初中物理北师大版九年级全册第十三章 电功和电功率一 电功和电能一课一练

13.1 电能和电功

一．选择题（共12小题）

1．某同学家的电能表，计数器上先后两次的示数和，则这段时间内该同学家消耗的电功是（　　）度。

A．13 B．3 C．30 D．33

【答案】A。

【解析】电能表先后两次读数分别为1590.4kW•h和1603.4kW•h，这段时间内该同学家消耗的电功是：

W＝1603.4kW•h﹣1590.4kW•h＝13kW•h．故A正确。

2．电能可以转化为多种形式的能。下列用电器在使用过程中电能转化的主要形式与电饭煲相同的是（　　）

A．电风扇 B．教室里的日光灯 

C．电烤箱 D．电动车

【答案】C。

【解析】电饭煲在使用时将电能转化为内能。

A、电风扇主要将电能转化为机械能，故A不合题意；

B、教室里的日光灯主要将电能转化为光能，故B不合题意；

C、电烤箱在工作时将电能转化为内能，故C符合题意；

D、电动车主要将电能转化为机械能，故D不合题意。

3．小亮家买了两台空调，为保证用电安全，安装时对家中的供电线一同进行了改造，并更换了块新的电能表，电能表可以直接测量（　　）

A．电功 B．电功率 C．电压 D．电流

【答案】A。

【解析】电能表可以直接测量电功大小。只有A正确。

4．以下不属于电能的优点是（　　）

A．便于转化 B．便于输送 C．便于分配 D．便于开采

【答案】D。

【解析】电的优点主要是：生产、使用方便；便于输送，同时可通过线路方便地进行分配，并可通过各类用电器进行能量的转化，故ABC不符合题意，D符合题意。

5．（2018秋•天河区期末）小美利用家中的电能表如图所示，测家用电热水壶的功率，他关闭了家中其它用电器，只有电热水壶工作，记录所测数据，进行计算，下列说法正确的是（　　）

A．观察并记录电能表转盘转动10圈，记录电热器工作的时间t 

B．只使电热器工作10s，观察并记录电能表转盘转动的圈数N 

C．接在这个电能表上的用电器总功率最大为2200W 

D．记录电能表示数从2385.6跳到2385.7时所用的时间t，误差最小

【答案】A。

【解析】A、观察并记录电能表转盘转动10圈，利用“3000r/kW•h”求出消耗的电能，记录电热器工作的时间t，利用P＝求电热器的电功率，该方案可行，故A正确；

B、只使电热器工作10s，观察并记录电能表转盘转动的圈数N，理论上可以计算电热水器的电功率，但由于时间太少、转盘转动的圈数太少，会使测得消耗的电能误差较大，测得的电功率误差较大，故B错；

C、10（20）A，其中20A是指电能表平时工作允许通过的最大电流，220V是指电能表的工作电压，接在这个电能表上的用电器总功率最大值P＝UI＝220V×20A＝4400W，故C错；

D、记录电能表示数从2385.6跳到2385.7时所用的时间t，则消耗的电能为0.1kW•h，知道工作时间，可以计算电热器的电功率，但与A方案相比，不能判断误差的大小，故D错。

6．小明家上次查看电能表示数为，本次查看时电能表读数如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A．他家在这段时间内消耗的电能为903kW•h 

