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初中物理中考复习 专题十三 电功和电功率课件PPT
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这是一份初中物理中考复习 专题十三 电功和电功率课件PPT，共60页。
考点一 电功和电能
A组 2019年全国中考题组
1.(2019湖南衡阳,10,2分)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903 kW·hB.电能表是测量电功率的仪表C.若只让一个标有“220 V 1 000 W”的电热水器正常工作10 min,则电能表的圆盘转了600转D.这个电能表的额定功率为2 200 W
答案 C 电能表前后两次的示数之差就是用电器在对应的时间内消耗的电能,所以,由图知道,他家在这 段时间内消耗的电能是8 633.5 kW·h-8 543.2 kW·h=90.3 kW·h,故A错误;电能表是测量消耗电能的仪表,故B 错误;电能表上标有的“3 600 r/kW·h”表示电路中每消耗1 kW·h的电能,电能表的圆盘转过3 600 r,所以,若 只让一个标有“220 V 1 000 W”的电热水器正常工作10 min,其消耗的电能是W=Pt=1 kW× h= kW·h,电能表的圆盘转过N= kW·h×3 600 r/(kW·h)=600 r,故C正确;由该电能表的铭牌知道,其允许接入用电器的最大功率是P=UI=220 V×10 A=2 200 W,但电能表属于测量仪表,本身耗电极少,可忽略不计,所以电能表没 有功率这个指标,当然也不存在额定功率,故D错误。
2.(2019广东广州,3,3分)如图所示的摆设,正常运行时,小轮在支架上来回滚动,每次到达的最大高度相同。 小明发现摆设上有一电源,关掉电源后,小轮逐渐停下来 ( ) A.小轮滚动过程中没有力对其做功B.正常运行时,小轮的速度一直不变C.断电后小轮会停下,说明能量守恒定律不一定成立D.正常运行时,小轮往返一次,摆设一定需要消耗电能
答案 D 该摆设需要连接电源,小轮每次才能回到原来高度,如果关掉电源,小轮逐渐停下来,说明此摆设 有摩擦,小轮克服阻力做功的过程,需要消耗电能,D正确;整个过程,小轮所受的重力也有做功,所以A错误;来 回滚动过程中,两端最高点速度一定为0,意味着整个过程小轮的速度在不断变大、变小,B错误;断电后,小 轮的运动涉及内能、机械能的相互转化,但总的能量守恒,C错误。
易错警示 不能看到每次到达的最大高度相同,就认为此过程机械能守恒,不能忽略了此过程中需要消耗 电能。
知识拓展 机械能守恒指的是整个过程只有动能和势能相互转化,没有出现其他形式的能参与转化,整个 过程中机械能总和保持不变。一般只有重力或系统内弹力(弹簧或弹性绳)做功时机械能守恒。
3.(2019内蒙古呼和浩特,15,4分)一个电能表,表盘上标明“720 revs/(kW·h)”,它的意思是 。呼和浩特市教研室某段时间用电,电能表两次示数如图所示,该时间段该地区每度电电费1.2元,这段时间需 要交付多少电费。
答案 接在这个电能表上的用电器,每消耗1 kW·h的电能,电能表上的转盘转过720转 383.64元
解析 “720 revs/(kW·h)”表示接在这个电能表上的用电器,每消耗1 kW·h的电能,电能表上的转盘转过72 0转。W2-W1=1 951.7 kW·h-1 632.0 kW·h=319.7 kW·h=319.7度。花费:319.7度×1.2元/度=383.64元。
4.(2019黑龙江齐齐哈尔,22,2分)周末,妈妈在家用挂烫机熨衣物。善于观察的小华发现,当家里只有挂烫机 单独使用时,30 min后电能表示数由 变成了 ,则这段时间挂烫机消耗的电能为 kW·h,挂烫机的实际功率为 W。
答案 0.6 1 200
考点二 电功率
1.(2019内蒙古包头,7,3分)如图所示,小灯泡L标有“6 V 3 W”字样(不计温度对灯丝电阻的影响),当S闭 合,滑动变阻器滑片P在最左端时,小灯泡L正常发光;当S闭合,S1断开,滑动变阻器滑片P在中点时,电流表的 示数为0.2 A。下列说法正确的是 ( ) A.电源电压为9 VB.滑动变阻器的最大阻值为18 ΩC.调节电路元件,可使电压表示数达到的最大值为4.5 VD.电路的最小功率与最大功率之比为3∶16
答案 D 当S闭合,滑片在最左端时,只有灯泡L连入电路,L正常发光,说明电源电压等于灯泡的额定电压6 V,故A错误;灯丝电阻RL= = =12 Ω,只S闭合,滑片在中点时,灯泡L和滑动变阻器串联,此时滑动变阻器连入电路的电阻为滑动变阻器最大阻值的一半,电路中的总电阻R总= = =30 Ω,则滑动变阻器的最大阻值为(30-12) Ω×2=36 Ω,故B错误;当S、S1都闭合,滑片调到最右端时,L被短路,电压表示数最大,为6 V, 故C错误;S闭合,滑片在最右端时,R和L串联,电路中的总电阻最大,为36 Ω+12 Ω=48 Ω,此时电路消耗的功率 最小,P小= = ,当S、S1闭合,滑片在最左端时,R和L并联,电路中的总电阻最小,为 =9 Ω,此时电路消耗的功率最大,P大= = ,故P小∶P大=3∶16,D正确。
易错警示 调节电路元件,使电压表示数达到最大值。只S闭合,滑片调到最右端时,灯泡还分得一部分电 压,此时电压表示数不是最大值;当S、S1都闭合,滑片调到最右端时,L被短路,电压表示数等于电源电压,示 数最大,为6 V。
2.(2019湖南衡阳,18,3分)(多选)如图所示,电源电压不变,R1是定值电阻,闭合开关,将滑动变阻器R2的滑片逐 渐从a端滑到b端,电流表示数为I,电压表示数为U,电路消耗的总功率为P,下列能正确反映两个物理量之间 关系的图像是 ( )
答案 AC 由电路图知,R1、R2串联,电流表测电路中电流,电压表测R2两端的电压,由串联电路的特点知道, U=U电源-IR1,即U与I的图像是一条倾斜的直线,故A符合题意,B不符合题意;由P=UI知,电路消耗的总功率P与 电路的电流I成正比,故C符合题意,D不符合题意。
3.(2019天津,19,4分)如图甲所示的电路,电源电压保持不变,闭合开关S,滑动变阻器滑片P从a端移动到b端的 整个过程中,电流表示数I与电压表示数U的关系图像如图乙所示。则电阻R1的阻值为 Ω;当变阻器 滑片P处于a端时,电阻R1消耗的电功率为 W。 甲 乙
答案 10 0.1
解析 当滑片P在b端时,R1两端电压为U1=3 V,通过R1的电流I1=0.3 A,则R1= = =10 Ω;当滑片P在a端时,R1两端电压为U1'=1 V,通过R1的电流I1'=0.1 A,则P1=U1'I1'=1 V×0.1 A=0.1 W。
解题思路 滑动变阻器的滑片在b端时,滑动变阻器连入电路的电阻为0,电压表的示数等于电源电压,滑动 变阻器的滑片在a端时,两电阻串联,再根据图像中的信息即可求解。
4.(2019福建,20,2分)如图电路,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从a端向b端移动过程中,示数减小的电表是 (选填“A”“V1”或“V2”),电路的总功率 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 V1 增大
解析 滑动变阻器的滑片P从a端向b端移动时,滑动变阻器连入电路的电阻变小,在电源电压不变时,可知 电路中的电流变大,电阻R2两端电压U2变大,可得滑动变阻器两端电压U1变小,所以示数减小的电表是V1。 电路的总功率P总=UI,电源电压U不变,电路中电流变大,电路的总功率P总增大。
5.(2019江西,10,2分)如图所示,将规格相同的小灯泡按照甲、乙两种连接方式接入电压均为U且保持不变 的电路中,通过分别调节滑动变阻器R1和R2使所有灯泡均正常发光。则甲、乙两电路中的总电流之比I甲∶I 乙= ,两电路的总功率之比P甲∶P乙= 。
答案 2∶1 2∶1
解析 小灯泡的规格相同,因此其额定电压及额定电流均相同,甲、乙两电路中小灯泡均正常发光,因此I甲= I额+I额=2I额。I乙=I额,故I甲∶I乙=2∶1。电源电压相等,根据P=UI可知,两电路的总功率之比:P甲∶P乙=(U×2I额)∶ (UI额)=2∶1。
思路分析 先观察两图,明确电路的连接方式,由于小灯泡的规格相同,根据串、并联电路电流的规律可知I 甲=2I乙,由P=UI可知,在电源电压相等的情况下,电路的总功率之比等于电路的总电流之比。
考点三 测量小灯泡的电功率
1.(2019重庆A,16,8分)在测小灯泡电功率实验中,小杨同学选用的器材有:额定电压为2.5 V的灯泡、电流 表、电压表、开关、学生电源、滑动变阻器和若干导线等。 (1)请根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙中的实物电路连接完整(要求:向右移动滑动变阻器滑片时,电路 中的电流变小,且导线不能交叉);(2)连接电路时,开关S必须 ,滑动变阻器的滑片P应调到最 阻值处;(3)正确连接电路后,闭合开关S,发现电压表无示数,电流表有示数,原因是灯泡 (其他部分均完好);(4)故障排除后,滑片移至某处,电压表表盘如图丙所示,其读数为U1= V,再读出电流表的示数I1,由此
算出此时灯泡电功率P1= (用字母表示);(5)小杨同学继续移动滑片P,将两电表对应的示数记录到表中
则灯泡的额定功率为 W,他分析表中数据,发现灯泡的电阻也在变化,主要原因是灯丝的电阻 随温度的升高而 。
答案 (1)如图所示 (2)断开 大 (3)短路 (4)0.7 U1I1 (5)0.6 变大
解析 (1)由要求“向右移动滑片,电路中的电流变小”可知,应选用滑动变阻器的左下接线柱,并与灯泡串 联,如答案图所示;(2)为了保护电路,连接电路时开关要处于断开状态,滑动变阻器的滑片应调到阻值最大 处;(3)电流表有示数,电压表无示数,说明与电压表并联的灯泡短路;(4)由题图丙可得,电压表示数为0.7 V,此 时灯泡的功率P1=U1I1;(5)灯泡在额定 电压下消耗的功率为额定功率,故灯泡的额定功率为P额=U额I额=2.5 V×0.24 A=0.6 W;灯丝的电阻随温度的 升高而增大。
易错警示 按要求将滑动变阻器接入电路时,要 “一上一下”与被控制电路串联;判断滑动变阻器接入电 路的电阻变化特点的关键是看连的是哪个下接线柱,连入电路的阻值变化规律为:“一上一下可变阻,变大 变小看下柱,靠近小远离大。”
知识拓展 探究电流与电压、电阻的关系,伏安法测电阻,测量灯泡的功率三个实验电路相同,实验中最常 见的两种电路故障及其现象为:灯泡(定值电阻)处断路,电流表无示数,电压表有示数;灯泡(定值电阻)处短 路,电流表有示数,电压表无示数。
2.(2019湖北黄冈,15,4分)在用伏安法测量标有“2.5 V”灯泡额定功率的实验中,小明发现电流表损坏,其他 元件完好。(1)小明用已有的器材、5 Ω的电阻R0和另一块电压表, 设计了如图所示电路图。其中虚线框内的元件组合 体相当于 。 (2)小明进行了如下实验,请补充完整。①连接好电路,将滑动变阻器连入电路的阻值调到 。②合上开关,移动滑片,使灯泡两端电压为 V。
③再读出R0两端的电压为1.5 V。(3)若实验操作正确,则灯泡的额定功率为 W。
答案 (1)电流表 (2)①最大 ②2.5 (3)0.75
3.(2019内蒙古包头,11,7分)在测量小灯泡的电功率时,电源电压为3 V,小灯泡上标有“2.5 V”字样。
(1)在如图甲所示的电路中,闭合开关移动滑片,发现小灯泡不亮,电流表无示数,电压表有示数,原因是 ,经分析有一根导线连接错误,请在连接错误的导线上打“✕”,并补画出一根导线连接成 正确的电路。(2)电路连接正确后,从滑动变阻器接入电路的最大阻值开始记录数据,得到小灯泡的I-U图像如图乙所示,则 小灯泡的额定功率是 W。由图可知:小灯泡的实际功率随实际电压的增大而 ,滑动变阻 器的规格应选择 。A.10 Ω 1 A B.15 Ω 1 A
C.25 Ω 1 A D.30 Ω 1 A(3)有同学认为利用该电路还可以探究出导体中电流和导体两端电压成正比,你认为这种说法 (选 填“合理”或“不合理”),理由是 。
答案 (1)电压表串联在电路中 电路如图 (2)0.625 增大 C(或25 Ω 1 A)(3)不合理 灯丝电阻是变化的,无法得到电流与电压成正比
解析 (1)由题图可知,电压表串联在了电路中,测电源电压,电路相当于断路,故出现电压表有示数,电流表 无示数;利用“先串后并”的方法修改电路。(2)由图像可知,灯泡正常发光时的电流为0.25 A,故灯泡的额 定功率P额=U额I额=2.5 V×0.25 A=0.625 W;灯泡两端电压增大时,通过的电流也增大,故实际功率随实际电压 的增大而增大;当滑动变阻器连入电路的阻值最大时,电路中的电流为0.1 A,灯泡两端电压为0.5 V,滑动变 阻器的最大电阻为R= = =25 Ω,故滑动变阻器的规格应选“25 Ω 1 A”。(3)探究电流与电压的关系,需要控制电阻不变,而灯丝电阻随温度的升高而增大,故不合理。
易错警示 此实验电路与探究电流与电压关系的实验电路相似,但由于灯丝电阻随温度的升高而增大,所 以不能完成探究电流与电压关系的实验。
4.(2019河南,19,8分)在“探究小灯泡在不同电压下工作时的电功率是否相同”的实验中,实验室提供了如 下器材:电源电压U恒为8 V,滑动变阻器规格为“20 Ω 2 A”,小灯泡的额定电压U额=2.5 V,额定功率小于 1.2 W,两个阻值分别为10 Ω、20 Ω的定值电阻R0可供选择。(1)为使小灯泡两端电压有一较大的调节范围,小聪设计了如图甲所示的电路,请用笔画线代替导线,完 成图乙中实物电路的连接。 甲
乙 丙
(2)正确连接电路后,进行实验,记录的数据如表所示。当电压表示数为2.5 V时,电流表示数如图丙所示,小 灯泡的额定功率为 W。
(3)分析表中数据可得出结论:小灯泡工作时,消耗的电功率随电压的增大而 。根据数据还可 判断出,小聪在实验中选用的是R0= Ω的定值电阻。(4)完成实验后,爱动脑筋的小聪又想出一种测量小灯泡额定功率的方法,设计了如图丁所示的电路,所用电 压表量程为“0~15 V”,请将以下实验步骤补充完整。 丁①检查电路无误后,闭合开关S,将开关S1拨至“1”,调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为 ;②滑片不动,再将开关S1拨至“2”,读出电压表示数为U0;
③小灯泡的额定功率:P额= 。(用U额、U0、R0表示)若步骤②中,在将开关S1拨至“2”时,不小心将滑片向右移动了少许,其他操作正确,则测出的小灯泡额定功 率比真实值 (选填“偏大”或“偏小”)。
解析 (1)根据电路图连接实物图即可,连接时需要注意电流从电表的“+”接线柱流入,“-”接线柱流出; 由于小灯泡的额定电流I额< =0.48 A,故电流表选择0~0.6 A量程即可。(2)由于电流表所接量程为0~0.6 A,则图丙中电流表的示数是I额=0.42 A,额定功率P额=U额I额=2.5 V×0.42 A=1.05 W。(3)分析表中数据可知小 灯泡两端电压变大时,电流也随着变大,根据电功率公式P=UI可知小灯泡消耗的电功率随电压增大而增 大。电路中小灯泡、定值电阻和滑动变阻器串联在电源电压U恒为8 V的电路中,根据串联电路中电压和 电流的规律,从表中第5列数据可看出:当小灯泡两端电压为3.0 V时,电流为0.44 A。定值电阻和滑动变阻器 连入电路中电阻的总电阻R0+R变= = =11.4 Ω,故选择的不可能为20 Ω的定值电阻。(4)①闭合开关S,将开关S1拨至“1”,电压表测量定值电阻和滑动变阻器两端的总电压,灯泡额定电压U额=2.5 V,所以应调 节变阻器滑片直至电压表示数为U1=U-U额=8 V-2.5 V=5.5 V;②滑片不动,再将开关S1拨至“2”,此时电压表 测量定值电阻两端的电压U0;这样可由定值电阻阻值已知来间接计算电路中的电流I额= ;③小灯泡的额定功率:P额=U额I额= 。若步骤②中,在将开关S1拨至“2”时,不小心将滑片向右移动了少许,滑动变阻器连
入电路的阻值变大,则此时电压表示数会变小,根据表达式可知测出的小灯泡额定功率比真实值偏小。
考点四 电热
1.(2019重庆A,8,3分)具有防雾、除露、化霜功能的汽车智能后视镜能保障行车安全,车主可通过旋钮开关 实现功能切换。图是模拟加热原理图,其中测试电源的电压为10 V,四段电热丝电阻均为10 Ω,防雾、除 露、化霜所需加热功率依次增大。下列说法正确的是 ( )A.开关旋至“1”挡,开启化霜功能B.开启防雾功能,电路总电阻为5 ΩC.化霜与防雾电路的总功率之差为15 WD.从防雾到除露,电路总电流变化了1 A
答案 C 由题意结合题图可知,当开关旋至“1”挡时,两段电热丝串联接入电路,此时电路中的电流I= = =0.5 A,消耗的总功率为P=UI=10 V×0.5 A=5 W,为防雾功能,故A、B错误;当开关旋至“2”挡时,一段电热丝接入电路,此时电路中的电流I1= = =1 A,消耗的总功率为P1=UI1=10 V×1 A=10 W,为除露功能,从防雾到除露,电路中的电流变化量ΔI=1 A-0.5 A=0.5 A,故D错误;当开关旋至“3”挡时,两段电热 丝并联接入电路,此时电路消耗的总功率为P2= = =20 W,为化霜功能,则化霜与防雾电路消耗的总功率之差为20 W-5 W=15 W,故C正确。
解题关键 能正确分析开关旋转到不同挡位时的电路连接方式为本题的解题关键。当开关旋至“关”挡 时,电路处于断路;旋至“1”挡时,两段电热丝串联接入电路,总电阻最大;旋至“2”挡时,只有一段电热丝 接入电路;旋至“3”挡时,两段电热丝并联接入电路,总电阻最小。
2.(2019山东青岛,12,3分)(多选)如图甲是一个电加热器的工作原理图,其中R1和R2是阻值不变的发热电阻;图 乙是它的部分参数。当电加热器正常工作时,下列说法正确的是 ( ) 甲 乙
A.只闭合开关S,加热器的功率为990 WB.开关S闭合,S1由断开到闭合,电路中电流变大,R2的功率变大C.加热器在保温状态下工作5 min,产生3.3×104 J的热量D.电阻R1与R2的阻值之比为1∶8
答案 BC 只闭合开关S,两电阻串联,电阻较大,根据P= 知,在总电压一定时,电功率较小,加热器处于保温状态,则此时加热器的功率为110 W,A错误;开关S闭合,S1断开时,两电阻串联,S1闭合时,电阻R1被短路,只 有电阻R2工作,电阻减小,根据I= 可知,电路的电流增大,R2的电阻不变,根据 P=I2R可知,R2的功率变大,B正确;加热器在保温状态下工作5 min产生的热量:Q=W=P保温t=110 W×5×60 s=3.3×104 J,C正确;因为P加热= 、P保温= ,且P加热=990 W、P保温=110 W,所 以P加热∶P保温= ∶ =990 W∶110 W,即: = ,解得R1∶R2=8∶1,D错误。故选B、C。
解题思路 根据开关S、S1断开、闭合情况,判断两个电阻的连接形式及电路功率的大小,然后根据欧姆定 律判断出电流的大小,根据P=I2R和P= 判断功率大小及电阻比值。
解题关键 解答本题的关键是知道电路的总功率为各用电器功率之和。通过开关的闭合和断开,改变电路 的连接方式,进而改变电路的总功率,是初中电学的典型题型,一定要熟练掌握解题方法。
3.(2019福建,19,2分)一台标有“5 V 2.5 W”的带有USB接口的小电风扇,线圈电阻为1 Ω,正常工作1 min, 产生的热量是 J。工作一段时间后的风扇叶片黏有不少灰尘,这属于 现象。
答案 15 静电(摩擦起电)
易错警示 此处电风扇属于非纯电阻设备,因此计算其工作时产生的热量应使用焦耳定律,而不能使用W= UIt。
4.(2019四川成都,A22,4分)如图甲是一种家用电暖器,图乙是其简化的电路图,已知R1答案 S1 6.9×105
解析 电暖器换用不同挡位时,电源电压U=220 V不变;根据P= 可知,R越大,P越小,故可知只闭合S2时,R2接入电路,为一挡;只闭合S1时,R1接入电路,为二挡;S1、S2均闭合时,R1与R2并联接入电路,为三挡。第二挡工 作时,P2=1 150 W,则Q=W=P2t=1 150 W×10×60 s=6.9×105 J。
5.(2019广东,14,3分)某品牌电烤箱在额定电压下,功率从大到小有高挡、中挡和低挡。图为电烤箱在不同 挡位工作时的电路图,R1、R2为发热电阻丝,且阻值R1>R2,则高挡、中挡和低挡对应的电路图分别是图 、图 和图 。(选填“甲”“乙”或“丙”)
答案 丙 乙 甲
解析 甲图电路中只有R1工作,乙图电路中只有R2工作,丙图电路中R1与R2并联工作,则三个电路中对应总电 阻的关系为R丙总P乙总>P甲 总,即丙为高挡、乙为中挡、甲为低挡。
知识拓展 当电阻长度、材料、温度相等时,横截面积越大,电阻阻值越小。电阻并联相当于增大电阻的 横截面积,则总电阻变小,本题中要懂得使用控制变量法来判断电功率的大小。
6.(2019山东潍坊,20,4分)如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。两个 相同的透明容器中密封着等量的空气,将1、2和3、4导线分别接到电源两端。(1)甲图所示的装置用来探究电流通过电阻丝产生的热量与 的关系,通电一段时间, (选填 “a”或“b”)容器中电流产生的热量较多;(2)通过观察乙图中的实验现象,可知 (选填“c”或“d”)容器中电阻丝的阻值大。
答案 (1)电流(大小) a (2)d说明:(1)小题每空1分,(2)小题2分,本题共计4分。其他答案只要合理,即可给分。
解析 (1)由甲图可知,电阻均为5 Ω,b容器上方的电阻丝与容器中的电阻丝并联后又与a容器中的电阻丝串 联,所以,通过a容器中电阻丝的电流Ia等于通过b容器电阻丝的电流Ib 的两倍,所以该装置是探究在电阻一定 时,电流通过电阻丝产生的热量与电流的关系。根据焦耳定律可知通电一段时间,a容器中电流产生的热量 较多。(2)由乙图可知,右侧的U形管液面高度差大,说明d容器产生的热量多,因为c、d两容器中的电阻丝串 联,根据焦耳定律可知,在电流相同时,产生的热量跟电阻成正比,所以d容器中的电阻丝阻值大。
思路分析 电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关。探究电流产生热量跟电流的关系时, 控制电阻和通电时间不变;探究电流产生热量跟电阻关系时,控制通电时间和电流不变;探究电流产生热量 跟通电时间关系时,控制电流和电阻不变。
考点一 电功和电能
B组 2015—2018年全国中考题组
1.(2017北京,13,2分)小玲家有额定电压相同的电烤箱、电饭锅和电视机各一个,按照每度电0.5元的计费标 准,将这三个用电器正常工作1小时的用电费用绘制成了如图所示的柱状图。则下列四个选项中,判断正确 的是 ( )A.在这三个用电器中,电烤箱正常工作时的电压最高B.在这三个用电器中,电视机正常工作时的电压最低C.正常工作时,通过电烤箱的电流大于通过电视机的电流D.在一个月内,小玲家电烤箱的用电费用一定比电饭锅的用电费用多
答案 C 电烤箱、电饭锅和电视机的额定电压相同,而用电器正常工作时的电压就是额定电压,A、B错 误;由柱状图可知正常工作时,电烤箱的功率大于电视机的功率,它们的额定电压相同,根据I=P/U可知通过 电烤箱的电流大于通过电视机的电流,C正确;正常工作时,电烤箱的功率最大,但其使用时间不一定长,所以 消耗的电能不一定最多,所以用电费用不一定比电饭锅的多,D错误。故选C。
解题关键 能通过柱状图得出三个用电器的额定功率的大小关系。
易错警示 不要认为额定功率大的用电器消耗的电能就一定多,根据公式W=Pt,在考虑消耗的电能多少时, 除了要考虑电功率的大小,也要考虑到工作时间的长短。
2.(2018广东深圳,29,1.5分)如图甲所示,滑动变阻器的滑片从最右端滑到最左端,电压表的示数变化如图乙 所示,下列选项错误的是 ( ) A.滑动变阻器最大阻值为20 ΩB.R1的阻值为10 ΩC.电源电压为6 VD.当滑片P移动到中点时,电阻R1在10 s内消耗18 J的电能
答案 D 当变阻器滑片在最右端时,R连入电路的阻值为0,此时电路为R1的简单电路,由图乙知此时电压 表示数为6 V,故电源电压为6 V,C正确;当电压表示数为4 V时,R=5 Ω,由串联电路电压规律知R两端的电压 UR=6 V-4 V=2 V,此时电路中的电流I= =0.4 A,R1= =10 Ω,B正确;当变阻器滑片在最左端时,R1的电压为2 V,变阻器的电压为4 V,串联电路中电阻和电压成正比,故滑动变阻器最大阻值为R=2R1=20 Ω,A正确;当 P移至中点时,变阻器连入电路的阻值为10 Ω,此时电路中电流I'= = =0.3 A,故R1在10 s内消耗的电能W=Q=I'2R1t=(0.3 A)2×10 Ω×10 s=9 J,D错误。
3.(2018福建A,21,2分)图是四种家用电器各自消耗1度电可持续正常工作的时间柱状图,其中额定功率最大 的电器是 ,节能灯正常工作5小时消耗的电能是 kW·h。
答案 电视机 0.1
考点二 电功率
1.(2018北京,11,2分)有两个额定电压相同的电热水壶甲和乙,甲的额定功率为1 800 W,乙的额定功率为1 20 0 W。两个电热水壶都正常工作时,下列说法中正确的是 ( )A.甲电热水壶两端的电压较高B.电流通过甲电热水壶做功较快C.通过两个电热水壶的电流相等D.相同时间内,两个电热水壶消耗的电能一样多
2.(2016天津,19,4分)如图甲,电源电压保持不变,闭合开关S,变阻器滑片P从a端滑到b端的整个过程中,电流 表示数I与电压表示数U的关系图像如图乙所示。由图像可知,R1的阻值为 Ω;当电路中的电流为0.2 A时,R1与R2消耗的电功率之比为 。 图甲
图乙
答案 10 2∶1
3.(2018天津,19,4分)如图所示电路中,电源电压保持不变,电阻R1与R2的阻值之比为2∶1。开关S断开时,R1与 R2的电功率之比为 ;开关S闭合前后,电压表两次的示数之比为 。
答案 2∶1 2∶3
考点三 测量小灯泡的电功率
1.(2018湖北武汉,26,6分)某同学利用图甲所示的器材测量小灯泡的电功率。实验中电源电压保持不变,滑 动变阻器的规格为“100 Ω 0.5 A”,小灯泡的额定电压为2.5 V。(1)如图甲所示,电路中还有两根导线没有连接,请你将电路连接完整。(要求:导线不允许交叉) 甲(2)该同学连接好电路后,按正确的步骤进行实验。小灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定电流是 A,额定功率是 W。
乙(3)该同学继续进行实验,记录的部分数据如表所示,其中有一组数据明显存在错误,这组数据是 (填 数据序号)。剔除掉这组错误的数据,我们分析后可以得出实验中电源电压不会超过 V。
答案 (1)电路连接情况如图所示 (2)0.28 0.7 (3)2 5.1
解析 (1)由于滑动变阻器规格为“100 Ω 0.5 A”,故电路中的电流不能超过0.5 A,因此电流表选用0~0.6 A量程,电流表与小灯泡串联;由于小灯泡额定电压为2.5 V,则电压表选0~3 V量程,电压表与灯泡并联。(2) 由(1)分析知电流表应读小量程,因其小量程的分度值为0.02 A,故电流表的示数为0.28 A,根据P=UI得小灯 泡的额定功率为P=2.5 V×0.28 A=0.7 W。(3)根据欧姆定律可算出小灯泡在不同发光情况时的电阻,灯丝的 电阻第1次为8.07 Ω,第2次为11.82 Ω,第3次为2 Ω,第4次为10 Ω,由这些数据可知灯丝的电阻随其两端的电 压增大而增大,而第2组数据违反这一规律,故第2组数据错误;观察1、3、4三组数据,易知第3组数据的电流 最小,因而此时电路的电阻最大,假设在测第3组数据时,滑动变阻器连入的阻值为其最大阻值100 Ω,则电源 电压U电源=UR+UL=IR+UL=0.05 A×100 Ω+0.1 V=5.1 V,若此时滑动变阻器连入电路的电阻不是最大值,则电 源电压小于5.1 V。
