【同步练习】苏科版初三物理下册 第15章《电功和电热》专项训练（3）

《第十五章  电功和电热》专项训练

专项一  电、热综合计算

1. 电脑的中央处理器(CPU)只有半张扑克牌大小,工作时放出热量多,常采用散热片与风扇组合冷却.某电脑CPU的功率为100 W,其中发热功率占8%,铜质散热片的质量是1.2 kg.若工作半小时,CPU消耗电能　　　　J,产生热量　　　J,这些热量可使散热片温度升高　　　　℃.[c铜=0.39×103 J/(kg·℃),结果保留一位小数] 

2. 如图是某家用电热水器的简化电路图,温控开关S可根据水温自动切换加热和保温两种状态,R1、R2是发热电阻.电热水器主要参数如下表.[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]

(1)开关S跳至　　　触点位置时,电热水器进入保温状态.水箱内装满水时,水的质量为　　　kg.

(2)R2的阻值为多大?

(3)水箱中装满初温为25 ℃的水,加热使温度升高到55 ℃,水需要吸收多少热量?

(4)在上述加热状态下,电热水器正常工作了35 min,需消耗多少电能?加热效率是多少?

3. 如图甲所示是某型号的浴室防雾镜,其背面粘贴有等大的电热膜,使用时镜面受热,水蒸气无法凝结其上,便于成像,该防雾镜的相关数据如表所示.

(1)防雾镜正常工作时的电流是多少?

(2)经测试,在-5 ℃环境下工作500 s使平面镜的平均温度升高了40 ℃,电热膜给平面镜的加热效率η是多少?[玻璃的比热容为0.75×103 J/(kg·℃)]

(3)如图乙所示,小明给防雾镜电路连接了一个滑动变阻器R,能使电热膜的功率在原功率的25%~100%之间变化,以满足不同季节使用的需要,求R的最大阻值.

专项二　家庭电路作图与故障分析

类型1　家庭电路作图

1. 用笔画线代替导线,将图中的拉线开关、电灯、熔断器和插座接入家庭电路中.要求:符合安全用电原则;熔断器控制插座;拉线开关控制电灯.

2. 为判断如图所示的家庭电路中白炽灯L1是否短路,将火线上的熔丝断开,用另一只完好的白炽灯L2作为“校验灯”接入电路,然后闭合总开关,再闭合开关S,即可根据L2的亮暗作出判断.请在图中补画一根导线,将L2正确接入电路.

3. 小明想用两个单刀双掷开关、一个LED灯和若干导线,设计一个楼梯灯电路,既可以在楼下开灯到楼上关灯,又可以在楼上开灯到楼下关灯,请你根据小明设计的意图,用笔画线代替导线完成题图的电路.

类型2　家庭电路故障分析

4. 如图所示的家庭电路,当闭合开关时,发现电灯不亮.若原因是图中打“✕”的位置发生了断路,则在开关闭合的情况下用测电笔测试电路中A点时,测电笔氖管　　　　(填“会”或“不会”)发光.

5. 在如图所示的家庭电路中,将插头插入插座,打开电视,电视不工作;闭合开关,灯泡不亮;保持开关闭合,拔出插头,将测电笔分别插入插座两孔时氖管均发光.若电路中只有一处故障,则故障可能是(　　)

A.零线上保险丝烧断

B.火线上保险丝烧断

C.灯丝烧断

D.插座短路

6. 现代化的家庭电路不仅让我们的生活更安全,更给我们带来了很大的舒适和便捷.如图所示是小清家配电系统的简化电路图.一天,小清在插座上插上了新买的制冷机后,开关1“跳闸”了,而其他开关正常.拔掉制冷机后合上开关1,其他用电器仍正常工作,再次插上后又出现了之前的现象.根据以上描述,下列说法正确的是(　　)

A.插座出现了短路现象

B.开关2或者开关3可能被短路

C.开关4可能断路

D.开关2、3、4允许通过的最大电流之和远大于开关1允许通过的最大电流

专项三  探究实验

类型1  测量小灯泡的电功率

1. 小红在做“测量小灯泡的功率”实验时,电源电压恒为6 V,待测小灯泡的额定电压为2.5 V,正常发光时灯丝电阻约为10 Ω.小红连接的部分电路如图甲所示,所用滑动变阻器的最大阻值为40 Ω.

【基础设问】

(1)请用笔画线代替导线,在图甲中完成实物电路的连接.