B．电能表是测量电功率的仪表 

C．若只让一个标有“220V 1000W”的电热水器正常工作10min，则电能表的圆盘转了600转 

D．这个电能表的额定功率为2200W

【答案】C。

【解析】A、他家在这段时间内消耗的电能W＝8633.5kW•h﹣8543.2kW•h＝90.3kW•h，故A错误；

B、电能表是测量消耗电能的仪表，不是测量电功率的，故B错误；

C、3600r/（kW•h）表示电路中每消耗1kW•h的电能，电能表的转盘转过3600r，

只让一个标有“220V 1000W”的电热水器正常工作10min，其消耗的电能为W＝Pt＝lkW×h＝kW•h；

则电能表的圆盘转过的圈数：N＝kW•h×3600r/（kW•h）＝600r，故C正确。

D、根据该电能表的铭牌可知，其允许接入用电器的最大功率P＝UI＝220V×10A＝2200W；但电能表属于测量仪表，不消耗电能，没有额定功率，故D错误。

7．如图的家用电器中，利用电能主要转化为机械能的用电器是（　　）

A．电饭煲 B．电烙铁 

C．电热水壶 D．电风扇

【答案】D。

【解析】在常见的家用电器中，电风扇主要把电能转化为机械能；而电热水壶、电饭煲、电烙铁主要把电能转化为内能。

8．某建筑工地需要架设临时供电线路，实现照明和电加热功能，其简化电路如图所示，供电处电压U不变，从供电处到工地用长导线（有电阻）连接。闭合开关S1、S2时，加热器和照明灯同时工作。断开S2后与断开S2前相比较，下列说法正确的是（　　）

A．照明灯亮度不变 

B．照明灯亮度变暗 

C．相同时间内长导线上消耗的电能不变 

D．相同时间内整个供电线路消耗的电能减少

【答案】D。

【解析】设长导线的电阻为R0，由图知，

AB、闭合开关S1、S2时，灯泡与加热器并联后再与R0串联，设此时灯泡两端电压为UL，

断开开关S2时，灯泡与R0串联，设此时灯泡两端电压为UL′；

由于并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，

所以，断开开关S2时，灯泡的电阻大于灯泡与加热器并联的总电阻，

导线的电阻不变，因灯泡的电阻大于灯泡与加热器并联的总电阻，根据串联电路的分压规律可知，灯泡两端的电压变大，即UL′＞UL，

灯泡的电阻可认为不变，由P＝知，PL′＞PL，即断开开关S2时，灯泡的实际功率变大，所以灯泡变亮；故A、B错误；

C、由前面解答可知，断开开关S2时，整个电路的电阻变大，电源电压不变，由欧姆定律知，电路中电流减小，导线的电阻不变，由公式W＝I2Rt知，单位时间内长导线上消耗的电能减少，故C错误；

D、断开开关S2时，整个电路的电阻变大，电源电压不变，由W＝•t知，单位时间内整个供电线路消耗的电能减少，故D正确。

9．电饭锅具有高温档和低温档两个加热功能，其简化电路如图甲所示，R1＝20R2，高温档的功率为2100W，单独接在家庭电路中工作一段时间后，电能表示数如乙图所示，则（　　）

A．开关S1闭合，S2断开时，处于高温档 

B．高温档的功率是低温档功率的20倍 

C．电饭锅在这段时间内消耗电能是12.5 J 

D．高温档工作20 min，电能表脉冲指示灯闪烁2240imp

【答案】D。

【解析】A．开关S1闭合，S2断开时，电路为R1的简单电路，此时电路的总电阻最大，

由P＝UI＝可知，电路的总功率最小，电饭锅处于低温档，故A错误；

B．开关S1、S2均闭合时，R1与R2并联，电路的总电阻最小，

电路的总功率最大，电饭锅处于高温档，

因并联电路中各支路两端的电压相等，

所以，高温档的功率P高＝+，

则P高：P低＝（+）：＝（+）：＝21：1，

即高温档的功率是低温档功率的21倍，故B错误；

C．由图乙可知，电饭锅在这段时间内消耗电能是12.5kW•h，故C错误；

D．由P＝可得，高温档工作20min消耗的电能：

W＝P高t＝2.1kW×h＝0.7kW•h，

电能表脉冲指示灯闪烁3200imp/（kW•h）×0.7kW•h＝2240imp，故D正确。

10．如图所示的实验装置中，将电能转化为内能的装置是（　　）

A． B． 

C． D．

【答案】C。

【解析】读图可知，

A、A装置把通电导体放在磁场中，它会受到力的作用，这是用来研究磁场对电流的作用（或通电导体在磁场中受力）的实验，即电动机的原理实验，是电能转化为机械能，故A不符合题意；