2.(2017黑龙江哈尔滨,50,6分)某小组研究小灯泡电功率,小灯泡额定电压为2.5 V,电源电压恒定不变,有规 格为“10 Ω 2 A”和“20 Ω 2 A”的滑动变阻器各一个。 甲 乙
(1)如图甲所示,选用“10 Ω 2 A”规格的滑动变阻器进行实验。连接电路时,需将滑动变阻器的滑片P置 于 (填“A”或“B”)端。其目的是 。(2)接着用开关迅速试触,灯泡发光,电压表示数如图乙,此时灯泡两端电压为 V。为了使灯泡正常 发光,接下来的操作是: 。(3)实验中收集信息如表:
分析表格中信息可得,①小灯泡额定功率为 W;②在电路安全范围内,小灯泡两端实际电压越 大,消耗的电功率 ,灯泡越亮。
答案 (1)(2分)A 保护电路(2)(3分)2.8 断开开关,用“20 Ω 2 A”替换“10 Ω 2 A”的滑动变阻器,并调节滑片P到接入电路的阻 值最大处;闭合开关,调节滑片P,直至观察到电压表示数为2.5 V(3)(1分)①0.75 ②越大
解析 (1)连接电路时,滑动变阻器连入电路的阻值要调到最大,接通电路时电流最小,可以保护电路。(2)电压表选用0~3 V量程,分度值为0.1 V,读数为2.8 V,此时滑片P在A端,灯泡两端电压超过了额定电压,说 明滑动变阻器的最大阻值太小,应更换为“20 Ω 2 A”的滑动变阻器。(3)U额=2.5 V,I额=0.3 A,则P额=U额I额=2.5 V×0.3 A=0.75 W,当U实=3 V时,P实=0.96 W>0.75 W,可知U实>U额,P实>P额。
方法归纳 测量小灯泡电功率时,手移动滑片,眼睛观察电压表,当电压表示数调到需要的电压值时,读取电 流表示数,根据P=UI计算出电功率。
3.(2016黑龙江哈尔滨,48,5分)小明在实验室发现一只标有“2.5 V 0.3 A”字样的小灯泡,他想测定这只小 灯泡的电功率,请你帮他完成以下实验:(1)请科学合理连接实物电路。
(2)连接电路时,开关应 (选填“断开”、“闭合”)。实验中小明移动滑动变阻器滑片P,先后使电压表的示数为2.0 V、2.5 V,分别读出电流表示数并记录数据。
①小灯泡的额定功率是 W。②当电压表示数是2.5 V时,滑片位置如图所示,若要测量小灯泡两端电压为3.0 V时的电功率,应向 移 动滑片。(3)利用表格中的数据还可以计算的另一个物理量是 。
答案 (1)(1分)如图所示 (2)(3分)断开 ①0.75 ②左(3)(1分)小灯泡电阻
解析 (1)滑动变阻器、灯泡、电流表应串联在电路中;滑动变阻器应“一上一下”接入电路;电流表要用0 ~0.6 A量程。(2)为了保护电路,连接电路时,开关应断开。①P额=2.5 V×0.3 A=0.75 W。②灯泡两端电压要增大,则滑动变阻器两端电压要减小,故应向左移滑片,使滑动变阻器接入电路的阻值减 小。(3)有电压、电流,根据R= ,可以计算灯泡在不同电压下的电阻。
易错警示 电压表示数由2.5 V变为3.0 V时,滑动变阻器的滑片移动方向的判断易错。由灯泡两端电压增 大,可知通过灯泡的电流增大,则电路中总电阻变小,故滑片应向左移。
考点四 电热
1.(2018北京,3,2分)下列用电器中,利用电流热效应工作的是 ( )A.电暖气 B.计算器C.电视机 D.笔记本电脑
答案 A 电暖气是利用电流热效应工作的,A选项正确;计算器、电视机、笔记本电脑都不是利用电流热 效应工作的,B、C、D选项错误。
2.(2018重庆A,8,3分)在如图所示的实物电路中,电源电压恒为3 V,滑动变阻器的规格为“10 Ω 1 A”,灯泡 上标有“2.5 V 1 W”的字样,闭合开关后调节滑动变阻器的滑片,在保证各元件安全的情况下,下列说法 正确的是 ( )
A.小灯泡正常发光时的电阻为2.5 ΩB.向右移动滑片时,电压表V1的示数变小,小灯泡亮度变暗C.向右移动滑片时,电压表V2与电流表A的示数之比不变D.让小灯泡正常发光1 min,滑动变阻器产生的电热为12 J
解题关键 分清电路结构是关键。从电源正极沿电流方向,观察电流有几条路径。电流表在电路中相当于 导线,电压表在电路中相当于开路。
3.(2018陕西,28,3分)由于导体存在电阻,电流通过导线时会因电流的 效应而造成大量的能量损耗。1 911年荷兰科学家发现某些导体在极低温度下 会突然消失,这种现象称为超导现象。近年来我国 在超导领域取得了举世瞩目的成就。用超导电缆输电,可大大降低能量损耗。有一段输电线路,输电电流 为200 A,输电线路的电阻为0.5 Ω,若以超导电缆替代该线路输电1 h,可节约电能 kW·h。
答案 热 电阻 20
解析 只要导体有电阻且有电流通过,就有电流的热效应,因此在输电时,由于电流的热效应造成大量的电 能损耗。某些导体在温度降低到一定程度时,电阻会突然消失,这种现象称为超导现象。电缆的发热功率P =I2R=(200 A)2×0.5 Ω=20 000 W=20 kW。节约的电能为W=Pt=20 kW×1 h=20 kW·h。
4.(2017福建,22,2分)如图所示,是某种电热保暖鞋的工作原理示意图。供电电压6 V,R1、R2的阻值分别为3 Ω、6 Ω,通过旋转扇形开关S,接触不同触点,实现高、中、低三个挡位的转换。保暖鞋在低温挡工作时的 电功率是 W,它在高温挡工作1 min产生的热量是 J。
答案 6 1 080
解析 根据电路图可知,旋转开关与b、c触点接触,电路中只有R2工作;旋转开关与c、d触点接触,两个电阻 并联,总电阻小于任何一个分电阻;旋转开关与d、e触点接触,电路中只有R1工作。根据P= 可知,两个电阻并联时为高温挡,单接R2时为低温挡,单接R1时为中温挡;由此可知低温挡的电功率为:P2= = =6 W高温挡的功率为:P=P1+P2= +P2= +6 W=18 W在高温挡工作1 min产生的热量:Q=W=Pt=18 W×60 s=1 080 J
解题关键 解答本题的关键是根据电功率公式结合电路图判断出高温挡和低温挡。
考点一 电功和电能
C组 教师专用题组
1.(2018云南昆明,15,3分)电灯正常工作时会发热发光,这是电流 使电能转化为内能和光能。如果电 灯在一段时间内消耗的电能为E1,电流做的功为W,转化的内能为E2,转化的光能为E3,那么E1、E2和E3三者的 等量关系是 ,功与能的关系是W= 。
答案 做功 E1=E2+E3 E1或E2+E3
解析 电灯发光发热的过程,就是电流做功的过程;电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能,故 W=E1=E2+E3。
2.(2017黑龙江哈尔滨,45,2分)如图,电阻R=55 Ω,当闭合S1、S2时,通过电阻R的电流为 A,电路消耗 的总功率为1 000 W,当只闭合S2时,电动机消耗的电功率为 W。
答案 4 120
解析 U=220 V,R=55 Ω则I= = =4 AR消耗的电功率P1=U·I=220 V×4 A=880 WP总=1 000 W则电动机消耗的电功率PM=P总-P1=120 W
3.(2016广西南宁,21,3分)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5 kW·h,合 J,这些电能可使电功率为100 W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3.0×107 J/kg)。
答案 1.8×107 50 0.6
4.(2015河南,6,2分)图是某款电热水龙头的电路原理图。R1、R2为电热丝,通过旋转手柄可使扇形开关S同 时接触两个相邻触点,实现冷水、温水、热水挡之间的切换。当开关同时接触2、3触点时,水龙头放出的 是 水(选填“冷”、“温”或“热”)。若R2=2R1,水龙头在温水挡正常工作时电功率为2 000 W,则 它在热水挡正常工作1 min消耗的电能为 J。
答案 温 1.8×105
评析 解题关键是对电路图进行正确分析,抓住题中不同状态下的相互联系,如本题中的电源电压不变,并 联各支路两端电压相等,两电热丝阻值关系R2=2R1,然后再根据电功率公式进行计算求解。
5.(2015重庆,12,2分)小宇用如图甲所示电路对一只标有“0.8 A”字样的小灯泡L进行了测试,电源电压恒 为9 V,电阻箱R0的阻值可在0~9 999 Ω之间调节,根据所测数据作出了灯丝的I-U图像(如图乙所示),根据图 像可知小灯泡正常发光时的电阻为 Ω;如果将电阻箱R0的阻值调为10 Ω,通电10 s电流通过R0所做 的功为 J。
答案 10 36
评析 本题考查对I-U图像的认识和理解、串联电路的特点及对欧姆定律的应用,关键是能从图像中找到 有用的信息。
6.(2018吉林长春,17,5分)某电水壶的额定电压为220 V,正常工作时的电流为5 A。求:(1)电水壶正常工作时电阻丝的电阻。(2)电水壶正常工作60 s消耗的电能。
答案 (1)44 Ω (2)6.6×104 J
7.(2019四川成都,A25,6分)在如图甲所示的电路中,电源电压恒定不变,R1、R2为定值电阻,已知电灯L的伏安 特性曲线(即电流随两端电压的变化图像)如图乙所示。当开关S1、S3闭合,S2断开时,电流表的示数为0.26 A;当开关S2、S3闭合,S1断开时,电流表的示数为1.25 A;当开关S3闭合,S1、S2断开时,电流表的示数为0.2 A。 求:
(1)当开关S1、S3闭合,S2断开,5 min内电路消耗的电能是多少?(2)当开关S3闭合,S1、S2断开,R2消耗的电功率是多大?
答案 (1)390 J (2)0.24 W
易错警示 识别电路是解答本题的关键,S1与S3闭合时,R1与R2被短路,电流只通过电灯L;S2与S3闭合时,R2与L 被短路,只有R1工作;只有S3闭合时,电流流过R1、R2与L,三个用电器串联;若S1、S2、S3均闭合,R1、R2、L三个 用电器并联。
8.(2016黑龙江哈尔滨,51,6分)某课外活动小组在社会实践活动中获得:(1)某工厂用电电压U=380 V,电流I=500 A,则该工厂1 h可消耗多少kW·h电能?(2)某水力发电站(如图甲)的部分信息: 图甲
①发电站供电功率P1=2×106 kW,而用户用电功率为P2=1.2×106 kW,出现了多余的电能被全部浪费掉的现 象。若平均每天供电、用电时间均为5 h,则平均每天浪费多少kW·h电能?②该发电站经过改进,能回收原来每天浪费的全部电能,并经过转化可再次发电。再次发电的电能与回收 的电能之间的关系如图乙所示。如果6×103 kg的水从该电站上游落下可发电1 kW·h,则改进后的发电站每 天回收后再发电的电能,相当于多少质量的水所发的电?
图乙
答案 (1)190 kW·h(2)①4×106 kW·h ②1.8×1010 kg
评析 本题从能量转化的角度考查了电能的计算,学生要有较强的分析问题能力、阅读图表获取信息的能 力,题目涉及电能利用过程中能量的浪费问题,提醒学生要有一定的节能意识。
考点二 电功率
1.(2019天津,12,3分)(多选)现有一个电压不变的电源,两个定值电阻R1、R2。先将这两个电阻以某种形式连 接到电源上,R1消耗功率为P0;再将它们以另一种形式连接到该电源上,R1消耗功率为9P0。两种连接形式中 均有电流通过R2,则先后两种连接形式中 ( )A.R1两端的电压比为1∶2B.R1两端的电压比为1∶3C.R2消耗的功率比为4∶9D.R2消耗的功率比为2∶9
答案 BC 由题意可知,对同一个电阻,第二种连接方式消耗的电功率较大,根据P=UI=U2/R,可知第二种连 接方式中R1两端电压较大,再根据串联分压,并联各支路两端电压等于电源总电压可知,第一种连接方式是 串联,第二种连接方式是并联。设串联时R1、R2两端电压分别为U1、U2,电源电压为U。则P0= /R1,9P0=U2/R1,所以,U1∶U=1∶3,A错误,B正确;因为U1∶U=1∶3,所以U2∶U=2∶3,串联时R2消耗的功率为 /R2,并联时R2消耗的功率为U2/R2,先后两次R2消耗的功率比为4∶9,C正确,D错误。
易错警示 电阻一定时,电功率与电压的平方成正比,不是与电压成正比。
2.(2019黑龙江齐齐哈尔,13,3分)(多选)如图所示的电路,电源电压恒为4.5 V,小灯泡L上标有“3 V 1.5 W” 字样(忽略灯丝电阻的变化),滑动变阻器R规格为“30 Ω 1 A”,电流表量程选择“0~0.6 A”,电压表量程 选择“0~3 V”。闭合开关S,在不损坏电路元件情况下,下列选项正确的是 ( ) A.电路中最大电流为0.6 AB.电路的最大功率为2.25 WC.电压表示数变化范围为1~3 VD.滑动变阻器阻值变化范围为3~30 Ω
答案 BD 小灯泡电阻RL= = =6 Ω,小灯泡额定电流I= = =0.5 A,电流表允许通过的最大电流为0.6 A,故为了保证电路安全,电路中最大电流为0.5 A,A项错误;此时滑动变阻器接入电路中的阻值最 小,Rmin+RL= = =9 Ω,可得Rmin=3 Ω,故滑动变阻器接入电路中阻值变化范围为3~30 Ω,D项正确;电路的最大功率P=U总Imax=4.5 V×0.5 A=2.25 W,B项正确;当电流为0.5 A时,电压表示数最大为UL=3 V,当P在最右 端时,电压表示数最小,UL'=I1RL= ×RL= ×6 Ω=0.75 V,故电压表示数变化范围为0.75~3 V,C项错误。故选B、D。
审题指导 小灯泡L和滑动变阻器R、电流表串联,所以通过比较各自允许通过的最大电流就可以确定电 路中允许通过的最大电流;电路中电流最大时滑动变阻器接入电路中的阻值最小;电路的功率通常是指总 功率,一般来说要用P总=U源I来求解。
3.(2019四川成都,B5,2分)(多选)如图甲所示的电路,电源电压U=10 V(恒定不变),R2=8 Ω,闭合开关S后,V2表 的示数为7 V;把甲电路中的两个电压表换成两个电流表,如图乙所示,闭合开关S后,A1表的示数为1.75 A。 下列说法正确的是 ( )
A.甲电路中V1表的示数为5 VB.乙电路中A2表的示数为2.25 AC.甲电路消耗的总功率为2.5 WD.乙电路中R1消耗的功率为10 W
4.(2019湖北武汉,20,3分)如图所示,电源电压U保持不变,滑动变阻器R0的最大电阻是50 Ω。当开关S1闭合、 S2和S3断开,滑动变阻器的滑片在最右端时,电压表示数是U1,R1的功率是P1;当开关S2闭合、S1和S3断开,滑动 变阻器的滑片在最左端时,电压表示数是U1‘,R2 和R3的功率之和是3.2 W;当开关S1、S2和S3都闭合,滑动变阻 器的滑片在最左端时,R1的功率是P1’。已知R2∶R3=3∶1,U1∶U1'=3∶2,P1∶P1'=1∶36。下列结论正确的是 ( )
A.电源电压是12 VB.R2的阻值是30 ΩC.电流表的最大示数是2.1 AD.该电路的最大功率是64 W
答案 C 当开关S1闭合,S2、S3断开,滑动变阻器的滑片滑到最右端时,R1与R0串联,且R0=50 Ω,电压表测量R1 两端的电压,即R1两端的电压为U1,R1的功率P1= R1;当开关S2闭合,S1、S3断开,滑动变阻器的滑片滑到最左端时,R1、R2、R3串联,电压表测量R1两端的电压,即R1两端的电压为U1',且P2+P3=3.2 W;当开关S1、S2、S3都 闭合时,滑动变阻器的滑片滑到最左端,R1、R2、R3并联,此时R1的功率为P1',P1'=I1'2R1, = = = ,即 = 设电源电压为U,则 = ,解得:R1=10 Ω当开关S1闭合,S2、S3断开,R1与R0串联,根据分压原理可知,U1= U= U= U根据 = ,即 = ,U1'= U
当开关S2闭合,S1、S3断开,滑动变阻器的滑片滑到最左端时,R1、R2、R3串联,根据分压原理可知: = ,即 = ①由于R2∶R3=3∶1②,联立①②可得R2=60 Ω,R3=20 Ω,R2、R3消耗的总功率为3.2 W,即I1'2(R2+R3)=3.2 W,I1'2×80 Ω=3.2 W,I1'=0.2 A,电源电压U=I1'(R1+R2+R3)=0.2 A×(10 Ω+60 Ω+20 Ω)=18 V,故A、B错误;当开关S1、S2、S3都闭合,滑动变阻器的滑片滑到最左端时,R1、R2、R3并联,此时电流表测量通过R1和R2的 电流,电流表A的示数最大,IA= + = + =2.1 A,此时干路中的电流I'=IA+ =2.1 A+ =3 A,电路消耗的功率最大,为P=UI'=18 V×3 A=54 W,故C正确,D错误。
5.(2016重庆B,1,3分)下列物理量的估计最接近实际的是 ( )A.人体的正常体温约为37 ℃B.家用空调的额定功率约为50 WC.我国家庭照明电路的电压为1.5 VD.体育考试中所用实心球质量约为10 kg
答案 A 人体正常体温约为37 ℃,空调的额定功率为1 200 W左右,我国家庭照明电路的电压为220 V,体 育考试中实心球质量为2 kg,故选A。
知识拓展 人步行速度约为1.1 m/s;骑自行车速度约为5 m/s;两个鸡蛋重约1 N;一张报纸平铺在地上时对 地面的压强约为0.5 Pa;一枚一元硬币的质量约为6 g;中学生的质量约为50 kg。
6.(2018吉林,4,2分)如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S,当滑片P向右移动时 ( )A.电压表的示数不变,总功率变小B.电流表的示数变大,总功率变大C.电压表的示数变大,灯的亮度变暗D.电流表的示数变小,灯的亮度变暗
答案 B 分析题图可知,电路中灯泡与滑动变阻器串联,电压表测量电源电压,示数保持不变,当滑片向右 移动时,滑动变阻器连入电路的电阻变小,电路中的电流变大,灯泡变亮,根据P=UI可知,电路消耗的总功率 变大,故本题应选B。
7.(2017天津,12,3分)(多选)当定值电阻R两端的电压由U1(U1≠0)增大到U2时,通过它的电流由I1增大到I2。电 压增加量ΔU=U2-U1,电流增加量ΔI=I2-I1,电功率增加量为ΔP,则 ( )A.R= B.R= C.ΔP=ΔUΔI D.ΔP=ΔU(I1+I2)
易错警示 电功率的变化量不等于电压的变化量与电流变化量的乘积,即ΔP≠ΔU·ΔI。
8.(2016重庆B,8,3分)一只小灯泡标有“3.8 V”字样,额定功率模糊不清,某同学设计了如图甲所示的电路进 行测量,电源电压恒为6 V,电压表、电流表使用的量程分别为0~3 V,0~0.6 A,滑动变阻器的规格为“10 Ω 1 A”,他根据实验数据作出了电压表、电流表示数的U-I图像,如图乙所示。则以下判断正确的是 ( ) 甲 乙
A.小灯泡的额定功率为0.88 WB.滑片向左移时电压表示数变大,小灯泡变亮C.变阻器允许连入电路的最大阻值约为8.82 ΩD.小灯泡正常发光2 s内,变阻器产生的电热为3.04 J
9.(2018四川成都,B5,2分)(多选)如图所示,电源电压保持不变,R2=50 Ω。闭合S1,断开S2,R1的电功率P1=0.1 W, 电压表示数为U1。开关都闭合时,电压表示数为6U1。用电阻R3替换R1、R2中的某一个,闭合S1,断开S2,电压 表示数为U2,电路的总功率为P2。U2与U1相比,变化了0.5 V。则下列结论正确的是 ( ) A.R3可能是110 Ω B.R3可能是5 ΩC.P2可能是0.54 W D.P2可能是0.65 W
答案 AC 闭合S1,断开S2时,R1、R2串联, = ,当开关都闭合时,R2被短路,此时电压表测电源电压U=6U1,则 =5U1。因R2=50 Ω,可得R1=10 Ω。又因P1=I2R1,P1=0.1 W,所以I=0.1 A,则U1=IR1=0.1 A×10 Ω=1 V, =5 V,U=6 V。①当闭合S1,断开S2时,且用R3替换R1时,若电压表示数变大了0.5 V,U2=1.5 V, '=4.5 V, = = ,解得R3= Ω,I1= = =0.09 A,P2=UI1=6 V×0.09 A=0.54 W,所以C正确。②当闭合S1,断开S2时,且用R3替换R1时,若电压表示数减小了0.5 V,U2'=0.5 V, ″=5.5 V, = = ,解得R3= Ω,I2= = =0.11 A,P2=UI2=6 V×0.11 A=0.66 W。③当闭合S1,断开S2时,且用R3替换R2时,若电压表示数变大了0.5 V,U2″=1.5 V, =4.5 V, = = ,解得R3=30 Ω,I3= = =0.15 A,P2=UI3=6 V×0.15 A=0.9 W。
④当闭合S1,断开S2时,且用R3替换R2时,若电压表示数减小了0.5 V,U2‴=0.5 V, '=5.5 V, = = ,解得R3=110 Ω,I4= = =0.05 A,P2=UI4=6 V×0.05 A=0.3 W,所以A正确。
审题关键 “用电阻R3替换其中一个”说明判断该题一定要分情况讨论。
10.(2018湖北武汉,20,3分)如图所示,电源电压U保持不变。当开关S2闭合、S1和S3断开,滑动变阻器的滑片 在最右端时,电路的总功率为P1,再将滑片滑至最左端,有一只电表的示数变为原来的 ;当开关S1和S3闭合、S2断开,滑动变阻器的滑片从最右端滑至中点时,R3的功率增大了0.05 W,且滑片在中点时,电压表V1的示数 为U1;当所有开关闭合,滑动变阻器的滑片在最左端时,电路的总功率为P2,两只电流表示数相差0.3 A。已知 P1∶P2=2∶15,下列结论正确的是 ( )
A.P2=5.4 W B.U=12 VC.U1=6 V D.R2=20 Ω
答案 A 当开关S2闭合、S1和S3断开,滑动变阻器滑片在最右端时,电阻R2与R3串联,此时滑动变阻器的最 大电阻阻值连入电路,电压表V1测R2两端电压,V2测的是电源电压U,电路的总功率P1= ①当滑动变阻器的滑片从最右端滑至最左端时,此时电压表V2测的是R2两端的电压U2,在此过程中,因S3断开, 电流表A2未连入电路,滑动变阻器连入电路的电阻始终为最大值,电压表V1始终测的是R2两端的电压,电压 表V1的示数不变,电流表A1的示数也不变,只有电压表V2的示数会发生变化,即R2两端的电压为电源电压的 。所以 = ,因U=U2+U3,故有 = ,化简得 = 。根据欧姆定律及串联电路电流规律得 = ,即R3=4R2 ②当开关S1和S3闭合、S2断开时,滑动变阻器与R1串联,滑动变阻器的滑片从最右端移到中点时,R3连入电路的 电阻分别为最大阻值(R3)及最大阻值的一半 ,R3的功率变化量P32-P31= · R3- R3=0.05 W,I1= ,I2= ,把I1和I2代入化简得 - =0.05 W ③
当所有开关闭合,滑动变阻器的滑片在最左端时,R3被短路,R1与R2并联,两只电流表的示数之差即此时通过R 1的电流IR1,即 =0.3 A④此时电路的总功率P2= ,由于并联电路的总电阻R12= ,把R12代入并化简得P2= ,P1∶P2=2∶15 ⑤把P1与P2的表达式代入⑤并化简得 = ⑥把②代入⑥解得R1=2R2 ⑦把②和⑦代入③并化简得 =3.6 W⑧联立④⑦⑧解得R2=10 Ω,把R2=10 Ω分别代入②、⑦得R1=20 Ω,R3=40 Ω,把R1=20 Ω代入④得U=6 V,故B、D 错误;把U=6 V、R2=10 Ω、R3=40 Ω分别代入①、⑤解得P1=0.72 W、P2=5.4 W,A正确;U1=I2R1= R1=
×20 Ω=3 V,C错误。故选A。
11.(2018四川成都,A16,4分)标有“12 V 60 W”的汽车灯泡工作时,用电压表测得其两端电压如图所示,则 灯泡的实际电压为 V,灯泡的实际功率 (选填“大于”、“小于”或“等于”)60 W。
答案 11.5 小于
解析 读数时先由接线柱确定量程和分度值,再数指针偏转的格数。格数×分度值=电压表的示数,23×0.5 V=11.5 V。当U实规律总结 当灯泡两端的电压等于额定电压时,灯泡的实际功率等于额定功率;当灯泡两端的电压大于额 定电压时,灯泡的实际功率大于额定功率;当灯泡两端的电压小于额定电压时,灯泡的实际功率小于额定功 率。
12.(2018吉林长春,16,2分)如图所示,电源两端的电压不变,闭合开关,当“6 V 6 W”小灯泡正常发光时(忽 略温度对灯丝电阻的影响),滑动变阻器的电功率为P1;移动滑动变阻器的滑片,当小灯泡的电功率为1.5 W 时,滑动变阻器的电功率为P2。小灯泡的电阻为 Ω,P1 2P2(选填“>”、“=”或“<”)。
答案 6 <
解析 小灯泡的电阻RL= = =6 Ω当小灯泡正常发光时,电路中电流I= = =1 A,设此时滑动变阻器两端电压为U1,则P1=U1×1 A小灯泡功率由6 W变成1.5 W,说明灯泡两端电压变为3 V,电流变为0.5 AP2=U2×0.5 A = U2=U1+3 V即P1= P2所以,P1<2P2
13.(2017吉林,14,2分)图是小灯泡L和定值电阻R的电流与电压关系的图像。现将它们并联后接在电压为2 V的电源两端,则干路中的电流是 A,小灯泡L的实际电功率是 W。
答案 0.8 1.2
解析 并联电路干路中电流等于各支路电流之和,由图可知,当U=2 V时,IL=0.6 A,IR=0.2 A,故I总=0.6 A+0.2 A =0.8 A;PL=U·IL=2 V×0.6 A=1.2 W。
14.(2017广东,14,3分)有“3 V 0.75 W”的L1灯泡和“3 V 1.5 W”的L2灯泡,如图甲所示,闭合开关,L1和L 2正常发光,则电路总电阻R= Ω;如图乙所示,闭合开关,L1灯正常发光,则电源2的电压U= V, 此时L2灯消耗的实际功率P= W。(假设灯丝电阻不变)
答案 4 4.5 0.375
解题关键 抓住灯泡正常发光时有U实=U额、I实=I额,结合串、并联电路特点解题。
一题多解 题图甲电路的总电阻还可根据并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和求解。
15.(2018河南,5,3分)在图所示的电路中,电阻R1=10 Ω,R2=20 Ω,电源电压保持不变。当开关S1、S3断开,S2闭 合时,电流表的示数为0.2 A。当开关S1、S3闭合,S2断开时,电流表的示数为 A,R2的电功率为 W。为了保障电路安全, 两个开关不能同时闭合。
答案 0.9 1.8 S1、S2
16.(2016河南,5,2分)在图所示的电路中,定值电阻的阻值R0和电源电压U均为已知。在a、b间接入一个未知 电阻Rx,闭合开关,电压表的示数为Ux,则由已知量和测得量可以推出:Rx= ,Rx的电功率Px= 。
答案
解析 题图中将未知电阻Rx接入a、b间后两电阻串联在电路中,电压表测Rx两端的电压。根据串联电路的 特点可知:R0两端的电压U0=U-Ux,电路中的电流I=I0= = ,根据欧姆定律得:Rx= = = ,Rx的电功率Px=UxI= 。
17.(2018四川成都,A25,6分)如图所示,电源电压保持不变,灯泡上标有“12 V 6 W”, 定值电阻R1=120 Ω, 滑动变阻器R2上标有“50 Ω 1 A”,电压表的量程选用“0~3 V”。断开S2,闭合S和S1,滑片P移到B端,灯泡 刚好正常发光。(1)将滑片P移到B端,三个开关都闭合,1 min内电路消耗的电能是多少?(2)断开S1,闭合S和S2,在安全前提下,调节滑片P的过程中,电路消耗的最小功率是多少?
