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中考物理总复习14_专题十四电流做功与电功率PPT课件（福建专用）
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这是一份中考物理总复习14_专题十四电流做功与电功率PPT课件（福建专用），共60页。
中考 物理 （福建专用）
专题十四电流做功与电功率
1.(2020福建,5,2分)下列家用电器中,利用电流热效应工作的是 ( )A.电风扇 B.电视机C.电热水壶 D.电冰箱
A组 2016—2020年福建中考题
答案 C 电风扇工作时主要是把电能转化为机械能,A错。电视机工作时主要是将电能转化为光能和 声能,B错。电热水壶工作时把电能转化为内能,是利用电流的热效应来工作的,C正确。电冰箱工作时 主要将电能转化为机械能,D错。
知识拓展 电流热效应:电流做功把电能转化为内能。电流的磁效应:电产生磁,如奥斯特实验、通电螺 线管、电磁铁。磁场对电流的作用:通电导体在磁场中受力的作用。
2.(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。
3.(2018福建A,16,2分)灯泡L与定值电阻R组成的电路如图甲,L和R的I-U图线分别为图乙中的A、B。闭 合开关S,L正常发光,电路的总功率为4.8 W,此时灯泡L的 ( )A.电压为7 V B.电流为0.3 AC.电阻为20 Ω D.功率为3 W
答案 D 由图甲可知,L与R并联,故它们两端的电压相等,观察图乙可知,当电压为6 V时,定值电阻R的 功率PR=UIR=6 V×0.3 A=1.8 W,灯泡的功率PL=UIL=6 V×0.5 A=3 W,此时电路的总功率P总=PR+PL=1.8 W+ 3 W=4.8 W,满足题意,故灯泡L两端的电压应为6 V,A错误;通过灯泡的电流应为0.5 A,B错误;灯泡的功率 为3 W,D正确;灯丝的电阻RL= = =12 Ω,C错误。故选D。
4.(2017福建,16,2分)如图所示,将标有“3 V 3 W”的灯泡L1和标有“6 V 3 W”的灯泡L2串联在电路 中,闭合开关S,其中只有一只灯泡正常发光,设小灯泡电阻不变,则L1两端的电压及通过L1的电流分别是 ( )A.3 V 1 A B.1.5 V 1 AC.3 V 0.5 A D.1.5 V 0.5 A
答案 D 根据P=UI可得,两灯泡的额定电流分别为:I1= = =1 A,I2= = =0.5 A因为串联电路中各处的电流相等,且只有一只灯泡能够正常发光,所以L1不能正常发光,L2正常发光,此时 电路中的电流I=0.5 A,根据欧姆定律可得灯泡L1的电阻为:R1= = =3 Ω,则灯泡L1两端的实际电压:U=IR1=0.5 A×3 Ω=1.5 V。
5.(2020福建,20,2分)民航局规定:严禁乘客携带超过160 W·h(瓦·时)的锂电池上飞机。某品牌笔记本电 脑的电池铭牌标有“10.8 V 10 A·h”字样,充满电后,存储的电能为 kW·h,该笔记本电脑 (选填“能”或“不能”)带上飞机。
答案 0.108 能
解析 电池充满电后,储存的电能为W=UIt=10.8 V·10 A·h=0.108 kW·h=108 W·h<160 W·h,所以能带上飞机。
6.(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)
解析 根据P=UI,可得风扇正常工作时通过的电流I= = =0.5 A,由焦耳定律可得Q=I2Rt=(0.5 A)2×1 Ω×60 s=15 J。由于风扇叶片与空气摩擦,使叶片带上电荷,因带电体能吸引轻小物体,故风扇叶片会黏 有不少灰尘,属于静电(摩擦起电)现象。
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。
7.(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。
8.(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
解析 根据P= 可知,在消耗的电能W相同的情况下,工作时间t越短,则电功率越大,由图可以看出,这四种家用电器中,电视机消耗1度电可持续正常工作的时间最短,故电视机的功率最大;由图可知1度电可供 节能灯正常工作50小时,根据P= 得,节能灯的额定功率P= = =0.02 kW,所以节能灯正常工作5小时 消耗的电能W=Pt'=0.02 kW×5 h=0.1 kW·h。
9.(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
思路分析 根据P= 可知,低温挡时,电路中的电阻最大,高温挡时,电路中的电阻最小,再利用P= 求出高温挡和低温挡的电功率,再利用Q=W=Pt求出产生的热量。
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。
审题技巧 用电器的不同挡位表示不同电功率,所以本题要判断保暖鞋在低温挡工作和高温挡工作,实 际上就是判断电功率的大小。
10.(2020福建,30,8分)“测量小灯泡的额定功率”实验中,器材有电源、滑动变阻器、两个电流表、小 灯泡(U额为3.8 V)、定值电阻R0(阻值为10 Ω)、开关及若干导线。 甲 乙 丙
(1)根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙中未画出的两条导线补充完整。(2)闭合开关前,滑动变阻器滑片P应置于 (选填“A”或“B”)端。(3)正确连接电路后,闭合开关,发现灯不亮,两电流表有示数且相同,故障可能是 或 。(4)排除故障后,为了测量小灯泡的额定功率,移动滑动变阻器的滑片,直到电流表A2示数为 A时 小灯泡正常发光,电流表A1的示数如图丙,该示数为 A,则小灯泡的额定功率为 W。
答案 (1)如图(每条导线1分) (2)A(3)小灯泡处断路 R0处短路(4)0.38 0.70(或0.7) 1.216(8分)(每空1分)
解析 (1)根据电路图连接实物图,电流表A2与R0串联,电流表A1接在干路上。(2)闭合开关前滑动变阻器 的滑片P应置于连入电路阻值最大处,所以滑片P应置于A端。(3)灯不亮,可能灯被短路或者灯泡断路,两 个电流表有示数且示数相同,故为灯泡处断路或R0处短路。(4)测量小灯泡的额定功率,要使灯泡两端电 压为额定电压3.8 V,R0两端电压U0=U额=3.8 V,通过R0的电流I0= = =0.38 A,由图可知干路电流I=0.7 A,通过小灯泡的电流I1=I-I0=0.7 A-0.38 A=0.32 A,则小灯泡的额定功率P额=U额I1=3.8 V×0.32 A=1.216 W。
11.(2017福建,28,8分)在“测量小灯泡的电功率”的实验中,电源电压为3 V,灯泡额定电压为2.5 V。 甲 乙 丙
(1)请根据图甲,将图乙所示的实物电路用笔画线连接完整;(2)在连接电路时,开关应 ,滑动变阻器的滑片P应置于 端(选填“A”或“B”);(3)移动滑片P,当电压表的示数为1.5 V时,电流表的示数如图丙所示,其示数为 A,小灯泡此时的 电功率为 W。要测量小灯泡的额定功率,需将滑片P向 端移动(选填“A”或“B”), 直到电压表的示数为2.5 V;(4)实验中,小灯泡突然熄灭,电流表示数为零,电压表示数变大,电路中的故障可能是 。
答案 (1)如图 (2)断开 B (3)0.24 0.36 A (4)灯泡断路(开路)
解析 (1)“测量小灯泡的电功率”的实验中,电源电压为3 V,灯泡额定电压为2.5 V,故电压表的量程选 “0~3 V”,并联在小灯泡两端。(2)电路连接过程中,开关应断开,滑片滑到阻值最大处,阻值最大处在B 端。(3)电流表使用0~0.6 A量程,分度值为0.02 A,电流为0.24 A;此时小灯泡的实际功率:P实际=U实际I实际=1.5 V×0.24 A=0.36 W;要使灯泡正常工作,灯泡两端电压需从1.5 V增大到2.5 V,电路电流要增大,总电阻要 减小,滑动变阻器连入电路的电阻要减小,滑片向A端移动,直到电压表的示数为2.5 V。(4)灯泡与滑动变 阻器串联,电流表测电路中的电流,电压表与灯泡并联;灯泡突然熄灭,说明电路存在断路或灯泡发生短 路;电流表示数为零,说明电路发生断路;电压表示数变大,说明电压表的正负接线柱与电源两极相连,因 此电路故障可能为灯泡断路。
思路分析 (1)根据电源电压及小灯泡的额定电压,可得电压表的量程;(2)为保证电路安全,开关在连接 过程中应断开,滑片滑到阻值最大处;(3)根据电流表的量程和分度值读出电流表的示数,根据P=UI求出 小灯泡的实际功率;电压表的示数小于灯泡的额定电压,要使灯泡正常工作,灯泡两端电压增大到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)闭合开关灯泡发光,两表有示数,说明电路 正常。灯泡熄灭,说明电路存在断路或灯泡发生短路,电流表示数几乎为零,说明电路发生了断路,电压表 示数变大,说明电压表的正负接线柱与电源两极相连。
12.(2020福建,33,8分)如图甲电路中,电源电压保持不变,R0、R1均为定值电阻,R2为滑动变阻器。闭合开 关S,改变R2的阻值,两电压表示数与电流表示数变化关系如图乙,当滑片在b端时电流表示数为0.3 A。
(1)求R2的最大阻值。(2)若滑片置于变阻器的中点位置,R2消耗的电功率为0.8 W,求电源电压U和R0的阻值。(3)若滑动变阻器滑片每移动1 cm,阻值改变1 Ω,设滑片从a端向b端滑动的距离为x cm,写出R2消耗的电功率P随x变化的关系式,并由此关系式求出R2消耗电功率的最大值。
答案 (1)10 Ω (2)6 V 2 Ω (3)P= W 0.9 W(8分)第(1)小题1分,第(2)小题4分,第(3)小题3分。
解析 (1)由图像可知,当R2阻值最大时,通过R2的电流为0.3 A,R2两端的电压为3 V由I= 得R2的最大阻值R2max= = =10 Ω(2)由图像可知,R1= = =8 Ω当滑片置于R2的中点位置时,滑动变阻器接入电路的阻值R2'=5 Ω由P=UI=I2R得I'2R2'=I'2×5 Ω=0.8 W,解得I'=0.4 A依题意,有U=5.4 V+0.3 A×R0U=0.4 A×(8 Ω+5 Ω+R0)联立解得U=6 V,R0=2 Ω(3)滑片移动x cm时,滑动变阻器接入电路的阻值R2″=x(Ω)
I″= P=I″2R2″= P= P= = 由上式可知,当x=10,即R2″=10 Ω时,R2消耗的电功率达到最大值,且Pmax=0.9 W
13.(2019福建,31,6分)“国之润,自疏浚始”。新一代国之重器“天鲲号”绞吸挖泥船在河道清淤、湖 泊疏浚、吹填造陆等方面发挥着重大作用。(1)“天鲲号”以功率P1=6 600 kW进行绞吸,同时以功率P2=13 400 kW向远处输送岩石泥沙,工作时间t= 10 min,共做功多少焦?(2)“天鲲号”绞刀的工作原理与家用破壁机相似。某破壁机的额定电压U=220 V,额定电流I=10 A。 “天鲲号”绞刀以功率P1=6 600 kW工作,相当于多少台这种破壁机正常工作消耗的总功率?
