 7.小明家电热吹风机的铭牌如表所示,其工作原理如图甲所示。由于使用了多年,吹风机中的电热丝明显氧化导致其电阻发生了变化,电动机性能仍保持不变。为准确测量氧化电热丝的实际电阻值,小明在家中把该吹风机单独接入家庭电路并使其吹热风,发现电能表的转盘6 min内转过132圈,电能表规格如图乙所示。问: 电热吹风机 额定电压/V 220 电热丝功率/W 480 电动机功率/W 40 (1)这段时间内电热吹风机消耗了多少电能? (2)氧化电热丝的实际电阻值是多少? (3)为恢复电热吹风机的铭牌功率,应与氧化电热丝串联还是并联一段新电热丝? [答案] (1)158 400 J (2)121 Ω (3)串联 [解析] (1)消耗的电能 W= kW·h=0.044 kW·h=158 400 J (2)吹热风的功率P总===440 W 电热丝实际功率P热=P总-P电=440 W-40 W=400 W 电热丝实际电阻R热===121 Ω (3)原电热丝电阻R==≈100 Ω 因为RQ乙   C.U甲>U乙、Q甲U乙、Q甲>Q乙 4.在“测定小灯泡的电功率”实验中,电源电压为6 V,小灯泡L的额定电压为2.5 V,电阻大约为10 Ω,可供选用的滑动变阻器R1和R2的最大阻值分别为10 Ω、50 Ω,实验电路如图甲所示。 (1)应该选用的滑动变阻器是________(填“R1”或“R2”)。 (2)电路正确连接后。闭合开关,发现小灯泡不亮,但电流表有示数,接下来应进行的操作是(  ) A.更换小灯泡 B.检查电路是否断路 C.向左移动滑动变阻器滑片 D.向右移动滑动变阻器滑片 (3)小明同学实验时,所用的电压表量程是0~3 V,但刻度模糊不清,无法直接读出实验数据,却能从0~15 V挡的刻度线看出指针停在11.5 V处,则加在电压表两端的实际电压为________V。 (4)如图乙是根据实验数据绘成的U-I图像。根据图像提供的信息,可计算出小灯泡的额定功率是________W。当滑动变阻器的滑片向左移动时,小灯泡的电阻将变________。 (5)继续移动滑片,小灯泡突然熄灭,此时电流表示数为0,而电压表有示数,那么发生的故障是________,此时电压表的示数是________V。 5.图甲是用伏安法测某未知电阻实验的实物电路图。 (1)请你用笔画线代替导线,将图中的实物电路连接完整。 (2)当小明同学按要求将电路正确连接后,闭合开关,移动变阻器滑片到某一点时,如图乙所示,电流表示数为________A,电压表示数为________V,则被测电阻本次的测量值为________Ω。 (3)若想使电流表的示数增大,应将图中变阻器滑片向________(选填“左”或“右”)端移动。 (4)另一组的小红同学在连线时,不小心将线接错了,在开关闭合后,移动变阻器滑片,发现电流表示数变大时,电压表示数却变小,你分析一下产生这个现象的原因是________。 甲 乙 6.小明家豆浆机是通过电动机来带动刀头工作,通过加热电阻R对豆浆进行加热的,并且电动机和加热电阻交替工作。当开关S1闭合时,电动机工作,当S2闭合时,R工作,S3是电源总开关。其中,电动机的额定功率P2=200 W,R的额定功率P1=1 100 W,豆浆机在220 V的家庭电路中使用,用此豆浆机做一次豆浆时功率和时间关系图线如图所示。 (1)根据所给信息,在方框内画出豆浆机的工作原理图。 (2)豆浆机的加热电阻为多少? (3)豆浆机正常工作做一次豆浆,总共消耗的电能为多少? 7.小明家电热吹风机的铭牌如表所示,其工作原理如图甲所示。由于使用了多年,吹风机中的电热丝明显氧化导致其电阻发生了变化,电动机性能仍保持不变。为准确测量氧化电热丝的实际电阻值,小明在家中把该吹风机单独接入家庭电路并使其吹热风,发现电能表的转盘6 min内转过132圈,电能表规格如图乙所示。问: 电热吹风机 额定电压/V 220 电热丝功率/W 480 电动机功率/W 40 (1)这段时间内电热吹风机消耗了多少电能? (2)氧化电热丝的实际电阻值是多少? (3)为恢复电热吹风机的铭牌功率,应与氧化电热丝串联还是并联一段新电热丝? 电功和电功率 电功和电能 物理意义:电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程 公式: 单位:焦耳(符号为J)、千瓦时(符号为kw·h);1kw·h=3.6x106J 测量工具:电表能 电功率 定义:电功率等于电功与时间之比 物理意义:表示电流做功的快慢 公式: 单位:瓦特,符号为w;1kw=1000w 额定电压:用电器正常工作时的电压 额定功率:用电器在额定电压下工作时的电功率 当U实=U额 ,P实=P额;当U实>U额 ,P实>P额;当U实<U额 ,P实<P额 灯的亮度由实际功率决定 测电功率 伏安法:P=UI 电能表测电功率: 电热 电流的热效应:电能转化为内能 焦耳定律:Q=I2Rt, I、R、t的单位均为国际单位,热量的单位为焦耳 应用:电热器 防止:散热 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com)
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