B、B装置中，若开关闭合，金属棒左右切割磁感线运动，此时电路中就会产生电流，故是电磁感应实验装置，是机械能转化为电能，故B不符合题意；

C、C装置是电饭锅，工作时将电能转化为内能，故C符合题意；

D、D装置是电磁铁的原理图，是利用电流的磁效应，不是主要将电能转化为内能，故D不符合题意。

11．炎热的夏季是一年中的用电高峰时期，小南同学观察了家里的电灯、空调等家用电器的工作情况后，怀疑家里电路的供电电压不足，他断开家庭其他用电器，只用额定功率为1000W的电热水壶烧水，观察到电热水壶工作2min时家中电能表（如图）表盘转动40.5圈，小南同学顺利的计算出此时家庭电路的电压为（　　）

A．185V B．198V C．200V D．220V

【答案】B。

【解析】电热水壶工作2min时消耗的电能：W＝＝0.027kW•h

电热壶的实际功率为：P实＝＝＝0.81kW＝810W，

设电热壶两端电压为U实，

电热水壶的电阻不变，由P＝得：R＝＝，

即＝，

解得U实＝198V。

12．如图所示，电源电压保持不变，开关S闭合后，灯L1、L2都能正常发光，甲、乙两个电表的示数之比是2：3，则相同时间内两灯消耗的电能之比是（　　）

A．1：2 B．2：1 C．2：3 D．3：2

【答案】A。

【解析】由电路图可知，开关S闭合后，如果乙为电流表将会造成电源短路；如果甲为电流表将会造成L2短路、L2不能工作；

因灯L1、L2都能正常发光，所以甲、乙都为电压表，此时灯L1、L2串联，电压表甲测量L2两端电压，电压表乙测量电源电压；

已知甲、乙两个电表的示数之比是2：3，设甲表示数为2k，乙表示数为3k，

因串联电路中总电压等于各分电压之和，则L1的电压为：U1＝3k﹣2k＝k，

故灯L1、L2两端的电压之比为：

＝＝﹣﹣﹣﹣﹣①，

根据W＝UIt，在通电时间和电流相等的条件下，两灯消耗的电能之比等于电压之比，结合①式可知，相同时间内两灯消耗的电能之比是1：2，只有A正确。

二．填空题（共5小题）

13．如图所示，是小强家的电能表以及该表某月初、月末的两次读数，由图可知，他家在该月消耗的电能为　90　kW•h，若当地电费单价为0.5元/kW•h，则小明家本月应交电费　45　元。

【答案】90；45。

【解析】由图知，他家在该月消耗的电能：W＝1377.6kW•h﹣1287.6kW•h＝90kW•h，

则小明家本月应交电费为：90kW•h×0.5元/kW•h＝45元。

14．华为手机的超级快充充电器最大充电电流可达5A．现有华为某一型号的电池，容量为4200mAh（其中“mA”为电流的单位“毫安”，“h”为时间的单位“小时”），假设充电器始终以最大充电电流充电，且把电池充满，只需要　50.4　min．如果将此电池电量全部用完，然后停下家里其它用电器，只给手机充电，充满后发现标有“3000revs/（kW•h）”字样的电能表转了63转，则充电消耗的电能为　0.021　kW•h。

【答案】50.4；0.021。

【解析】（1）已知I＝5A＝5×103mA，

由I＝可得，t＝＝＝0.84h＝50.4min，

“3000revs/（kW•h）”表示电路中的用电器每消耗1kW•h的电能，电能表的转盘转3000r，

则电能表转盘转动63圈消耗的电能：

W＝kW•h＝0.021kW•h。

15．电焊利用电流的热效应将焊条　熔化　（填一种物态变化），依靠分子间的引力使金属部件连接在一起。某电焊机输出功率2.5kW，连续工作30min输出的电能为　1.25　kW•h。

【答案】熔化；1.25。

【解析】电流通过焊条做功，消耗电能转化为内能（即产生了热量），使焊条的温度升高，达到熔点而熔化；

由P＝得，电焊机连续工作30min输出的电能：

W＝Pt＝2.5kW×h＝1.25kW•h。

16．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　100　度，该家庭电路中允许接的最大电功率为　1100　W。