答案 (1)1.2×1010 J (2)3 000(6分)第(1)小题3分,第(2)小题3分。
解析 (1)总功率P=P1+P2=6 600 kW+13 400 kW=2.0×107 W总功W=Pt=2.0×107 W×10×60 s=1.2×1010 J(2)每台破壁机的功率P0=UI=220 V×10 A=2 200 W破壁机台数n= = =3 000
14.(2018福建A,32,6分)如图的电路中,电源电压恒定,灯泡L标有“3 V 1.5 W”。开关S1闭合、S2断开 时,灯泡L正常发光;开关S1、S2均闭合时,电流表的示数为1.5 A。求:(1)灯泡L正常发光时的电流;(2)电阻R的阻值;(3)开关S1、S2均闭合时电路的总功率。
答案 (1)0.5 A (2)3 Ω (3)4.5 W
解析 第(1)小题2分,第(2)小题2分,第(3)小题2分。(1)I1= = =0.5 A(2)开关S1、S2均闭合时,通过电阻R的电流I2=I-I1=1.5 A-0.5 A=1 AR= = =3 Ω(3)P=UI=3 V×1.5 A=4.5 W
B组 2016—2020年全国中考题组考点一 电功和电热1.(2020广西北部湾经济区,2,2分)下列常用电器中,利用电流的热效应工作的是 ( )A.电饭锅 B.电冰箱 C.电视机 D.电风扇
答案 A 电流通过导体时电能转化为内能的现象叫电流的热效应。电饭锅工作时主要将电能转化为 内能,利用了电流的热效应,故A符合题意;电冰箱通过压缩机对制冷系统做功,工作时电能主要转化为机 械能,故B不符合题意;电视机工作时电能主要转化为光能和声能,故C不符合题意;电风扇工作时电能主 要转化为机械能,故D不符合题意。
2.(2020吉林,14,2分)如图是某电热水壶铭牌上的部分信息。该电热水壶在额定电压下工作100 s,消耗的 电能是 J;它是利用电流的 效应工作的。额定电压:220 V额定频率:50 Hz额定功率:1 500 W额定容量:2.0 L
答案 1.5×105 热
解析 消耗的电能等于电流所做的功,即W=Pt=1 500 W×100 s=1.5×105 J;电流通过电热水壶时,产生热 量,把电能转化为内能,所以它是利用电流的热效应工作的。
解题关键 电流做功的过程就是消耗电能的过程,电流做多少功就消耗多少电能,就有多少电能转化为 其他形式的能。
3.(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。
4.(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
解析 灯泡正常发光时两端电压为8 V,电流为0.4 A,故串联电阻两端电压为UR=U-UL=12 V-8 V=4 V,R= = =10 Ω;10 s内电阻产生的热量Q=W=UIt=4 V×0.4 A×10 s=16 J。
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。
5.(2020山东潍坊,26,8分)图甲是一款紫砂电饭锅,其简化电路如图乙所示,R1、R2是电热丝,R1的阻值为110 Ω,通过单独或同时闭合S1、S2实现低温、中温、高温三个挡位间的切换,其铭牌如图丙所示,求:
丙
(1)低温挡加热时电流的大小;(2)电热丝R2的阻值;(3)已知粥的比热容c粥=4.0×103 J/(kg·℃),将2.2 kg的粥用高温挡从20 ℃加热到74 ℃需要的时间。
答案 (1)2 A (2)55 Ω (3)450 s(说明:本题共计8分,其他解法只要合理,即可得分。)
解析 (1)由P=UI得,低温挡加热电流I低= = =2 A(2分)(2)电热丝R1的电功率P1= = =440 W只闭合S2时,电饭锅处于中温挡,电热丝R2的阻值R2= = =55 Ω(2分)(3)经分析知,电饭锅高温挡功率P高=P中+P低=880 W+440 W=1 320 W(1分)粥吸收的热量Q吸=c粥mΔt=4.0×103 J/(kg·℃)×2.2 kg×(74 ℃-20 ℃)=4.752×105 J(1分)消耗的电能W= = =5.94×105 J(1分)由P= 得,加热时间t= = =450 s(1分)
考点二 电功率1.(2020北京,11,2分)如图所示的电路中,将开关S闭合,完全相同的灯L1和灯L2均发光。下列说法正确的 是( ) A.灯L1比灯L2亮B.通过A点的电流大于通过B点的电流C.灯L1的实际电功率比灯L2的实际电功率小D.电路中AB两点间的电压等于BC两点间的电压
答案 D 灯L1和灯L2串联,通过两盏灯的电流相同,B错误;两灯完全相同,电阻相同,由P=I2R可知两灯实 际功率相同,亮度相同,A、C错误;由U=IR可知,电路中AB两点间的电压等于BC两点间的电压,D正确。
2.(2020重庆A卷,8,3分)灯泡L标有“6 V”字样,为探究其工作时的特点,小刚利用图甲所示的电路进行 实验,其中电源电压保持不变,滑动变阻器的规格为“30 Ω 1 A”。闭合开关后,将变阻器的滑片P从a 端向右缓慢移动,直到电压表示数达到6 V时为止。图乙是用获得的实验数据作出的I-U图像,下列判断 正确的是 ( ) A.闭合开关,在移动滑片P的过程中,灯L的最小电阻为10 ΩB.变阻器的滑片P移到b端时,灯L正常发光且灯的额定功率为3.6 WC.灯L与5 Ω的定值电阻R1并联接入电压为6 V的电路,电路总功率为7.2 WD.灯L与10 Ω的定值电阻R2串联接入电压为9 V的电路,R2每秒消耗电能为2.5 J
答案 D 由题图可知,移动滑片的过程中,当电流为0.2 A时,L的电阻最小,RL= = =5 Ω,故A错;当滑片在a端时,滑动变阻器连入电路的阻值最大,为30 Ω,结合图像信息可知,此时电路中的电流I=0.2 A,UL =1 V,则电源电压U总=UL+U变=1 V+0.2 A×30 Ω=7 V,故当滑片移到b端时,灯L两端电压等于电源电压7 V, 7 V>U额,灯L不会正常发光,有可能被烧坏,故B错;当灯泡L与5 Ω的R1并联在6 V的电路中时,由图像可知 通过灯L的电流IL=0.6 A,通过R1的电流I1= = =1.2 A,则干路中的电流I=IL+I1=0.6 A+1.2 A=1.8 A,电路总功率P=UI=6 V×1.8 A=10.8 W,故C错;灯L与10 Ω的R2串联在9 V的电路中时,结合图像可知,当电流I'= 0.5 A时,灯L两端的电压UL'=4 V,则R2两端电压U2=9 V-4 V=5 V,R2的阻值R2= = =10 Ω,符合题意,故R2每秒消耗的电能W=U2I't=5 V×0.5 A×1 s=2.5 J,D正确。
3.(2020陕西,10,2分)如图-1所示的电路,电源电压不变,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。闭合开关,滑片P 从一端滑到另一端的过程中,电压表示数随滑动变阻器阻值变化的关系如图-2所示。下列说法正确的 是 ( ) 图-1 图-2
A.滑片从最左端向最右端滑动过程中,电流表示数变小B.滑片滑动过程中,电压表与电流表示数之比不变C.电源电压为6 VD.电路消耗的最大功率为3.6 W
答案 C 首先分析电路:题图-1中滑动变阻器R和定值电阻R0串联,电压表测量滑动变阻器两端电压,电 流表测量串联电路中的电流。在滑动变阻器滑片从最左端滑到最右端的过程中,滑动变阻器连入电路 中阻值变小,电路的总电阻也变小,根据欧姆定律I= 可知总电流会变大,电流表示数变大,所以A项错误。电压表与电流表的示数之比是滑动变阻器连入电路的阻值,滑片移动时,滑动变阻器连入电路的阻 值发生改变,所以示数之比也发生改变,所以B项错误。题图-2体现了滑动变阻器连入电路的不同阻值与 对应的电压表示数变化关系,当 =5 Ω时,其两端电压为U变1=3 V,当 =10 Ω时,其两端电压为U变2=4 V,根据串联电路特点列出方程: = ,将两组数据代入得: = ①, = ②,两式联立得:U=6 V,R0=5 Ω,所以C项正确。电路中的电源电压不变,根据P=UI可知,当电路中的电流最大时,总功 率最大,所以当滑动变阻器连入电路中的阻值为0时,电路达到最大功率P= UI= = =7.2 W。所以D项错误。
方法技巧 电路问题的解题关键是对电路进行正确分析,首先要理解电路中各个用电器的串、并联关 系,然后进行分析。本题中还给出了滑动变阻器两端电压与电阻的关系图像,图像中给出了对应的数值, 此类题通常要将对应数值代入电路关系表达式中进行计算并列方程求解。
4.(2020重庆A卷,11,2分)图中电源电压为6 V并保持不变,定值电阻R为10 Ω,滑动变阻器R‘标有“20 Ω 0.5 A”字样,电流表量程为“0~0.6 A”,电压表量程为“0~3 V”。闭合开关,移动滑片P的过程中,为保 证电路元件安全,滑动变阻器R’接入电路的最小阻值为 Ω,定值电阻R的最大功率为 W。
答案 10 0.9
解析 为了保证电路元件安全,当电压表示数为3 V时,滑动变阻器连入电路中的阻值最小,定值电阻R消 耗的功率最大,此时电路中的电流最大,I= = =0.3 A,滑动变阻器两端电压U变=U-UR=6 V-3 V=3 V,滑动变阻器连入电路的最小阻值R变= = =10 Ω,定值电阻的最大功率P=URI=3 V×0.3 A=0.9 W。
易错警示 滑动变阻器标有“20 Ω 0.5 A”表示滑动变阻器允许通过的最大电流为0.5 A,电流表量程 为“0~0.6 A”表示电流表允许通过的最大电流为0.6 A,电压表量程为“0~3 V”,则电阻R允许通过的 最大电流为I= =0.3 A,因为串联电路中各处电流大小相等,为保证电路元件的安全,此电路中允许通过的最大电流应为0.3 A,电压表量程间接限制了电阻R允许通过的最大电流,不能被忽略。
5.(2017天津,17,4分)一只电烙铁的铭牌上标着“220 V 100 W”的字样,它正常工作时,电压是 V,电阻是 Ω。
答案 220 484
解析 “220 V 100 W”指额定电压为220 V,额定功率为100 W,即正常工作时电压是220 V,正常工作 时功率是100 W,其电阻R= = =484 Ω。
6.(2020内蒙古包头,10,7分)在“测量小灯泡的电功率”实验中,电源由三节新干电池串联组成,小灯泡额 定电压为2.5 V,阻值约为8 Ω,滑动变阻器的规格为“20 Ω 1 A”。图甲是某实验小组未连接完整的实 验电路。 甲 乙
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中的电路连接完整,导线不能交叉。(2)闭合开关,无论怎样移动滑片,灯泡都不发光,电流表和电压表均无示数。小组成员找来一个两端接有 导线的定值电阻(阻值为10 Ω),一端接在电源负极接线柱上,另一端依次触碰接线柱A、B、C,只有触碰 到C时,灯泡才发光。若导线无断路,且导线和器材连接均完好,电路只有一处故障,则故障是 。(3)排除故障后,闭合开关,移动滑片,使电压表示数为 V,小灯泡正常发光,电流表示数如图 乙所示,则小灯泡的额定功率为 W。(4)某同学想利用该电路“测量定值电阻Rx的阻值”。于是取下小灯泡,将电阻Rx接入小灯泡所在位置, 滑动变阻器滑片移至最大阻值处,闭合开关,移动滑片,测量四组对应的电压和电流值。数据如下表:
由数据可得,电阻Rx的阻值为 Ω。(5)能否将阻值约为50 Ω的电阻接入图甲中小灯泡所在位置(其他连接均不变),测量其阻值。你的判断 是 ,理由是 。
答案 (1)如图所示 (2)电流表断路 (3)2.5 0.7 (4)5(或5.03)(5)不能 电阻两端电压超过电压表所接量程
解析 (1)滑动变阻器要“一上一下”接入电路,所以要将开关A接线柱和滑动变阻器下边的一个接线 柱相连,如答案图所示。(2)闭合开关,移动滑片,灯泡不亮,电流表和电压表均无示数,表明电路中有断路故障;将一个定值电阻接 在接线柱A和电源负极接线柱之间,灯泡不亮,说明断路位置不在接线柱A和电源负极接线柱之间;将定 值电阻接在接线柱B和电源负极接线柱之间,灯泡不亮,说明断路位置不在接线柱B和电源负极接线柱之 间;将定值电阻接在电源负极接线柱和接线柱C之间,灯泡发光,说明接线柱B、C之间有断路,所以故障是 电流表断路。(3)排除电路故障后,要把小灯泡两端电压调到2.5 V,小灯泡正常发光,由乙图可知,此时通过小灯泡的电 流为0.28 A,所以小灯泡的额定功率P=UI=2.5 V×0.28 A=0.7 W。(4)测量定值电阻的阻值,需要多次测量求平均值,减小误差。四次测量的阻值分别为:R1= = =5 Ω,R2= = =5 Ω,R3= = ≈5.13 Ω,R4= = =5 Ω,所以待测电阻阻值为Rx= = ≈5.03 Ω。