答案 (1)432 J (2)0.9 W
解析 (1)当滑片P移到B端,断开S2,闭合S和S1,电路中用电器只有灯泡因为灯泡正常发光,可知电源电压U=12 V(1分)当滑片P移到B端,三个开关都闭合,电路为R1与灯泡并联W1= t= ×60 s=72 JW灯=Pt=6 W×60 s=360 JW=W1+W灯=72 J+360 J=432 J(2分)(2)断开S1,闭合S和S2,R1与R2串联,滑片P在B端时电路中电流最大,等于0.1 A。移动滑片P使电压表示数为3 V时,电路消耗的功率最小U1=U-U2=12 V-3 V=9 VI= = =0.075 A(1分)R2= = =40 Ω<50 Ω 说明操作可行 (1分)
Pmin=UI=12 V×0.075 A=0.9 W(1分)
解题关键 解此题的关键是开关闭合、断开时电路串、并联的辨别,要注意在确保电路安全的情况下电路 最小电流的确定。
考点三 测量小灯泡的电功率
1.(2019湖北武汉,26,6分)某同学利用图甲所示的电路测量小灯泡的电功率。实验中电源电压保持不变,小 灯泡的额定电压是2.5 V。
(1)该同学接错了一根导线,请你在这根导线上打“✕”,并补画出正确的那根导线。(2)正确连接电路后,用开关进行试触,发现电流表指针不偏转,而电压表指针明显偏转。故障原因可能是 (填“电流表”“滑动变阻器”或“小灯泡”)断路。(3)排除故障后,按正确的步骤进行实验。小灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功 率是 W,此时小灯泡的电阻是 (结果保留两位小数)Ω。(4)继续调节滑动变阻器,让小灯泡两端的电压逐渐降低,小灯泡逐渐变暗,这段时间内, 若小灯泡电阻变化 量的绝对值是ΔR1,滑动变阻器接入电路的电阻变化量的绝对值是ΔR2,则ΔR1和ΔR2大小关系正确的是 (填字母标号)。
A.ΔR1>ΔR2B.ΔR1=ΔR2C.ΔR1<ΔR2D.无法比较
答案 (1)电路连接如图所示: (2)小灯泡 (3)0.65 9.62 (4)C
解析 (1)分析连接的实物图可知,小灯泡因被短路不发光,修改后电路如答案图所示。(2)电压表有示数,电流表无示数,说明电压表的正接线柱到电源的正极和电压表的负接线柱到电源的负极 都没有发生断路,由此可知应该是小灯泡断路。(3)根据图乙可知,电流表的示数为0.26 A,小灯泡的额定功率为P=UI=2.5 V×0.26 A=0.65 W;小灯泡的电阻为R= = ≈9.62 Ω。(4)移动滑动变阻器的滑片,灯泡变暗,说明电路中的电流变小,根据R= 可知,电路的总电阻变大,因此滑动变阻器接入电路的电阻增加的值大于灯泡电阻减小的值。
2.(2019黑龙江齐齐哈尔,26,9分)在“测量小灯泡的电功率”实验中,小丹设计了如图甲所示的电路图,已知 小灯泡的额定电压为2.5 V,滑动变阻器规格为“20 Ω 1 A”,电源是由2节新干电池串联组成。 图甲
(1)用笔画线代替导线,帮助小丹按电路图甲将图乙电路连接完整。(要求导线不交叉)(2)闭合开关前,应将滑动变阻器滑片置于 端(填字母)。(3)连接好电路后,闭合开关,发现小灯泡不发光,电流表有示数,电压表无示数,则电路故障可能是 。(4)排除故障后,缓慢移动滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为2.5 V,电流表示数如图丙所示为 A,
则小灯泡的额定功率为 W,此时灯丝的电阻为 Ω。(5)小丹继续测量小灯泡两端电压略高于额定电压时的电功率,滑动变阻器的滑片应向 端调 节(填字母),观察到小灯泡变亮。(6)下表是小丹根据实验测得的多组数据,她通过分析数据发现小灯泡灯丝的电阻是变化的,则影响小灯泡 灯丝电阻变化的主要因素是 。
(7)小丹经过思考,发现用两只电流表和一个阻值为R0的定值电阻也可以测出小灯泡的额定功率。她设 计的电路如图丁所示,具体操作是:闭合开关S,调节滑动变阻器使电流表A1的示数为I1时,小灯泡正常发光, 此时电流表A2的示数为I2。则小灯泡额定功率的表达式为P额= 。(用I1、I2、R0表示) 图丁
答案 (1)电路连接如图(2)A(3)小灯泡短路(电压表短路)(4)0.2 0.5 12.5
(5)B(6)温度(7)I1R0(I2-I1) (展开也可得分)
解析 (1)滑动变阻器要“一上一下”连接,并且需要与电路图保持一致。(2)闭合开关前,滑片应在使滑动变阻器接入电路的阻值为最大阻值处。(3)电流表有示数,小灯泡不发光,电压表无示数,说明故障原因可能是小灯泡或电压表短路。(4)电流表接0~0.6 A量程,故读数为0.2 A;小灯泡额定功率P=UI=2.5 V×0.2 A=0.5 W;灯丝电阻R= = =12.5 Ω。(5)要使灯泡两端电压增大,应移动滑片,使滑动变阻器接入电路中的阻值减小,故滑片要向B端移动。(6)影响电阻大小的因素有材料、长度、横截面积、温度,根据题意知是灯丝温度发生改变引起了电阻变 化。(7) 示数为I1时,灯泡正常发光,则U额=I1R0此时 示数为I2,则灯泡额定电流I额=I2-I1故灯泡额定功率P额=U额I额=I1R0(I2-I1)。
3.(2018北京,29,7分)小阳为测量额定电压为2.5 V的小灯泡在不同电压下的电功率及观察小灯泡的发光情 况,连接了如图所示的电路。
(1)闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应放置在 端。(选填“左”或“右”)(2)小阳的实验记录如表所示,则小灯泡两端电压U=1.3 V时的电功率P= W。(3)由上表的实验记录你还能得到的结论: 。(写出一条即可)(4)利用图所示实验电路还可以进行的实验有: 。(写出一个即可)
答案 示例:(1)右 (2)0.26(3)同一小灯泡的亮暗程度与其两端电压有关(4)探究小灯泡的电阻在不同电压下的变化规律
解析 (1)闭合开关前滑动变阻器滑片要置于阻值最大的一端,因此,应放置在右端。(2)P=UI=1.3 V×0.20 A=0.26 W。(3)从表中可看出,小灯泡两端电压不同,小灯泡的发光情况也不同,因此可得出结论:同一灯泡的亮暗程度与 其两端电压有关。(4)利用电压表测出灯泡两端电压,电流表测出通过灯泡的电流,由R= 就可算出不同电压下的小灯泡的电阻值,因此,还可探究小灯泡的电阻在不同电压下的变化规律。
4.(2017吉林,26,5分)在测量额定电压为3.8 V小灯泡的电功率实验中,电源电压为4.5 V,电路如图所示。 (1)连接电路时,开关应 ,电压表的量程应选择 ;(2)检查电路无误后闭合开关,会发现小灯泡不亮,但电流表和电压表的指针都有偏转,接下来应进行的操作 是 ;(3)当小灯泡正常发光时,电流表的示数是0.3 A,则小灯泡的额定功率是 W;(4)实验过程中会发现小灯泡两端的实际电压越大,小灯泡的 越大,小灯泡越亮。
答案 (1)断开 0~15 V(或15 V)(2)将滑动变阻器的滑片向B端移动(或将滑动变阻器的滑片向右端移动;或将滑动变阻器连入电路的电阻 变小;或调节滑动变阻器)(3)1.14(4)实际电功率(或实际功率;或电功率;或功率;或电流)
解析 (1)连接电路时,开关应断开,以保护电路;小灯泡额定电压为3.8 V,故电压表应选择0~15 V量程;(2)小灯泡不亮,两表都有示数,说明电路是通路,可能是电流太小,小灯泡实际功率太小,因此接下来应移动 滑片使滑动变阻器连入电路的电阻变小,增大电流,从而增大小灯泡的实际功率。(3)P=UI=3.8 V×0.3 A=1.14 W。(4)灯泡亮度由实际功率决定,灯泡变亮是因为实际功率变大。
5.(2017陕西,31,8分)小华观察家中手电筒,发现里面只有一个LED灯,其额定电压为1.5 V,他想测出该LED灯 的额定功率。(1)请在图中用笔画线代替导线完成实物电路的连接。(2)连接电路时,开关应处于 (选填“断开”或“闭合”)状态,滑动变阻器的滑片应处于最 (选填“左”或“右”)端。
(3)连好电路后闭合开关,发现LED灯不发光,电流表示数几乎为0,电压表示数约为3 V,则该电路的故障可能 是LED灯 (选填“短路”或“断路”)。(4)排除故障后,经过多次测量得到实验数据如下:
第3次实验时,电流表示数如图所示,读数为 A,则该LED灯的额定功率为 W,当灯两端 的实际电压小于额定电压时,实际功率 额定功率。 (5)进一步分析发现,当LED灯两端的电压增大时,其电阻将 。
答案 (1)如图所示(2)断开 左 (3)断路 (4)0.58 0.87 小于 (5)减小(或变小)
解析 (2)连接电路时,开关必须断开,滑动变阻器的滑片应滑到最大阻值处,所以滑片应滑到最左端;(3)电 流表示数几乎为零,电压表示数接近电源电压说明LED灯断路导致电压表串联接入电路;(4)实际电压小于 额定电压,则实际功率小于额定功率;(5)根据表格中的数据以及欧姆定律可以计算出,随着电压的增大,LED 灯的电阻会减小。
6.(2017上海,26)小华做“测定小灯泡的电功率”实验,现有电源(电压保持不变)、待测小灯泡(标有“0.28 A”字样)、电流表、电压表(只有0~3伏挡完好)、滑动变阻器、电键及导线若干。小华正确连接电路后进 行实验,在移动变阻器滑片至某一位置时,发现电压表、电流表的示数如图(a)、(b)所示。他经过思考重新 连接电路进行实验,将新测得的三组数据记录在下表中。
①图(b)中电流表的示数为 安。②请根据相关信息,求出电源电压及小灯泡的额定功率。 (本小题需写出计算过程)
答案 ①0.24 ②见解析
解析 ①由题图(b)可知,所用量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,读数为0.24 A;②测量灯泡的电功率的实验电 路中,电压表与灯泡并联,电流表串联在电路中,由题图可知,电压表示数为3 V时,电流表示数为0.24 A,小于 灯泡的额定电流0.28 A,不能完成实验,则应将电压表并联在滑动变阻器两端;又由表中数据得,电流为0.24 A时,滑动变阻器两端电压为3 V,此时小灯泡两端电压为3 V,从而得出电源电压U=3 V+3 V=6 V;灯泡的额 定功率P=U额I=(6 V-2.2 V)×0.28 A=1.064 W。
解题关键 知道电路中电流为0.24 A时,灯泡两端的电压为3 V,再结合表中信息得此时滑动变阻器两端电 压也为3 V,进而计算出电源电压。
7.(2015内蒙古包头,11,7分)在测定标有3.8 V的小灯泡额定功率的实验中,电源电压为6 V,小灯泡的电阻约 为10 Ω,电流表(量程:0~0.6 A、0~3 A)、电压表(量程:0~3 V)、开关、滑动变阻器各一个,导线若干。 图1
图2(1)根据实验要求把图1中的实验电路连接完整;(2)开关闭合前,应将滑片P调至 端;(3)闭合开关后,发现灯不亮,电流表无示数,电压表有示数,则故障的原因可能是 ;(4)排除故障后,移动滑片P,使电压表的示数为 V时,小灯泡恰好能正常发光,此时电流表的示数如图2 所示,则小灯泡的额定功率为 W(保留两位小数)。
答案 (1)如图所示 (2)A(3)滑动变阻器断路(4)2.2 1.44
解析 (1)连接实物图时遵循“先串后并”的原则,将电流表串联在电路中,由于灯泡的额定电流约为 A=0.38 A,故电流表应选择0~0.6 A量程;由于灯泡的额定电压为3.8 V,大于电压表的量程0~3 V,当灯泡正常发 光时,滑动变阻器两端电压为6 V-3.8 V=2.2 V,故应将电压表并联在滑动变阻器两端,如答案图所示;(2)为了 保护电路,开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处,即A端;(3)灯不亮,电流表无示数,而电压表有 示数,这明显是与电压表并联的用电器断路,导致电压表串联在了电路中时的现象,所以故障原因应是滑动 变阻器断路;(4)当电压表的示数为2.2 V时,小灯泡正常发光,小灯泡的额定功率P额=U额I额=3.8 V×0.38 A=1.44 4 W,结果保留两位小数为1.44 W。
考点四 电热
1.(2018福建A,8,2分)新的国家标准对延长线插座配用电缆的导线横截面积要求进行了修改,额定电流16 A 的延长线插座,导线最小标称横截面积由1 mm2提升到1.5 mm2。增大导线横截面积的目的是 ( )A.增大导线的电阻B.减小通过导线的电流C.增大导线的电压D.减小导线发热的功率
答案 D 在其他条件不变的情况下,增大导线的横截面积就减小了导线的电阻,A错误;在输电电压不变 时,通过导线的电流主要由用电器的总功率决定,B错误;若通过导线的电流不变时,根据U=IR可知,在导线的 电阻变小时,导线的电压也变小,C错误;根据P=I2R可知,在输电电流不变时,导线的电阻变小,则导线的发热 功率变小,D正确。故选D。
2.(2018北京,21,2分)(多选)小辉想探究电流通过电阻时产生的热量与哪些因素有关。他连接了如图所示的 电路进行实验,其中两个完全相同的烧瓶内分别装有质量相等、初温均为25 ℃的煤油,阻值为5 Ω和10 Ω的 电阻丝R1、R2。闭合开关一段时间后,记录此时两个温度计的示数。根据上述实验,下列说法中正确的是 ( )
A.此实验探究的是热量与电阻的关系B.此实验探究的是热量与电流的关系C.此实验探究的是热量与时间的关系D.此实验中用温度计示数变化的大小反映产生热量的多少
答案 AD R1和R2串联,通过它们的电流相同,通电时间相同,R13.(2019湖南长沙,31,4分)如图,两个透明容器中密封着等量的空气,U形管中液面高度的变化反映密闭空气 温度的变化。两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端,小海用此电路来探究电流通过导体时产生的热量 跟什么因素有关。由图可知,在电流大小和通电时间相等的情况下,电阻越大,这个电阻产生的热量越 ;若通过电阻的电流为0.5 A,通电10 s,阻值为10 Ω的电阻产生的热量是 J。
答案 多 25
解析 由图可知右侧U形管液面高度差较大,故在电流大小和通电时间相等的情况下,电阻越大,产生的热 量越多;I=0.5 A,t=10 s,R=10 Ω,则Q=I2Rt=(0.5 A)2×10 Ω×10 s=25 J。
解题关键 本题关键在于对焦耳定律Q=I2Rt的理解与简单运用。
4.(2018四川成都,A22,4分)如图所示,电热水壶上标有“220 V 1 800 W”,小明发现烧水过程中热水壶的 发热体部分很快变热,但连接的电线却不怎么热,是因为导线的电阻比发热体的电阻 。在额定电压 下,烧开一壶水用时 3 min 20 s,这段时间内电热水壶发热体产生的热量为 J。
答案 小 3.6×105
思路分析 由焦耳定律知道,电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻大小和通电时间成正比。电热 水壶内的发热体和连接的导线串联在电路中(通过的电流相等),通电时间是相同的,而发热体的电阻比导线 的电阻大,据此分析原因;根据Q=I2Rt=Pt可求电热水壶的发热体产生的热量。
解题技巧 纯电阻电路中,电流做的功全部转化为热量,因此根据时间和功率求出电流做的功就是电阻产 生的热量。
5.(2015广东,14,3分)如图是一种电热暖手宝及其主要参数,暖手宝内有水及加热元件等,选用水作为吸热或 放热物质是因为水的 较大(选填“密度”、“比热容”或“质量”)。使用前要先给暖手宝通电 加热,假设所消耗的电能有70%转化为水的内能,则在额定电压下,水由15 ℃加热至自动断电,此过程中消耗 的电能是 J,所需要的加热时间为 s。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)] 甲
答案 比热容 3×105 600
6.(2018辽宁沈阳,13,3分)小华家新买了一台电热水壶,铭牌上标明“220 V 1 000 W”,水壶中加入1 L水, 水深10 cm,水对壶底的压强为 Pa;在标准大气压下,正常工作6 min,将水从25 ℃加热至沸腾,水吸 收的热量为 J,消耗电能 J。[1 L=1 dm3,ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃),g=10 N/kg]
答案 1 000 3.15×105 3.6×105
解析 h=10 cm=0.1 m,水对壶底的压强p=ρ水hg=1.0×103 kg/m3×0.1 m×10 N/kg=1 000 Pa;水从25 ℃到沸腾,Δt =100 ℃-25 ℃=75 ℃,m水=ρ水V水=1.0×103 kg/m3×10-3 m3=1 kg,所以水吸收的热量Q吸=c水 m水 Δt=4.2×103 J/(kg· ℃)×1 kg×75 ℃=3.15×105 J;消耗电能W=Pt=1 000 W×6×60 s=3.6×105 J。
7.(2018吉林,15,2分)一只标有“8 V 0.4 A”的小灯泡,接在电源电压为12 V的电路中,为使其正常发光,应 串联一个 Ω的电阻;该电阻通电10 s所产生的热量是 J。
答案 10 16
思路分析 由串联电路“等流分压”和R=U/I算出电路中需串联的电阻值;电阻产生的热量与所消耗的电 能相等,故Q=W=UIt。
8.(2016宁夏,29,5分)小明家的电饭锅电源线坏了,他在网上新买了一根,使用时闻到橡胶的焦煳味,他立即拔 下电源插头,发现这根电源线很热,其他用电器仍然正常工作。你认为引起电源线过热的原因可能是 ( )A.电路的电压过高 B.新买的电源线过细C.新买的电源线过粗 D.新买的电源线过短选择理由: 。
答案 B(3分) 电源线过细时,电阻较大;因为电源线与电饭锅串联,所以电流相等,根据焦耳定律可知,电源 线电阻越大,产生热量就越多评分说明:电源线过细时,电阻较大(1分),由焦耳定律可知,电流一定时,电阻越大,产生热量越多(1分)。注:利用排除法能够说出A、C、D选项是错误的也可得分。
9.(2016江西南昌,14,4分)如图所示,是探究焦耳定律的实验装置。已知R1答案 = < 热效应 做功
解析 由于R1、R2串联,电流相等,根据Q=I2Rt,又通电时间相等,R110.(2019重庆A,18,6分)如图所示,电源电压恒定,电阻R1为20 Ω,R2为10 Ω,闭合开关S,电流表A1、A2的示数分 别为0.9 A和0.6 A。求: (1)通过R1的电流;(2)通电10秒电阻R2产生的电热。
答案 (1)0.3 A (2)36 J
11.(2018黑龙江齐齐哈尔,30,8分)如图甲是家用电暖器,利用电热给煤油加热取暖。图乙为其简化的电路原 理图,已知电阻R1>R2,铭牌见表。在电暖器跌倒时,跌倒开关S自动断开,切断电源,保证安全。电暖器有“高 温挡”、“中温挡”和“低温挡”三个挡位,解答下列问题:已知c煤油=2.1×103 J/(kg·℃),ρ煤油=0.8×103 kg/m3(1)煤油温度升高20 ℃时,吸收了多少焦耳的热量?(2)电暖器在中温挡时,正常工作的电流为多少?(3)R1的阻值为多少?(写出文字说明)
答案 (1)8.4×105 J (2)5 A (3)见解析
解析 (1)m=ρ煤油V=0.8×103 kg/m3×25×10-3 m3=20 kg(1分)Q=c煤油mΔt=2.1×103 J/(kg·℃)×20 kg×20 ℃=8.4×105 J(2分)(2)I= = =5 A(2分)(3)由于R1>R2,由P= 可知,当电压一定时,电阻越大,功率越小,所以S、S1闭合,只有R1工作时,电路中电阻最大,功率最小,P低=500 W。 (1分)R1= = =96.8 Ω(2分)评分说明:(1)其他做法只要正确也得满分 (2)计算性错误不累积扣分
考点一 电功和电能
1.(2018北京朝阳一模,12)额定电压均为220 V的甲、乙两个电饭煲,已知甲的额定功率是1 000 W,乙的额定 功率是800 W,将两个电饭煲分别接入我国的家庭电路中工作时,下列说法正确的是 ( )A.甲转化成的内能一定比乙多B.通过甲的电流一定比乙小C.乙的电阻一定比甲小D.乙消耗电能一定比甲慢
2.(2019山东滨州二模,13)(多选)如图所示是某家庭电路的部分连接情况,下列说法正确的是 ( ) A.图中的两根进户线分别为火线和地线B.该家庭同时工作的用电器的总功率不能超过4 400 WC.该家庭一共用电123.4 kW·hD.当电路中发生漏电时空气开关会起到保护作用
答案 BC 进户线分别为火线和零线,故A错误;由图可知,电能表的额定最大电流为20 A,则该家庭同时工 作的用电器的最大总功率P最大=UI最大=220 V×20 A=4 400 W,故B正确;由图可知电能表读数为123.4 kW·h,表 示该家庭一共用电123.4 kW·h,故C正确;当电路中电流过大时,空气开关会断开,从而保护电路;当发生漏电 或发生触电事故时,漏电保护开关会断开,而空气开关不会断开,故D错误。故选B、C。
3.(2019福建龙岩一模,21)如图所示的某家庭电路的电能表读数为 kW·h。当该电路中只有一电饭 煲工作15 min时,电能表的转盘转过500转,电饭煲的实际功率是 W。
答案 520.3 1 000
解析 电能表是用来测量消耗电能多少的仪器,在读数时注意最后一位是小数位,单位是kW·h;由图可知,此 时电能表的示数为520.3 kW·h;2 000 r/(kW·h)表示每消耗1 kW·h的电能,电能表的转盘转动2 000转,电能表转盘转动500转,则电饭煲消耗的电能W= ×1 kW·h=0.25 kW·h,电饭煲的实际功率P= = =1 kW=1 000 W。
4.(2019福建厦门质检,20)某新能源汽车车载电池的部分参数如图,充电时,车载电池是 (选填“电 源”或“用电器”),该电池充满电至少需 min。
答案 用电器 52
5.(2018四川成都外国语学校一模,22)空气污染指数(API-Air Pollution Index的英文缩写)是一种反映和评价 空气质量的方法,便于直观表征空气质量状况和空气污染的程度。我市某兴趣小组为了检测空气质量指 数,设计了如图甲所示的检测电路,R为气敏电阻,其电阻的倒数与空气质量指数的关系如图乙所示,已知电 源电压12 V保持不变。R0=5 Ω,当电压表示数为4 V时,那么,2 min内R0消耗的电能是 J;此时空气质 量指数是 。
答案 384 25
考点二 电功率
1.(2019吉林长春朝阳一模,9)节能扶梯在无人乘坐时,低速运行以达到节能的目的,该功能的实现是通过 ( )A.增大电流 B.增大电源电压C.减小总功率 D.增大总功率
答案 C 节能扶梯在无人乘坐时,低速运行以达到节能的目的;由W=Pt可知,在时间一定时,减小扶梯的总 功率可以减少消耗的电能;由P=UI可知,要减小扶梯的总功率,应减小电流或减小电源电压。故选C。
2.(2018重庆江津六校联考,8)某同学所做电学实验的电路如图所示,电源电压恒为4.5 V,定值电阻R1标有“5 Ω 0.5 A”,滑动变阻器R2规格“20 Ω 1 A”,电压表量程“0~3 V”,在不损坏电路元件的情况下,下列判断不正确的是 ( ) A.R1的最小功率是0.45 WB.该电路的最大功率是2.25 WC.电路中电流变化的范围是0.18~0.5 AD.滑动变阻器阻值变化的范围是4~10 Ω
答案 C 由电路图可知,R1与R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路中的电流。(1)当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时,电路中的电流:I= = =0.9 A,因串联电路中各处的电流相等,且定值电阻允许通过的最大电流为0.5 A,滑动变阻器允许通过的最大电流 为1 A,所以,为了不损坏电路元件,电路中的最大电流为0.5 A,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小,电路 的电功率最大,此时电路中的总电阻:R= = =9 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:R2小=R-R1=9 Ω-5 Ω=4 Ω,该电路的最大功率:P大=UI大=4.5 V×0.5 A=2.25 W,故B正确;
(2)当电压表的示数为3 V时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,R1的功率最小,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,R1两端的电压:U1=U-U2=4.5 V-3 V=1.5 V,电路中的最小电流:I小= = =0.3 A,则电路中电流变化的范围是0.3~0.5 A,故C错误;滑动变阻器接入电路中的最大阻值:R2大= = =10 Ω,则滑动变阻器阻值变化的范围是4~10 Ω,故D正确;R1的最小功率:P1小=U1I小=1.5 V×0.3 A=0.45 W,故A正确。
3.(2018四川成都外国语学校一模,10)两只灯泡A和B的额定电压都是110 V,A的额定功率为60 W,B的额定功 率为100 W,为了把它们接在220 V电路上都能正常发光,并要电路中消耗的电功率最小,应采用下面的哪种 接法 ( )
答案 A 由于额定电压都是110 V,额定功率PA=60 W、PB=100 W,由此可知RA>RB,把灯泡A与电阻并联的 话,会使并联的部分的电阻更小,可能使B与并联部分的电阻相同,所以A、B可能同时正常发光,并且并联部 分电路消耗的功率与B灯泡的功率相同,所以总功率为200 W;由于灯泡要满足110 V的额定电压,所以当A灯 泡与电阻串联以后,再与B灯泡并联,此时B灯泡的电压为220 V高于110 V的额定电压,不能正常工作,故B错 误;RA>RB,把灯泡B与电阻并联的话,并联部分的电阻小于灯泡B的电阻,根据串联电路分压规律可知,A、B的 电压不可能相等,则A、B不会同时正常发光,故C错误;把A、B并联之后与电阻串联接入电路的话,当电阻的 阻值与A、B并联的总电阻相等时,A、B就可以正常发光,此时电阻消耗的功率等于A、B灯泡功率之和,所 以电路消耗的总功率为320 W。由以上分析可知,正常发光并且消耗的功率最小的为选项A。故A正确。
4.(2019江苏苏州吴江二模,12)在综合实践活动课上,小明设计了一个如图甲所示的调光电路。已知电源电 压不变,L标有“6 V 3 W”字样,定值电阻R1的阻值为6 Ω。闭合开关,将滑动变阻器R2的滑片P从最右端逐 渐滑至最左端,记下多组对应的电压表和电流表示数,描绘出的I-U图线如图乙所示。则下列说法正确的是 ( ) 图甲
图乙A.滑动变阻器的最大阻值为12 ΩB.电源电压为10 VC.滑片在滑动过程中,灯丝电阻保持不变D.滑动变阻器R2的滑片P在最右端时,灯泡L的实际功率为0.36 W
答案 D 由电路图可知,灯泡L、定值电阻R1、滑动变阻器R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路 中的电流。由P=UI可得,灯泡的额定电流:IL= = =0.5 A,由图乙可知,当电压表的示数为零时,电流表的示数I=0.5 A和灯泡的额定电流相等,此时滑动变阻器接入电路中的电阻为零,灯泡两端的电压为UL=6 V,由I= 可得,此时R1两端的电压:U1=ILR1=0.5 A×6 Ω=3 V,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,电源的电压U=UL+U1=6 V+3 V=9 V,故B错误;此时灯泡正常发光,电阻为:
RL= = =12 Ω;滑动变阻器R2的滑片P在最右端时,接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,由图乙可知,电路中的最小电流I小=0.3 A,电压表的示数U2=6 V,则滑动变阻器的最大阻值:R2= = =20 Ω,故A错误;R1两端的电压:U1'=I小R1=0.3 A×6 Ω=1.8 V,灯泡两端的电压:UL'=U-U1'-U2=9 V-1.8 V-6 V=1.2 V,灯泡L的实际功率:PL'=UL'I小=1.2 V×0.3 A=0.36 W,故D正确;此时灯泡的电阻:
RL'= = =4 Ω≠RL=12 Ω,则滑片在滑动过程中,灯丝电阻是变化的,故C错误。故选D。
解题关键 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率的公式的应用,关键是从图像中获取有用的信 息,要注意灯泡正常发光时的电流为额定电流。
思路分析 由电路图可知,灯泡L、定值电阻R1、滑动变阻器R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路 中的电流。(1)根据P=UI求出灯泡的额定电流,然后与从图像中读出的最大电流相比较确定灯泡能正常发光,此时滑动 变阻器两端的电压为零,灯泡两端的电压和额定电压相等,根据串联电路的电压特点求出电源的电压,根据 欧姆定律求出此时灯泡的电阻。(2)滑动变阻器R2的滑片P在最右端时,接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,根据图乙可知电路中的 最小电流和此时电压表的示数,根据欧姆定律求出滑动变阻器的最大阻值,再根据欧姆定律求出R1两端的 电压,根据串联电路的电压特点求出灯泡两端的电压,根据P=UI求出灯泡L的实际功率,利用欧姆定律求出 此时灯泡的电阻,然后得出灯丝电阻是否变化。
5.(2019陕西西工大二模,8)如图甲电路中,电源电压保持不变,R1是定值电阻。当开关S闭合,滑动变阻器R2的 滑片P由a端移动到b端,两电表示数变化关系如图乙所示,则下列说法中不正确的是 ( ) 甲 乙A.电源电压为10 VB.R2的最大阻值是30 ΩC.滑片P由a向b恰好移动三分之一长度时R1的电功率为2.22 WD.滑片P在a端时,2分钟内R2消耗的电能是144 J
答案 C 两电阻串联,电压表测R1两端电压。R2滑片在b端时电压表示数为电源电压,故电源电压为10 V,A 项正确;滑片P在a端时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,R2两端电压U2=U-U1=10 V-4 V=6 V,则R2m= = =30 Ω,故B项正确;R1= = =20 Ω,P由a向b移动三分之一长度时R2=20 Ω,所以U1'=U2'=5 V,此时P1= = =1.25 W,故C项错误;P在a端时,U2=6 V,I=0.2 A,则2 min内R2消耗的电能W=U2It=6 V×0.2 A×2×60 s=144 J,D项正确。故选择C。
审题技巧 串联电路电阻最大时,电路中电流最小;电阻最小时,电流最大,故图乙中点(0.5 A,10 V)对应滑片 P在b端,点(0.2 A,4 V)对应滑片P在a端。
6.(2019福建厦门质检,21)如图甲是小灯泡L和电阻R的电流随电压变化的图像,将它们按乙图所示接入电路 中,只闭合开关S,小灯泡的实际功率为1 W;再闭合开关S1,电流表示数将 (选填“变大”“变小” 或“不变”),此时电路消耗的总功率为 W。 甲
乙
答案 变大 1.4
解析 只闭合开关S时,电路为L的简单电路,电流表测通过L的电流;由图甲可知,UL=2 V,IL=0.5 A时,小灯泡 的实际功率为1 W,说明电源电压为2 V;再闭合开关S1时,灯泡L与电阻R并联,电流表测干路电流;因并联电 路中各支路独立工作、互不影响,所以通过L的电流不变,又因并联电路中各支路两端的电压相等;由图甲 可知,电压为2 V时通过R的电流IR=0.2 A,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 =IR+IL=0.2 A+0.5 A=0.7 A,所以电流表的示数变大;此时电路消耗的总功率为P=UI=2 V×0.7 A=1.4 W。
考点三 测量小灯泡的电功率
1.(2018吉林长春宽城一模,10)如图所示的电路中,电源电压不变,闭合开关S后,小灯泡的功率为2 W,电路消 耗的功率为6 W。如果把R换成R',小灯泡的功率为3 W(不计温度对灯丝电阻的影响),则此时电阻R'的功率P ( ) A.大于3 W B.介于2 W和3 W之间C.等于3 W D.小于2 W
答案 A 小灯泡的功率为2 W,电路消耗总功率为6 W,设此时电流为I1,把R换成R',小灯泡的功率为3 W,设 此时电流为I2,可知I2大于I1,根据P=UI可知总功率大于6 W,所以R'的功率大于3 W。
思路分析 要紧紧把握住总功率等于两个用电器功率之和这一关系。灯泡功率由2 W增大到3 W,则电路 中电流肯定增大了,又电源电压不变,则总功率变大,总功率大于6 W,所以电阻R'的功率大于3 W。
2.(2019陕西西安行知中学一模,8)青青同学做电学实验时,电路如图所示。已知所用电流表的量程为0~0.6 A,电压表的量程为0~3 V,电源电压为6 V(保持不变),滑动变阻器R标有“50 Ω 1 A”字样,定值电阻R0为10 Ω。开关闭合后,在移动滑片的过程中,若保证电路安全,下列情况可能出现的是 ( ) A.电阻R0的功率为1 WB.滑动变阻器调到0 ΩC.电流表示数为0.5 AD.电压表示数为2 V
答案 D 当电压表示数为3 V时,滑动变阻器允许接入的电阻最小,因串联电路中总电压等于各分电压之 和,所以此时滑动变阻器两端的电压UR=U-U0大=6 V-3 V=3 V,则滑动变阻器接入电路中的最小阻值R小=R0=1 0 Ω,滑动变阻器不可以调到0 Ω,故B不符合题意。由电路图可知,定值电阻R0与滑动变阻器R串联,电压表测 R0两端电压,电流表测电路中的电流。因电源的电压大于电压表的最大示数,所以,根据串联电路的特点和 欧姆定律可知,当电压表的示数最大时电路中的电流最大,此时R0消耗的电功率最大,变阻器接入电路中的 电阻最小,则电路中的最大电流I大= = =0.3 A,即电流表的最大示数为0.3 A,电流表示数不可能为0.5 A,故C不符合题意;电阻R0的最大功率 = I大=3 V×0.3 A=0.9 W,电阻R0的功率为1 W不可能出现,故A不符合题意;当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中电流最小,电阻R0分得的电压最小,即电压表的示 数最小,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电路中的最小电流I小= = =0.1 A,电压表的最小示数 =I小R0=0.1 A×10 Ω=1 V,电压表示数为2 V可能出现,故D符合题意。故选D。
3.(2018广东东莞二模,14)如图甲所示电路,电源电压为6 V,当开关S闭合后,电流表的指针偏转如图乙所示, 其中a电流表测量的是通过 (选填“电源”、“L1”或“L2”)的电流,b电流表的读数应为 A,L2消耗的功率为 W。 甲 乙
答案 L1 1.2 5.4
解析 由电路图可知,两灯泡并联,电流表a测L1支路的电流,电流表b测干路电流,因为并联电路中干路电流 等于各支路电流之和,且b电流表指针的偏转角小于a电流表指针的偏转角,所以a电流表所用的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,示数为0.3 A,即I1=0.3 A,b电流表所用的量程为0~3 A,分度值为0.1 A,示数为1.2 A,即I=1. 2 A,则灯L2的电流为I2=I-I1=0.9 A,L2消耗的功率P2=UI2=6 V×0.9 A=5.4 W。
4.(2019重庆綦江模拟,18)在“测量小灯泡电功率”的实验中,电源电压是4.5 V,小灯泡的额定电压是2.5 V, 电阻约为10 Ω。(1)请你用笔画线代替导线,将如图甲中的电路元件连接成实验电路(要求滑片向右移动时灯泡变暗,连线不 得交叉)。 甲
乙 丙(2)实验过程中,移动滑动变阻器的滑片P到某点,电压表的示数如图乙所示,为 V。若要测量小灯泡 的额定功率,应将图中的滑片P向 (选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为 V为止, 这时电流表的示数如图丙所示,计算出此小灯泡的额定功率是 W。(3)另一实验小组在实验中,电路连接正确,操作规范。闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,发现灯不亮,电压 表 示数(选填“有”或“无”),电流表 示数(选填“有”或“无”),出现这一故障的原 因是 。
答案 (1)如图所示 (2)1.7 A 2.5 0.9 (3)无(有) 有(无) 灯泡被短路(灯泡断路)
解析 (1)小灯泡的额定电压是2.5 V,电阻约为10 Ω,灯泡正常工作时的电流约为I= =0.25 A,电流表选用小量程与灯串联;要求滑片向右移时灯泡变暗,即电流变小,连入电路中电阻变大,应将左下接线柱连入电路中。(2)实验过程中,移动滑动变阻器的滑片P到某点,电压表的示数如图乙所示,因电压表选用小量程,分度值为 0.1 V,示数为1.7 V,因灯在额定电压下才能正常发光,要想测小灯泡的额定功率,应增大灯泡两端的电压,由 串联电路电压的规律知,要减小变阻器分得的电压,根据串联分压原理,应减小变阻器连入电路中的电阻,即 滑片向A端移动,直到电压表示数为2.5 V;电流表选用小量程,分度值为0.02 A,图丙中,电流表示数为0.36 A,小灯泡的额定功率P=2.5 V×0.36 A=0.9 W;(3)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,发现灯不亮,电压表无示数,电流表有示数,说明电路是通的,故可能是 灯泡短路;或电流表无示数,电压表有示数,说明电路不通,电压表串联在电路中,可能是灯泡断路。
5.(2019福建厦门质检,28)两只铭牌模糊的小灯泡L1、L2,仅能看清分别标有“0.3 A”和“0.5 A”字样。 甲
乙 丙(1)如图甲是小明测量小灯泡L1额定功率时连接的实物图。①图中有一根线连接错误,请在这根线上打“✕”,并在图中改正;②闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应位于 (选填“A”或“B”)端;③闭合开关,移动滑片P,通过观察 表的示数来判断小灯泡是否正常发光。小灯泡正常发光时,电压
表的示数如图乙所示,则小灯泡L1的额定功率为 W。(2)小亮利用如图丙所示的电路测出了小灯泡L2的额定功率,请在虚线框内补上小灯泡、电压表和定值电阻 R(阻值已知)这三个元件的符号,使电路完整,实验操作方便。
(2)如图所示
解析 (1)①电压表测电源电压是错误的,应测灯L1两端的电压。②闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应位于阻值最大处即B端;③灯在额定电流下正常发光,闭合开关,滑动滑片P,通过观察电流表的示数来判断小灯泡是否正常发光,小 灯泡正常发光时,电压表的示数如图乙所示,电压表选用小量程,分度值为0.1 V,示数为2.5 V,则小灯泡的额 定功率为:P=UI=2.5 V×0.3 A=0.75 W。(2)电路图如答图所示,断开S2闭合S1,电压表测定值电阻两端的电压,调节滑动变阻器,使电压表的示数为U'= 0.5 A×R,此时通过L2的电流为0.5 A,L2正常发光,断开开关S1,闭合开关S2,电压表测电阻与灯泡两端的总电压 U总,则灯泡两端的额定电压U额=U总-U'。
考点四 电热
1.(2019江苏徐州一模,2)如图所示的用电器中,利用电流热效应工作的是 ( )
答案 C 利用电流的热效应工作时,把电能转化为内能。电风扇工作时,主要是把电能转化为机械能,电 视、电脑工作时,主要将电能转化为光能和声能,电熨斗工作时,主要把电能转化为内能,即电熨斗利用电流 的热效应工作,故选C。
2.(2019江苏无锡惠山二模,11)如图为“探究电流产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个相 同的烧瓶中密封初温相同、质量相等的煤油,通电一段时间后,右侧玻璃管中液面比左侧高。下列说法正 确的是 ( ) A.通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少,这种方法是控制变量法B.右侧电阻丝的阻值比左侧的小C.通过右侧电阻丝的电流比左侧的小D.该装置用于探究电流通过导体产生的热量的多少与电阻大小的关系
答案 D 通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少,这属于转换法,故A错误;由图知,两电阻丝 串联,根据串联电路的电流特点可知,各处的电流是相同的,故C错误;两个相同的烧瓶中密封初温相同、质 量相等的煤油,通电一段时间后,右侧玻璃管中液面比左侧高,说明电流通过右侧电阻丝产生的热量多;电流 和通电时间均相同,根据焦耳定律Q=I2Rt可知,右侧电阻丝的阻值大,故B错误;通过电阻丝的电流和通电时 间均相同,由于左右两侧电阻丝的阻值不同,所以探究的是电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关 系,故D正确。
3.(2017辽宁本溪毕业练习一,21)(3分)如图所示电路中,定值电阻R的阻值为20 Ω,电动机线圈电阻为2 Ω。 闭合开关S,电流表A1的示数为0.8 A,A2的示数为0.3 A,则电源电压为 V,电路消耗的总功率为 W,1 min内电流通过电动机产生的热量为 J。
答案 6 4.8 30
4.(2019河南郑州二模,5)在创客比赛中,晓光设计了一个暖箱温度显示器,如图(a)所示,其原理是利用电压表 的示数表示暖箱内的温度。已知电源电压恒为4 V,R0的阻值为150 Ω,R1是热敏电阻,图(b)是它的阻值-温度 的关系图像。当暖箱内温度为60 ℃时,电压表的示数是 V;电压表的量程为0~3 V,则暖箱内的最高 温度是 ℃。若将R0换用阻值更大的电阻,则暖箱内能达到的最高温度将 (选填“升 高”、“降低”或“不变”)。 (a) (b)
答案 2 100 降低
5.(2018广东汕头濠江模拟,20)如图甲是一台常用的电热饮水机,如表所示是它的铭牌数据,如图乙是它的电 路原理图。其中S2是温控开关,R1是定值电阻,R2是加热电阻。当S2闭合时,饮水机处于加热状态;当S2断开 时,饮水机处于保温状态。
(1)在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是多大?(2)饮水机正常工作时,将热水箱中的水从20 ℃加热到90 ℃,需用时14 min[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]。求此加热过程中饮水机的加热效率。(3)求电阻R1的阻值。
答案 (1)2 A (2)79.5% (3)1 100 Ω
解析 (1)在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是I= = =2 A(2)热水箱中水的质量:m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×1×10-3 m3=1 kg水吸收的热量:Q吸=cm(t2-t1)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(90 ℃-20 ℃)=2.94×105 J电流做的功:W=P加热t=440 W×14×60 s=3.696×105 J因为该电路是纯电阻电路,所以Q放=W饮水机的加热效率:η= ×100%= ×100%=79.5%(3)当S2闭合时,饮水机处于加热状态R2= = =110 Ω当S2断开时,R1与R2串联,饮水机处于保温状态电路中总电阻R总= = =1 210 Ω
R1=R总-R2=1 210 Ω-110 Ω=1 100 Ω
一、选择题(每小题3分,共12分)1.(2019四川江油一模,12)甲、乙两只灯泡,其I-U关系图像如图所示,现将甲、乙两灯串联在电路中,当甲灯 两端的电压为2 V时,乙灯消耗的功率是 ( ) A.1.2 W B.0.8 W C.2 W D.3 W
答案 A 将甲、乙两灯串联在电路中,且甲灯两端的电压为2 V时,由图像可知通过甲灯泡的电流为0.4 A, 因串联电路中各处的电流相等,所以此时通过乙灯泡的电流I乙=I甲=0.4 A,由图像可知,I乙=0.4 A时,乙灯泡两 端的电压U乙=3 V,则乙灯消耗的功率P乙=U乙I乙=3 V×0.4 A=1.2 W。故选A。
2.(2019福建泉州质检,10)某电热水壶有电热丝R和两个开关S1、S2。当水沸腾后壶内积聚了大量水蒸气使 S1自动断开,壶停止加热;若壶中没水,壶的温度升高到120 ℃时S2自动断开,壶停止加热防止干烧。图中符 合上述功能的电路图是 ( )
规律总结 (1)串联电路中各用电器的工作互相影响,一个用电器因开路停止工作,则所有用电器都不能工作;(2)并联电路中,各支路中的用电器的工作互不影响,当某一支路开路时,其他支路仍可正常工作。
答案 A 当水沸腾后壶内积聚了大量水蒸气使S1自动断开,壶停止加热;若壶中没水,壶的温度升高到120 ℃时S2自动断开(防止干烧),壶停止加热;说明两开关只要有一个断开后都会使壶停止加热,两开关是串联 的,且与R是串联的,故只有A符合题意。故选A。
3.(2019江苏太仓一模,12)如图甲所示,R1为定值电阻,滑动变阻器R2的滑片从a端滑到b端的过程中,R2消耗的 电功率P2与其两端电压U2的关系图像如图乙所示,下列说法正确的是 ( ) 甲 乙
A.R1的阻值为20 ΩB.R2的最大阻值为50 ΩC.电源电压为8 VD.该电路消耗的最大电功率为0.9 W
答案 B 由图甲可知,R1和R2串联,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流。由图乙可 知,当滑动变阻器两端电压为2 V时,其消耗的功率为0.8 W,由P=UI可得,此时电路中的电流为I= = =0.4 A,由I= 及串联电路的电压规律可得,电源的电压U=IR1+U2=0.4 A×R1+2 V, ①;由图乙可知,当滑动变阻器两端电压为5 V时,其消耗的功率为0.5 W,由P=UI可得,此时电路中的电流为I'= = =0.1 A,由I= 及串联电路的电压规律可得,电源的电压U=I'R1+U2'=0.1 A×R1+5 V, ②,电源电压不变,则0.4 A×R1+2 V=0.1 A×R1+5 V,解得R1=10 Ω,故A错误;电源电压为U=0.4 A×10 Ω+2 V=6 V,故C错误;由图乙可知,当变阻器两端电压最大,为5 V时,滑动变阻器的阻值全部接入电路中,电路电阻最大,此时电流
最小,为I'=0.1 A,则滑动变阻器的最大阻值为R2大= = =50 Ω,故B正确;当滑动变阻器接入电路的电阻为0时(电路为R1的简单电路),电路中的电阻最小,电流最大,则电路中的最大电流为I大= = =0.6 A;该电路消耗的最大电功率P大=UI大=6 V×0.6 A=3.6 W,故D错误。故选B。
4.(2018安徽合肥安庆名校联考,15)如图所示的是“探究电流热效应”的实验装置,烧瓶内装有质量和初温 完全相同的煤油,铜丝和镍铬合金丝的长度、横截面积均相同,则下列说法中不正确的是 ( ) A.利用甲图的实验装置可以探究电流产生的热量与电阻的关系B.在甲图中,为了缩短实验时间,滑片应适当向左移动
C.实验中,通过观察温度计上升的示数来比较电流产生的热量的多少D.利用乙图的实验装置,只能探究电流产生的热量与电流大小的关系
答案 D 铜丝和镍铬合金丝的长度和横截面积都相同,由于材料不同,其电阻不同,甲图中两个金属丝串 联,电流相同,故用甲图可以探究电流产生的热量与电阻的关系,A项正确;甲图中滑片向左滑动,电阻减小,电 流变大,两段电阻丝的功率变大,可以缩短实验时间,B项正确;实验中,温度计示数上升越多,说明电阻丝产生 热量越多,故C项正确;利用乙图还可以探究电流产生的热量和加热时间的关系,D项错误。
5.(2分)一天小明家中的IC卡电能表上的金额用完了,电能表便切断了电路。小明的父亲将有300元的IC卡 插入电能表,电路又接通了,此时电能表的示数为 。小明家所在地每度电的电费是0.6元,300元电费可用电 kW·h。为防止电能表再次切断电路,小明家应在电能表的示数为 前为IC卡电能表充值。
二、非选择题(共38分)
易错警示 电能表示数的最后一位为小数点后一位数。
思路分析 由总价和单价计算出消耗的电能;一段时间内电能表的两次示数之差即为所消耗的电能。
6.(2019重庆綦江模拟,11)(2分)如图所示是直流电动机提升重物的示意图,电源电压为36 V且保持不变,电路 中的电流是2 A,质量为8 kg的重物在电动机带动下以0.8 m/s的速度匀速上升,不计各处摩擦,则电动机线圈 的电阻是 。(g取10 N/kg)
答案 2 Ω
解题关键 本题解题的关键在于明确能量的转化方向,知道消耗的电能转化为了机械能和内能,则可求得 发热功率;同时明确发热功率是线圈内阻通电发热的功率。
7.(2019陕西西安铁一中二模,20)(6分)如图所示是某家用电热水壶内部的电路简化结构图,其中R1、R2为阻 值相同的电热丝,有甲、乙、丙、丁四种不同的连接方式,该电热水壶有高温、中温、低温三挡,中温挡的 额定功率为500 W。求:
(1)电热水壶调至中温挡正常加热,将质量为2 kg温度为30 ℃的水烧开(标准大气压下)需要20 min,水所吸收 的热量 。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)](2)甲、乙、丙、丁四种连接方式中, 是高温挡的连接方式。电热水壶高温挡的额定功率为 。
答案 (1)5.88×105 J (2)丁 1 000 W
8.(2018福建龙岩联考,30)(14分)在测量额定电压为2.5 V的小灯泡电功率的实验中,电路已部分连接,如图甲 所示: 甲(1)请你用笔画线代替导线,将图甲中的电压表接在灯泡两端。
(2)正确接入电压表后闭合开关,发现灯泡不亮,电流表无示数,电压表示数等于电源电压,其故障可能是 。(3)排除故障后,移动滑片P到某一位置时,电压表示数如图乙所示,若要测量小灯泡的额定功率,应将滑片P 向 (选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为 V。 乙(4)移动滑片P,记下多组对应的电压表和电流表的示数,并绘制成图丙所示的I-U图像,根据图像信息,可 计算出小灯泡的额定功率是 W。
丙
解析 (1)灯泡的额定电压为2.5 V,电压表要选择0~3 V量程,电压表并联在灯泡两端,电流从正接线柱流入, 从负接线柱流出。(2)灯泡不亮,电流表无示数,电路可能断路,又知电压表示数等于电源电压,则电压表与电源两极之间是相连 的,则故障可能是与电压表并联的小灯泡处发生了断路。(3)电压表使用0~3 V量程,分度值为0.1 V,电压表读数为2.2 V。要使灯泡正常工作,灯泡两端电压应从2.2 V 增大到2.5 V,电路电流要增大,总电阻要减小,滑动变阻器的电阻要减小,滑片向B端移动。(4)从图像得知,灯泡两端电压为2.5 V时,电流为0.3 A,额定功率P=2.5 V×0.3 A=0.75 W。
思路分析 (1)图中还有电压表没有接入电路,连接时要考虑电压表的量程、连接方式、正负接线柱。(2)灯泡不亮可能是灯泡断路或短路。灯泡断路时,电路断路,电路中没有电流,电流表无示数,电压表串联在 电路中,电压表测量电源电压;灯泡短路时,电路总电阻减小,电路中电流增大,电流表示数增大,电压表被短 路,示数为零。(3)读出电压表示数为2.2 V,要使灯泡正常工作,灯泡两端电压应增大到2.5 V,电路电流要增大,总电阻要减 小,滑动变阻器的电阻要减小。(4)从图像中查得电压为额定电压2.5 V时,电流I=0.3 A,根据P=UI计算额定功率。
9.(2019江苏南京建邺二模,26)(14分)某实验小组做“测量小灯泡的功率”实验,实验所用器材有电压为4.5 V的电源、额定电压为2.5 V的小灯泡(正常发光时的电阻约为10 Ω)、电流表(0~0.6 A,0~3 A)、电压表(0~3 V,0~15 V)、滑动变阻器(50 Ω 1 A)、开关各一个,导线若干。 甲
乙 丙(1)请用笔画线代替导线,在图甲中把电路连接完整,连线时导线不能交叉。(2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移至最 (左/右)端。(3)闭合开关后,两电表都有读数,但小灯泡不亮,可能的原因是 。(4)闭合开关后,移动变阻器的滑片,使电压表的示数为2.5 V,此时电流表示数如图乙所示,其读数为 A,小灯泡的额定功率为 W。
(5)小明利用该电路探究电流跟电阻的关系,仅把其中的小灯泡换成了定值电阻,为了使所控制的电压如图 丙所示,这些定值电阻不能大于 Ω。(6)某次移动滑动变阻器滑片过程中,滑动变阻器连入电路阻值的变化量为ΔR1,灯泡阻值的变化量为ΔR2,则 ΔR1 (大于/等于/小于)ΔR2。
答案 (1)见解析 (2)左 (3)变阻器连入电路中的电阻过大 (4)0.24 0.6 (5)40 (6)大于
解析 (1)电流表与灯泡串联,灯泡的额定电压为2.5 V,故电压表选用小量程与灯泡并联。 (2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处,即最左端。(3)闭合开关后,两电表都有读数,说明电路为通路,但小灯泡不亮,可能是电路中的电流过小,故可能的原因 是变阻器连入电路中的电阻过大。(4)闭合开关后,移动变阻器的滑片,使电压表的示数为2.5 V,此时电流表示数如图乙所示,电流表选用小量
程,分度值为0.02 A,其读数为0.24 A,小灯泡的额定功率为P=ULIL=2.5 V×0.24 A=0.6 W。(5)电压表选用小量程,分度值为0.1 V,由图丙可知示数为2 V,探究电流跟电阻的关系要控制电阻两端的电 压不变,UV=2 V,根据串联电路电压的规律,变阻器分得的电压U滑=U-UV=4.5 V-2 V=2.5 V,电压表示数为变 阻器分得电压的 =0.8,根据分压原理,当变阻器连入电路中的电阻最大为50 Ω时,对应的最大定值电阻为R大=0.8×50 Ω=40 Ω,即这些定值电阻不能大于40 Ω。(6)当滑动变阻器连入电路的电阻变小时,由串联分压原理可知,变阻器两端的电压变小,根据串联电路电压 的规律,灯泡两端电压增大,通过灯泡的电流也增大,根据P=UI,灯泡的功率变大,灯丝的温度升高,灯泡电阻 变大;由欧姆定律R= 可知,电路的总电阻变小,根据R总=R滑+R灯,只有R滑的减小量大于R灯的增加量才会让总电阻变小,即ΔR1大于ΔR2。