【答案】100；1100。

【解析】月底电能表示数W2＝1362.5kW•h，

小明家本月用电：W＝W2﹣W1＝1362.5kW•h﹣1262.5kW•h＝100kW•h＝100度。

该家庭电路中允许接的最大电功率P＝UI＝220V×5A＝1100W。

17．一台电动机线圈电阻是3Ω，接在12V的电源上，通过电动机的电流是0.5A，在2min内转化成的机械能是　630　J。

【答案】630。

【解析】电流产生的热量：

Q＝I2Rt＝（0.5A）2×3Ω×60s×2＝90J，

电动机消耗的电能：

W＝UIt＝12V×0.5A×60s×2＝720J，

电动机转化成的机械能：

W机械＝W﹣Q＝720J﹣90J＝630J；

三．实验探究题（共3小题）

18．实验是学生学好物理的重要手段，也是中学生必备的基本技能之一。请结合使用过的物理仪器解答以下问题：

（1）如图甲所示，是灵敏电流计内部结构示意图，它的工作原理是利用通电导体在　磁场　中会受到力的作用，使指针发生偏转。此时如果改变线圈中的电流方向，指针的偏转方向　会　（选填“会”或“不会”）发生改变。

（2）将天平放在水平台上，并将归零后，小聪发现指针如图乙所示，此时他应该　向左调节平衡螺母　，使天平横梁水平平衡；在用调节好的托盘天平称量空烧杯的质量时，往右盘中加入最小的砝码后，发现指针在分度盘上的位置如图乙所示，接下来的操作应该是　取下最小的砝码，再移动游码，使横梁再次平衡　。

（3）小聪家一周前、后电能表的示数如图丙所示，他家这周消耗了　22　kW•h的电能。

（4）如图丁所示，该电阻箱的示数为　2547　Ω。

【答案】（1）磁场；会；（2）向左调节平衡螺母；取下最小的砝码，再移动游码，使横梁再次平衡；

（3）22；（4）2547。

【解析】（1）通电导体在磁场中受到力的作用，灵敏电流计就是利用这一原理工作的；当电流通过线圈时，线圈受到磁场力的作用，带动指针发生偏转；

通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向都有关，如果保持磁场方向不变，改变电流方向，线圈受力方向发生变化，指针的偏转方向也会改变。

（2）将天平放在水平台上，并将游码归零后，指针右偏，此时他应该向左调节平衡螺母，使天平横梁水平平衡；

在用调节好的托盘天平称量空烧杯的质量时，往右盘中加入最小的砝码后，发现指针在分度盘上的位置如图乙所示，说明右盘中砝码的质量偏大，则此时应该取下最小的砝码，再移动游码，使横梁再次平衡。

（3）由图丙可知，上周日12：00电能表的读数是1266.5kW•h，本周日12：00电能表的读数是1288.5kW•h，

则这周消耗的电能：W＝1288.5kW•h﹣1266.5kW•h＝22kW•h；

（4）由图知，×1000的位置对应的数是2，×100的位置对应的数是5，×10的位置对应的数是4，×1的位置对应的数是7，所以电阻箱的示数是2547Ω。

19．在探究“电流做功的多少与哪些因素有关”时，同学们猜想：电流做功的多少可能与用电器两端的电压、通过用电器的电流和通电时间有关。小浩同学利用所学知识设计并连接了如图甲所示的实验电路。

（1）小浩设计的实验中，利用小灯泡把电能主要转化为　内　能来显示电流做功的多少。

（2）实验电路中的两个小灯泡L1和L2的规格应　不同　（选填“相同”或“不同”）。

（3）小浩在实验电路中接入一个滑动变阻器，目的之一是为了保护电路，另一个目的是　改变灯泡的电压，便于多次实验得出普遍规律　。

（4）在图甲所示的电路中，两个小灯泡是　串联　（选填“串联”或“并联”）的，这样连接是为了探究电流做功的多少与　电压　的关系。

（5）完成上述探究后，小浩发现上述猜想中有一个猜想无法用图甲所示的电路验证，请你帮助小浩设计一个可以验证猜想的电路，把电路图画在图乙的虚线框内。

（6）对于“电流做功的多少可能与通电时间有关”的猜想，小浩是否必须通过实验验证？你的看法是　不必　（选填“不必”或“必须”），你的理由是　对电路中的同一个灯泡，电压和通过的电流相同，根据生活经验可知，通电时间越长，灯消耗的电能越多　。