(5)将50 Ω的电阻代替小灯泡接入电路,其他连接不变,当滑动变阻器接入电路的阻值最大时,50 Ω电阻两 端的电压UR= ×U总= ×4.5 V≈3.2 V,超出了电压表的量程,所以不能测量该电阻阻值。
7.(2018内蒙古包头,13,9分)如图所示为某模拟调光灯电路,电路中电源电压不变,灯泡L标有“6 V 3 W”字样,且灯丝电阻随温度的变化而变化,定值电阻R1的阻值为6 Ω。将滑动变阻器R2的滑片P置于最 右端,闭合开关,电压表和电流表示数分别为6 V和0.2 A;移动滑片P至某一位置,电压表和电流表示数分 别为3 V和0.5 A。求: (1)灯泡L正常发光时的电阻是多少?(2)当R2的滑片P在最右端时,闭合开关,灯泡L的实际功率是多少?(3)为使灯泡安全工作,R2的滑片能自由滑动,且滑片P滑到某一端时灯泡能正常发光,应采取怎样的保护 措施?请计算说明。
答案 (1)12 Ω (2)0.96 W (3)见解析
解析 (1)R灯= = =12 Ω(2分)(2)∵I灯= = =0.5 A当U2'=3 V时,I2'=0.5 A∴灯泡正常发光 (1分)则R1两端电压U1'=I2'R1=0.5 A×6 Ω=3 V∴U=U额+U1'+U2'=6 V+3 V+3 V=12 V(1分)当P在右端时,U2=6 V,I2=0.2 A则R1两端电压U1=I2R1=0.2 A×6 Ω=1.2 VU灯=U-U1-U2=12 V-1.2 V-6 V=4.8 V(1分)P灯实=U灯I2=4.8 V×0.2 A=0.96 W(1分)(3)为使灯泡安全工作,R2的滑片能自由滑动,且滑片P滑到某一端时灯泡能正常发光,则P在左端时,灯泡 正常发光,此时电路中的电流I=I灯=0.5 A
R总= = =24 Ω(1分)R'=R总-R灯=24 Ω-12 Ω=12 Ω(1分)∴可将R1替换为R'或再串联一个6 Ω的电阻 (1分)(其他方法正确均可得分)
C组 教师专用题组考点一 电功和电热1.(2017北京,26,2分)(多选)小林想测量小灯泡的额定功率及正常发光时的电阻,小灯泡的额定电压为2.5 V,实验电路如图甲所示。实验中,当电压表示数为2.5 V时,电流表示数如图乙所示。根据实验过程及现 象,下列四个选项中,判断正确的是 ( )A.为使小灯泡正常发光,电压表示数应为2.5 VB.图乙中的电流表示数为2.5 A
C.小灯泡正常发光时的电阻为5 ΩD.小灯泡的额定功率为5 W
答案 AC 为使小灯泡正常发光,应该使小灯泡两端的电压达到额定电压2.5 V,所以A正确;电流表选 择的是0~0.6 A的量程,示数为0.5 A,所以B错误;小灯泡正常发光时的电阻等于正常发光时电压与电流的 比值,为5 Ω,所以C正确;小灯泡的额定功率等于正常发光时电压与电流的乘积,为1.25 W,所以D错误。 故选A、C。
2.(2019安徽,9,4分)图示电路中,U=12 V,R1=6 Ω,R2=3 Ω,R3=4 Ω。当S2断开、S1闭合时,电阻R1消耗的电功 率为 W;当S1、S2都闭合时,6 s内电流通过R2产生的热量是 J。
答案 8.64 32
解析 当S2断开、S1闭合时,电阻R1和R3串联,电路中的电流:I= = =1.2 A电阻R1消耗的电功率:P=I2R1=(1.2 A)2×6 Ω=8.64 W当S1、S2都闭合时,电阻R1和R2先并联,再和R3串联,R1和R2并联的总电阻:R= = =2 Ω干路中的电流:I'= = =2 A则电阻R2两端的电压:U2=I'R=2 A×2 Ω=4 V6 s内电流通过R2产生的热量:Q=W= t= ×6 s=32 J
3.(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
解析 由公式Q=I2Rt可知在电流和通电时间一定时,电热与电阻成正比。导线的电阻比发热体的电阻 小,所以导线不怎么热。因为在额定电压下工作,所以I= = = A,t=3 min 20 s=200 s,产生的热量Q=I2Rt=UIt=220 V× A×200 s=3.6×105 J。
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。
4.(2017四川成都,A22,4分)某款迷你电饭煲有加热和保温两挡,其电路如图所示。已知R1=88 Ω,R2=2 112 Ω。开关S置于 (选填“1”或“2”)时是保温挡,保温10 min产生的热量是 J。
答案 2 1.32×104
解析 根据P= 可知,当电源电压一定时,电路中电阻越大,消耗的功率越小,为保温挡,故分析电路可得,开关S应置于2;产生的热量Q=W= t= ×600 s=1.32×104 J。
考点二 电功率1.(2020河北,22,3分)如图所示,电源电压不变,a、b为电压表或定值电阻,若为定值电阻,其阻值与R相同 均为R0。当S1和S2闭合、S3断开时,电流表A1的示数为I0;再闭合S3,电流表A1的示数为2I0。下列说法正确 的是 ( ) A.开关均闭合后,电路消耗的功率为2 R0B.开关均闭合后,a、b互换前后A2的示数之比为1∶2C.将最大阻值为R0的滑动变阻器与R串联,只闭合S1、S2,P从中点移到阻值最大端,变阻器消耗的功率变 化量为 R0
D.用最大阻值为R0的滑动变阻器替换a、b、R其中的一个,移动滑片,三个电流表的示数均发生变化且变 化量相等。满足上述要求的电路连接方式有四种
答案 ABD 先将S1和S2闭合,再闭合S3时干路电流变成原来的2倍,则只有a为定值电阻,b为电压表时符 合。开关均闭合后,根据公式P=I2R可得两电阻各自消耗的功率均为P= R0,故电路消耗的功率P总=2P=2 R0,故A正确;开关均闭合后,A2与R串联,测通过R的电流,示数为I0,当a、b互换后,b处为定值电阻,仍与R并联,A2测量b所在支路与R所在支路的电流和,示数为2I0,故a、b互换前后,A2的示数比为I0∶2I0=1∶2,故 B正确;电路中只连有R时,电路中的电流I0= ,将最大阻值为R0的滑动变阻器与R串联,只闭合S1、S2,滑片P在中点时,电路中的电流I= = I0,变阻器消耗的功率P=I2· R0= · R0= R0,滑片移到阻值最大端时,电路中的电流I'= = · = I0,变阻器消耗的功率P'=I'2R0= ·R0= R0,则功率变化量ΔP=P'-P= R0- R0= R0,故C错误;用最大阻值为R0的滑动变阻器替换a、b、R其中的一个,移动滑片,三个电流表示数均变化且变化量相等,则三个电流表所测电流都包含通过滑动变阻器的电流,所以只 能替换b,满足上述要求的电路连接方式有如下四种:①只闭合S1,变阻器替换b,等效电路如图甲,串联电
路中各处电流相等,滑片移动,三表示数均变化且变化量相等;②开关均闭合,变阻器替换b,等效电路如图 乙,滑片移动只改变b支路电流,三表示数均变化且变化量等于b支路电流变化量;③只闭合S1和S2,变阻器 替换b,等效电路如图丙,滑片移动改变b支路电流,A3示数变化,同时A1和A2示数均随之变化,且变化量与A3相等;④只闭合S1和S3,变阻器替换b,等效电路如图丁,与③同理,故D正确。 图甲 图乙 图丙 图丁
2.(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R1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。
3.(2017四川成都,A9,2分)关于家里的用电器,下列数据最符合实际的是 ( )A.白炽灯的正常工作电流约为0.1 AB.遥控器的干电池电压约为220 VC.空调制冷时的功率约为10 WD.电扇正常工作1 h耗电约为1 kW·h
答案 A 白炽灯的正常工作电流约为0.1 A,故A正确;遥控器中一般安装两节干电池,每节干电池电压 为1.5 V,总电压为3 V,故B错误;空调制冷时的功率约为1 000 W,故C错误;电扇正常工作1 h 耗电约为0.0 5 kW·h,故D错误。
4.(2017山西,20,3分)酒驾易造成交通事故,利用酒精测试仪可以检测司机是否酒驾,其电路原理如图甲所 示。R1为“气敏传感器”,它的电阻值与它接触到的酒精气体浓度的关系如图乙所示,R2为定值电阻,阻 值为60 Ω,电源电压恒为12 V。若酒精气体浓度≥0.2 mg/mL时,则判定被检者为酒驾。以下说法正确的 是( ) 甲 乙
A.被检者的酒精气体浓度越高,电流表示数越小B.电流表的示数为0.12 A时,判定被检者为酒驾C.电压表示数为3 V时,R2消耗的电功率是0.45 WD.被检者酒精气体浓度为0.2 mg/mL时,电压表的示数是4 V
答案 D 由乙图可知,酒精气体浓度越大,R1阻值越小,则甲图中电流表示数越大,A项错误;当I=0.12 A 时,R总= = =100 Ω,R1=100 Ω-60 Ω=40 Ω,由乙图可知R1=40 Ω时,酒精气体浓度为0.1 mg/mL,不属于酒驾,故B项错误;当U1=3 V时,U2=12 V-3 V= 9 V,则R1= R2= ×60 Ω=20 Ω,P2= = =1.35 W,C项错误;当酒精气体浓度为0.2 mg/mL时,由乙图可知,R1=30 Ω,则U1'= U总= ×12 V=4 V,D项正确。
5.(2017贵州安顺,5,3分)如图所示,电源两端电压保持12 V不变,小灯泡L上标有“6 V 3 W”字样,滑动 变阻器最大电阻值R=60 Ω。不考虑灯丝电阻随温度的变化,下列说法正确的是 ( ) A.S闭合后,使电压表的示数减小1 V,小灯泡L两端的电压就增加1 VB.S闭合后,小灯泡L的最小实际电功率为0.5 WC.滑动变阻器接入电路的阻值是12 Ω时,小灯泡L正常发光D.滑片移到最右端时通电10秒,小灯泡消耗的电能是5 J
答案 C 开关闭合后电压表测的是灯泡两端的电压,当电压表的示数减少1 V时,小灯泡L两端的电压 就减小1 V,A错误;灯泡的阻值RL= = =12 Ω,当滑动变阻器的电阻最大时,整个电路中的电流最小,此时I= = = A,则小灯泡L的实际电功率最小,即P=I2R=( A)2×12 Ω≈0.33 W,B错误;开关闭合时,灯泡与滑动变阻器的左端串联,电压表测的是灯泡两端电压,灯泡的电阻也是12 Ω,滑动变阻器接 入电路的阻值是12 Ω时,两者的电阻相等,分担的电压也相等,所以灯泡和滑动变阻器各分担6 V电压,此 时灯泡能够正常发光,C正确;滑片移到最右端时,连入电路的电阻为60 Ω,电路中电流为最小值,小灯泡消 耗的电能W=I2RLt=( A)2×12 Ω×10 s≈3.3 J,D错误。故选C。
6.(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
7.(2017新疆乌鲁木齐,18,5分)在“测量小灯泡的电功率”的实验中,小灯泡的额定电压为2.5 V。 (1)正确连接电路后,闭合开关前应将滑动变阻器的阻值调到最 ;闭合开关后,发现电压表和电流 表中只有一只电表有示数,小灯泡亮度一般,说明 表发生了断路。(2)排除故障后,根据测得的实验数据作出小灯泡电压在1.5 V~2.5 V之间的I-U图像如图所示,则小灯泡 的额定功率是 W。小灯泡电压为1.5 V 时的电阻 (填“大于”、“小于”或“等 于”)小灯泡电压为2.5 V时的电阻,若小灯泡电压为1.5 V、2.0 V、2.5 V时小灯泡的功率分别为P1、P2、P3,则P2 (P1+P3)(填“>”、“<”或“=”)。
答案 (1)大 电压 (2)0.625 小于 <
8.(2017山东威海,27,8分)某生态园设计了模拟日光和自动调温系统,实现照明、保温和加热的功能。其 原理如图所示,电源电压恒为220 V,R1和R2是两个电热丝(不考虑温度对电阻的影响),R2=30 Ω,L是标有 “220 V 160 W”的照明灯泡。白天有日光的时候,只开启该系统的保温功能并连续工作10 h,此时R1与 R2的电功率之比为1∶3;晚上温度较低的时候,需开启加热和照明功能,灯泡正常发光,此状态下系统也需 连续工作10 h。(q沼气=1.8×107 J/m3)。请解答下列问题:(1)晚上工作时电路的总功率是多大?(2)若一天中工作的20 h内电热丝放出的热量完全由该生态园自产的沼气提供,其热效率为50%,则每天 需要完全燃烧多少m3的沼气?