考点一 电功和电能
A组 2019年全国中考题组
1.(2019湖南衡阳,10,2分)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903 kW·hB.电能表是测量电功率的仪表C.若只让一个标有“220 V 1 000 W”的电热水器正常工作10 min,则电能表的圆盘转了600转D.这个电能表的额定功率为2 200 W
答案 C 电能表前后两次的示数之差就是用电器在对应的时间内消耗的电能,所以,由图知道,他家在这 段时间内消耗的电能是8 633.5 kW·h-8 543.2 kW·h=90.3 kW·h,故A错误;电能表是测量消耗电能的仪表,故B 错误;电能表上标有的“3 600 r/kW·h”表示电路中每消耗1 kW·h的电能,电能表的圆盘转过3 600 r,所以,若 只让一个标有“220 V 1 000 W”的电热水器正常工作10 min,其消耗的电能是W=Pt=1 kW× h= kW·h,电能表的圆盘转过N= kW·h×3 600 r/(kW·h)=600 r,故C正确;由该电能表的铭牌知道,其允许接入用电器的最大功率是P=UI=220 V×10 A=2 200 W,但电能表属于测量仪表,本身耗电极少,可忽略不计,所以电能表没 有功率这个指标,当然也不存在额定功率,故D错误。
2.(2019广东广州,3,3分)如图所示的摆设,正常运行时,小轮在支架上来回滚动,每次到达的最大高度相同。 小明发现摆设上有一电源,关掉电源后,小轮逐渐停下来 ( ) A.小轮滚动过程中没有力对其做功B.正常运行时,小轮的速度一直不变C.断电后小轮会停下,说明能量守恒定律不一定成立D.正常运行时,小轮往返一次,摆设一定需要消耗电能
答案 D 该摆设需要连接电源,小轮每次才能回到原来高度,如果关掉电源,小轮逐渐停下来,说明此摆设 有摩擦,小轮克服阻力做功的过程,需要消耗电能,D正确;整个过程,小轮所受的重力也有做功,所以A错误;来 回滚动过程中,两端最高点速度一定为0,意味着整个过程小轮的速度在不断变大、变小,B错误;断电后,小 轮的运动涉及内能、机械能的相互转化,但总的能量守恒,C错误。
易错警示 不能看到每次到达的最大高度相同,就认为此过程机械能守恒,不能忽略了此过程中需要消耗 电能。
知识拓展 机械能守恒指的是整个过程只有动能和势能相互转化,没有出现其他形式的能参与转化,整个 过程中机械能总和保持不变。一般只有重力或系统内弹力(弹簧或弹性绳)做功时机械能守恒。
3.(2019内蒙古呼和浩特,15,4分)一个电能表,表盘上标明“720 revs/(kW·h)”,它的意思是 。呼和浩特市教研室某段时间用电,电能表两次示数如图所示,该时间段该地区每度电电费1.2元,这段时间需 要交付多少电费。
答案 接在这个电能表上的用电器,每消耗1 kW·h的电能,电能表上的转盘转过720转 383.64元
解析 “720 revs/(kW·h)”表示接在这个电能表上的用电器,每消耗1 kW·h的电能,电能表上的转盘转过72 0转。W2-W1=1 951.7 kW·h-1 632.0 kW·h=319.7 kW·h=319.7度。花费:319.7度×1.2元/度=383.64元。
4.(2019黑龙江齐齐哈尔,22,2分)周末,妈妈在家用挂烫机熨衣物。善于观察的小华发现,当家里只有挂烫机 单独使用时,30 min后电能表示数由 变成了 ,则这段时间挂烫机消耗的电能为 kW·h,挂烫机的实际功率为 W。
答案 0.6 1 200
考点二 电功率
1.(2019内蒙古包头,7,3分)如图所示,小灯泡L标有“6 V 3 W”字样(不计温度对灯丝电阻的影响),当S闭 合,滑动变阻器滑片P在最左端时,小灯泡L正常发光;当S闭合,S1断开,滑动变阻器滑片P在中点时,电流表的 示数为0.2 A。下列说法正确的是 ( ) A.电源电压为9 VB.滑动变阻器的最大阻值为18 ΩC.调节电路元件,可使电压表示数达到的最大值为4.5 VD.电路的最小功率与最大功率之比为3∶16
答案 D 当S闭合,滑片在最左端时,只有灯泡L连入电路,L正常发光,说明电源电压等于灯泡的额定电压6 V,故A错误;灯丝电阻RL= = =12 Ω,只S闭合,滑片在中点时,灯泡L和滑动变阻器串联,此时滑动变阻器连入电路的电阻为滑动变阻器最大阻值的一半,电路中的总电阻R总= = =30 Ω,则滑动变阻器的最大阻值为(30-12) Ω×2=36 Ω,故B错误;当S、S1都闭合,滑片调到最右端时,L被短路,电压表示数最大,为6 V, 故C错误;S闭合,滑片在最右端时,R和L串联,电路中的总电阻最大,为36 Ω+12 Ω=48 Ω,此时电路消耗的功率 最小,P小= = ,当S、S1闭合,滑片在最左端时,R和L并联,电路中的总电阻最小,为 =9 Ω,此时电路消耗的功率最大,P大= = ,故P小∶P大=3∶16,D正确。
易错警示 调节电路元件,使电压表示数达到最大值。只S闭合,滑片调到最右端时,灯泡还分得一部分电 压,此时电压表示数不是最大值;当S、S1都闭合,滑片调到最右端时,L被短路,电压表示数等于电源电压,示 数最大,为6 V。
2.(2019湖南衡阳,18,3分)(多选)如图所示,电源电压不变,R1是定值电阻,闭合开关,将滑动变阻器R2的滑片逐 渐从a端滑到b端,电流表示数为I,电压表示数为U,电路消耗的总功率为P,下列能正确反映两个物理量之间 关系的图像是 ( )
答案 AC 由电路图知,R1、R2串联,电流表测电路中电流,电压表测R2两端的电压,由串联电路的特点知道, U=U电源-IR1,即U与I的图像是一条倾斜的直线,故A符合题意,B不符合题意;由P=UI知,电路消耗的总功率P与 电路的电流I成正比,故C符合题意,D不符合题意。
3.(2019天津,19,4分)如图甲所示的电路,电源电压保持不变,闭合开关S,滑动变阻器滑片P从a端移动到b端的 整个过程中,电流表示数I与电压表示数U的关系图像如图乙所示。则电阻R1的阻值为 Ω;当变阻器 滑片P处于a端时,电阻R1消耗的电功率为 W。 甲 乙
答案 10 0.1
解析 当滑片P在b端时,R1两端电压为U1=3 V,通过R1的电流I1=0.3 A,则R1= = =10 Ω;当滑片P在a端时,R1两端电压为U1'=1 V,通过R1的电流I1'=0.1 A,则P1=U1'I1'=1 V×0.1 A=0.1 W。
解题思路 滑动变阻器的滑片在b端时,滑动变阻器连入电路的电阻为0,电压表的示数等于电源电压,滑动 变阻器的滑片在a端时,两电阻串联,再根据图像中的信息即可求解。
4.(2019福建,20,2分)如图电路,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从a端向b端移动过程中,示数减小的电表是 (选填“A”“V1”或“V2”),电路的总功率 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 V1 增大
解析 滑动变阻器的滑片P从a端向b端移动时,滑动变阻器连入电路的电阻变小,在电源电压不变时,可知 电路中的电流变大,电阻R2两端电压U2变大,可得滑动变阻器两端电压U1变小,所以示数减小的电表是V1。 电路的总功率P总=UI,电源电压U不变,电路中电流变大,电路的总功率P总增大。
5.(2019江西,10,2分)如图所示,将规格相同的小灯泡按照甲、乙两种连接方式接入电压均为U且保持不变 的电路中,通过分别调节滑动变阻器R1和R2使所有灯泡均正常发光。则甲、乙两电路中的总电流之比I甲∶I 乙= ,两电路的总功率之比P甲∶P乙= 。
答案 2∶1 2∶1
解析 小灯泡的规格相同,因此其额定电压及额定电流均相同,甲、乙两电路中小灯泡均正常发光,因此I甲= I额+I额=2I额。I乙=I额,故I甲∶I乙=2∶1。电源电压相等,根据P=UI可知,两电路的总功率之比:P甲∶P乙=(U×2I额)∶ (UI额)=2∶1。
思路分析 先观察两图,明确电路的连接方式,由于小灯泡的规格相同,根据串、并联电路电流的规律可知I 甲=2I乙,由P=UI可知,在电源电压相等的情况下,电路的总功率之比等于电路的总电流之比。
考点三 测量小灯泡的电功率
1.(2019重庆A,16,8分)在测小灯泡电功率实验中,小杨同学选用的器材有:额定电压为2.5 V的灯泡、电流 表、电压表、开关、学生电源、滑动变阻器和若干导线等。 (1)请根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙中的实物电路连接完整(要求:向右移动滑动变阻器滑片时,电路 中的电流变小,且导线不能交叉);(2)连接电路时,开关S必须 ,滑动变阻器的滑片P应调到最 阻值处;(3)正确连接电路后,闭合开关S,发现电压表无示数,电流表有示数,原因是灯泡 (其他部分均完好);(4)故障排除后,滑片移至某处,电压表表盘如图丙所示,其读数为U1= V,再读出电流表的示数I1,由此
算出此时灯泡电功率P1= (用字母表示);(5)小杨同学继续移动滑片P,将两电表对应的示数记录到表中
则灯泡的额定功率为 W,他分析表中数据,发现灯泡的电阻也在变化,主要原因是灯丝的电阻 随温度的升高而 。
答案 (1)如图所示 (2)断开 大 (3)短路 (4)0.7 U1I1 (5)0.6 变大
解析 (1)由要求“向右移动滑片,电路中的电流变小”可知,应选用滑动变阻器的左下接线柱,并与灯泡串 联,如答案图所示;(2)为了保护电路,连接电路时开关要处于断开状态,滑动变阻器的滑片应调到阻值最大 处;(3)电流表有示数,电压表无示数,说明与电压表并联的灯泡短路;(4)由题图丙可得,电压表示数为0.7 V,此 时灯泡的功率P1=U1I1;(5)灯泡在额定 电压下消耗的功率为额定功率,故灯泡的额定功率为P额=U额I额=2.5 V×0.24 A=0.6 W;灯丝的电阻随温度的 升高而增大。
易错警示 按要求将滑动变阻器接入电路时,要 “一上一下”与被控制电路串联;判断滑动变阻器接入电 路的电阻变化特点的关键是看连的是哪个下接线柱,连入电路的阻值变化规律为:“一上一下可变阻,变大 变小看下柱,靠近小远离大。”
知识拓展 探究电流与电压、电阻的关系,伏安法测电阻,测量灯泡的功率三个实验电路相同,实验中最常 见的两种电路故障及其现象为:灯泡(定值电阻)处断路,电流表无示数,电压表有示数;灯泡(定值电阻)处短 路,电流表有示数,电压表无示数。
2.(2019湖北黄冈,15,4分)在用伏安法测量标有“2.5 V”灯泡额定功率的实验中,小明发现电流表损坏,其他 元件完好。(1)小明用已有的器材、5 Ω的电阻R0和另一块电压表, 设计了如图所示电路图。其中虚线框内的元件组合 体相当于 。 (2)小明进行了如下实验,请补充完整。①连接好电路,将滑动变阻器连入电路的阻值调到 。②合上开关,移动滑片,使灯泡两端电压为 V。
③再读出R0两端的电压为1.5 V。(3)若实验操作正确,则灯泡的额定功率为 W。
答案 (1)电流表 (2)①最大 ②2.5 (3)0.75
3.(2019内蒙古包头,11,7分)在测量小灯泡的电功率时,电源电压为3 V,小灯泡上标有“2.5 V”字样。
(1)在如图甲所示的电路中,闭合开关移动滑片,发现小灯泡不亮,电流表无示数,电压表有示数,原因是 ,经分析有一根导线连接错误,请在连接错误的导线上打“✕”,并补画出一根导线连接成 正确的电路。(2)电路连接正确后,从滑动变阻器接入电路的最大阻值开始记录数据,得到小灯泡的I-U图像如图乙所示,则 小灯泡的额定功率是 W。由图可知:小灯泡的实际功率随实际电压的增大而 ,滑动变阻 器的规格应选择 。A.10 Ω 1 A B.15 Ω 1 A
C.25 Ω 1 A D.30 Ω 1 A(3)有同学认为利用该电路还可以探究出导体中电流和导体两端电压成正比,你认为这种说法 (选 填“合理”或“不合理”),理由是 。
答案 (1)电压表串联在电路中 电路如图 (2)0.625 增大 C(或25 Ω 1 A)(3)不合理 灯丝电阻是变化的,无法得到电流与电压成正比
解析 (1)由题图可知,电压表串联在了电路中,测电源电压,电路相当于断路,故出现电压表有示数,电流表 无示数;利用“先串后并”的方法修改电路。(2)由图像可知,灯泡正常发光时的电流为0.25 A,故灯泡的额 定功率P额=U额I额=2.5 V×0.25 A=0.625 W;灯泡两端电压增大时,通过的电流也增大,故实际功率随实际电压 的增大而增大;当滑动变阻器连入电路的阻值最大时,电路中的电流为0.1 A,灯泡两端电压为0.5 V,滑动变 阻器的最大电阻为R= = =25 Ω,故滑动变阻器的规格应选“25 Ω 1 A”。(3)探究电流与电压的关系,需要控制电阻不变,而灯丝电阻随温度的升高而增大,故不合理。
易错警示 此实验电路与探究电流与电压关系的实验电路相似,但由于灯丝电阻随温度的升高而增大,所 以不能完成探究电流与电压关系的实验。
4.(2019河南,19,8分)在“探究小灯泡在不同电压下工作时的电功率是否相同”的实验中,实验室提供了如 下器材:电源电压U恒为8 V,滑动变阻器规格为“20 Ω 2 A”,小灯泡的额定电压U额=2.5 V,额定功率小于 1.2 W,两个阻值分别为10 Ω、20 Ω的定值电阻R0可供选择。(1)为使小灯泡两端电压有一较大的调节范围,小聪设计了如图甲所示的电路,请用笔画线代替导线,完 成图乙中实物电路的连接。 甲
乙 丙
(2)正确连接电路后,进行实验,记录的数据如表所示。当电压表示数为2.5 V时,电流表示数如图丙所示,小 灯泡的额定功率为 W。
(3)分析表中数据可得出结论:小灯泡工作时,消耗的电功率随电压的增大而 。根据数据还可 判断出,小聪在实验中选用的是R0= Ω的定值电阻。(4)完成实验后,爱动脑筋的小聪又想出一种测量小灯泡额定功率的方法,设计了如图丁所示的电路,所用电 压表量程为“0~15 V”,请将以下实验步骤补充完整。 丁①检查电路无误后,闭合开关S,将开关S1拨至“1”,调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为 ;②滑片不动,再将开关S1拨至“2”,读出电压表示数为U0;
③小灯泡的额定功率:P额= 。(用U额、U0、R0表示)若步骤②中,在将开关S1拨至“2”时,不小心将滑片向右移动了少许,其他操作正确,则测出的小灯泡额定功 率比真实值 (选填“偏大”或“偏小”)。
解析 (1)根据电路图连接实物图即可,连接时需要注意电流从电表的“+”接线柱流入,“-”接线柱流出; 由于小灯泡的额定电流I额< =0.48 A,故电流表选择0~0.6 A量程即可。(2)由于电流表所接量程为0~0.6 A,则图丙中电流表的示数是I额=0.42 A,额定功率P额=U额I额=2.5 V×0.42 A=1.05 W。(3)分析表中数据可知小 灯泡两端电压变大时,电流也随着变大,根据电功率公式P=UI可知小灯泡消耗的电功率随电压增大而增 大。电路中小灯泡、定值电阻和滑动变阻器串联在电源电压U恒为8 V的电路中,根据串联电路中电压和 电流的规律,从表中第5列数据可看出:当小灯泡两端电压为3.0 V时,电流为0.44 A。定值电阻和滑动变阻器 连入电路中电阻的总电阻R0+R变= = =11.4 Ω,故选择的不可能为20 Ω的定值电阻。(4)①闭合开关S,将开关S1拨至“1”,电压表测量定值电阻和滑动变阻器两端的总电压,灯泡额定电压U额=2.5 V,所以应调 节变阻器滑片直至电压表示数为U1=U-U额=8 V-2.5 V=5.5 V;②滑片不动,再将开关S1拨至“2”,此时电压表 测量定值电阻两端的电压U0;这样可由定值电阻阻值已知来间接计算电路中的电流I额= ;③小灯泡的额定功率:P额=U额I额= 。若步骤②中,在将开关S1拨至“2”时,不小心将滑片向右移动了少许,滑动变阻器连
入电路的阻值变大,则此时电压表示数会变小,根据表达式可知测出的小灯泡额定功率比真实值偏小。
考点四 电热
1.(2019重庆A,8,3分)具有防雾、除露、化霜功能的汽车智能后视镜能保障行车安全,车主可通过旋钮开关 实现功能切换。图是模拟加热原理图,其中测试电源的电压为10 V,四段电热丝电阻均为10 Ω,防雾、除 露、化霜所需加热功率依次增大。下列说法正确的是 ( )A.开关旋至“1”挡,开启化霜功能B.开启防雾功能,电路总电阻为5 ΩC.化霜与防雾电路的总功率之差为15 WD.从防雾到除露,电路总电流变化了1 A
答案 C 由题意结合题图可知,当开关旋至“1”挡时,两段电热丝串联接入电路,此时电路中的电流I= = =0.5 A,消耗的总功率为P=UI=10 V×0.5 A=5 W,为防雾功能,故A、B错误;当开关旋至“2”挡时,一段电热丝接入电路,此时电路中的电流I1= = =1 A,消耗的总功率为P1=UI1=10 V×1 A=10 W,为除露功能,从防雾到除露,电路中的电流变化量ΔI=1 A-0.5 A=0.5 A,故D错误;当开关旋至“3”挡时,两段电热 丝并联接入电路,此时电路消耗的总功率为P2= = =20 W,为化霜功能,则化霜与防雾电路消耗的总功率之差为20 W-5 W=15 W,故C正确。
解题关键 能正确分析开关旋转到不同挡位时的电路连接方式为本题的解题关键。当开关旋至“关”挡 时,电路处于断路;旋至“1”挡时,两段电热丝串联接入电路,总电阻最大;旋至“2”挡时,只有一段电热丝 接入电路;旋至“3”挡时,两段电热丝并联接入电路,总电阻最小。
2.(2019山东青岛,12,3分)(多选)如图甲是一个电加热器的工作原理图,其中R1和R2是阻值不变的发热电阻;图 乙是它的部分参数。当电加热器正常工作时,下列说法正确的是 ( ) 甲 乙
A.只闭合开关S,加热器的功率为990 WB.开关S闭合,S1由断开到闭合,电路中电流变大,R2的功率变大C.加热器在保温状态下工作5 min,产生3.3×104 J的热量D.电阻R1与R2的阻值之比为1∶8
答案 BC 只闭合开关S,两电阻串联,电阻较大,根据P= 知,在总电压一定时,电功率较小,加热器处于保温状态,则此时加热器的功率为110 W,A错误;开关S闭合,S1断开时,两电阻串联,S1闭合时,电阻R1被短路,只 有电阻R2工作,电阻减小,根据I= 可知,电路的电流增大,R2的电阻不变,根据 P=I2R可知,R2的功率变大,B正确;加热器在保温状态下工作5 min产生的热量:Q=W=P保温t=110 W×5×60 s=3.3×104 J,C正确;因为P加热= 、P保温= ,且P加热=990 W、P保温=110 W,所 以P加热∶P保温= ∶ =990 W∶110 W,即: = ,解得R1∶R2=8∶1,D错误。故选B、C。
解题思路 根据开关S、S1断开、闭合情况,判断两个电阻的连接形式及电路功率的大小,然后根据欧姆定 律判断出电流的大小,根据P=I2R和P= 判断功率大小及电阻比值。
解题关键 解答本题的关键是知道电路的总功率为各用电器功率之和。通过开关的闭合和断开,改变电路 的连接方式,进而改变电路的总功率,是初中电学的典型题型,一定要熟练掌握解题方法。
3.(2019福建,19,2分)一台标有“5 V 2.5 W”的带有USB接口的小电风扇,线圈电阻为1 Ω,正常工作1 min, 产生的热量是 J。工作一段时间后的风扇叶片黏有不少灰尘,这属于 现象。
答案 15 静电(摩擦起电)
易错警示 此处电风扇属于非纯电阻设备,因此计算其工作时产生的热量应使用焦耳定律,而不能使用W= UIt。
4.(2019四川成都,A22,4分)如图甲是一种家用电暖器,图乙是其简化的电路图,已知R1
解析 电暖器换用不同挡位时,电源电压U=220 V不变;根据P= 可知,R越大,P越小,故可知只闭合S2时,R2接入电路,为一挡;只闭合S1时,R1接入电路,为二挡;S1、S2均闭合时,R1与R2并联接入电路,为三挡。第二挡工 作时,P2=1 150 W,则Q=W=P2t=1 150 W×10×60 s=6.9×105 J。
5.(2019广东,14,3分)某品牌电烤箱在额定电压下,功率从大到小有高挡、中挡和低挡。图为电烤箱在不同 挡位工作时的电路图,R1、R2为发热电阻丝,且阻值R1>R2,则高挡、中挡和低挡对应的电路图分别是图 、图 和图 。(选填“甲”“乙”或“丙”)
答案 丙 乙 甲
解析 甲图电路中只有R1工作,乙图电路中只有R2工作,丙图电路中R1与R2并联工作,则三个电路中对应总电 阻的关系为R丙总
知识拓展 当电阻长度、材料、温度相等时,横截面积越大,电阻阻值越小。电阻并联相当于增大电阻的 横截面积,则总电阻变小,本题中要懂得使用控制变量法来判断电功率的大小。
6.(2019山东潍坊,20,4分)如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。两个 相同的透明容器中密封着等量的空气,将1、2和3、4导线分别接到电源两端。(1)甲图所示的装置用来探究电流通过电阻丝产生的热量与 的关系,通电一段时间, (选填 “a”或“b”)容器中电流产生的热量较多;(2)通过观察乙图中的实验现象,可知 (选填“c”或“d”)容器中电阻丝的阻值大。
答案 (1)电流(大小) a (2)d说明:(1)小题每空1分,(2)小题2分,本题共计4分。其他答案只要合理,即可给分。
解析 (1)由甲图可知,电阻均为5 Ω,b容器上方的电阻丝与容器中的电阻丝并联后又与a容器中的电阻丝串 联,所以,通过a容器中电阻丝的电流Ia等于通过b容器电阻丝的电流Ib 的两倍,所以该装置是探究在电阻一定 时,电流通过电阻丝产生的热量与电流的关系。根据焦耳定律可知通电一段时间,a容器中电流产生的热量 较多。(2)由乙图可知,右侧的U形管液面高度差大,说明d容器产生的热量多,因为c、d两容器中的电阻丝串 联,根据焦耳定律可知,在电流相同时,产生的热量跟电阻成正比,所以d容器中的电阻丝阻值大。
思路分析 电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关。探究电流产生热量跟电流的关系时, 控制电阻和通电时间不变;探究电流产生热量跟电阻关系时,控制通电时间和电流不变;探究电流产生热量 跟通电时间关系时,控制电流和电阻不变。
考点一 电功和电能
B组 2015—2018年全国中考题组
1.(2017北京,13,2分)小玲家有额定电压相同的电烤箱、电饭锅和电视机各一个,按照每度电0.5元的计费标 准,将这三个用电器正常工作1小时的用电费用绘制成了如图所示的柱状图。则下列四个选项中,判断正确 的是 ( )A.在这三个用电器中,电烤箱正常工作时的电压最高B.在这三个用电器中,电视机正常工作时的电压最低C.正常工作时,通过电烤箱的电流大于通过电视机的电流D.在一个月内,小玲家电烤箱的用电费用一定比电饭锅的用电费用多
答案 C 电烤箱、电饭锅和电视机的额定电压相同,而用电器正常工作时的电压就是额定电压,A、B错 误;由柱状图可知正常工作时,电烤箱的功率大于电视机的功率,它们的额定电压相同,根据I=P/U可知通过 电烤箱的电流大于通过电视机的电流,C正确;正常工作时,电烤箱的功率最大,但其使用时间不一定长,所以 消耗的电能不一定最多,所以用电费用不一定比电饭锅的多,D错误。故选C。
解题关键 能通过柱状图得出三个用电器的额定功率的大小关系。
易错警示 不要认为额定功率大的用电器消耗的电能就一定多,根据公式W=Pt,在考虑消耗的电能多少时, 除了要考虑电功率的大小,也要考虑到工作时间的长短。
2.(2018广东深圳,29,1.5分)如图甲所示,滑动变阻器的滑片从最右端滑到最左端,电压表的示数变化如图乙 所示,下列选项错误的是 ( ) A.滑动变阻器最大阻值为20 ΩB.R1的阻值为10 ΩC.电源电压为6 VD.当滑片P移动到中点时,电阻R1在10 s内消耗18 J的电能
答案 D 当变阻器滑片在最右端时,R连入电路的阻值为0,此时电路为R1的简单电路,由图乙知此时电压 表示数为6 V,故电源电压为6 V,C正确;当电压表示数为4 V时,R=5 Ω,由串联电路电压规律知R两端的电压 UR=6 V-4 V=2 V,此时电路中的电流I= =0.4 A,R1= =10 Ω,B正确;当变阻器滑片在最左端时,R1的电压为2 V,变阻器的电压为4 V,串联电路中电阻和电压成正比,故滑动变阻器最大阻值为R=2R1=20 Ω,A正确;当 P移至中点时,变阻器连入电路的阻值为10 Ω,此时电路中电流I'= = =0.3 A,故R1在10 s内消耗的电能W=Q=I'2R1t=(0.3 A)2×10 Ω×10 s=9 J,D错误。
3.(2018福建A,21,2分)图是四种家用电器各自消耗1度电可持续正常工作的时间柱状图,其中额定功率最大 的电器是 ,节能灯正常工作5小时消耗的电能是 kW·h。
答案 电视机 0.1
考点二 电功率
1.(2018北京,11,2分)有两个额定电压相同的电热水壶甲和乙,甲的额定功率为1 800 W,乙的额定功率为1 20 0 W。两个电热水壶都正常工作时,下列说法中正确的是 ( )A.甲电热水壶两端的电压较高B.电流通过甲电热水壶做功较快C.通过两个电热水壶的电流相等D.相同时间内,两个电热水壶消耗的电能一样多
2.(2016天津,19,4分)如图甲,电源电压保持不变,闭合开关S,变阻器滑片P从a端滑到b端的整个过程中,电流 表示数I与电压表示数U的关系图像如图乙所示。由图像可知,R1的阻值为 Ω;当电路中的电流为0.2 A时,R1与R2消耗的电功率之比为 。 图甲
图乙
答案 10 2∶1
3.(2018天津,19,4分)如图所示电路中,电源电压保持不变,电阻R1与R2的阻值之比为2∶1。开关S断开时,R1与 R2的电功率之比为 ;开关S闭合前后,电压表两次的示数之比为 。
答案 2∶1 2∶3
考点三 测量小灯泡的电功率
1.(2018湖北武汉,26,6分)某同学利用图甲所示的器材测量小灯泡的电功率。实验中电源电压保持不变,滑 动变阻器的规格为“100 Ω 0.5 A”,小灯泡的额定电压为2.5 V。(1)如图甲所示,电路中还有两根导线没有连接,请你将电路连接完整。(要求:导线不允许交叉) 甲(2)该同学连接好电路后,按正确的步骤进行实验。小灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定电流是 A,额定功率是 W。
乙(3)该同学继续进行实验,记录的部分数据如表所示,其中有一组数据明显存在错误,这组数据是 (填 数据序号)。剔除掉这组错误的数据,我们分析后可以得出实验中电源电压不会超过 V。
答案 (1)电路连接情况如图所示 (2)0.28 0.7 (3)2 5.1
解析 (1)由于滑动变阻器规格为“100 Ω 0.5 A”,故电路中的电流不能超过0.5 A,因此电流表选用0~0.6 A量程,电流表与小灯泡串联;由于小灯泡额定电压为2.5 V,则电压表选0~3 V量程,电压表与灯泡并联。(2) 由(1)分析知电流表应读小量程,因其小量程的分度值为0.02 A,故电流表的示数为0.28 A,根据P=UI得小灯 泡的额定功率为P=2.5 V×0.28 A=0.7 W。(3)根据欧姆定律可算出小灯泡在不同发光情况时的电阻,灯丝的 电阻第1次为8.07 Ω,第2次为11.82 Ω,第3次为2 Ω,第4次为10 Ω,由这些数据可知灯丝的电阻随其两端的电 压增大而增大,而第2组数据违反这一规律,故第2组数据错误;观察1、3、4三组数据,易知第3组数据的电流 最小,因而此时电路的电阻最大,假设在测第3组数据时,滑动变阻器连入的阻值为其最大阻值100 Ω,则电源 电压U电源=UR+UL=IR+UL=0.05 A×100 Ω+0.1 V=5.1 V,若此时滑动变阻器连入电路的电阻不是最大值,则电 源电压小于5.1 V。