【答案】

（1）内；（2）不同；（3）改变灯泡的电压，便于多次实验得出普遍规律；（4）串联；电压；（5）如下图所示；（6）不必；对电路中的同一个灯泡，电压和通过的电流相同，根据生活经验可知，通电时间越长，灯消耗的电能越多。

【解析】（1）小浩设计的实验中，利用小灯泡把电能主要转化为内能来显示电流做功的多少。

（2）灯的规格不同时，灯的亮度不同，这样才能比较相同时间内电流做功的多少；故实验电路中的两个小灯泡L1和L2的规格应不同。

（3）电流做功的多少可能与用电器两端的电压、通过用电器的电流和通电时间有关，研究电流做功的多少与电压关系时，要控制电流和通电时间相同，只改变电压大小，故小浩在实验电路中接入一个滑动变阻器，目的之一是为了保护电路，另一个目的是改变灯泡的电压，便于多次实验得出普遍规律；

（4）在图甲所示的电路中，两个小灯泡是串联的，根据串联电路的规律，通过的电流相等，而两灯的规格不同，分得的电压不同，所以这样连接是为了探究电流做功的多少与电压的关系；

（5）研究电流做的功与电流关系时，要控制电压和通电时间相同，而上述实验中，因灯的规格不同，灯的电压不同，故无法研究电流做的功与电流的关系；根据并联电路电压的规律，可将两灯泡并联，电流表分别测量两支路的电流，并在干路中串联一个滑动变阻器；如下图所示：

（6）对电路中的同一个灯泡，电压和通过的电流相同，根据生活经验可知，通电时间越长，灯消耗的电能越多，即电流做的功越多，故对于“电流做功的多少可能与通电时间有关”的猜想，不必通过实验验证。

20．为了防止鱼虾缺氧而浮头，常在池塘中央放置增氧机。喷水式增氧机由电动泵和浮体组成一个整体漂浮在水面上。如图甲所示为某种喷水式增氧机及工作时的情景，有关参数见乙表。

（1）增氧机工作时所受的浮力　大于　（选填“大于”、“小于”或“等于”）其重力。

（2）若只将增氧机单独接入家庭电路正常开机2h，则从环形喷口出水　50　t，会使3000imp/（kW•h）的电能表指示灯闪烁　6600　次。

（3）已知增氧机喷水流量与其工作功率成正比，增氧机工作的U﹣I图象如图丙，若将两个此型号的增氧机串联在家庭电路中使用，则喷出50m3的总水量需要　2.5　h。

【答案】（1）大于；（2）50；6600；（3）2.5。

【解析】（1）喷水式增氧机由电动泵和浮体组成一个整体漂浮在水面上，处于平衡状态；增氧机工作时，增氧机对喷出的水有向上的作用力，因力的作用是相互的，所以喷出的水对增氧机有向下的作用力；根据力的平衡条件可知，增氧机工作时所受的浮力F浮＝G增氧机+F向下，所以F浮＞G增氧机，即增氧机工作时所受的浮力大于增氧机的重力；

（2）增氧机2h喷出水的体积为V＝2h×25m3/h＝50m3；由ρ＝得，喷出水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×50m3＝5×104kg；由P＝得，增氧机工作2h消耗的电能：W＝Pt＝1.1kW×2h＝2.2kW•h；

已知3000imp/（kW•h），则指示灯闪烁的次数；n＝3000imp/（kW•h）×2.2kW•h＝6600imp；

（3）将两个此型号的增氧机串联在家庭电路中使用，根据串联电路的分压特点可知每个增氧机两端的电压为110V，由图丙可知此时通过每个增氧机的电流为4A，则总功率为P总＝UI＝220V×4A＝880W；