答案 (1)5 000 W (2)24.2 m3
解析 (1)由题可知,白天保温时,灯泡不工作,此时两开关应断开,两电阻R1、R2串联,总电阻最大,总功率 最小;由串联电路的特点可知,通过两电阻的电流相等,且R1与R2的电功率之比为1∶3,即 = ,由P=I2R可得 = ,由题知R2=30 Ω,所以R1=10 Ω;晚上加热时,灯泡正常工作,由图可知,此时两开关应都闭合,灯泡L与R1并联,R2被短路;由并联电路的特点可知,此时U=U1=220 V,且灯泡正常工作,所以R1的功率:P1'= = =4 840 W,所以晚上工作电路的总功率:P总=P额+P1'=160 W+4 840 W=5 000 W;(2)由串联电路的特点和P=U2/R可得,白天系统在保温状态时电热丝的总功率:P保温= = =1 210 W,由题可知白天和晚上系统的工作时间相同,则一天内电热丝放出的热量:Q=W=P1't+P保温t=(P1'+P保温)t=(4 840 W+1 210 W)×36 000 s=2.178×108 J,由沼气燃烧的热效率为50%可得:50%Q放=Q,由Q放=qV可得需要燃烧沼气的体 积:V= = = =24.2 m3。
考点一 电功和电热
1.(2020莆田质检,2)下列四位科学家中,以其名字命名电功单位的是 ( )A.瓦特 B.欧姆 C.焦耳 D.伏特
答案 C 考查学生对物理学史的了解。瓦特主要贡献是改良了蒸汽机,所以以他的名字作为功率的 单位;欧姆为电阻的单位;焦耳主要贡献是电流热效应的测量,所以以他的名字作为电功的单位;伏特为 电压的单位。
2.(2019三明质检,15)如图所示,电源电压不变,R1、R2是两个相同的电阻,当闭合开关S1,断开S2、S3时,通 电20 min,电路产生的热量为Q;同时闭合S2、S3,断开S1,若要产生相同的热量Q,则需通电 ( ) A.5 min B.10 min C.20 min D.40 min
答案 A 因为R1=R2,所以可设R1=R2=R,当闭合开关S1,断开S2、S3时,R1与R2串联,通电20 min产生的热量 Q= ×20×60= = ,当同时闭合S2、S3,断开S1时,R1与R2并联,设通电时间t产生的热量为Q1,则Q1= t= t,若要产生相同的热量,则有Q1=Q,即 t= ,解得t=300 s=5 min,故选A。
3.(2020宁德质检,21)某型号急救呼吸机在突然停电时能转换为内置电池供电,内置电池上标明电压为24 V,容量为7 A·h,它在充满电的状态下储存的电能为 J;在停电状态下,充满电的内置电池工作时的平均电流为2.8 A,能维持患者正常呼吸 h。
答案 6.048×105 2.5
解析 该急救呼吸机储存的电能W=UIt=24 V×7 A×3 600 s=6.048×105 J;t'= = =9 000 s=2.5 h。
4.(2020莆田质检,22)如图是一台电冰箱的铭牌。其中“耗电量0.5 kW·h/24 h”表示该冰箱正常使用24 h消耗电能0.5 kW·h。如果按照额定功率70 W和工作24 h 计算,则消耗的电能是 kW·h, 此结果与 上述参数差异较大,这是由于冰箱具有 (填“连续”或“不连续”)的工作特点。
答案 1.68 不连续
解析 根据消耗电能的公式:W=Pt=0.07 kW×24 h=1.68 kW·h,而冰箱标记的“耗电量0.5 kW·h/24 h”表 示该冰箱正常使用24 h消耗电能为0.5 kW·h,这与上面所计算24 h消耗的电能不符合,所以可判断冰箱是 不连续工作的。
5.(2020宁德质检,25)如图是夏天常用的电蚊香器,接通电源后发热体就会给固体药片加热,过一段时间 后发现发热体的温度较高,与之相连的导线温度却不高。请你利用所学的物理知识解释只有发热体温 度高,而导线温度却不高的原因。
答案 见解析
解析 电蚊香器在使用时,电蚊香器的发热体和导线串联,I发热体=I导线,通电时间t相同,由于R发热体>R导线,根据 Q=I2Rt可知,电流产生的热量Q发热体>Q导线,所以会出现导线温度不高,而只有发热体温度高的现象。
6.(2020福州质检,25)家庭电路常用导线的横截面积的规格有1.5 mm2、2.5 mm2、4 mm2……,在安装热 水器等大功率用电器时会选择2.5 mm2甚至更粗的导线。热水器加热时,即使电流较大,导线也不怎么 热。请用所学的物理知识解释大功率用电器工作时:(1)电路中电流较大的原因;(2)粗导线不怎么热的原因。
答案 见解析
解析 (1)大功率用电器工作时,由I= ,U=220 V得,P较大时,I也较大,因此电路中电流I较大。(2)在其他条件相同时,粗导线横截面积大,电阻小,根据P=I2R,在电路电流一定的情况下,粗导线的电阻 小,导线的发热功率就小,所以大功率用电器工作时,连接的粗导线不怎么热。
7.(2020龙岩质检,32)如图所示电路中,电源电压为6 V,电阻R1、R2的阻值分别为10 Ω和5 Ω。闭合开关S,求: (1)电流表的示数;(2)电阻R2在1 min内消耗的电能。
答案 (1)0.6 A (2)432 J
解析 (1)闭合开关S,电阻R1、R2并联,电流表测量通过R1的电流。电流表的示数为:I= = =0.6 A(2)电阻R2在1 min内消耗的电能W= t= ×60 s=432 J
8.(2020莆田质检,33)如图所示,某温控装置可简化为控制电路和工作电路两部分,工作电路由电压U2=220 V的电源、电阻R2=100 Ω的电热丝和开关S2组成;控制电路由电源、电磁铁(线圈阻值R0=20 Ω)、热敏 电阻R1、电流表和开关S1组成,R1的阻值随温度变化的曲线如图乙所示。当电磁铁线圈中的电流大于或 等于50 mA时,衔铁被吸合切断工作电路;当线圈中的电流小于或等于40 mA时,衔铁被释放,接通工作电路。(1)控制电路中的电磁铁是利用电流 效应工作的,电磁铁上端为 极;(2)工作电路闭合时,求R2在1 min内产生的热量、通过电路的总电流;(3)若工作电路的温度最高不得超过48 ℃,求控制电路的电源电压U1最小值;(4)若电源电压U1恒定为12 V,求此装置温度可控制范围。
甲 乙
答案 (1)磁 N(北) (2)29 040 J 2.2 A (3)10 V (4)32~ 40 ℃
解析 (2)Q=W= t= ×60 s=29 040 JI总= = =2.2 A(3)由图乙可知,当t=48 ℃时,R1=180 Ω,R1与R0串联,由I= 得:当I=50 mA时,U1最小,U1=I(R1+R0)=0.05 A×200 Ω=10 V(4)当I=50 mA时,R总= = =240 Ω,R1=R总-R0=240 Ω-20 Ω=220 Ω。由图乙可知,当R1=220 Ω时,t=40 ℃,当I'=40 mA时,R'总= = =300 Ω,R'1=R'总-R0=300 Ω-20 Ω=280 Ω,由图乙可知,当R'1=280 Ω时,t'=32 ℃,所以,此装置可控制的温度范围为32~40 ℃。
考点二 电功率1.(2020厦门质检,8)小夏用笔记本电脑学习微课程,电脑正常工作时电功率为P1,一段时间后电脑电量降 低,开启“节电模式”,电功率为P2,接着对电脑充电,充电功率为P3,电池电量百分比不断增大。则 ( )A.P1>P2>P3 B.P1答案 C 开启“节电模式”消耗的电功率小于正常工作时消耗的功率,而对电脑充电,电池电量百分 比不断增大,此时功率大于正常工作时消耗的功率,即P22.(2019南平质检,16)小宇按照图甲所示的电路进行实验,R0是定值电阻,R是滑动变阻器。闭合开关S,将 滑动变阻器滑片P从最右端移到最左端,利用电压表和电流表测得多组数据,并描绘出图乙所示的AB线 段,延长B与坐标轴交于C点。下列判断正确的是 ( )A.R0阻值为40 ΩB.电源电压为4 V
C.电路消耗的总功率最大为2.5 WD.滑动变阻器的最大阻值为10 Ω
答案 C 由图乙可知,当滑动变阻器的滑片移到阻值最大端时,其最大阻值R= = =40 Ω,此时电源电压U=IB(R0+R)=0.1 A(R0+40 Ω),当滑动变阻器的滑片移到阻值最小端时,电源电压U=IAR0=0.5 A·R0,联 立上述两式解得U=5 V,R0=10 Ω,故A、B、D均错;由P=UI可知,在电源电压不变时,电路中的电流最大, 则电路消耗的总功率最大,故有电路消耗的最大功率P=UIA=5 V×0.5 A=2.5 W,C正确。故选C。
3.(2018厦门质检,16)小林设计了如图所示的四种电路用于测量小灯泡L额定功率(已知小灯泡的额定电 压、定值电阻R0的阻值),其中能完成测量目的的电路是 ( )
答案 A 对于A图,当S1闭合,S2接至1时,调节滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为小灯泡的额定电压 UL,保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关S2与2接通,测得L与R0两端的总电压U,因此,R0两端的电压U0 =U-UL,则通过R0的电流I= = ,因此灯泡的额定功率为P=ULI= UL,即可测出灯泡的额定功率,A正确;对于B图,当开关S1闭合,S2与1接通时,小灯泡被短路,电压表没接入电路,不能测出任何电压,将S2与2 接通时,电压表只测得L与R0两端的总电压,无法得到电路中的电流,B不符合题意;对于C图,开关S1闭合,S2 与1接通时,电流表没接入电路,不能测得任何数据,将S2与2接通时,电流表只测得通过小灯泡的电流,不 能得到小灯泡两端的电压,故C不符合题意;对于D图,当S1闭合时,无论S2与1还是与2接通,电流表始终测 的是干路的总电流,故也不能测出L的功率。故选A。
4.(2020福州质检,16)如图所示的电路中,R1和R2为定值电阻,且R1≠R2,电源两端的电压保持不变。闭合开 关S,将滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动一段距离,电压表V2示数的变化量为ΔU,电流表A示数的变化 量为ΔI。下列说法正确的是 ( )A.ΔU与ΔI的比值变大B.三个电表中有两个电表示数变大
C.R1的电功率变化量为ΔP=ΔUΔI D.R1和R2两端的电压变化量大小分别为ΔU1和ΔU2,则 =