(2)连好电路后,小红进行试触时,发现小灯泡不发光,电流表无示数,电压表有示数,则故障可能是　　　　　　　　(填“小灯泡断路”“小灯泡短路”或“滑动变阻器断路”).

(3)排除故障后继续实验,某次实验中,小红看到电压表示数为1 V,此时小灯泡发光较暗,原因是　　　　　　　;要使小灯泡正常发光,应向　　　　(填“A”或“B”)端移动滑片,同时视线应注意观察　　　　(填“电流表”或“电压表”)示数,直至　　　　　　　　.当小灯泡正常发光时,电流表示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率是　　　　W.

(4)小红根据实验数据绘制了小灯泡的I-U图像,如图丙中的图线a所示.观察图像,发现AB部分为线段,BC部分为曲线.为便于分析,将线段AB延长作出图像,如图丙中的图线b所示.比较a、b两图线,发现两图线间的距离随着电压的增大而增大,说明　　　　　　　　　　　　. 

(5)根据图丙中B点对应的电压和电流值,计算小灯泡此时的电阻为　　　　Ω.小灯泡在C点时的功率　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)额定功率. 

(6)若把这样的两个小灯泡串联接在4 V的电源上,则此时两个小灯泡消耗的实际功率总和为　　　　W. 

【能力设问】

(7)小红想用该电路继续测量额定电压为3.8 V的小灯泡的额定功率,但是发现电压表0~15 V量程不能使用, 你认为利用上述器材怎样测定3.8 V的小灯泡的额定功率?　                                                        .

(8)小明在做“测量小灯泡的电功率”实验时,选用的滑动变阻器的规格是“12 Ω　2 A”,电路图和其他实验器材与小红的一样.

①小明将滑片移至正确位置后,闭合开关,观察到电压表的示数如图丁所示,此时小灯泡两端的电压为　　　　V.为了保证实验能够顺利进行,接下来应该进行的操作是　　　　　　　　　　　　.

②小明改进实验后,继续进行实验,然后根据实验数据算出来小灯泡在不同电压下的功率,再求平均值得到小灯泡的额定功率,他在处理数据时存在的问题是                                           .

类型2  探究影响电流热效应的因素

2. 如图1所示,在探究“影响电流热效应的因素”时,将电阻丝R1、R2、R3分别装在甲、乙、丙三个相同的透明容器中,容器中密封着等量的空气,橡胶管将密闭容器和装有红色液体的U形玻璃管相连,容器内电阻丝的电阻R1=10 Ω、R2=R3=5 Ω;另有一个阻值为5 Ω的电阻丝R4在容器外部,与电阻丝R3并联.

【基础设问】

(1)在实验中,加热空气的好处是　　　　　　　　,观察U形玻璃管中的液面高度差是为了比较　　　　　　　　,这里采用的方法是　　　　. 

(2)若要探究导体产生的热量的多少与电流大小是否有关,则应选用　　　　两容器及其相连的U形管进行比较,得到结论:在电阻和通电时间相同的情况下,通过导体的　　　　越大,产生的热量越多. 

(3)若要探究导体产生的热量的多少与电阻大小是否有关,则应选用　　　　两容器及其相连的U形管进行比较,得到结论:在电流和通电时间相同的情况下,导体的　　　　越大,产生的热量越多. 

(4)在实验中观察到甲、乙容器相连的U形管液面很快出现高度差,丙容器相连的U形管中液面高度差为零,原因可能是电阻丝　　　　断路. 

(5)排除故障后继续进行实验,通电一段时间后,　　　　容器相连的U形管中两侧的液面高度差变化最大. 

【能力设问】

(6)①相同时间内电阻R1产生的电热Q1与电阻R2产生的电热Q2之比为　　　　. 

②相同时间内电阻R1产生的电热Q1与电阻R3产生的电热Q3之比为　　　　. 

③若将R4拆除,则相同时间内电阻R3产生的电热Q'3与拆除前R3产生的电热Q3之比为　　　　.

(7)用Q=I2Rt可以计算电流通过任何用电器产生的热量,能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗?请用实例说明原因: 　                                                                      . 

(8)利用如图2所示的实验装置也可以探究“影响电流热效应的因素”.

①在两瓶中加入质量、初温均相同的煤油,闭合开关一段时间,可以通过观察温度计　　　　情况,判断电阻丝产生的热量多少. 