已知增氧机喷水流量与其工作功率成正比，则两个此型号的增氧机串联使用的喷水流量为：×880W＝20m3/h，所以喷出50m3的总水量需要的时间：t＝＝2.5h。

四．计算题（共2小题）

21．近年来越来越多的人喜欢骑单车健身。某公司设计了一款轻便易用的USB发电机，主体部分为一个黑色盒子，内置电池及发电装置，只需将它固定在单车后轮并穿过车链，当踩动车链时，即可产生电能。该产品同时还附设一条USB线，将之固定在车把上，即可为手机等装置充电。请回答下列问题：

（1）该USB发电机内部电池和手机的初始电量都为0，输出电流与骑车速度之间的关系如上表。若某同学以22km/h的速度边骑单车边给手机充电，需将电池容量为1800mA•h的手机充电量达50%，至少需要骑车多少时间？

（2）如果该款单车及其它设备总质量为10kg，该同学（体重为60kg）在某一段水平路面上骑行时以3m/s的速度匀速行驶5分钟，此时受到的阻力为总重力的0.2倍，该过程中该同学由于骑车需要消耗的化学能至少是多少J？（假设人体消耗化学能转化为机械能的效率为80%）

【答案】见解析

【解析】（1）当车速为22km/h时，查表可知，此时输出的电流为450mA，

则要将电池容量为1800mA•h的手机充电量达50%，至少需要的骑车时间为：

t＝＝＝2h；

（2）人和车的总重力：

G＝mg＝（10kg+60kg）×9.8N/kg＝686N；

此时受到的阻力为总重力的0.2倍：

阻力：f＝0.2×686N＝137.2N；

3m/s的速度匀速行驶5分钟通过的距离为：

s＝vt＝3m/s×5×60s＝900m，

这个同学克服阻力做的功：

W＝fs＝137.2N×900m＝123480J；

因η＝×100%，

故该过程中该同学由于骑车需要消耗的化学能至少是：

W′＝＝＝154350J。

答：（1）需将电池容量为1800mA•h的手机充电量达50%，至少需要骑车2h；

（2）该过程中该同学由于骑车需要消耗的化学能至少是154350J。

22．小明家所用电饭煲有“a”、“b”两档开关，其原理图如图所示，R0是电饭锅的发热板，电饭煲工作时开关能自动由“a”档跳到“b”档。当开关接“a”档时，电路消耗的功率是1100W，当开关接“b”档时，电饭锅保温时发热板消耗的功率是1.76W，小明的妈妈每天8：00离开家时连接好电饭煲开关开始煮饭，11：30回到家时断开开关，实际烧煮时间为0.5h，其余时间为保温。求：

（1）电阻R0和R的阻值是多大？

（2）小明家每天煮饭消耗的总电能是多少？

【答案】见解析

【解析】（1）当开关接“a”档时，R短路，R0是功率是1100W，电压是220V，根据P＝可得：

R0＝＝＝44Ω。

当开关接“b”档时，R与R0串联，已知电压220V，发热板消耗的功率是1.76W，

根据P＝I2R可得保温时电路中的电流为：

I保温＝＝＝0.2A，

根据I＝可得：电路中的总电阻R总＝＝＝1100Ω，

根据串联电路的总电阻等于各分电阻之和可得：

R＝R总﹣R0＝1100Ω﹣44Ω＝1056Ω。

（2）烧煮消耗的电能：W1＝P1t1＝1.1kw•h×0.5h＝0.55kw•h。

当开关接“b”档时，R与R0串联时，处于保温状态，

P2＝UI保温＝220V×0.2A＝44W＝0.044kW，

保温状态消耗的电能：W2＝P2t2＝×0.044kw×3h＝0.132kw•h。

煮饭消耗的总电能：W＝W1+W2＝0.55kw•h+0.132kw•h＝0.628kw•h。

答：（1）电阻R0和R的阻值分别是44Ω和1056Ω；

（2）小明家每天煮饭消耗的总电能是0.682kW•h；