答案 D 由电路图得U2=U总-IR1,U'2=U总-I'·R1,ΔU=U'2-U2=U总-I'R1-U总+IR1=ΔIR1,所以 =R1不变,故A错;P由a端向b端滑动一段距离,RP接入电路的电阻变大,电路总电阻变大,电流表示数变小,U2变大,U1变 小,故B错;ΔP=U1I-U'1I',ΔUΔI=(U1-U'1)(I-I'),即ΔP≠ΔUΔI,故C错;滑动变阻器滑片移动前, = ,滑片移动后, = ,则U1R2-R2ΔU1=U″2R1+ΔU2R1,即 = ,故D对。
5.(2020莆田质检,16)甲图是小灯泡L和电阻R的I-U图像。将小灯泡L和电阻R接入乙图所示电路中,闭合 开关S时,小灯泡L的实际功率为1 W,下列说法正确的是 ( )A.电源电压为2.5 VB.R的电阻为20 ΩC.电路的总功率为1.4 W
D.R在1 min内产生的热量为12 J
答案 C 根据题图乙可知,灯L和电阻R并联,则两者两端的电压相同,当小灯泡的实际功率为1 W时, 观察图甲可知,灯L两端的电压为2 V,通过灯L的电流为0.5 A,此时通过电阻R的电流为0.2 A,所以电路的 总电流为0.7 A,U=UR=UL=2 V,R= = =10 Ω,P总=U滑I=2 V×0.7 A=1.4 W,R在1 min内产生的热量Q= Rt=(0.2 A)2×10 Ω×60 s=24 J,所以C选项正确。
6.(2020南平质检,16)用电器A和B,其电流与其两端电压关系如图所示,下列说法正确的是 ( )A.用电器A电阻不变,为0.05 ΩB.用电器B电阻随着电流增大而减小,最大为50 ΩC.如果把这两个用电器串联接在6 V的电源上,电路中的电流是0.8 AD.如果把这两个用电器并联接在2 V的电源上,电路消耗的总功率是0.8 W
答案 D A的I-U图像为过原点的倾斜直线,故A的电阻不变,RA= = =20 Ω,A选项错;B的I-U图线越来越平缓,说明B的电阻随电流增大而增大,B错;两个用电器串联接在6 V电源上,电路中电流处处相 等,两用电器两端的电压之和为6 V,从图像看出,电路中电流在0.2 A~0.3 A之间,C错;把两个用电器并联 接在2 V电源上,两用电器两端的电压均为2 V,A、B中电流分别为0.1 A、0.3 A,则干路电流为0.4 A,电路 消耗的总功率P=UI=2 V×0.4 A=0.8 W,D正确。
7.(2020泉州质检,21)如图所示,电源电压恒为6 V,定值电阻R0=10 Ω,小灯泡L上标有“3 V 1.5 W”字 样,灯丝电阻不随温度变化。只闭合开关S,移动滑动变阻器R的滑片P,使小灯泡L正常发光,此时滑动变 阻器接入电路的阻值为 ;若保持滑动变阻器R的滑片P位置不变,再闭合开关S1、S2,电流表的示 数为 A。
答案 6 Ω 1.6
解析 只闭合S,小灯泡和滑动变阻器串联,因为小灯泡正常发光,所以I= = =0.5 A,由串联电路电压的特点知UR=U-UL=6 V-3 V=3 V,根据欧姆定律知R= = =6 Ω;滑片P位置不变,说明R=6 Ω,再闭合开关S1、S2,滑动变阻器R与定值电阻R0并联,电流表测干路电流,由欧姆定律知I总=IR+ = + = + =1.6 A。
8.(2020龙岩质检,22)如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S,向左移动滑动变阻器的滑片P时,电压表的 示数将 ;若移动过程中,电压表的示数变化范围为3 V~6 V ,电流表示数变化了0.3 A,则电阻R2电 功率的变化范围是 W。
答案 变大 0.9~3.6
解析 由电路图可知,R1和R2串联,电压表测R2两端的电压,P向左移动,R1接入电路的电阻变小,由串联分 压原理知,R1分得的电压变小,又电源电压不变,则R2分得的电压变大;R2= = =10 Ω,当R2两端的电压为3 V时,通过它的电流I= = =0.3 A,此时R2的电功率P2=U2I=3 V×0.3 A=0.9 W,当R2两端的电压是6 V时,I'= = =0.6 A,此时R2的电功率P2=U'2I'=6 V×0.6 A=3.6 W,所以R2的电功率变化范围是0.9~3.6 W。
9.(2020厦门质检,30)在测量LED小灯泡额定功率的实验中,提供如下器材:电源(两节新干电池)、LED小 灯泡L(额定电压1.8 V,阻值约100 Ω)、滑动变阻器R(100 Ω 0.5 A)、定值电阻R1=50 Ω、定值电阻R2=1 00 Ω、电压表V1(量程0~ 3 V;0~ 15 V)、电压表V2(量程0~ 3 V;0~ 15 V)、电流表A(量程0~ 0.6 A;0~ 3 A)、开关1个、导线若干。 甲 乙
(1)请用笔画线代替导线,将图甲的电路连接完整。(2)将滑片P移至 端(填“A”或“B”),闭合开关,电压表示数如图乙,电压为 V。(3)移动滑片P,使小灯泡正常发光,但难以准确测出小灯泡的额定功率,原因是: 。(4)请利用现有器材,重新设计实验完成小灯泡额定功率的测量,将设计电路画在方框内,并在电路图中标 明所选器材的符号。
答案 见解析
解析 (1)测量LED小灯泡额定功率的实验中,电压表应并联在灯泡两端,LED小灯泡额定电压为1.8 V, 因此电压表应选择0~3 V量程,如图所示。 (2)为保护电路闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移动至最大阻值处即B端。由题意知电压表选择0~3 V 量程,因此电压为1.4 V。
(3)由题意知,灯泡的额定电流约为IL= = =0.018 A,小于电流表的分度值0.02 A,因此难以准确测出小灯泡的额定功率。(4)设计电路如图所示: 闭合开关,调节滑动变阻器的滑片使电压表示数为1.8 V,由欧姆定律可得流过R1电流为I1= = =0.036 A,由串联分流结合电流表的示数可得流过灯L的电流,根据公式P=UI即可测得小灯泡的额定功率。
10.(2020泉州质检,30)在“测量小灯泡的电功率”的实验中,已知小灯泡的额定电压为2.5 V。(1)实验电路图如图1,则 表是电压表(选填“甲”或“乙”)。 图1
(2)用笔画线代替导线,把图2的实验电路补充完整。 图2(3)连接好电路后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P到某处,电压表的示数为2.2 V,要测量小灯泡的额定 功率,应将滑片P向 端移动(选填“A”或“B”)。当小灯泡正常发光时,电流表示数如图3,则小 灯泡的额定功率是 W。
图3 图4(4)小华在没有电流表的情况下,利用电压表和电阻箱,设计了图4的实验电路来测量该小灯泡的额定功 率。实验步骤如下:
①闭合开关S1,将开关S2扳向1位置,调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为 V。②将开关S2扳向2位置,保持滑动变阻器接入电路的阻值不变,调节 的阻值, 使电压表的示数仍 与①中的相同,此时R2的阻值为R0。③小灯泡的额定功率P额= (用已知量和测量量表示)。
10.答案 (1)乙 (2)如图所示 (3)A 0.75 (4)①2.5 ②电阻箱 ③
解析 (1)图中,电表甲是与灯串联的,说明甲是电流表,乙是与灯并联的,乙是电压表。(2)电压表与灯并 联,因为电源电压为3 V,小灯泡的额定电压为2.5 V,所以电压表选择0~3 V量程。(3)应该使小灯泡两端 电压由2.2 V增加到2.5 V。小灯泡两端的电压增加时,通过它的电流增大,滑片向A端移动,电路中的电流 才会变大,小灯泡两端的电压才会升高。电流表选择0~0.6 A 量程,读数为0.3 A,小灯泡额定功率为P=UI =2.5 V×0.3 A=0.75 W。(4)①因为要测小灯泡的额定功率,所以实验中调节其两端电压等于其额定电 压。②在滑动变阻器接入电路的电阻不变的情况下,如果电阻箱两端的电压和小灯泡额定电压相等,则 小灯泡的电阻等于此时电阻箱连入电路的电阻。所以,要调节电阻箱的阻值,使电阻箱两端电压等于小 灯泡的额定电压2.5 V。③小灯泡的额定功率P额=U额I额= = = 。
11.(2020福州质检,32)兴趣小组利用电流表制作了一个简易电子秤,如图是其工作原理图。已知电源两 端电压为3 V且保持不变,滑动变阻器R的最大阻值为30 Ω,接入电路的电阻R大小与所测质量m满足关系 R=km,k=20 Ω/kg。电子秤空载时,电流表示数是0.3 A。电子秤最大称量为1 kg。求:
(1)定值电阻R0的阻值;(2)最大称量时,该电子秤的总功率;(3)小组同学对电路进行改装,用电压表替换电流表显示物体的质量,要求物体质量越大,电压表示数也越 大,则电压表应并联在 (选填“R0”或“R”)两端。请判断电压表改装的电子秤的刻度分布是 否均匀,并说明理由。
答案 (1)10 Ω (2)0.3 W (3)R 不均匀 理由见解析
解析 (1)当没有载物时,m=0,R=km=0,电路中只有R0则R0= = = =10 Ω(2)最大称量时m=1 kg,R=km=20 Ω/kg×1 kg=20 Ω此时I= = =0.1 AP=U总I=3 V×0.1 A=0.3 W(3)m越大,滑片P下移,滑动变阻器接入电路的电阻R变大,则UR变大,因此,电压表并联在R两端,U=I·R= = ,则m= = = kg,不是一次函数,所以电压表改装的电子秤的刻度分布不均匀。
12.(2020泉州质检,33)图甲为某品牌四旋翼无人机,每个旋翼均由一个标有“12 V 8 W”的电动机带 动,电动机线圈的电阻r为1 Ω。该无人机携带一微型红外线摄像机,可自主进行火情监测。图乙是摄像 机“模拟自启系统”的简化电路结构示意图,当自启电路中a、b间的电压等于或大于9 V时,控制电路才 能启动摄像机进入工作状态;已知自启电路的电源电压U为12 V,R是电阻箱,RP是红外探测器(可视为可 变电阻),图丙为RP的阻值随红外线强度变化的关系图像(E为红外线强度,cd表示其单位)。 甲 乙 丙
(1)求无人机正常工作20 s,每台电动机线圈产生的热量;(2)当红外线强度为2 cd时,摄像机启动工作,求电阻箱R的最小阻值;(3)当红外线强度为6 cd时,调节电阻箱R的阻值,若使R消耗的功率PR最大,则控制电路能否正常启动?