②若丁、戊两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体,其电阻丝的阻值R5　　R6时,可以比较不同物质的吸热能力.若温度计a比温度计b温度升高得快,则丁、戊两瓶内液体比热容关系c丁　　c戊.(两空均填“>”“=”或“<”) 

参考答案

专项一  电、热综合计算

1.【答案】　1.8×105　14 400　30.8

【解析】　CPU的工作时间t=0.5 h=1 800 s,则工作半小时,CPU消耗的电能W=Pt=100 W×1 800 s=1.8×105 J.由题知发热功率占CPU功率的8%,则P热=P×8%=100 W×8%=8 W,则工作半小时,CPU产生的热量Q=P热t=8 W×1 800 s=14 400 J,由Q=cmΔt可得,散热片升高的温度Δt=≈30.8 ℃.

2.解:(1)b　30

(2)当开关S跳至a触点位置时,只有电阻R1接入电路,

由P=可知,R1==24.2 Ω,

开关S跳至b触点位置时,两电阻串联,

P保温=,则R2=-R1=-24.2 Ω=36.3 Ω.

(3)水吸收的热量Q=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×30 kg×(55 ℃-25 ℃)=3.78×106 J.

(4)加热状态下,电热水器正常工作35 min需消耗电能W=P加热t=2 000 W×35×60 s=4.2×106 J,

加热效率η=×100 %=×100%=90%.

3.解:(1)由P=UI可得,防雾镜正常工作时的电流I=≈0.36 A.

(2)在-5 ℃环境下正常工作500 s,平面镜吸收的热量

Q吸=c玻璃mΔt=0.75×103 J/(kg·℃)×1.2 kg×40 ℃=3.6×104 J,

正常工作500 s,电热膜产生的热量Q=W=Pt=80 W×500 s=4×104 J,

加热效率η=×100%=×100%=90%.

(3)由P=可得,电热膜的电阻

R电热膜==605 Ω,

当滑动变阻器R的阻值最大时,通过电热膜的电流最小,此时电热膜的功率最小,

结合题意可知,电热膜的最小功率为P最小=80 W×25%=20 W,

由P=I2R可得,此时通过它的电流I小=A,

由欧姆定律可得,此时电路中的总电阻R总==1 210 Ω,

则滑动变阻器的最大阻值R=R总-R0=1 210 Ω-605 Ω=605 Ω.

专项二　家庭电路作图与故障分析

1.【答案】　如图所示.

【解析】　熔断器控制插座,则熔断器应与插座串联,且熔断器与火线相连,三孔插座按“左零右火中接地”的原则接入电路;拉线开关应接在灯泡与火线之间,灯泡的螺旋套接零线,顶部与开关相连.

2.【答案】　如图所示.

3.【答案】　如图所示.

4.【答案】　会

【解析】　题图电路中,若电灯与零线间发生了断路,在开关闭合的情况下用测电笔测试电灯与断路处之间的A点时,由于A点通过电灯、开关与火线相连,因此会有电流经测电笔、人体流向大地,故测电笔氖管会发光.

5.A　若零线上的保险丝烧断,开关闭合,则插座的左右两孔都与火线相连,将测电笔分别插入插座两孔时,氖管均发光,A正确;若火线上的保险丝烧断,则插座左右两孔都不能使测电笔氖管发光,B错误;若灯丝烧断,则将测电笔插入插座的左孔时,氖管不会发光,C错误;若插座短路,必定会引起保险丝烧断,因电路只有一处故障,D错误.故选A.

6.D

专项三  探究实验

1.【答案】　(1)如图所示.

(2)小灯泡断路　(3)小灯泡的实际功率小　A　电压表　电压表示数为2.5 V　0.6　(4)小灯泡的电阻随温度升高而增大　(5)5　大于　(6)0.9　(7)把电压表并联在滑动变阻器两端,移动滑片直至电压表示数等于2.2 V　(8)①2.9　断开开关,换最大阻值更大的滑动变阻器(或减小电源电压)　②小灯泡的额定功率是小灯泡在额定电压下的功率,求功率的平均值无意义

2.【答案】　(1)空气受热易膨胀且现象较为明显　电流通过导体产生热量的多少　转换法　(2)乙、丙　电流　(3)甲、乙　电阻　(4)R3　(5)甲　(6)①2:1　②8:1　③49:64　(7)不能;电动机工作时,消耗的电能W=UIt,但其消耗的电能转化为机械能和内能,则W>Q=I2Rt,所以当电流通过非纯电阻用电器时,其产生的热量是不能用Q=UIt来计算的(合理即可)　(8)①升高的温度　②=　<