2.(2017黑龙江哈尔滨,50,6分)某小组研究小灯泡电功率,小灯泡额定电压为2.5 V,电源电压恒定不变,有规 格为“10 Ω 2 A”和“20 Ω 2 A”的滑动变阻器各一个。 甲 乙
(1)如图甲所示,选用“10 Ω 2 A”规格的滑动变阻器进行实验。连接电路时,需将滑动变阻器的滑片P置 于 (填“A”或“B”)端。其目的是 。(2)接着用开关迅速试触,灯泡发光,电压表示数如图乙,此时灯泡两端电压为 V。为了使灯泡正常 发光,接下来的操作是: 。(3)实验中收集信息如表:
分析表格中信息可得,①小灯泡额定功率为 W;②在电路安全范围内,小灯泡两端实际电压越 大,消耗的电功率 ,灯泡越亮。
答案 (1)(2分)A 保护电路(2)(3分)2.8 断开开关,用“20 Ω 2 A”替换“10 Ω 2 A”的滑动变阻器,并调节滑片P到接入电路的阻 值最大处;闭合开关,调节滑片P,直至观察到电压表示数为2.5 V(3)(1分)①0.75 ②越大
解析 (1)连接电路时,滑动变阻器连入电路的阻值要调到最大,接通电路时电流最小,可以保护电路。(2)电压表选用0~3 V量程,分度值为0.1 V,读数为2.8 V,此时滑片P在A端,灯泡两端电压超过了额定电压,说 明滑动变阻器的最大阻值太小,应更换为“20 Ω 2 A”的滑动变阻器。(3)U额=2.5 V,I额=0.3 A,则P额=U额I额=2.5 V×0.3 A=0.75 W,当U实=3 V时,P实=0.96 W>0.75 W,可知U实>U额,P实>P额。
方法归纳 测量小灯泡电功率时,手移动滑片,眼睛观察电压表,当电压表示数调到需要的电压值时,读取电 流表示数,根据P=UI计算出电功率。
3.(2016黑龙江哈尔滨,48,5分)小明在实验室发现一只标有“2.5 V 0.3 A”字样的小灯泡,他想测定这只小 灯泡的电功率,请你帮他完成以下实验:(1)请科学合理连接实物电路。
(2)连接电路时,开关应 (选填“断开”、“闭合”)。实验中小明移动滑动变阻器滑片P,先后使电压表的示数为2.0 V、2.5 V,分别读出电流表示数并记录数据。
①小灯泡的额定功率是 W。②当电压表示数是2.5 V时,滑片位置如图所示,若要测量小灯泡两端电压为3.0 V时的电功率,应向 移 动滑片。(3)利用表格中的数据还可以计算的另一个物理量是 。
答案 (1)(1分)如图所示 (2)(3分)断开 ①0.75 ②左(3)(1分)小灯泡电阻
解析 (1)滑动变阻器、灯泡、电流表应串联在电路中;滑动变阻器应“一上一下”接入电路;电流表要用0 ~0.6 A量程。(2)为了保护电路,连接电路时,开关应断开。①P额=2.5 V×0.3 A=0.75 W。②灯泡两端电压要增大,则滑动变阻器两端电压要减小,故应向左移滑片,使滑动变阻器接入电路的阻值减 小。(3)有电压、电流,根据R= ,可以计算灯泡在不同电压下的电阻。
易错警示 电压表示数由2.5 V变为3.0 V时,滑动变阻器的滑片移动方向的判断易错。由灯泡两端电压增 大,可知通过灯泡的电流增大,则电路中总电阻变小,故滑片应向左移。
考点四 电热
1.(2018北京,3,2分)下列用电器中,利用电流热效应工作的是 ( )A.电暖气 B.计算器C.电视机 D.笔记本电脑
答案 A 电暖气是利用电流热效应工作的,A选项正确;计算器、电视机、笔记本电脑都不是利用电流热 效应工作的,B、C、D选项错误。
2.(2018重庆A,8,3分)在如图所示的实物电路中,电源电压恒为3 V,滑动变阻器的规格为“10 Ω 1 A”,灯泡 上标有“2.5 V 1 W”的字样,闭合开关后调节滑动变阻器的滑片,在保证各元件安全的情况下,下列说法 正确的是 ( )
A.小灯泡正常发光时的电阻为2.5 ΩB.向右移动滑片时,电压表V1的示数变小,小灯泡亮度变暗C.向右移动滑片时,电压表V2与电流表A的示数之比不变D.让小灯泡正常发光1 min,滑动变阻器产生的电热为12 J
解题关键 分清电路结构是关键。从电源正极沿电流方向,观察电流有几条路径。电流表在电路中相当于 导线,电压表在电路中相当于开路。
3.(2018陕西,28,3分)由于导体存在电阻,电流通过导线时会因电流的 效应而造成大量的能量损耗。1 911年荷兰科学家发现某些导体在极低温度下 会突然消失,这种现象称为超导现象。近年来我国 在超导领域取得了举世瞩目的成就。用超导电缆输电,可大大降低能量损耗。有一段输电线路,输电电流 为200 A,输电线路的电阻为0.5 Ω,若以超导电缆替代该线路输电1 h,可节约电能 kW·h。
答案 热 电阻 20
解析 只要导体有电阻且有电流通过,就有电流的热效应,因此在输电时,由于电流的热效应造成大量的电 能损耗。某些导体在温度降低到一定程度时,电阻会突然消失,这种现象称为超导现象。电缆的发热功率P =I2R=(200 A)2×0.5 Ω=20 000 W=20 kW。节约的电能为W=Pt=20 kW×1 h=20 kW·h。
4.(2017福建,22,2分)如图所示,是某种电热保暖鞋的工作原理示意图。供电电压6 V,R1、R2的阻值分别为3 Ω、6 Ω,通过旋转扇形开关S,接触不同触点,实现高、中、低三个挡位的转换。保暖鞋在低温挡工作时的 电功率是 W,它在高温挡工作1 min产生的热量是 J。
答案 6 1 080
解析 根据电路图可知,旋转开关与b、c触点接触,电路中只有R2工作;旋转开关与c、d触点接触,两个电阻 并联,总电阻小于任何一个分电阻;旋转开关与d、e触点接触,电路中只有R1工作。根据P= 可知,两个电阻并联时为高温挡,单接R2时为低温挡,单接R1时为中温挡;由此可知低温挡的电功率为:P2= = =6 W高温挡的功率为:P=P1+P2= +P2= +6 W=18 W在高温挡工作1 min产生的热量:Q=W=Pt=18 W×60 s=1 080 J
解题关键 解答本题的关键是根据电功率公式结合电路图判断出高温挡和低温挡。
考点一 电功和电能
C组 教师专用题组
1.(2018云南昆明,15,3分)电灯正常工作时会发热发光,这是电流 使电能转化为内能和光能。如果电 灯在一段时间内消耗的电能为E1,电流做的功为W,转化的内能为E2,转化的光能为E3,那么E1、E2和E3三者的 等量关系是 ,功与能的关系是W= 。
答案 做功 E1=E2+E3 E1或E2+E3
解析 电灯发光发热的过程,就是电流做功的过程;电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能,故 W=E1=E2+E3。
2.(2017黑龙江哈尔滨,45,2分)如图,电阻R=55 Ω,当闭合S1、S2时,通过电阻R的电流为 A,电路消耗 的总功率为1 000 W,当只闭合S2时,电动机消耗的电功率为 W。
答案 4 120
解析 U=220 V,R=55 Ω则I= = =4 AR消耗的电功率P1=U·I=220 V×4 A=880 WP总=1 000 W则电动机消耗的电功率PM=P总-P1=120 W
3.(2016广西南宁,21,3分)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5 kW·h,合 J,这些电能可使电功率为100 W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3.0×107 J/kg)。
答案 1.8×107 50 0.6
4.(2015河南,6,2分)图是某款电热水龙头的电路原理图。R1、R2为电热丝,通过旋转手柄可使扇形开关S同 时接触两个相邻触点,实现冷水、温水、热水挡之间的切换。当开关同时接触2、3触点时,水龙头放出的 是 水(选填“冷”、“温”或“热”)。若R2=2R1,水龙头在温水挡正常工作时电功率为2 000 W,则 它在热水挡正常工作1 min消耗的电能为 J。
答案 温 1.8×105
评析 解题关键是对电路图进行正确分析,抓住题中不同状态下的相互联系,如本题中的电源电压不变,并 联各支路两端电压相等,两电热丝阻值关系R2=2R1,然后再根据电功率公式进行计算求解。
5.(2015重庆,12,2分)小宇用如图甲所示电路对一只标有“0.8 A”字样的小灯泡L进行了测试,电源电压恒 为9 V,电阻箱R0的阻值可在0~9 999 Ω之间调节,根据所测数据作出了灯丝的I-U图像(如图乙所示),根据图 像可知小灯泡正常发光时的电阻为 Ω;如果将电阻箱R0的阻值调为10 Ω,通电10 s电流通过R0所做 的功为 J。
答案 10 36
评析 本题考查对I-U图像的认识和理解、串联电路的特点及对欧姆定律的应用,关键是能从图像中找到 有用的信息。
6.(2018吉林长春,17,5分)某电水壶的额定电压为220 V,正常工作时的电流为5 A。求:(1)电水壶正常工作时电阻丝的电阻。(2)电水壶正常工作60 s消耗的电能。
答案 (1)44 Ω (2)6.6×104 J
7.(2019四川成都,A25,6分)在如图甲所示的电路中,电源电压恒定不变,R1、R2为定值电阻,已知电灯L的伏安 特性曲线(即电流随两端电压的变化图像)如图乙所示。当开关S1、S3闭合,S2断开时,电流表的示数为0.26 A;当开关S2、S3闭合,S1断开时,电流表的示数为1.25 A;当开关S3闭合,S1、S2断开时,电流表的示数为0.2 A。 求:
(1)当开关S1、S3闭合,S2断开,5 min内电路消耗的电能是多少?(2)当开关S3闭合,S1、S2断开,R2消耗的电功率是多大?
答案 (1)390 J (2)0.24 W
易错警示 识别电路是解答本题的关键,S1与S3闭合时,R1与R2被短路,电流只通过电灯L;S2与S3闭合时,R2与L 被短路,只有R1工作;只有S3闭合时,电流流过R1、R2与L,三个用电器串联;若S1、S2、S3均闭合,R1、R2、L三个 用电器并联。
8.(2016黑龙江哈尔滨,51,6分)某课外活动小组在社会实践活动中获得:(1)某工厂用电电压U=380 V,电流I=500 A,则该工厂1 h可消耗多少kW·h电能?(2)某水力发电站(如图甲)的部分信息: 图甲
①发电站供电功率P1=2×106 kW,而用户用电功率为P2=1.2×106 kW,出现了多余的电能被全部浪费掉的现 象。若平均每天供电、用电时间均为5 h,则平均每天浪费多少kW·h电能?②该发电站经过改进,能回收原来每天浪费的全部电能,并经过转化可再次发电。再次发电的电能与回收 的电能之间的关系如图乙所示。如果6×103 kg的水从该电站上游落下可发电1 kW·h,则改进后的发电站每 天回收后再发电的电能,相当于多少质量的水所发的电?
图乙
答案 (1)190 kW·h(2)①4×106 kW·h ②1.8×1010 kg
评析 本题从能量转化的角度考查了电能的计算,学生要有较强的分析问题能力、阅读图表获取信息的能 力,题目涉及电能利用过程中能量的浪费问题,提醒学生要有一定的节能意识。
考点二 电功率
1.(2019天津,12,3分)(多选)现有一个电压不变的电源,两个定值电阻R1、R2。先将这两个电阻以某种形式连 接到电源上,R1消耗功率为P0;再将它们以另一种形式连接到该电源上,R1消耗功率为9P0。两种连接形式中 均有电流通过R2,则先后两种连接形式中 ( )A.R1两端的电压比为1∶2B.R1两端的电压比为1∶3C.R2消耗的功率比为4∶9D.R2消耗的功率比为2∶9
答案 BC 由题意可知,对同一个电阻,第二种连接方式消耗的电功率较大,根据P=UI=U2/R,可知第二种连 接方式中R1两端电压较大,再根据串联分压,并联各支路两端电压等于电源总电压可知,第一种连接方式是 串联,第二种连接方式是并联。设串联时R1、R2两端电压分别为U1、U2,电源电压为U。则P0= /R1,9P0=U2/R1,所以,U1∶U=1∶3,A错误,B正确;因为U1∶U=1∶3,所以U2∶U=2∶3,串联时R2消耗的功率为 /R2,并联时R2消耗的功率为U2/R2,先后两次R2消耗的功率比为4∶9,C正确,D错误。
易错警示 电阻一定时,电功率与电压的平方成正比,不是与电压成正比。
2.(2019黑龙江齐齐哈尔,13,3分)(多选)如图所示的电路,电源电压恒为4.5 V,小灯泡L上标有“3 V 1.5 W” 字样(忽略灯丝电阻的变化),滑动变阻器R规格为“30 Ω 1 A”,电流表量程选择“0~0.6 A”,电压表量程 选择“0~3 V”。闭合开关S,在不损坏电路元件情况下,下列选项正确的是 ( ) A.电路中最大电流为0.6 AB.电路的最大功率为2.25 WC.电压表示数变化范围为1~3 VD.滑动变阻器阻值变化范围为3~30 Ω
答案 BD 小灯泡电阻RL= = =6 Ω,小灯泡额定电流I= = =0.5 A,电流表允许通过的最大电流为0.6 A,故为了保证电路安全,电路中最大电流为0.5 A,A项错误;此时滑动变阻器接入电路中的阻值最 小,Rmin+RL= = =9 Ω,可得Rmin=3 Ω,故滑动变阻器接入电路中阻值变化范围为3~30 Ω,D项正确;电路的最大功率P=U总Imax=4.5 V×0.5 A=2.25 W,B项正确;当电流为0.5 A时,电压表示数最大为UL=3 V,当P在最右 端时,电压表示数最小,UL'=I1RL= ×RL= ×6 Ω=0.75 V,故电压表示数变化范围为0.75~3 V,C项错误。故选B、D。
审题指导 小灯泡L和滑动变阻器R、电流表串联,所以通过比较各自允许通过的最大电流就可以确定电 路中允许通过的最大电流;电路中电流最大时滑动变阻器接入电路中的阻值最小;电路的功率通常是指总 功率,一般来说要用P总=U源I来求解。
3.(2019四川成都,B5,2分)(多选)如图甲所示的电路,电源电压U=10 V(恒定不变),R2=8 Ω,闭合开关S后,V2表 的示数为7 V;把甲电路中的两个电压表换成两个电流表,如图乙所示,闭合开关S后,A1表的示数为1.75 A。 下列说法正确的是 ( )
A.甲电路中V1表的示数为5 VB.乙电路中A2表的示数为2.25 AC.甲电路消耗的总功率为2.5 WD.乙电路中R1消耗的功率为10 W
4.(2019湖北武汉,20,3分)如图所示,电源电压U保持不变,滑动变阻器R0的最大电阻是50 Ω。当开关S1闭合、 S2和S3断开,滑动变阻器的滑片在最右端时,电压表示数是U1,R1的功率是P1;当开关S2闭合、S1和S3断开,滑动 变阻器的滑片在最左端时,电压表示数是U1‘,R2 和R3的功率之和是3.2 W;当开关S1、S2和S3都闭合,滑动变阻 器的滑片在最左端时,R1的功率是P1’。已知R2∶R3=3∶1,U1∶U1'=3∶2,P1∶P1'=1∶36。下列结论正确的是 ( )
A.电源电压是12 VB.R2的阻值是30 ΩC.电流表的最大示数是2.1 AD.该电路的最大功率是64 W
答案 C 当开关S1闭合,S2、S3断开,滑动变阻器的滑片滑到最右端时,R1与R0串联,且R0=50 Ω,电压表测量R1 两端的电压,即R1两端的电压为U1,R1的功率P1= R1;当开关S2闭合,S1、S3断开,滑动变阻器的滑片滑到最左端时,R1、R2、R3串联,电压表测量R1两端的电压,即R1两端的电压为U1',且P2+P3=3.2 W;当开关S1、S2、S3都 闭合时,滑动变阻器的滑片滑到最左端,R1、R2、R3并联,此时R1的功率为P1',P1'=I1'2R1, = = = ,即 = 设电源电压为U,则 = ,解得:R1=10 Ω当开关S1闭合,S2、S3断开,R1与R0串联,根据分压原理可知,U1= U= U= U根据 = ,即 = ,U1'= U
当开关S2闭合,S1、S3断开,滑动变阻器的滑片滑到最左端时,R1、R2、R3串联,根据分压原理可知: = ,即 = ①由于R2∶R3=3∶1②,联立①②可得R2=60 Ω,R3=20 Ω,R2、R3消耗的总功率为3.2 W,即I1'2(R2+R3)=3.2 W,I1'2×80 Ω=3.2 W,I1'=0.2 A,电源电压U=I1'(R1+R2+R3)=0.2 A×(10 Ω+60 Ω+20 Ω)=18 V,故A、B错误;当开关S1、S2、S3都闭合,滑动变阻器的滑片滑到最左端时,R1、R2、R3并联,此时电流表测量通过R1和R2的 电流,电流表A的示数最大,IA= + = + =2.1 A,此时干路中的电流I'=IA+ =2.1 A+ =3 A,电路消耗的功率最大,为P=UI'=18 V×3 A=54 W,故C正确,D错误。
5.(2016重庆B,1,3分)下列物理量的估计最接近实际的是 ( )A.人体的正常体温约为37 ℃B.家用空调的额定功率约为50 WC.我国家庭照明电路的电压为1.5 VD.体育考试中所用实心球质量约为10 kg
答案 A 人体正常体温约为37 ℃,空调的额定功率为1 200 W左右,我国家庭照明电路的电压为220 V,体 育考试中实心球质量为2 kg,故选A。
知识拓展 人步行速度约为1.1 m/s;骑自行车速度约为5 m/s;两个鸡蛋重约1 N;一张报纸平铺在地上时对 地面的压强约为0.5 Pa;一枚一元硬币的质量约为6 g;中学生的质量约为50 kg。
6.(2018吉林,4,2分)如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S,当滑片P向右移动时 ( )A.电压表的示数不变,总功率变小B.电流表的示数变大,总功率变大C.电压表的示数变大,灯的亮度变暗D.电流表的示数变小,灯的亮度变暗
答案 B 分析题图可知,电路中灯泡与滑动变阻器串联,电压表测量电源电压,示数保持不变,当滑片向右 移动时,滑动变阻器连入电路的电阻变小,电路中的电流变大,灯泡变亮,根据P=UI可知,电路消耗的总功率 变大,故本题应选B。
7.(2017天津,12,3分)(多选)当定值电阻R两端的电压由U1(U1≠0)增大到U2时,通过它的电流由I1增大到I2。电 压增加量ΔU=U2-U1,电流增加量ΔI=I2-I1,电功率增加量为ΔP,则 ( )A.R= B.R= C.ΔP=ΔUΔI D.ΔP=ΔU(I1+I2)
易错警示 电功率的变化量不等于电压的变化量与电流变化量的乘积,即ΔP≠ΔU·ΔI。
8.(2016重庆B,8,3分)一只小灯泡标有“3.8 V”字样,额定功率模糊不清,某同学设计了如图甲所示的电路进 行测量,电源电压恒为6 V,电压表、电流表使用的量程分别为0~3 V,0~0.6 A,滑动变阻器的规格为“10 Ω 1 A”,他根据实验数据作出了电压表、电流表示数的U-I图像,如图乙所示。则以下判断正确的是 ( ) 甲 乙
A.小灯泡的额定功率为0.88 WB.滑片向左移时电压表示数变大,小灯泡变亮C.变阻器允许连入电路的最大阻值约为8.82 ΩD.小灯泡正常发光2 s内,变阻器产生的电热为3.04 J
9.(2018四川成都,B5,2分)(多选)如图所示,电源电压保持不变,R2=50 Ω。闭合S1,断开S2,R1的电功率P1=0.1 W, 电压表示数为U1。开关都闭合时,电压表示数为6U1。用电阻R3替换R1、R2中的某一个,闭合S1,断开S2,电压 表示数为U2,电路的总功率为P2。U2与U1相比,变化了0.5 V。则下列结论正确的是 ( ) A.R3可能是110 Ω B.R3可能是5 ΩC.P2可能是0.54 W D.P2可能是0.65 W
答案 AC 闭合S1,断开S2时,R1、R2串联, = ,当开关都闭合时,R2被短路,此时电压表测电源电压U=6U1,则 =5U1。因R2=50 Ω,可得R1=10 Ω。又因P1=I2R1,P1=0.1 W,所以I=0.1 A,则U1=IR1=0.1 A×10 Ω=1 V, =5 V,U=6 V。①当闭合S1,断开S2时,且用R3替换R1时,若电压表示数变大了0.5 V,U2=1.5 V, '=4.5 V, = = ,解得R3= Ω,I1= = =0.09 A,P2=UI1=6 V×0.09 A=0.54 W,所以C正确。②当闭合S1,断开S2时,且用R3替换R1时,若电压表示数减小了0.5 V,U2'=0.5 V, ″=5.5 V, = = ,解得R3= Ω,I2= = =0.11 A,P2=UI2=6 V×0.11 A=0.66 W。③当闭合S1,断开S2时,且用R3替换R2时,若电压表示数变大了0.5 V,U2″=1.5 V, =4.5 V, = = ,解得R3=30 Ω,I3= = =0.15 A,P2=UI3=6 V×0.15 A=0.9 W。
④当闭合S1,断开S2时,且用R3替换R2时,若电压表示数减小了0.5 V,U2‴=0.5 V, '=5.5 V, = = ,解得R3=110 Ω,I4= = =0.05 A,P2=UI4=6 V×0.05 A=0.3 W,所以A正确。
审题关键 “用电阻R3替换其中一个”说明判断该题一定要分情况讨论。
10.(2018湖北武汉,20,3分)如图所示,电源电压U保持不变。当开关S2闭合、S1和S3断开,滑动变阻器的滑片 在最右端时,电路的总功率为P1,再将滑片滑至最左端,有一只电表的示数变为原来的 ;当开关S1和S3闭合、S2断开,滑动变阻器的滑片从最右端滑至中点时,R3的功率增大了0.05 W,且滑片在中点时,电压表V1的示数 为U1;当所有开关闭合,滑动变阻器的滑片在最左端时,电路的总功率为P2,两只电流表示数相差0.3 A。已知 P1∶P2=2∶15,下列结论正确的是 ( )
A.P2=5.4 W B.U=12 VC.U1=6 V D.R2=20 Ω
答案 A 当开关S2闭合、S1和S3断开,滑动变阻器滑片在最右端时,电阻R2与R3串联,此时滑动变阻器的最 大电阻阻值连入电路,电压表V1测R2两端电压,V2测的是电源电压U,电路的总功率P1= ①当滑动变阻器的滑片从最右端滑至最左端时,此时电压表V2测的是R2两端的电压U2,在此过程中,因S3断开, 电流表A2未连入电路,滑动变阻器连入电路的电阻始终为最大值,电压表V1始终测的是R2两端的电压,电压 表V1的示数不变,电流表A1的示数也不变,只有电压表V2的示数会发生变化,即R2两端的电压为电源电压的 。所以 = ,因U=U2+U3,故有 = ,化简得 = 。根据欧姆定律及串联电路电流规律得 = ,即R3=4R2 ②当开关S1和S3闭合、S2断开时,滑动变阻器与R1串联,滑动变阻器的滑片从最右端移到中点时,R3连入电路的 电阻分别为最大阻值(R3)及最大阻值的一半 ,R3的功率变化量P32-P31= · R3- R3=0.05 W,I1= ,I2= ,把I1和I2代入化简得 - =0.05 W ③
当所有开关闭合,滑动变阻器的滑片在最左端时,R3被短路,R1与R2并联,两只电流表的示数之差即此时通过R 1的电流IR1,即 =0.3 A④此时电路的总功率P2= ,由于并联电路的总电阻R12= ,把R12代入并化简得P2= ,P1∶P2=2∶15 ⑤把P1与P2的表达式代入⑤并化简得 = ⑥把②代入⑥解得R1=2R2 ⑦把②和⑦代入③并化简得 =3.6 W⑧联立④⑦⑧解得R2=10 Ω,把R2=10 Ω分别代入②、⑦得R1=20 Ω,R3=40 Ω,把R1=20 Ω代入④得U=6 V,故B、D 错误;把U=6 V、R2=10 Ω、R3=40 Ω分别代入①、⑤解得P1=0.72 W、P2=5.4 W,A正确;U1=I2R1= R1=
×20 Ω=3 V,C错误。故选A。
11.(2018四川成都,A16,4分)标有“12 V 60 W”的汽车灯泡工作时,用电压表测得其两端电压如图所示,则 灯泡的实际电压为 V,灯泡的实际功率 (选填“大于”、“小于”或“等于”)60 W。
答案 11.5 小于
解析 读数时先由接线柱确定量程和分度值,再数指针偏转的格数。格数×分度值=电压表的示数,23×0.5 V=11.5 V。当U实
12.(2018吉林长春,16,2分)如图所示,电源两端的电压不变,闭合开关,当“6 V 6 W”小灯泡正常发光时(忽 略温度对灯丝电阻的影响),滑动变阻器的电功率为P1;移动滑动变阻器的滑片,当小灯泡的电功率为1.5 W 时,滑动变阻器的电功率为P2。小灯泡的电阻为 Ω,P1 2P2(选填“>”、“=”或“<”)。
答案 6 <
解析 小灯泡的电阻RL= = =6 Ω当小灯泡正常发光时,电路中电流I= = =1 A,设此时滑动变阻器两端电压为U1,则P1=U1×1 A小灯泡功率由6 W变成1.5 W,说明灯泡两端电压变为3 V,电流变为0.5 AP2=U2×0.5 A = U2=U1+3 V即P1= P2所以,P1<2P2
13.(2017吉林,14,2分)图是小灯泡L和定值电阻R的电流与电压关系的图像。现将它们并联后接在电压为2 V的电源两端,则干路中的电流是 A,小灯泡L的实际电功率是 W。
答案 0.8 1.2
解析 并联电路干路中电流等于各支路电流之和,由图可知,当U=2 V时,IL=0.6 A,IR=0.2 A,故I总=0.6 A+0.2 A =0.8 A;PL=U·IL=2 V×0.6 A=1.2 W。
14.(2017广东,14,3分)有“3 V 0.75 W”的L1灯泡和“3 V 1.5 W”的L2灯泡,如图甲所示,闭合开关,L1和L 2正常发光,则电路总电阻R= Ω;如图乙所示,闭合开关,L1灯正常发光,则电源2的电压U= V, 此时L2灯消耗的实际功率P= W。(假设灯丝电阻不变)
答案 4 4.5 0.375
解题关键 抓住灯泡正常发光时有U实=U额、I实=I额,结合串、并联电路特点解题。
一题多解 题图甲电路的总电阻还可根据并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和求解。
15.(2018河南,5,3分)在图所示的电路中,电阻R1=10 Ω,R2=20 Ω,电源电压保持不变。当开关S1、S3断开,S2闭 合时,电流表的示数为0.2 A。当开关S1、S3闭合,S2断开时,电流表的示数为 A,R2的电功率为 W。为了保障电路安全, 两个开关不能同时闭合。
答案 0.9 1.8 S1、S2
16.(2016河南,5,2分)在图所示的电路中,定值电阻的阻值R0和电源电压U均为已知。在a、b间接入一个未知 电阻Rx,闭合开关,电压表的示数为Ux,则由已知量和测得量可以推出:Rx= ,Rx的电功率Px= 。
答案
解析 题图中将未知电阻Rx接入a、b间后两电阻串联在电路中,电压表测Rx两端的电压。根据串联电路的 特点可知:R0两端的电压U0=U-Ux,电路中的电流I=I0= = ,根据欧姆定律得:Rx= = = ,Rx的电功率Px=UxI= 。
17.(2018四川成都,A25,6分)如图所示,电源电压保持不变,灯泡上标有“12 V 6 W”, 定值电阻R1=120 Ω, 滑动变阻器R2上标有“50 Ω 1 A”,电压表的量程选用“0~3 V”。断开S2,闭合S和S1,滑片P移到B端,灯泡 刚好正常发光。(1)将滑片P移到B端,三个开关都闭合,1 min内电路消耗的电能是多少?(2)断开S1,闭合S和S2,在安全前提下,调节滑片P的过程中,电路消耗的最小功率是多少?