答案 (1) J (2)27 Ω (3)控制电路不能正常启动
解析 (1)I1= = = A,电动机线圈的电阻为1 Ω,正常工作20 s,每台电动机线圈产生的热量Q= rt=( A)2×1 Ω×20 s= J(2)当红外线强度为2 cd时,红外探测器RP的阻值为9 Ω,由题知,启动摄像机工作时,a、b两端的最小电压 (即电阻箱两端的最小电压)UR=9 V,则RP两端的电压UP=U-UR=12 V-9 V=3 V电路中的电流I2= = = A由I= 得,电阻箱的最小阻值R= = =27 Ω(3)由图像可知,当光照强度为6 cd时,RP的阻值最小为3 Ω,此时电路中的电流最大,由欧姆定律得I3= =
根据P=I2R,电阻箱消耗的功率PR= R= R= 则当 =R,即R=3 Ω时,电阻箱消耗的功率最大,此时I4= = =2 A则U'R=I4R=2 A×3 Ω=6 V<9 V所以控制电路不能正常启动。
13.(2020漳州质检,33)如图所示的电路中,电源电压为6 V,电阻R1=10 Ω,R2=30 Ω。 (1)求通过电阻R1的电流;(2)求电路消耗的总功率;(3)现用滑动变阻器R0替换电阻R1、R2中的一个后,闭合开关,在移动变阻器滑片过程中发现电流表示数 的最大变化量为0.4 A。求滑动变阻器的最大电阻。
答案 (1)0.15 A (2)0.9 W (3)20 Ω
解析 (1)R1、R2串联后总电阻R=R1+R2=10 Ω+30 Ω=40 Ω电路中的电流I= = =0.15 A(2)电路消耗的总功率P=IU=0.15 A×6 V=0.9 W(3)若滑动变阻器R0替换的电阻是R1,电路的最大电流Imax= = =0.2 A<0.4 A可见滑动变阻器R0替换的电阻应是R2因此替换后电路最大电流I'= = =0.6 A滑动变阻器R0的最大阻值R0max= -R1= -10 Ω=20 Ω
一、选择题(每小题2分,共4分)
1.(2020龙岩质检,16)如图是电阻甲和乙的I-U图像。下列说法正确的是 ( ) A.甲的电阻始终比乙电阻小B.乙的电阻随着电压的增大而增大C.甲、乙并联,干路电流为0.6 A,乙的实际功率为0.4 WD.甲、乙串联在3 V的电源上,电路的总功率为1.8 W
答案 C 由图,在电压为2.5 V时,通过甲、乙电流相同,这时,甲、乙电阻相等,A错误;由图,当乙两端 的电压是1.5 V时, 电流是0.1 A,电阻为15 Ω,当乙两端的电压是2.5 V时,电流是0.5 A,电阻为5 Ω,可知,乙 两端的电压越大,电阻反而越小,B错误;由图,若甲、乙并联,当电压都是2 V时,甲中的电流是0.4 A,乙中 的电流是0.2 A,满足条件,此时,乙的功率为P乙=UI乙=2 V×0.2 A=0.4 W,C正确;由图,若甲、乙串联,当电流 都是0.2 A时,甲两端的电压是1 V,乙两端的电压是2 V,总电压为3 V,满足条件,此时,电路的总功率为P总= U总I=3 V×0.2 A=0.6 W,D错误。
2.(2020厦门质检,16)如图甲电路,电源电压为3.0 V,L1、L2、L3为三个规格相同的小灯泡,其电流与电压 的关系如图乙所示。闭合开关后,下列说法正确的是 ( ) 甲 乙
A.干路的电流为0.5 AB.通过L1的电流为L2电流的2倍C.三个小灯泡的阻值相等D.电路消耗的总电功率为1.35 W
答案 D 由电路图可知,L2与L3串联后再与L1并联,且三个灯泡的规格相同,因为并联电路中各支路两 端的电压相等,所以L1两端的电压U1=U=3.0 V,串联电路中总电压等于各分电压之和,且三个灯泡的规格 相同,所以L2和L3两端的电压U2=U3=1.5 V,由图像可知,此时通过L1的电流I1=0.25 A,通过L2和L3的电流均 为I23=0.20 A,所以,通过灯泡L1的电流不是通过灯泡L2电流的2倍,因为并联电路中干路电流等于各支路 电流之和,所以干路电流I=I1+I23=0.25 A+0.2 A=0.45 A,故A、B错误;L1的电阻为R1= = =12 Ω,L2和L3的电阻为R2=R3= = =7.5 Ω,故C错误;电路消耗的总功率P=UI=3.0 V×0.45 A=1.35 W,故D正确。
二、填空题(每空1分,共4分)3.(2020三明质检,22)甲、乙两只小灯泡的额定电压均为6 V,灯泡的I-U图像如图,将两灯泡并联接入电 源电压恒为3 V的电路中,电路总电阻R= Ω;当将它们串联接入另一电压恒定的电路中,闭合开 关,其中一只灯泡正常发光,则电路总功率P= W。
答案 5 2.4
解析 灯泡甲、乙并联在电路中,由图可知,当U=3 V时,I甲=0.4 A,I乙=0.2 A, 由R= 得,R甲=7.5 Ω, R乙=15 Ω,由 = + ,即 = + 得,R总=5 Ω;由图可知,当U=6 V时,甲的额定电流为0.6 A,乙的额定电流为0.3 A, 为了不损坏灯泡,电路中的电流应为0.3 A,当I=0.3 A时,U甲=2 V,U乙=6 V,所以,P总=I(U甲+U乙)= 0.3 A×(2 V+6 V)=2.4 W。
4.(2019漳州质检,22)如图所示, (选填 “能”或“不能”) 同时闭合三个开关;电源电压恒定,R1=4 R2,在电路安全的前提下,该电路的最大功率和最小功率之比是 。
解析 由题图可知,若同时闭合三个开关,会造成电源短路,故不能同时闭合三个开关。根据P= 可知,在电源电压不变时,若电路中的电阻最小,则消耗的功率最大,电路中的电阻最大,则消耗的功率最小,当S1、S2闭合,S3断开时,R1与R2并联,此时电路中的电阻最小,消耗的功率最大,P大= + = + = ;当S1、S2断开,S3闭合时,R1与R2串联,此时电路中的电阻最大,消耗的功率最小,P小= = ,因此,P大∶P小= ∶ =25∶4。
答案 不能 25∶4
三、简答题(共4分)5.(2020三明质检,25)(4分)农村电网改造中,用材料相同的粗导线替换原来的细导线,可以减小输电过程 中的能量损耗。用所学的物理知识说明其中的道理。
答案 见解析
解析 粗导线比细导线的横截面积大(1分),在材料和长度相同时,导线的电阻小(1分),根据Q=I2Rt可知, 在I和t相同情况下(1分),导线产生的热量变少(1分),因而可减少输电过程中的能量损耗。
四、实验题(共9分)6.(2020莆田质检,30)(9分)“测量额定电压为3.8 V的小灯泡额定功率”实验中,丁丁设计并连接了如图 甲所示的部分实验电路,电源电压恒定。 甲 乙 丙
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路图连接完整。 (2)连接好电路后,闭合开关时,发现灯泡不亮,电流表无示数,电压表示数接近电源电压,其故障的原因可 能是 。(3)排除故障后,移动滑动变阻器滑片直到灯泡两端电压为3.8 V,此时电流表示数如图乙所示,示数为 A。灯泡的额定功率为 W。(4)东东不用电流表也测出了灯泡的额定功率,他利用一个已知阻值为R0的电阻和一个单刀双掷开关设 计了如图丙所示的电路。具体步骤如下:①闭合开关S1,将S2拨到触点“1”,移动滑动变阻器滑片使电压表示数为 V;②将开关S2拨到触点“2”,保持滑片位置不动,读出电压表示数U1;③灯泡额定功率P= (用已知量和测量量表示)。
答案 (1)如图所示 (2)灯泡断路 (3)0.4 1.52 (4)①3.8 ③
解析 (1)电压表应并联在灯泡两端。(2)灯不亮,电流表无示数,说明电路中无电流流过,可能是某处出 现了断路。电压表示数接近电源电压,说明可能是灯泡断路了。(3)电流表示数为0.4 A,灯泡的额定电压 为3.8 V,则灯泡的额定功率为1.52 W。(4)将开关S拨到触点“1”,让灯泡正常发光,使电压表示数为3.8 V;将开关S拨到触点“2”,电压表测量灯泡和定值电阻两端的总电压,为U1,根据灯泡与定值电阻串联的 关系,可得出灯泡的额定功率为 。
五、计算题(共24分)7.(2020三明质检,32)(6分)如图所示电路,电源电压恒定,小灯泡L标有“12 V 6 W”的字样,灯丝电阻保 持不变。只闭合开关S,滑动变阻器R的滑片P移至最左端时,小灯泡L正常发光;滑片P移至滑动变阻器中 点时,电流表示数为0.2 A。求: (1)小灯泡灯丝的电阻;(2)滑动变阻器的最大阻值;(3)同时闭合开关S和S1,滑片P移至最右端时,电路消耗的功率;滑片P移至最左端时,电路工作1 min消耗 的电能。
答案 (1)24 Ω (2)72 Ω (3)2 W 480 J
解析 (1)RL= = =24 Ω(2)R总= = =60 Ω R=R总-RL=60 Ω-24 Ω=36 Ω滑动变阻器的最大阻值为R=72 Ω(3)滑片移至最右端,P= = =2 W滑片移至最左端,W=P总t=(2 W+6 W)×60 s=480 J
8.(2020南平质检,32)(8分)某兴趣小组设计了如图甲所示的电路,已知灯泡L上标着“6 V 0.6 A”的字 样,R1为定值电阻5 Ω,R2为可变电阻,其阻值随温度的变化关系如图乙,S为选择开关。求: 甲 乙
(1)当S接触a点时,小灯泡正常发光,小灯泡此时的阻值;(2)电源电压;(3)S接触b点,R2 的阻值为5 Ω时,R2 每秒钟放出的热量;(4)S接触b点,随着温度的变化,R2 有两次消耗的电功率为3.6 W,两次R2对应的温度。
答案 (1)10 Ω (2)9 V (3)4.05 J (4)50 ℃ 28 ℃
解析 (1)由I= ,得RL= = =10 Ω(2)因为R=R1+RL=5 Ω+10 Ω=15 Ω所以U=IR=ILR=0.6 A×15 Ω=9 V(3)因为I= = =0.9 A所以I2=I=0.9 A所以Q2= R2t=(0.9 A)2×5 Ω×1 s=4.05 J(4)因为P2=I2R2= R2所以3.6 W= R2解得R2=2.5 Ω或R2=10 ΩR2=2.5 Ω对应的温度是50 ℃,R2=10 Ω对应的温度是28 ℃
9.(2020龙岩质检,34)(10分)疫情之下,深圳某智能科技快速反应,研发一款智能消毒机器人,代替人工360° 灭菌。图甲是机器人的实物外观,图乙是为水箱自动测定药液量的电路原理图,其中,电源电压恒为6 V, 定值电阻R0的阻值为42 Ω, 为水量表(由电流表改装而成),Rx为压敏电阻,其阻值Rx与压力F的对应关系如图丙所示,表是机器人的部分基本参数。g取10 N/kg。求: 甲 乙 丙
(1)当机器人以最大带载静止在水平地面时,它对地面的压强;(2)当水箱对压敏电阻的压力为10 N时,水量表的指针指向提示加药液的位置,此位置所对应的电流值;(3)若带载质量不变,机器人电池转化效率η为75%,输出功率为72 W,充满电后,机器人持续工作的最长时 间。(注:电池容量12 Ah表示当额定电压供电, 通过的电流是12 A时,可供电1 h)
答案 (1)2.5×105 Pa (2)60 mA (3)4.5 h
解析 (1)机器人达到最大带载能力时对地面的压力:F=G=mg=(40+60)kg×10 N/kg=103 Np= = =2.5×105 Pa(2)当压力为10 N时,压敏电阻的阻值Rx满足: = 解得:Rx=58 Ω此时电路中的电流:I= = =0.06 A=60 mA(3)η= = 则有t'= = =4.5 h
中考 物理 （福建专用）
专题十四电流做功与电功率
1.(2020福建,5,2分)下列家用电器中,利用电流热效应工作的是 ( )A.电风扇 B.电视机C.电热水壶 D.电冰箱
A组 2016—2020年福建中考题
答案 C 电风扇工作时主要是把电能转化为机械能,A错。电视机工作时主要是将电能转化为光能和 声能,B错。电热水壶工作时把电能转化为内能,是利用电流的热效应来工作的,C正确。电冰箱工作时 主要将电能转化为机械能,D错。
知识拓展 电流热效应:电流做功把电能转化为内能。电流的磁效应:电产生磁,如奥斯特实验、通电螺 线管、电磁铁。磁场对电流的作用:通电导体在磁场中受力的作用。
2.(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。
3.(2018福建A,16,2分)灯泡L与定值电阻R组成的电路如图甲,L和R的I-U图线分别为图乙中的A、B。闭 合开关S,L正常发光,电路的总功率为4.8 W,此时灯泡L的 ( )A.电压为7 V B.电流为0.3 AC.电阻为20 Ω D.功率为3 W
答案 D 由图甲可知,L与R并联,故它们两端的电压相等,观察图乙可知,当电压为6 V时,定值电阻R的 功率PR=UIR=6 V×0.3 A=1.8 W,灯泡的功率PL=UIL=6 V×0.5 A=3 W,此时电路的总功率P总=PR+PL=1.8 W+ 3 W=4.8 W,满足题意,故灯泡L两端的电压应为6 V,A错误;通过灯泡的电流应为0.5 A,B错误;灯泡的功率 为3 W,D正确;灯丝的电阻RL= = =12 Ω,C错误。故选D。
4.(2017福建,16,2分)如图所示,将标有“3 V 3 W”的灯泡L1和标有“6 V 3 W”的灯泡L2串联在电路 中,闭合开关S,其中只有一只灯泡正常发光,设小灯泡电阻不变,则L1两端的电压及通过L1的电流分别是 ( )A.3 V 1 A B.1.5 V 1 AC.3 V 0.5 A D.1.5 V 0.5 A