答案 (1)432 J (2)0.9 W
解析 (1)当滑片P移到B端,断开S2,闭合S和S1,电路中用电器只有灯泡因为灯泡正常发光,可知电源电压U=12 V(1分)当滑片P移到B端,三个开关都闭合,电路为R1与灯泡并联W1= t= ×60 s=72 JW灯=Pt=6 W×60 s=360 JW=W1+W灯=72 J+360 J=432 J(2分)(2)断开S1,闭合S和S2,R1与R2串联,滑片P在B端时电路中电流最大,等于0.1 A。移动滑片P使电压表示数为3 V时,电路消耗的功率最小U1=U-U2=12 V-3 V=9 VI= = =0.075 A(1分)R2= = =40 Ω<50 Ω 说明操作可行 (1分)
Pmin=UI=12 V×0.075 A=0.9 W(1分)
解题关键 解此题的关键是开关闭合、断开时电路串、并联的辨别,要注意在确保电路安全的情况下电路 最小电流的确定。
考点三 测量小灯泡的电功率
1.(2019湖北武汉,26,6分)某同学利用图甲所示的电路测量小灯泡的电功率。实验中电源电压保持不变,小 灯泡的额定电压是2.5 V。
(1)该同学接错了一根导线,请你在这根导线上打“✕”,并补画出正确的那根导线。(2)正确连接电路后,用开关进行试触,发现电流表指针不偏转,而电压表指针明显偏转。故障原因可能是 (填“电流表”“滑动变阻器”或“小灯泡”)断路。(3)排除故障后,按正确的步骤进行实验。小灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功 率是 W,此时小灯泡的电阻是 (结果保留两位小数)Ω。(4)继续调节滑动变阻器,让小灯泡两端的电压逐渐降低,小灯泡逐渐变暗,这段时间内, 若小灯泡电阻变化 量的绝对值是ΔR1,滑动变阻器接入电路的电阻变化量的绝对值是ΔR2,则ΔR1和ΔR2大小关系正确的是 (填字母标号)。
A.ΔR1>ΔR2B.ΔR1=ΔR2C.ΔR1<ΔR2D.无法比较
答案 (1)电路连接如图所示: (2)小灯泡 (3)0.65 9.62 (4)C
解析 (1)分析连接的实物图可知,小灯泡因被短路不发光,修改后电路如答案图所示。(2)电压表有示数,电流表无示数,说明电压表的正接线柱到电源的正极和电压表的负接线柱到电源的负极 都没有发生断路,由此可知应该是小灯泡断路。(3)根据图乙可知,电流表的示数为0.26 A,小灯泡的额定功率为P=UI=2.5 V×0.26 A=0.65 W;小灯泡的电阻为R= = ≈9.62 Ω。(4)移动滑动变阻器的滑片,灯泡变暗,说明电路中的电流变小,根据R= 可知,电路的总电阻变大,因此滑动变阻器接入电路的电阻增加的值大于灯泡电阻减小的值。
2.(2019黑龙江齐齐哈尔,26,9分)在“测量小灯泡的电功率”实验中,小丹设计了如图甲所示的电路图,已知 小灯泡的额定电压为2.5 V,滑动变阻器规格为“20 Ω 1 A”,电源是由2节新干电池串联组成。 图甲
(1)用笔画线代替导线,帮助小丹按电路图甲将图乙电路连接完整。(要求导线不交叉)(2)闭合开关前,应将滑动变阻器滑片置于 端(填字母)。(3)连接好电路后,闭合开关,发现小灯泡不发光,电流表有示数,电压表无示数,则电路故障可能是 。(4)排除故障后,缓慢移动滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为2.5 V,电流表示数如图丙所示为 A,
则小灯泡的额定功率为 W,此时灯丝的电阻为 Ω。(5)小丹继续测量小灯泡两端电压略高于额定电压时的电功率,滑动变阻器的滑片应向 端调 节(填字母),观察到小灯泡变亮。(6)下表是小丹根据实验测得的多组数据,她通过分析数据发现小灯泡灯丝的电阻是变化的,则影响小灯泡 灯丝电阻变化的主要因素是 。
(7)小丹经过思考,发现用两只电流表和一个阻值为R0的定值电阻也可以测出小灯泡的额定功率。她设 计的电路如图丁所示,具体操作是:闭合开关S,调节滑动变阻器使电流表A1的示数为I1时,小灯泡正常发光, 此时电流表A2的示数为I2。则小灯泡额定功率的表达式为P额= 。(用I1、I2、R0表示) 图丁
答案 (1)电路连接如图(2)A(3)小灯泡短路(电压表短路)(4)0.2 0.5 12.5
(5)B(6)温度(7)I1R0(I2-I1) (展开也可得分)
解析 (1)滑动变阻器要“一上一下”连接,并且需要与电路图保持一致。(2)闭合开关前,滑片应在使滑动变阻器接入电路的阻值为最大阻值处。(3)电流表有示数,小灯泡不发光,电压表无示数,说明故障原因可能是小灯泡或电压表短路。(4)电流表接0~0.6 A量程,故读数为0.2 A;小灯泡额定功率P=UI=2.5 V×0.2 A=0.5 W;灯丝电阻R= = =12.5 Ω。(5)要使灯泡两端电压增大,应移动滑片,使滑动变阻器接入电路中的阻值减小,故滑片要向B端移动。(6)影响电阻大小的因素有材料、长度、横截面积、温度,根据题意知是灯丝温度发生改变引起了电阻变 化。(7) 示数为I1时,灯泡正常发光,则U额=I1R0此时 示数为I2,则灯泡额定电流I额=I2-I1故灯泡额定功率P额=U额I额=I1R0(I2-I1)。
3.(2018北京,29,7分)小阳为测量额定电压为2.5 V的小灯泡在不同电压下的电功率及观察小灯泡的发光情 况,连接了如图所示的电路。
(1)闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应放置在 端。(选填“左”或“右”)(2)小阳的实验记录如表所示,则小灯泡两端电压U=1.3 V时的电功率P= W。(3)由上表的实验记录你还能得到的结论: 。(写出一条即可)(4)利用图所示实验电路还可以进行的实验有: 。(写出一个即可)
答案 示例:(1)右 (2)0.26(3)同一小灯泡的亮暗程度与其两端电压有关(4)探究小灯泡的电阻在不同电压下的变化规律
解析 (1)闭合开关前滑动变阻器滑片要置于阻值最大的一端,因此,应放置在右端。(2)P=UI=1.3 V×0.20 A=0.26 W。(3)从表中可看出,小灯泡两端电压不同,小灯泡的发光情况也不同,因此可得出结论:同一灯泡的亮暗程度与 其两端电压有关。(4)利用电压表测出灯泡两端电压,电流表测出通过灯泡的电流,由R= 就可算出不同电压下的小灯泡的电阻值,因此,还可探究小灯泡的电阻在不同电压下的变化规律。
4.(2017吉林,26,5分)在测量额定电压为3.8 V小灯泡的电功率实验中,电源电压为4.5 V,电路如图所示。 (1)连接电路时,开关应 ,电压表的量程应选择 ;(2)检查电路无误后闭合开关,会发现小灯泡不亮,但电流表和电压表的指针都有偏转,接下来应进行的操作 是 ;(3)当小灯泡正常发光时,电流表的示数是0.3 A,则小灯泡的额定功率是 W;(4)实验过程中会发现小灯泡两端的实际电压越大,小灯泡的 越大,小灯泡越亮。
答案 (1)断开 0~15 V(或15 V)(2)将滑动变阻器的滑片向B端移动(或将滑动变阻器的滑片向右端移动;或将滑动变阻器连入电路的电阻 变小;或调节滑动变阻器)(3)1.14(4)实际电功率(或实际功率;或电功率;或功率;或电流)
解析 (1)连接电路时,开关应断开,以保护电路;小灯泡额定电压为3.8 V,故电压表应选择0~15 V量程;(2)小灯泡不亮,两表都有示数,说明电路是通路,可能是电流太小,小灯泡实际功率太小,因此接下来应移动 滑片使滑动变阻器连入电路的电阻变小,增大电流,从而增大小灯泡的实际功率。(3)P=UI=3.8 V×0.3 A=1.14 W。(4)灯泡亮度由实际功率决定,灯泡变亮是因为实际功率变大。
5.(2017陕西,31,8分)小华观察家中手电筒,发现里面只有一个LED灯,其额定电压为1.5 V,他想测出该LED灯 的额定功率。(1)请在图中用笔画线代替导线完成实物电路的连接。(2)连接电路时,开关应处于 (选填“断开”或“闭合”)状态,滑动变阻器的滑片应处于最 (选填“左”或“右”)端。
(3)连好电路后闭合开关,发现LED灯不发光,电流表示数几乎为0,电压表示数约为3 V,则该电路的故障可能 是LED灯 (选填“短路”或“断路”)。(4)排除故障后,经过多次测量得到实验数据如下:
第3次实验时,电流表示数如图所示,读数为 A,则该LED灯的额定功率为 W,当灯两端 的实际电压小于额定电压时,实际功率 额定功率。 (5)进一步分析发现,当LED灯两端的电压增大时,其电阻将 。
答案 (1)如图所示(2)断开 左 (3)断路 (4)0.58 0.87 小于 (5)减小(或变小)
解析 (2)连接电路时,开关必须断开,滑动变阻器的滑片应滑到最大阻值处,所以滑片应滑到最左端;(3)电 流表示数几乎为零,电压表示数接近电源电压说明LED灯断路导致电压表串联接入电路;(4)实际电压小于 额定电压,则实际功率小于额定功率;(5)根据表格中的数据以及欧姆定律可以计算出,随着电压的增大,LED 灯的电阻会减小。
6.(2017上海,26)小华做“测定小灯泡的电功率”实验,现有电源(电压保持不变)、待测小灯泡(标有“0.28 A”字样)、电流表、电压表(只有0~3伏挡完好)、滑动变阻器、电键及导线若干。小华正确连接电路后进 行实验,在移动变阻器滑片至某一位置时,发现电压表、电流表的示数如图(a)、(b)所示。他经过思考重新 连接电路进行实验,将新测得的三组数据记录在下表中。
①图(b)中电流表的示数为 安。②请根据相关信息,求出电源电压及小灯泡的额定功率。 (本小题需写出计算过程)
答案 ①0.24 ②见解析
解析 ①由题图(b)可知,所用量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,读数为0.24 A;②测量灯泡的电功率的实验电 路中,电压表与灯泡并联,电流表串联在电路中,由题图可知,电压表示数为3 V时,电流表示数为0.24 A,小于 灯泡的额定电流0.28 A,不能完成实验,则应将电压表并联在滑动变阻器两端;又由表中数据得,电流为0.24 A时,滑动变阻器两端电压为3 V,此时小灯泡两端电压为3 V,从而得出电源电压U=3 V+3 V=6 V;灯泡的额 定功率P=U额I=(6 V-2.2 V)×0.28 A=1.064 W。
解题关键 知道电路中电流为0.24 A时,灯泡两端的电压为3 V,再结合表中信息得此时滑动变阻器两端电 压也为3 V,进而计算出电源电压。
7.(2015内蒙古包头,11,7分)在测定标有3.8 V的小灯泡额定功率的实验中,电源电压为6 V,小灯泡的电阻约 为10 Ω,电流表(量程:0~0.6 A、0~3 A)、电压表(量程:0~3 V)、开关、滑动变阻器各一个,导线若干。 图1
图2(1)根据实验要求把图1中的实验电路连接完整;(2)开关闭合前,应将滑片P调至 端;(3)闭合开关后,发现灯不亮,电流表无示数,电压表有示数,则故障的原因可能是 ;(4)排除故障后,移动滑片P,使电压表的示数为 V时,小灯泡恰好能正常发光,此时电流表的示数如图2 所示,则小灯泡的额定功率为 W(保留两位小数)。
答案 (1)如图所示 (2)A(3)滑动变阻器断路(4)2.2 1.44
解析 (1)连接实物图时遵循“先串后并”的原则,将电流表串联在电路中,由于灯泡的额定电流约为 A=0.38 A,故电流表应选择0~0.6 A量程;由于灯泡的额定电压为3.8 V,大于电压表的量程0~3 V,当灯泡正常发 光时,滑动变阻器两端电压为6 V-3.8 V=2.2 V,故应将电压表并联在滑动变阻器两端,如答案图所示;(2)为了 保护电路,开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处,即A端;(3)灯不亮,电流表无示数,而电压表有 示数,这明显是与电压表并联的用电器断路,导致电压表串联在了电路中时的现象,所以故障原因应是滑动 变阻器断路;(4)当电压表的示数为2.2 V时,小灯泡正常发光,小灯泡的额定功率P额=U额I额=3.8 V×0.38 A=1.44 4 W,结果保留两位小数为1.44 W。
考点四 电热
1.(2018福建A,8,2分)新的国家标准对延长线插座配用电缆的导线横截面积要求进行了修改,额定电流16 A 的延长线插座,导线最小标称横截面积由1 mm2提升到1.5 mm2。增大导线横截面积的目的是 ( )A.增大导线的电阻B.减小通过导线的电流C.增大导线的电压D.减小导线发热的功率
答案 D 在其他条件不变的情况下,增大导线的横截面积就减小了导线的电阻,A错误;在输电电压不变 时,通过导线的电流主要由用电器的总功率决定,B错误;若通过导线的电流不变时,根据U=IR可知,在导线的 电阻变小时,导线的电压也变小,C错误;根据P=I2R可知,在输电电流不变时,导线的电阻变小,则导线的发热 功率变小,D正确。故选D。
2.(2018北京,21,2分)(多选)小辉想探究电流通过电阻时产生的热量与哪些因素有关。他连接了如图所示的 电路进行实验,其中两个完全相同的烧瓶内分别装有质量相等、初温均为25 ℃的煤油,阻值为5 Ω和10 Ω的 电阻丝R1、R2。闭合开关一段时间后,记录此时两个温度计的示数。根据上述实验,下列说法中正确的是 ( )
A.此实验探究的是热量与电阻的关系B.此实验探究的是热量与电流的关系C.此实验探究的是热量与时间的关系D.此实验中用温度计示数变化的大小反映产生热量的多少
答案 AD R1和R2串联,通过它们的电流相同,通电时间相同,R1
答案 多 25
解析 由图可知右侧U形管液面高度差较大,故在电流大小和通电时间相等的情况下,电阻越大,产生的热 量越多;I=0.5 A,t=10 s,R=10 Ω,则Q=I2Rt=(0.5 A)2×10 Ω×10 s=25 J。
解题关键 本题关键在于对焦耳定律Q=I2Rt的理解与简单运用。
4.(2018四川成都,A22,4分)如图所示,电热水壶上标有“220 V 1 800 W”,小明发现烧水过程中热水壶的 发热体部分很快变热,但连接的电线却不怎么热,是因为导线的电阻比发热体的电阻 。在额定电压 下,烧开一壶水用时 3 min 20 s,这段时间内电热水壶发热体产生的热量为 J。
答案 小 3.6×105
思路分析 由焦耳定律知道,电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻大小和通电时间成正比。电热 水壶内的发热体和连接的导线串联在电路中(通过的电流相等),通电时间是相同的,而发热体的电阻比导线 的电阻大,据此分析原因;根据Q=I2Rt=Pt可求电热水壶的发热体产生的热量。
解题技巧 纯电阻电路中,电流做的功全部转化为热量,因此根据时间和功率求出电流做的功就是电阻产 生的热量。
5.(2015广东,14,3分)如图是一种电热暖手宝及其主要参数,暖手宝内有水及加热元件等,选用水作为吸热或 放热物质是因为水的 较大(选填“密度”、“比热容”或“质量”)。使用前要先给暖手宝通电 加热,假设所消耗的电能有70%转化为水的内能,则在额定电压下,水由15 ℃加热至自动断电,此过程中消耗 的电能是 J,所需要的加热时间为 s。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)] 甲
答案 比热容 3×105 600
6.(2018辽宁沈阳,13,3分)小华家新买了一台电热水壶,铭牌上标明“220 V 1 000 W”,水壶中加入1 L水, 水深10 cm,水对壶底的压强为 Pa;在标准大气压下,正常工作6 min,将水从25 ℃加热至沸腾,水吸 收的热量为 J,消耗电能 J。[1 L=1 dm3,ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃),g=10 N/kg]
答案 1 000 3.15×105 3.6×105
解析 h=10 cm=0.1 m,水对壶底的压强p=ρ水hg=1.0×103 kg/m3×0.1 m×10 N/kg=1 000 Pa;水从25 ℃到沸腾,Δt =100 ℃-25 ℃=75 ℃,m水=ρ水V水=1.0×103 kg/m3×10-3 m3=1 kg,所以水吸收的热量Q吸=c水 m水 Δt=4.2×103 J/(kg· ℃)×1 kg×75 ℃=3.15×105 J;消耗电能W=Pt=1 000 W×6×60 s=3.6×105 J。
7.(2018吉林,15,2分)一只标有“8 V 0.4 A”的小灯泡,接在电源电压为12 V的电路中,为使其正常发光,应 串联一个 Ω的电阻;该电阻通电10 s所产生的热量是 J。
答案 10 16
思路分析 由串联电路“等流分压”和R=U/I算出电路中需串联的电阻值;电阻产生的热量与所消耗的电 能相等,故Q=W=UIt。
8.(2016宁夏,29,5分)小明家的电饭锅电源线坏了,他在网上新买了一根,使用时闻到橡胶的焦煳味,他立即拔 下电源插头,发现这根电源线很热,其他用电器仍然正常工作。你认为引起电源线过热的原因可能是 ( )A.电路的电压过高 B.新买的电源线过细C.新买的电源线过粗 D.新买的电源线过短选择理由: 。
答案 B(3分) 电源线过细时,电阻较大;因为电源线与电饭锅串联,所以电流相等,根据焦耳定律可知,电源 线电阻越大,产生热量就越多评分说明:电源线过细时,电阻较大(1分),由焦耳定律可知,电流一定时,电阻越大,产生热量越多(1分)。注:利用排除法能够说出A、C、D选项是错误的也可得分。
9.(2016江西南昌,14,4分)如图所示,是探究焦耳定律的实验装置。已知R1
解析 由于R1、R2串联,电流相等,根据Q=I2Rt,又通电时间相等,R1
答案 (1)0.3 A (2)36 J
11.(2018黑龙江齐齐哈尔,30,8分)如图甲是家用电暖器,利用电热给煤油加热取暖。图乙为其简化的电路原 理图,已知电阻R1>R2,铭牌见表。在电暖器跌倒时,跌倒开关S自动断开,切断电源,保证安全。电暖器有“高 温挡”、“中温挡”和“低温挡”三个挡位,解答下列问题:已知c煤油=2.1×103 J/(kg·℃),ρ煤油=0.8×103 kg/m3(1)煤油温度升高20 ℃时,吸收了多少焦耳的热量?(2)电暖器在中温挡时,正常工作的电流为多少?(3)R1的阻值为多少?(写出文字说明)
答案 (1)8.4×105 J (2)5 A (3)见解析
解析 (1)m=ρ煤油V=0.8×103 kg/m3×25×10-3 m3=20 kg(1分)Q=c煤油mΔt=2.1×103 J/(kg·℃)×20 kg×20 ℃=8.4×105 J(2分)(2)I= = =5 A(2分)(3)由于R1>R2,由P= 可知,当电压一定时,电阻越大,功率越小,所以S、S1闭合,只有R1工作时,电路中电阻最大,功率最小,P低=500 W。 (1分)R1= = =96.8 Ω(2分)评分说明:(1)其他做法只要正确也得满分 (2)计算性错误不累积扣分
考点一 电功和电能
1.(2018北京朝阳一模,12)额定电压均为220 V的甲、乙两个电饭煲,已知甲的额定功率是1 000 W,乙的额定 功率是800 W,将两个电饭煲分别接入我国的家庭电路中工作时,下列说法正确的是 ( )A.甲转化成的内能一定比乙多B.通过甲的电流一定比乙小C.乙的电阻一定比甲小D.乙消耗电能一定比甲慢
2.(2019山东滨州二模,13)(多选)如图所示是某家庭电路的部分连接情况,下列说法正确的是 ( ) A.图中的两根进户线分别为火线和地线B.该家庭同时工作的用电器的总功率不能超过4 400 WC.该家庭一共用电123.4 kW·hD.当电路中发生漏电时空气开关会起到保护作用
答案 BC 进户线分别为火线和零线,故A错误;由图可知,电能表的额定最大电流为20 A,则该家庭同时工 作的用电器的最大总功率P最大=UI最大=220 V×20 A=4 400 W,故B正确;由图可知电能表读数为123.4 kW·h,表 示该家庭一共用电123.4 kW·h,故C正确;当电路中电流过大时,空气开关会断开,从而保护电路;当发生漏电 或发生触电事故时,漏电保护开关会断开,而空气开关不会断开,故D错误。故选B、C。
3.(2019福建龙岩一模,21)如图所示的某家庭电路的电能表读数为 kW·h。当该电路中只有一电饭 煲工作15 min时,电能表的转盘转过500转,电饭煲的实际功率是 W。
答案 520.3 1 000
解析 电能表是用来测量消耗电能多少的仪器,在读数时注意最后一位是小数位,单位是kW·h;由图可知,此 时电能表的示数为520.3 kW·h;2 000 r/(kW·h)表示每消耗1 kW·h的电能,电能表的转盘转动2 000转,电能表转盘转动500转,则电饭煲消耗的电能W= ×1 kW·h=0.25 kW·h,电饭煲的实际功率P= = =1 kW=1 000 W。
4.(2019福建厦门质检,20)某新能源汽车车载电池的部分参数如图,充电时,车载电池是 (选填“电 源”或“用电器”),该电池充满电至少需 min。
答案 用电器 52
5.(2018四川成都外国语学校一模,22)空气污染指数(API-Air Pollution Index的英文缩写)是一种反映和评价 空气质量的方法,便于直观表征空气质量状况和空气污染的程度。我市某兴趣小组为了检测空气质量指 数,设计了如图甲所示的检测电路,R为气敏电阻,其电阻的倒数与空气质量指数的关系如图乙所示,已知电 源电压12 V保持不变。R0=5 Ω,当电压表示数为4 V时,那么,2 min内R0消耗的电能是 J;此时空气质 量指数是 。
答案 384 25
考点二 电功率
1.(2019吉林长春朝阳一模,9)节能扶梯在无人乘坐时,低速运行以达到节能的目的,该功能的实现是通过 ( )A.增大电流 B.增大电源电压C.减小总功率 D.增大总功率
答案 C 节能扶梯在无人乘坐时,低速运行以达到节能的目的;由W=Pt可知,在时间一定时,减小扶梯的总 功率可以减少消耗的电能;由P=UI可知,要减小扶梯的总功率,应减小电流或减小电源电压。故选C。
2.(2018重庆江津六校联考,8)某同学所做电学实验的电路如图所示,电源电压恒为4.5 V,定值电阻R1标有“5 Ω 0.5 A”,滑动变阻器R2规格“20 Ω 1 A”,电压表量程“0~3 V”,在不损坏电路元件的情况下,下列判断不正确的是 ( ) A.R1的最小功率是0.45 WB.该电路的最大功率是2.25 WC.电路中电流变化的范围是0.18~0.5 AD.滑动变阻器阻值变化的范围是4~10 Ω
答案 C 由电路图可知,R1与R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路中的电流。(1)当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时,电路中的电流:I= = =0.9 A,因串联电路中各处的电流相等,且定值电阻允许通过的最大电流为0.5 A,滑动变阻器允许通过的最大电流 为1 A,所以,为了不损坏电路元件,电路中的最大电流为0.5 A,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小,电路 的电功率最大,此时电路中的总电阻:R= = =9 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:R2小=R-R1=9 Ω-5 Ω=4 Ω,该电路的最大功率:P大=UI大=4.5 V×0.5 A=2.25 W,故B正确;
(2)当电压表的示数为3 V时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,R1的功率最小,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,R1两端的电压:U1=U-U2=4.5 V-3 V=1.5 V,电路中的最小电流:I小= = =0.3 A,则电路中电流变化的范围是0.3~0.5 A,故C错误;滑动变阻器接入电路中的最大阻值:R2大= = =10 Ω,则滑动变阻器阻值变化的范围是4~10 Ω,故D正确;R1的最小功率:P1小=U1I小=1.5 V×0.3 A=0.45 W,故A正确。
3.(2018四川成都外国语学校一模,10)两只灯泡A和B的额定电压都是110 V,A的额定功率为60 W,B的额定功 率为100 W,为了把它们接在220 V电路上都能正常发光,并要电路中消耗的电功率最小,应采用下面的哪种 接法 ( )
答案 A 由于额定电压都是110 V,额定功率PA=60 W、PB=100 W,由此可知RA>RB,把灯泡A与电阻并联的 话,会使并联的部分的电阻更小,可能使B与并联部分的电阻相同,所以A、B可能同时正常发光,并且并联部 分电路消耗的功率与B灯泡的功率相同,所以总功率为200 W;由于灯泡要满足110 V的额定电压,所以当A灯 泡与电阻串联以后,再与B灯泡并联,此时B灯泡的电压为220 V高于110 V的额定电压,不能正常工作,故B错 误;RA>RB,把灯泡B与电阻并联的话,并联部分的电阻小于灯泡B的电阻,根据串联电路分压规律可知,A、B的 电压不可能相等,则A、B不会同时正常发光,故C错误;把A、B并联之后与电阻串联接入电路的话,当电阻的 阻值与A、B并联的总电阻相等时,A、B就可以正常发光,此时电阻消耗的功率等于A、B灯泡功率之和,所 以电路消耗的总功率为320 W。由以上分析可知,正常发光并且消耗的功率最小的为选项A。故A正确。
4.(2019江苏苏州吴江二模,12)在综合实践活动课上,小明设计了一个如图甲所示的调光电路。已知电源电 压不变,L标有“6 V 3 W”字样,定值电阻R1的阻值为6 Ω。闭合开关,将滑动变阻器R2的滑片P从最右端逐 渐滑至最左端,记下多组对应的电压表和电流表示数,描绘出的I-U图线如图乙所示。则下列说法正确的是 ( ) 图甲
图乙A.滑动变阻器的最大阻值为12 ΩB.电源电压为10 VC.滑片在滑动过程中,灯丝电阻保持不变D.滑动变阻器R2的滑片P在最右端时,灯泡L的实际功率为0.36 W
答案 D 由电路图可知,灯泡L、定值电阻R1、滑动变阻器R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路 中的电流。由P=UI可得,灯泡的额定电流:IL= = =0.5 A,由图乙可知,当电压表的示数为零时,电流表的示数I=0.5 A和灯泡的额定电流相等,此时滑动变阻器接入电路中的电阻为零,灯泡两端的电压为UL=6 V,由I= 可得,此时R1两端的电压:U1=ILR1=0.5 A×6 Ω=3 V,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,电源的电压U=UL+U1=6 V+3 V=9 V,故B错误;此时灯泡正常发光,电阻为:
RL= = =12 Ω;滑动变阻器R2的滑片P在最右端时,接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,由图乙可知,电路中的最小电流I小=0.3 A,电压表的示数U2=6 V,则滑动变阻器的最大阻值:R2= = =20 Ω,故A错误;R1两端的电压:U1'=I小R1=0.3 A×6 Ω=1.8 V,灯泡两端的电压:UL'=U-U1'-U2=9 V-1.8 V-6 V=1.2 V,灯泡L的实际功率:PL'=UL'I小=1.2 V×0.3 A=0.36 W,故D正确;此时灯泡的电阻:
RL'= = =4 Ω≠RL=12 Ω,则滑片在滑动过程中,灯丝电阻是变化的,故C错误。故选D。
解题关键 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率的公式的应用,关键是从图像中获取有用的信 息,要注意灯泡正常发光时的电流为额定电流。
思路分析 由电路图可知,灯泡L、定值电阻R1、滑动变阻器R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路 中的电流。(1)根据P=UI求出灯泡的额定电流,然后与从图像中读出的最大电流相比较确定灯泡能正常发光,此时滑动 变阻器两端的电压为零,灯泡两端的电压和额定电压相等,根据串联电路的电压特点求出电源的电压,根据 欧姆定律求出此时灯泡的电阻。(2)滑动变阻器R2的滑片P在最右端时,接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,根据图乙可知电路中的 最小电流和此时电压表的示数,根据欧姆定律求出滑动变阻器的最大阻值,再根据欧姆定律求出R1两端的 电压,根据串联电路的电压特点求出灯泡两端的电压,根据P=UI求出灯泡L的实际功率,利用欧姆定律求出 此时灯泡的电阻,然后得出灯丝电阻是否变化。
5.(2019陕西西工大二模,8)如图甲电路中,电源电压保持不变,R1是定值电阻。当开关S闭合,滑动变阻器R2的 滑片P由a端移动到b端,两电表示数变化关系如图乙所示,则下列说法中不正确的是 ( ) 甲 乙A.电源电压为10 VB.R2的最大阻值是30 ΩC.滑片P由a向b恰好移动三分之一长度时R1的电功率为2.22 WD.滑片P在a端时,2分钟内R2消耗的电能是144 J
答案 C 两电阻串联,电压表测R1两端电压。R2滑片在b端时电压表示数为电源电压,故电源电压为10 V,A 项正确;滑片P在a端时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,R2两端电压U2=U-U1=10 V-4 V=6 V,则R2m= = =30 Ω,故B项正确;R1= = =20 Ω,P由a向b移动三分之一长度时R2=20 Ω,所以U1'=U2'=5 V,此时P1= = =1.25 W,故C项错误;P在a端时,U2=6 V,I=0.2 A,则2 min内R2消耗的电能W=U2It=6 V×0.2 A×2×60 s=144 J,D项正确。故选择C。
审题技巧 串联电路电阻最大时,电路中电流最小;电阻最小时,电流最大,故图乙中点(0.5 A,10 V)对应滑片 P在b端,点(0.2 A,4 V)对应滑片P在a端。
6.(2019福建厦门质检,21)如图甲是小灯泡L和电阻R的电流随电压变化的图像,将它们按乙图所示接入电路 中,只闭合开关S,小灯泡的实际功率为1 W;再闭合开关S1,电流表示数将 (选填“变大”“变小” 或“不变”),此时电路消耗的总功率为 W。 甲
乙
答案 变大 1.4
解析 只闭合开关S时,电路为L的简单电路,电流表测通过L的电流;由图甲可知,UL=2 V,IL=0.5 A时,小灯泡 的实际功率为1 W,说明电源电压为2 V;再闭合开关S1时,灯泡L与电阻R并联,电流表测干路电流;因并联电 路中各支路独立工作、互不影响,所以通过L的电流不变,又因并联电路中各支路两端的电压相等;由图甲 可知,电压为2 V时通过R的电流IR=0.2 A,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 =IR+IL=0.2 A+0.5 A=0.7 A,所以电流表的示数变大;此时电路消耗的总功率为P=UI=2 V×0.7 A=1.4 W。
考点三 测量小灯泡的电功率
1.(2018吉林长春宽城一模,10)如图所示的电路中,电源电压不变,闭合开关S后,小灯泡的功率为2 W,电路消 耗的功率为6 W。如果把R换成R',小灯泡的功率为3 W(不计温度对灯丝电阻的影响),则此时电阻R'的功率P ( ) A.大于3 W B.介于2 W和3 W之间C.等于3 W D.小于2 W
答案 A 小灯泡的功率为2 W,电路消耗总功率为6 W,设此时电流为I1,把R换成R',小灯泡的功率为3 W,设 此时电流为I2,可知I2大于I1,根据P=UI可知总功率大于6 W,所以R'的功率大于3 W。
思路分析 要紧紧把握住总功率等于两个用电器功率之和这一关系。灯泡功率由2 W增大到3 W,则电路 中电流肯定增大了,又电源电压不变,则总功率变大,总功率大于6 W,所以电阻R'的功率大于3 W。
2.(2019陕西西安行知中学一模,8)青青同学做电学实验时,电路如图所示。已知所用电流表的量程为0~0.6 A,电压表的量程为0~3 V,电源电压为6 V(保持不变),滑动变阻器R标有“50 Ω 1 A”字样,定值电阻R0为10 Ω。开关闭合后,在移动滑片的过程中,若保证电路安全,下列情况可能出现的是 ( ) A.电阻R0的功率为1 WB.滑动变阻器调到0 ΩC.电流表示数为0.5 AD.电压表示数为2 V
答案 D 当电压表示数为3 V时,滑动变阻器允许接入的电阻最小,因串联电路中总电压等于各分电压之 和,所以此时滑动变阻器两端的电压UR=U-U0大=6 V-3 V=3 V,则滑动变阻器接入电路中的最小阻值R小=R0=1 0 Ω,滑动变阻器不可以调到0 Ω,故B不符合题意。由电路图可知,定值电阻R0与滑动变阻器R串联,电压表测 R0两端电压,电流表测电路中的电流。因电源的电压大于电压表的最大示数,所以,根据串联电路的特点和 欧姆定律可知,当电压表的示数最大时电路中的电流最大,此时R0消耗的电功率最大,变阻器接入电路中的 电阻最小,则电路中的最大电流I大= = =0.3 A,即电流表的最大示数为0.3 A,电流表示数不可能为0.5 A,故C不符合题意;电阻R0的最大功率 = I大=3 V×0.3 A=0.9 W,电阻R0的功率为1 W不可能出现,故A不符合题意;当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中电流最小,电阻R0分得的电压最小,即电压表的示 数最小,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电路中的最小电流I小= = =0.1 A,电压表的最小示数 =I小R0=0.1 A×10 Ω=1 V,电压表示数为2 V可能出现,故D符合题意。故选D。
3.(2018广东东莞二模,14)如图甲所示电路,电源电压为6 V,当开关S闭合后,电流表的指针偏转如图乙所示, 其中a电流表测量的是通过 (选填“电源”、“L1”或“L2”)的电流,b电流表的读数应为 A,L2消耗的功率为 W。 甲 乙
答案 L1 1.2 5.4
解析 由电路图可知,两灯泡并联,电流表a测L1支路的电流,电流表b测干路电流,因为并联电路中干路电流 等于各支路电流之和,且b电流表指针的偏转角小于a电流表指针的偏转角,所以a电流表所用的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,示数为0.3 A,即I1=0.3 A,b电流表所用的量程为0~3 A,分度值为0.1 A,示数为1.2 A,即I=1. 2 A,则灯L2的电流为I2=I-I1=0.9 A,L2消耗的功率P2=UI2=6 V×0.9 A=5.4 W。
4.(2019重庆綦江模拟,18)在“测量小灯泡电功率”的实验中,电源电压是4.5 V,小灯泡的额定电压是2.5 V, 电阻约为10 Ω。(1)请你用笔画线代替导线,将如图甲中的电路元件连接成实验电路(要求滑片向右移动时灯泡变暗,连线不 得交叉)。 甲
乙 丙(2)实验过程中,移动滑动变阻器的滑片P到某点,电压表的示数如图乙所示,为 V。若要测量小灯泡 的额定功率,应将图中的滑片P向 (选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为 V为止, 这时电流表的示数如图丙所示,计算出此小灯泡的额定功率是 W。(3)另一实验小组在实验中,电路连接正确,操作规范。闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,发现灯不亮,电压 表 示数(选填“有”或“无”),电流表 示数(选填“有”或“无”),出现这一故障的原 因是 。
答案 (1)如图所示 (2)1.7 A 2.5 0.9 (3)无(有) 有(无) 灯泡被短路(灯泡断路)
解析 (1)小灯泡的额定电压是2.5 V,电阻约为10 Ω,灯泡正常工作时的电流约为I= =0.25 A,电流表选用小量程与灯串联;要求滑片向右移时灯泡变暗,即电流变小,连入电路中电阻变大,应将左下接线柱连入电路中。(2)实验过程中,移动滑动变阻器的滑片P到某点,电压表的示数如图乙所示,因电压表选用小量程,分度值为 0.1 V,示数为1.7 V,因灯在额定电压下才能正常发光,要想测小灯泡的额定功率,应增大灯泡两端的电压,由 串联电路电压的规律知,要减小变阻器分得的电压,根据串联分压原理,应减小变阻器连入电路中的电阻,即 滑片向A端移动,直到电压表示数为2.5 V;电流表选用小量程,分度值为0.02 A,图丙中,电流表示数为0.36 A,小灯泡的额定功率P=2.5 V×0.36 A=0.9 W;(3)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,发现灯不亮,电压表无示数,电流表有示数,说明电路是通的,故可能是 灯泡短路;或电流表无示数,电压表有示数,说明电路不通,电压表串联在电路中,可能是灯泡断路。
5.(2019福建厦门质检,28)两只铭牌模糊的小灯泡L1、L2,仅能看清分别标有“0.3 A”和“0.5 A”字样。 甲
乙 丙(1)如图甲是小明测量小灯泡L1额定功率时连接的实物图。①图中有一根线连接错误,请在这根线上打“✕”,并在图中改正;②闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应位于 (选填“A”或“B”)端;③闭合开关,移动滑片P,通过观察 表的示数来判断小灯泡是否正常发光。小灯泡正常发光时,电压
表的示数如图乙所示,则小灯泡L1的额定功率为 W。(2)小亮利用如图丙所示的电路测出了小灯泡L2的额定功率,请在虚线框内补上小灯泡、电压表和定值电阻 R(阻值已知)这三个元件的符号,使电路完整,实验操作方便。
(2)如图所示
解析 (1)①电压表测电源电压是错误的,应测灯L1两端的电压。②闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应位于阻值最大处即B端;③灯在额定电流下正常发光,闭合开关,滑动滑片P,通过观察电流表的示数来判断小灯泡是否正常发光,小 灯泡正常发光时,电压表的示数如图乙所示,电压表选用小量程,分度值为0.1 V,示数为2.5 V,则小灯泡的额 定功率为:P=UI=2.5 V×0.3 A=0.75 W。(2)电路图如答图所示,断开S2闭合S1,电压表测定值电阻两端的电压,调节滑动变阻器,使电压表的示数为U'= 0.5 A×R,此时通过L2的电流为0.5 A,L2正常发光,断开开关S1,闭合开关S2,电压表测电阻与灯泡两端的总电压 U总,则灯泡两端的额定电压U额=U总-U'。
考点四 电热
1.(2019江苏徐州一模,2)如图所示的用电器中,利用电流热效应工作的是 ( )
答案 C 利用电流的热效应工作时,把电能转化为内能。电风扇工作时,主要是把电能转化为机械能,电 视、电脑工作时,主要将电能转化为光能和声能,电熨斗工作时,主要把电能转化为内能,即电熨斗利用电流 的热效应工作,故选C。
2.(2019江苏无锡惠山二模,11)如图为“探究电流产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个相 同的烧瓶中密封初温相同、质量相等的煤油,通电一段时间后,右侧玻璃管中液面比左侧高。下列说法正 确的是 ( ) A.通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少,这种方法是控制变量法B.右侧电阻丝的阻值比左侧的小C.通过右侧电阻丝的电流比左侧的小D.该装置用于探究电流通过导体产生的热量的多少与电阻大小的关系
答案 D 通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少,这属于转换法,故A错误;由图知,两电阻丝 串联,根据串联电路的电流特点可知,各处的电流是相同的,故C错误;两个相同的烧瓶中密封初温相同、质 量相等的煤油,通电一段时间后,右侧玻璃管中液面比左侧高,说明电流通过右侧电阻丝产生的热量多;电流 和通电时间均相同,根据焦耳定律Q=I2Rt可知,右侧电阻丝的阻值大,故B错误;通过电阻丝的电流和通电时 间均相同,由于左右两侧电阻丝的阻值不同,所以探究的是电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关 系,故D正确。
3.(2017辽宁本溪毕业练习一,21)(3分)如图所示电路中,定值电阻R的阻值为20 Ω,电动机线圈电阻为2 Ω。 闭合开关S,电流表A1的示数为0.8 A,A2的示数为0.3 A,则电源电压为 V,电路消耗的总功率为 W,1 min内电流通过电动机产生的热量为 J。
答案 6 4.8 30
4.(2019河南郑州二模,5)在创客比赛中,晓光设计了一个暖箱温度显示器,如图(a)所示,其原理是利用电压表 的示数表示暖箱内的温度。已知电源电压恒为4 V,R0的阻值为150 Ω,R1是热敏电阻,图(b)是它的阻值-温度 的关系图像。当暖箱内温度为60 ℃时,电压表的示数是 V;电压表的量程为0~3 V,则暖箱内的最高 温度是 ℃。若将R0换用阻值更大的电阻,则暖箱内能达到的最高温度将 (选填“升 高”、“降低”或“不变”)。 (a) (b)
答案 2 100 降低
5.(2018广东汕头濠江模拟,20)如图甲是一台常用的电热饮水机,如表所示是它的铭牌数据,如图乙是它的电 路原理图。其中S2是温控开关,R1是定值电阻,R2是加热电阻。当S2闭合时,饮水机处于加热状态;当S2断开 时,饮水机处于保温状态。
(1)在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是多大?(2)饮水机正常工作时,将热水箱中的水从20 ℃加热到90 ℃,需用时14 min[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]。求此加热过程中饮水机的加热效率。(3)求电阻R1的阻值。
答案 (1)2 A (2)79.5% (3)1 100 Ω
解析 (1)在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是I= = =2 A(2)热水箱中水的质量:m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×1×10-3 m3=1 kg水吸收的热量:Q吸=cm(t2-t1)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(90 ℃-20 ℃)=2.94×105 J电流做的功:W=P加热t=440 W×14×60 s=3.696×105 J因为该电路是纯电阻电路,所以Q放=W饮水机的加热效率:η= ×100%= ×100%=79.5%(3)当S2闭合时,饮水机处于加热状态R2= = =110 Ω当S2断开时,R1与R2串联,饮水机处于保温状态电路中总电阻R总= = =1 210 Ω
R1=R总-R2=1 210 Ω-110 Ω=1 100 Ω
一、选择题(每小题3分,共12分)1.(2019四川江油一模,12)甲、乙两只灯泡,其I-U关系图像如图所示,现将甲、乙两灯串联在电路中,当甲灯 两端的电压为2 V时,乙灯消耗的功率是 ( ) A.1.2 W B.0.8 W C.2 W D.3 W
答案 A 将甲、乙两灯串联在电路中,且甲灯两端的电压为2 V时,由图像可知通过甲灯泡的电流为0.4 A, 因串联电路中各处的电流相等,所以此时通过乙灯泡的电流I乙=I甲=0.4 A,由图像可知,I乙=0.4 A时,乙灯泡两 端的电压U乙=3 V,则乙灯消耗的功率P乙=U乙I乙=3 V×0.4 A=1.2 W。故选A。
2.(2019福建泉州质检,10)某电热水壶有电热丝R和两个开关S1、S2。当水沸腾后壶内积聚了大量水蒸气使 S1自动断开,壶停止加热;若壶中没水,壶的温度升高到120 ℃时S2自动断开,壶停止加热防止干烧。图中符 合上述功能的电路图是 ( )
规律总结 (1)串联电路中各用电器的工作互相影响,一个用电器因开路停止工作,则所有用电器都不能工作;(2)并联电路中,各支路中的用电器的工作互不影响,当某一支路开路时,其他支路仍可正常工作。
答案 A 当水沸腾后壶内积聚了大量水蒸气使S1自动断开,壶停止加热;若壶中没水,壶的温度升高到120 ℃时S2自动断开(防止干烧),壶停止加热;说明两开关只要有一个断开后都会使壶停止加热,两开关是串联 的,且与R是串联的,故只有A符合题意。故选A。
3.(2019江苏太仓一模,12)如图甲所示,R1为定值电阻,滑动变阻器R2的滑片从a端滑到b端的过程中,R2消耗的 电功率P2与其两端电压U2的关系图像如图乙所示,下列说法正确的是 ( ) 甲 乙
A.R1的阻值为20 ΩB.R2的最大阻值为50 ΩC.电源电压为8 VD.该电路消耗的最大电功率为0.9 W
答案 B 由图甲可知,R1和R2串联,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流。由图乙可 知,当滑动变阻器两端电压为2 V时,其消耗的功率为0.8 W,由P=UI可得,此时电路中的电流为I= = =0.4 A,由I= 及串联电路的电压规律可得,电源的电压U=IR1+U2=0.4 A×R1+2 V, ①;由图乙可知,当滑动变阻器两端电压为5 V时,其消耗的功率为0.5 W,由P=UI可得,此时电路中的电流为I'= = =0.1 A,由I= 及串联电路的电压规律可得,电源的电压U=I'R1+U2'=0.1 A×R1+5 V, ②,电源电压不变,则0.4 A×R1+2 V=0.1 A×R1+5 V,解得R1=10 Ω,故A错误;电源电压为U=0.4 A×10 Ω+2 V=6 V,故C错误;由图乙可知,当变阻器两端电压最大,为5 V时,滑动变阻器的阻值全部接入电路中,电路电阻最大,此时电流
最小,为I'=0.1 A,则滑动变阻器的最大阻值为R2大= = =50 Ω,故B正确;当滑动变阻器接入电路的电阻为0时(电路为R1的简单电路),电路中的电阻最小,电流最大,则电路中的最大电流为I大= = =0.6 A;该电路消耗的最大电功率P大=UI大=6 V×0.6 A=3.6 W,故D错误。故选B。
4.(2018安徽合肥安庆名校联考,15)如图所示的是“探究电流热效应”的实验装置,烧瓶内装有质量和初温 完全相同的煤油,铜丝和镍铬合金丝的长度、横截面积均相同,则下列说法中不正确的是 ( ) A.利用甲图的实验装置可以探究电流产生的热量与电阻的关系B.在甲图中,为了缩短实验时间,滑片应适当向左移动
C.实验中,通过观察温度计上升的示数来比较电流产生的热量的多少D.利用乙图的实验装置,只能探究电流产生的热量与电流大小的关系
答案 D 铜丝和镍铬合金丝的长度和横截面积都相同,由于材料不同,其电阻不同,甲图中两个金属丝串 联,电流相同,故用甲图可以探究电流产生的热量与电阻的关系,A项正确;甲图中滑片向左滑动,电阻减小,电 流变大,两段电阻丝的功率变大,可以缩短实验时间,B项正确;实验中,温度计示数上升越多,说明电阻丝产生 热量越多,故C项正确;利用乙图还可以探究电流产生的热量和加热时间的关系,D项错误。
5.(2分)一天小明家中的IC卡电能表上的金额用完了,电能表便切断了电路。小明的父亲将有300元的IC卡 插入电能表,电路又接通了,此时电能表的示数为 。小明家所在地每度电的电费是0.6元,300元电费可用电 kW·h。为防止电能表再次切断电路,小明家应在电能表的示数为 前为IC卡电能表充值。
二、非选择题(共38分)
易错警示 电能表示数的最后一位为小数点后一位数。
思路分析 由总价和单价计算出消耗的电能;一段时间内电能表的两次示数之差即为所消耗的电能。
6.(2019重庆綦江模拟,11)(2分)如图所示是直流电动机提升重物的示意图,电源电压为36 V且保持不变,电路 中的电流是2 A,质量为8 kg的重物在电动机带动下以0.8 m/s的速度匀速上升,不计各处摩擦,则电动机线圈 的电阻是 。(g取10 N/kg)
答案 2 Ω
解题关键 本题解题的关键在于明确能量的转化方向,知道消耗的电能转化为了机械能和内能,则可求得 发热功率;同时明确发热功率是线圈内阻通电发热的功率。
7.(2019陕西西安铁一中二模,20)(6分)如图所示是某家用电热水壶内部的电路简化结构图,其中R1、R2为阻 值相同的电热丝,有甲、乙、丙、丁四种不同的连接方式,该电热水壶有高温、中温、低温三挡,中温挡的 额定功率为500 W。求:
(1)电热水壶调至中温挡正常加热,将质量为2 kg温度为30 ℃的水烧开(标准大气压下)需要20 min,水所吸收 的热量 。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)](2)甲、乙、丙、丁四种连接方式中, 是高温挡的连接方式。电热水壶高温挡的额定功率为 。
答案 (1)5.88×105 J (2)丁 1 000 W
8.(2018福建龙岩联考,30)(14分)在测量额定电压为2.5 V的小灯泡电功率的实验中,电路已部分连接,如图甲 所示: 甲(1)请你用笔画线代替导线,将图甲中的电压表接在灯泡两端。
(2)正确接入电压表后闭合开关,发现灯泡不亮,电流表无示数,电压表示数等于电源电压,其故障可能是 。(3)排除故障后,移动滑片P到某一位置时,电压表示数如图乙所示,若要测量小灯泡的额定功率,应将滑片P 向 (选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为 V。 乙(4)移动滑片P,记下多组对应的电压表和电流表的示数,并绘制成图丙所示的I-U图像,根据图像信息,可 计算出小灯泡的额定功率是 W。
丙
解析 (1)灯泡的额定电压为2.5 V,电压表要选择0~3 V量程,电压表并联在灯泡两端,电流从正接线柱流入, 从负接线柱流出。(2)灯泡不亮,电流表无示数,电路可能断路,又知电压表示数等于电源电压,则电压表与电源两极之间是相连 的,则故障可能是与电压表并联的小灯泡处发生了断路。(3)电压表使用0~3 V量程,分度值为0.1 V,电压表读数为2.2 V。要使灯泡正常工作,灯泡两端电压应从2.2 V 增大到2.5 V,电路电流要增大,总电阻要减小,滑动变阻器的电阻要减小,滑片向B端移动。(4)从图像得知,灯泡两端电压为2.5 V时,电流为0.3 A,额定功率P=2.5 V×0.3 A=0.75 W。
思路分析 (1)图中还有电压表没有接入电路,连接时要考虑电压表的量程、连接方式、正负接线柱。(2)灯泡不亮可能是灯泡断路或短路。灯泡断路时,电路断路,电路中没有电流,电流表无示数,电压表串联在 电路中,电压表测量电源电压;灯泡短路时,电路总电阻减小,电路中电流增大,电流表示数增大,电压表被短 路,示数为零。(3)读出电压表示数为2.2 V,要使灯泡正常工作,灯泡两端电压应增大到2.5 V,电路电流要增大,总电阻要减 小,滑动变阻器的电阻要减小。(4)从图像中查得电压为额定电压2.5 V时,电流I=0.3 A,根据P=UI计算额定功率。
9.(2019江苏南京建邺二模,26)(14分)某实验小组做“测量小灯泡的功率”实验,实验所用器材有电压为4.5 V的电源、额定电压为2.5 V的小灯泡(正常发光时的电阻约为10 Ω)、电流表(0~0.6 A,0~3 A)、电压表(0~3 V,0~15 V)、滑动变阻器(50 Ω 1 A)、开关各一个,导线若干。 甲
乙 丙(1)请用笔画线代替导线,在图甲中把电路连接完整,连线时导线不能交叉。(2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移至最 (左/右)端。(3)闭合开关后,两电表都有读数,但小灯泡不亮,可能的原因是 。(4)闭合开关后,移动变阻器的滑片,使电压表的示数为2.5 V,此时电流表示数如图乙所示,其读数为 A,小灯泡的额定功率为 W。
(5)小明利用该电路探究电流跟电阻的关系,仅把其中的小灯泡换成了定值电阻,为了使所控制的电压如图 丙所示,这些定值电阻不能大于 Ω。(6)某次移动滑动变阻器滑片过程中,滑动变阻器连入电路阻值的变化量为ΔR1,灯泡阻值的变化量为ΔR2,则 ΔR1 (大于/等于/小于)ΔR2。
答案 (1)见解析 (2)左 (3)变阻器连入电路中的电阻过大 (4)0.24 0.6 (5)40 (6)大于
解析 (1)电流表与灯泡串联,灯泡的额定电压为2.5 V,故电压表选用小量程与灯泡并联。 (2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处,即最左端。(3)闭合开关后,两电表都有读数,说明电路为通路,但小灯泡不亮,可能是电路中的电流过小,故可能的原因 是变阻器连入电路中的电阻过大。(4)闭合开关后,移动变阻器的滑片,使电压表的示数为2.5 V,此时电流表示数如图乙所示,电流表选用小量
程,分度值为0.02 A,其读数为0.24 A,小灯泡的额定功率为P=ULIL=2.5 V×0.24 A=0.6 W。(5)电压表选用小量程,分度值为0.1 V,由图丙可知示数为2 V,探究电流跟电阻的关系要控制电阻两端的电 压不变,UV=2 V,根据串联电路电压的规律,变阻器分得的电压U滑=U-UV=4.5 V-2 V=2.5 V,电压表示数为变 阻器分得电压的 =0.8,根据分压原理,当变阻器连入电路中的电阻最大为50 Ω时,对应的最大定值电阻为R大=0.8×50 Ω=40 Ω,即这些定值电阻不能大于40 Ω。(6)当滑动变阻器连入电路的电阻变小时,由串联分压原理可知,变阻器两端的电压变小,根据串联电路电压 的规律,灯泡两端电压增大,通过灯泡的电流也增大,根据P=UI,灯泡的功率变大,灯丝的温度升高,灯泡电阻 变大;由欧姆定律R= 可知,电路的总电阻变小,根据R总=R滑+R灯,只有R滑的减小量大于R灯的增加量才会让总电阻变小,即ΔR1大于ΔR2。
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