答案 D 根据P=UI可得,两灯泡的额定电流分别为:I1= = =1 A,I2= = =0.5 A因为串联电路中各处的电流相等,且只有一只灯泡能够正常发光,所以L1不能正常发光,L2正常发光,此时 电路中的电流I=0.5 A,根据欧姆定律可得灯泡L1的电阻为:R1= = =3 Ω,则灯泡L1两端的实际电压:U=IR1=0.5 A×3 Ω=1.5 V。
5.(2020福建,20,2分)民航局规定:严禁乘客携带超过160 W·h(瓦·时)的锂电池上飞机。某品牌笔记本电 脑的电池铭牌标有“10.8 V 10 A·h”字样,充满电后,存储的电能为 kW·h,该笔记本电脑 (选填“能”或“不能”)带上飞机。
答案 0.108 能
解析 电池充满电后,储存的电能为W=UIt=10.8 V·10 A·h=0.108 kW·h=108 W·h<160 W·h,所以能带上飞机。
6.(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)
解析 根据P=UI,可得风扇正常工作时通过的电流I= = =0.5 A,由焦耳定律可得Q=I2Rt=(0.5 A)2×1 Ω×60 s=15 J。由于风扇叶片与空气摩擦,使叶片带上电荷,因带电体能吸引轻小物体,故风扇叶片会黏 有不少灰尘,属于静电(摩擦起电)现象。
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。
7.(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。
8.(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
解析 根据P= 可知,在消耗的电能W相同的情况下,工作时间t越短,则电功率越大,由图可以看出,这四种家用电器中,电视机消耗1度电可持续正常工作的时间最短,故电视机的功率最大;由图可知1度电可供 节能灯正常工作50小时,根据P= 得,节能灯的额定功率P= = =0.02 kW,所以节能灯正常工作5小时 消耗的电能W=Pt'=0.02 kW×5 h=0.1 kW·h。
9.(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
思路分析 根据P= 可知,低温挡时,电路中的电阻最大,高温挡时,电路中的电阻最小,再利用P= 求出高温挡和低温挡的电功率,再利用Q=W=Pt求出产生的热量。
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。
审题技巧 用电器的不同挡位表示不同电功率,所以本题要判断保暖鞋在低温挡工作和高温挡工作,实 际上就是判断电功率的大小。
10.(2020福建,30,8分)“测量小灯泡的额定功率”实验中,器材有电源、滑动变阻器、两个电流表、小 灯泡(U额为3.8 V)、定值电阻R0(阻值为10 Ω)、开关及若干导线。 甲 乙 丙
(1)根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙中未画出的两条导线补充完整。(2)闭合开关前,滑动变阻器滑片P应置于 (选填“A”或“B”)端。(3)正确连接电路后,闭合开关,发现灯不亮,两电流表有示数且相同,故障可能是 或 。(4)排除故障后,为了测量小灯泡的额定功率,移动滑动变阻器的滑片,直到电流表A2示数为 A时 小灯泡正常发光,电流表A1的示数如图丙,该示数为 A,则小灯泡的额定功率为 W。
答案 (1)如图(每条导线1分) (2)A(3)小灯泡处断路 R0处短路(4)0.38 0.70(或0.7) 1.216(8分)(每空1分)
解析 (1)根据电路图连接实物图,电流表A2与R0串联,电流表A1接在干路上。(2)闭合开关前滑动变阻器 的滑片P应置于连入电路阻值最大处,所以滑片P应置于A端。(3)灯不亮,可能灯被短路或者灯泡断路,两 个电流表有示数且示数相同,故为灯泡处断路或R0处短路。(4)测量小灯泡的额定功率,要使灯泡两端电 压为额定电压3.8 V,R0两端电压U0=U额=3.8 V,通过R0的电流I0= = =0.38 A,由图可知干路电流I=0.7 A,通过小灯泡的电流I1=I-I0=0.7 A-0.38 A=0.32 A,则小灯泡的额定功率P额=U额I1=3.8 V×0.32 A=1.216 W。
11.(2017福建,28,8分)在“测量小灯泡的电功率”的实验中,电源电压为3 V,灯泡额定电压为2.5 V。 甲 乙 丙
(1)请根据图甲,将图乙所示的实物电路用笔画线连接完整;(2)在连接电路时,开关应 ,滑动变阻器的滑片P应置于 端(选填“A”或“B”);(3)移动滑片P,当电压表的示数为1.5 V时,电流表的示数如图丙所示,其示数为 A,小灯泡此时的 电功率为 W。要测量小灯泡的额定功率,需将滑片P向 端移动(选填“A”或“B”), 直到电压表的示数为2.5 V;(4)实验中,小灯泡突然熄灭,电流表示数为零,电压表示数变大,电路中的故障可能是 。
答案 (1)如图 (2)断开 B (3)0.24 0.36 A (4)灯泡断路(开路)
解析 (1)“测量小灯泡的电功率”的实验中,电源电压为3 V,灯泡额定电压为2.5 V,故电压表的量程选 “0~3 V”,并联在小灯泡两端。(2)电路连接过程中,开关应断开,滑片滑到阻值最大处,阻值最大处在B 端。(3)电流表使用0~0.6 A量程,分度值为0.02 A,电流为0.24 A;此时小灯泡的实际功率:P实际=U实际I实际=1.5 V×0.24 A=0.36 W;要使灯泡正常工作,灯泡两端电压需从1.5 V增大到2.5 V,电路电流要增大,总电阻要 减小,滑动变阻器连入电路的电阻要减小,滑片向A端移动,直到电压表的示数为2.5 V。(4)灯泡与滑动变 阻器串联,电流表测电路中的电流,电压表与灯泡并联;灯泡突然熄灭,说明电路存在断路或灯泡发生短 路;电流表示数为零,说明电路发生断路;电压表示数变大,说明电压表的正负接线柱与电源两极相连,因 此电路故障可能为灯泡断路。
思路分析 (1)根据电源电压及小灯泡的额定电压,可得电压表的量程;(2)为保证电路安全,开关在连接 过程中应断开,滑片滑到阻值最大处;(3)根据电流表的量程和分度值读出电流表的示数,根据P=UI求出 小灯泡的实际功率;电压表的示数小于灯泡的额定电压,要使灯泡正常工作,灯泡两端电压增大到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)闭合开关灯泡发光,两表有示数,说明电路 正常。灯泡熄灭,说明电路存在断路或灯泡发生短路,电流表示数几乎为零,说明电路发生了断路,电压表 示数变大,说明电压表的正负接线柱与电源两极相连。
12.(2020福建,33,8分)如图甲电路中,电源电压保持不变,R0、R1均为定值电阻,R2为滑动变阻器。闭合开 关S,改变R2的阻值,两电压表示数与电流表示数变化关系如图乙,当滑片在b端时电流表示数为0.3 A。
(1)求R2的最大阻值。(2)若滑片置于变阻器的中点位置,R2消耗的电功率为0.8 W,求电源电压U和R0的阻值。(3)若滑动变阻器滑片每移动1 cm,阻值改变1 Ω,设滑片从a端向b端滑动的距离为x cm,写出R2消耗的电功率P随x变化的关系式,并由此关系式求出R2消耗电功率的最大值。
答案 (1)10 Ω (2)6 V 2 Ω (3)P= W 0.9 W(8分)第(1)小题1分,第(2)小题4分,第(3)小题3分。
解析 (1)由图像可知,当R2阻值最大时,通过R2的电流为0.3 A,R2两端的电压为3 V由I= 得R2的最大阻值R2max= = =10 Ω(2)由图像可知,R1= = =8 Ω当滑片置于R2的中点位置时,滑动变阻器接入电路的阻值R2'=5 Ω由P=UI=I2R得I'2R2'=I'2×5 Ω=0.8 W,解得I'=0.4 A依题意,有U=5.4 V+0.3 A×R0U=0.4 A×(8 Ω+5 Ω+R0)联立解得U=6 V,R0=2 Ω(3)滑片移动x cm时,滑动变阻器接入电路的阻值R2″=x(Ω)
I″= P=I″2R2″= P= P= = 由上式可知,当x=10,即R2″=10 Ω时,R2消耗的电功率达到最大值,且Pmax=0.9 W
13.(2019福建,31,6分)“国之润,自疏浚始”。新一代国之重器“天鲲号”绞吸挖泥船在河道清淤、湖 泊疏浚、吹填造陆等方面发挥着重大作用。(1)“天鲲号”以功率P1=6 600 kW进行绞吸,同时以功率P2=13 400 kW向远处输送岩石泥沙,工作时间t= 10 min,共做功多少焦?(2)“天鲲号”绞刀的工作原理与家用破壁机相似。某破壁机的额定电压U=220 V,额定电流I=10 A。 “天鲲号”绞刀以功率P1=6 600 kW工作,相当于多少台这种破壁机正常工作消耗的总功率?
答案 (1)1.2×1010 J (2)3 000(6分)第(1)小题3分,第(2)小题3分。
解析 (1)总功率P=P1+P2=6 600 kW+13 400 kW=2.0×107 W总功W=Pt=2.0×107 W×10×60 s=1.2×1010 J(2)每台破壁机的功率P0=UI=220 V×10 A=2 200 W破壁机台数n= = =3 000
14.(2018福建A,32,6分)如图的电路中,电源电压恒定,灯泡L标有“3 V 1.5 W”。开关S1闭合、S2断开 时,灯泡L正常发光;开关S1、S2均闭合时,电流表的示数为1.5 A。求:(1)灯泡L正常发光时的电流;(2)电阻R的阻值;(3)开关S1、S2均闭合时电路的总功率。
答案 (1)0.5 A (2)3 Ω (3)4.5 W
解析 第(1)小题2分,第(2)小题2分,第(3)小题2分。(1)I1= = =0.5 A(2)开关S1、S2均闭合时,通过电阻R的电流I2=I-I1=1.5 A-0.5 A=1 AR= = =3 Ω(3)P=UI=3 V×1.5 A=4.5 W
B组 2016—2020年全国中考题组考点一 电功和电热1.(2020广西北部湾经济区,2,2分)下列常用电器中,利用电流的热效应工作的是 ( )A.电饭锅 B.电冰箱 C.电视机 D.电风扇
答案 A 电流通过导体时电能转化为内能的现象叫电流的热效应。电饭锅工作时主要将电能转化为 内能,利用了电流的热效应,故A符合题意;电冰箱通过压缩机对制冷系统做功,工作时电能主要转化为机 械能,故B不符合题意;电视机工作时电能主要转化为光能和声能,故C不符合题意;电风扇工作时电能主 要转化为机械能,故D不符合题意。
2.(2020吉林,14,2分)如图是某电热水壶铭牌上的部分信息。该电热水壶在额定电压下工作100 s,消耗的 电能是 J;它是利用电流的 效应工作的。额定电压:220 V额定频率:50 Hz额定功率:1 500 W额定容量:2.0 L
答案 1.5×105 热
解析 消耗的电能等于电流所做的功,即W=Pt=1 500 W×100 s=1.5×105 J;电流通过电热水壶时,产生热 量,把电能转化为内能,所以它是利用电流的热效应工作的。
解题关键 电流做功的过程就是消耗电能的过程,电流做多少功就消耗多少电能,就有多少电能转化为 其他形式的能。
3.(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。
4.(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
解析 灯泡正常发光时两端电压为8 V,电流为0.4 A,故串联电阻两端电压为UR=U-UL=12 V-8 V=4 V,R= = =10 Ω;10 s内电阻产生的热量Q=W=UIt=4 V×0.4 A×10 s=16 J。
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。
5.(2020山东潍坊,26,8分)图甲是一款紫砂电饭锅,其简化电路如图乙所示,R1、R2是电热丝,R1的阻值为110 Ω,通过单独或同时闭合S1、S2实现低温、中温、高温三个挡位间的切换,其铭牌如图丙所示,求:
丙
(1)低温挡加热时电流的大小;(2)电热丝R2的阻值;(3)已知粥的比热容c粥=4.0×103 J/(kg·℃),将2.2 kg的粥用高温挡从20 ℃加热到74 ℃需要的时间。
答案 (1)2 A (2)55 Ω (3)450 s(说明:本题共计8分,其他解法只要合理,即可得分。)
解析 (1)由P=UI得,低温挡加热电流I低= = =2 A(2分)(2)电热丝R1的电功率P1= = =440 W只闭合S2时,电饭锅处于中温挡,电热丝R2的阻值R2= = =55 Ω(2分)(3)经分析知,电饭锅高温挡功率P高=P中+P低=880 W+440 W=1 320 W(1分)粥吸收的热量Q吸=c粥mΔt=4.0×103 J/(kg·℃)×2.2 kg×(74 ℃-20 ℃)=4.752×105 J(1分)消耗的电能W= = =5.94×105 J(1分)由P= 得,加热时间t= = =450 s(1分)
考点二 电功率1.(2020北京,11,2分)如图所示的电路中,将开关S闭合,完全相同的灯L1和灯L2均发光。下列说法正确的 是( ) A.灯L1比灯L2亮B.通过A点的电流大于通过B点的电流C.灯L1的实际电功率比灯L2的实际电功率小D.电路中AB两点间的电压等于BC两点间的电压
答案 D 灯L1和灯L2串联,通过两盏灯的电流相同,B错误;两灯完全相同,电阻相同,由P=I2R可知两灯实 际功率相同,亮度相同,A、C错误;由U=IR可知,电路中AB两点间的电压等于BC两点间的电压,D正确。
2.(2020重庆A卷,8,3分)灯泡L标有“6 V”字样,为探究其工作时的特点,小刚利用图甲所示的电路进行 实验,其中电源电压保持不变,滑动变阻器的规格为“30 Ω 1 A”。闭合开关后,将变阻器的滑片P从a 端向右缓慢移动,直到电压表示数达到6 V时为止。图乙是用获得的实验数据作出的I-U图像,下列判断 正确的是 ( ) A.闭合开关,在移动滑片P的过程中,灯L的最小电阻为10 ΩB.变阻器的滑片P移到b端时,灯L正常发光且灯的额定功率为3.6 WC.灯L与5 Ω的定值电阻R1并联接入电压为6 V的电路,电路总功率为7.2 WD.灯L与10 Ω的定值电阻R2串联接入电压为9 V的电路,R2每秒消耗电能为2.5 J
答案 D 由题图可知,移动滑片的过程中,当电流为0.2 A时,L的电阻最小,RL= = =5 Ω,故A错;当滑片在a端时,滑动变阻器连入电路的阻值最大,为30 Ω,结合图像信息可知,此时电路中的电流I=0.2 A,UL =1 V,则电源电压U总=UL+U变=1 V+0.2 A×30 Ω=7 V,故当滑片移到b端时,灯L两端电压等于电源电压7 V, 7 V>U额,灯L不会正常发光,有可能被烧坏,故B错;当灯泡L与5 Ω的R1并联在6 V的电路中时,由图像可知 通过灯L的电流IL=0.6 A,通过R1的电流I1= = =1.2 A,则干路中的电流I=IL+I1=0.6 A+1.2 A=1.8 A,电路总功率P=UI=6 V×1.8 A=10.8 W,故C错;灯L与10 Ω的R2串联在9 V的电路中时,结合图像可知,当电流I'= 0.5 A时,灯L两端的电压UL'=4 V,则R2两端电压U2=9 V-4 V=5 V,R2的阻值R2= = =10 Ω,符合题意,故R2每秒消耗的电能W=U2I't=5 V×0.5 A×1 s=2.5 J,D正确。
3.(2020陕西,10,2分)如图-1所示的电路,电源电压不变,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。闭合开关,滑片P 从一端滑到另一端的过程中,电压表示数随滑动变阻器阻值变化的关系如图-2所示。下列说法正确的 是 ( ) 图-1 图-2
A.滑片从最左端向最右端滑动过程中,电流表示数变小B.滑片滑动过程中,电压表与电流表示数之比不变C.电源电压为6 VD.电路消耗的最大功率为3.6 W
答案 C 首先分析电路:题图-1中滑动变阻器R和定值电阻R0串联,电压表测量滑动变阻器两端电压,电 流表测量串联电路中的电流。在滑动变阻器滑片从最左端滑到最右端的过程中,滑动变阻器连入电路 中阻值变小,电路的总电阻也变小,根据欧姆定律I= 可知总电流会变大,电流表示数变大,所以A项错误。电压表与电流表的示数之比是滑动变阻器连入电路的阻值,滑片移动时,滑动变阻器连入电路的阻 值发生改变,所以示数之比也发生改变,所以B项错误。题图-2体现了滑动变阻器连入电路的不同阻值与 对应的电压表示数变化关系,当 =5 Ω时,其两端电压为U变1=3 V,当 =10 Ω时,其两端电压为U变2=4 V,根据串联电路特点列出方程: = ,将两组数据代入得: = ①, = ②,两式联立得:U=6 V,R0=5 Ω,所以C项正确。电路中的电源电压不变,根据P=UI可知,当电路中的电流最大时,总功 率最大,所以当滑动变阻器连入电路中的阻值为0时,电路达到最大功率P= UI= = =7.2 W。所以D项错误。
方法技巧 电路问题的解题关键是对电路进行正确分析,首先要理解电路中各个用电器的串、并联关 系,然后进行分析。本题中还给出了滑动变阻器两端电压与电阻的关系图像,图像中给出了对应的数值, 此类题通常要将对应数值代入电路关系表达式中进行计算并列方程求解。
4.(2020重庆A卷,11,2分)图中电源电压为6 V并保持不变,定值电阻R为10 Ω,滑动变阻器R‘标有“20 Ω 0.5 A”字样,电流表量程为“0~0.6 A”,电压表量程为“0~3 V”。闭合开关,移动滑片P的过程中,为保 证电路元件安全,滑动变阻器R’接入电路的最小阻值为 Ω,定值电阻R的最大功率为 W。
答案 10 0.9
解析 为了保证电路元件安全,当电压表示数为3 V时,滑动变阻器连入电路中的阻值最小,定值电阻R消 耗的功率最大,此时电路中的电流最大,I= = =0.3 A,滑动变阻器两端电压U变=U-UR=6 V-3 V=3 V,滑动变阻器连入电路的最小阻值R变= = =10 Ω,定值电阻的最大功率P=URI=3 V×0.3 A=0.9 W。
易错警示 滑动变阻器标有“20 Ω 0.5 A”表示滑动变阻器允许通过的最大电流为0.5 A,电流表量程 为“0~0.6 A”表示电流表允许通过的最大电流为0.6 A,电压表量程为“0~3 V”,则电阻R允许通过的 最大电流为I= =0.3 A,因为串联电路中各处电流大小相等,为保证电路元件的安全,此电路中允许通过的最大电流应为0.3 A,电压表量程间接限制了电阻R允许通过的最大电流,不能被忽略。
5.(2017天津,17,4分)一只电烙铁的铭牌上标着“220 V 100 W”的字样,它正常工作时,电压是 V,电阻是 Ω。
答案 220 484
解析 “220 V 100 W”指额定电压为220 V,额定功率为100 W,即正常工作时电压是220 V,正常工作 时功率是100 W,其电阻R= = =484 Ω。
6.(2020内蒙古包头,10,7分)在“测量小灯泡的电功率”实验中,电源由三节新干电池串联组成,小灯泡额 定电压为2.5 V,阻值约为8 Ω,滑动变阻器的规格为“20 Ω 1 A”。图甲是某实验小组未连接完整的实 验电路。 甲 乙
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中的电路连接完整,导线不能交叉。(2)闭合开关,无论怎样移动滑片,灯泡都不发光,电流表和电压表均无示数。小组成员找来一个两端接有 导线的定值电阻(阻值为10 Ω),一端接在电源负极接线柱上,另一端依次触碰接线柱A、B、C,只有触碰 到C时,灯泡才发光。若导线无断路,且导线和器材连接均完好,电路只有一处故障,则故障是 。(3)排除故障后,闭合开关,移动滑片,使电压表示数为 V,小灯泡正常发光,电流表示数如图 乙所示,则小灯泡的额定功率为 W。(4)某同学想利用该电路“测量定值电阻Rx的阻值”。于是取下小灯泡,将电阻Rx接入小灯泡所在位置, 滑动变阻器滑片移至最大阻值处,闭合开关,移动滑片,测量四组对应的电压和电流值。数据如下表:
由数据可得,电阻Rx的阻值为 Ω。(5)能否将阻值约为50 Ω的电阻接入图甲中小灯泡所在位置(其他连接均不变),测量其阻值。你的判断 是 ,理由是 。
答案 (1)如图所示 (2)电流表断路 (3)2.5 0.7 (4)5(或5.03)(5)不能 电阻两端电压超过电压表所接量程
解析 (1)滑动变阻器要“一上一下”接入电路,所以要将开关A接线柱和滑动变阻器下边的一个接线 柱相连,如答案图所示。(2)闭合开关,移动滑片,灯泡不亮,电流表和电压表均无示数,表明电路中有断路故障;将一个定值电阻接 在接线柱A和电源负极接线柱之间,灯泡不亮,说明断路位置不在接线柱A和电源负极接线柱之间;将定 值电阻接在接线柱B和电源负极接线柱之间,灯泡不亮,说明断路位置不在接线柱B和电源负极接线柱之 间;将定值电阻接在电源负极接线柱和接线柱C之间,灯泡发光,说明接线柱B、C之间有断路,所以故障是 电流表断路。(3)排除电路故障后,要把小灯泡两端电压调到2.5 V,小灯泡正常发光,由乙图可知,此时通过小灯泡的电 流为0.28 A,所以小灯泡的额定功率P=UI=2.5 V×0.28 A=0.7 W。(4)测量定值电阻的阻值,需要多次测量求平均值,减小误差。四次测量的阻值分别为:R1= = =5 Ω,R2= = =5 Ω,R3= = ≈5.13 Ω,R4= = =5 Ω,所以待测电阻阻值为Rx= = ≈5.03 Ω。
(5)将50 Ω的电阻代替小灯泡接入电路,其他连接不变,当滑动变阻器接入电路的阻值最大时,50 Ω电阻两 端的电压UR= ×U总= ×4.5 V≈3.2 V,超出了电压表的量程,所以不能测量该电阻阻值。
7.(2018内蒙古包头,13,9分)如图所示为某模拟调光灯电路,电路中电源电压不变,灯泡L标有“6 V 3 W”字样,且灯丝电阻随温度的变化而变化,定值电阻R1的阻值为6 Ω。将滑动变阻器R2的滑片P置于最 右端,闭合开关,电压表和电流表示数分别为6 V和0.2 A;移动滑片P至某一位置,电压表和电流表示数分 别为3 V和0.5 A。求: (1)灯泡L正常发光时的电阻是多少?(2)当R2的滑片P在最右端时,闭合开关,灯泡L的实际功率是多少?(3)为使灯泡安全工作,R2的滑片能自由滑动,且滑片P滑到某一端时灯泡能正常发光,应采取怎样的保护 措施?请计算说明。
答案 (1)12 Ω (2)0.96 W (3)见解析
解析 (1)R灯= = =12 Ω(2分)(2)∵I灯= = =0.5 A当U2'=3 V时,I2'=0.5 A∴灯泡正常发光 (1分)则R1两端电压U1'=I2'R1=0.5 A×6 Ω=3 V∴U=U额+U1'+U2'=6 V+3 V+3 V=12 V(1分)当P在右端时,U2=6 V,I2=0.2 A则R1两端电压U1=I2R1=0.2 A×6 Ω=1.2 VU灯=U-U1-U2=12 V-1.2 V-6 V=4.8 V(1分)P灯实=U灯I2=4.8 V×0.2 A=0.96 W(1分)(3)为使灯泡安全工作,R2的滑片能自由滑动,且滑片P滑到某一端时灯泡能正常发光,则P在左端时,灯泡 正常发光,此时电路中的电流I=I灯=0.5 A
R总= = =24 Ω(1分)R'=R总-R灯=24 Ω-12 Ω=12 Ω(1分)∴可将R1替换为R'或再串联一个6 Ω的电阻 (1分)(其他方法正确均可得分)
C组 教师专用题组考点一 电功和电热1.(2017北京,26,2分)(多选)小林想测量小灯泡的额定功率及正常发光时的电阻,小灯泡的额定电压为2.5 V,实验电路如图甲所示。实验中,当电压表示数为2.5 V时,电流表示数如图乙所示。根据实验过程及现 象,下列四个选项中,判断正确的是 ( )A.为使小灯泡正常发光,电压表示数应为2.5 VB.图乙中的电流表示数为2.5 A
C.小灯泡正常发光时的电阻为5 ΩD.小灯泡的额定功率为5 W
答案 AC 为使小灯泡正常发光,应该使小灯泡两端的电压达到额定电压2.5 V,所以A正确;电流表选 择的是0~0.6 A的量程,示数为0.5 A,所以B错误;小灯泡正常发光时的电阻等于正常发光时电压与电流的 比值,为5 Ω,所以C正确;小灯泡的额定功率等于正常发光时电压与电流的乘积,为1.25 W,所以D错误。 故选A、C。
2.(2019安徽,9,4分)图示电路中,U=12 V,R1=6 Ω,R2=3 Ω,R3=4 Ω。当S2断开、S1闭合时,电阻R1消耗的电功 率为 W;当S1、S2都闭合时,6 s内电流通过R2产生的热量是 J。
答案 8.64 32
解析 当S2断开、S1闭合时,电阻R1和R3串联,电路中的电流:I= = =1.2 A电阻R1消耗的电功率:P=I2R1=(1.2 A)2×6 Ω=8.64 W当S1、S2都闭合时,电阻R1和R2先并联,再和R3串联,R1和R2并联的总电阻:R= = =2 Ω干路中的电流:I'= = =2 A则电阻R2两端的电压:U2=I'R=2 A×2 Ω=4 V6 s内电流通过R2产生的热量:Q=W= t= ×6 s=32 J
3.(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
解析 由公式Q=I2Rt可知在电流和通电时间一定时,电热与电阻成正比。导线的电阻比发热体的电阻 小,所以导线不怎么热。因为在额定电压下工作,所以I= = = A,t=3 min 20 s=200 s,产生的热量Q=I2Rt=UIt=220 V× A×200 s=3.6×105 J。
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。
4.(2017四川成都,A22,4分)某款迷你电饭煲有加热和保温两挡,其电路如图所示。已知R1=88 Ω,R2=2 112 Ω。开关S置于 (选填“1”或“2”)时是保温挡,保温10 min产生的热量是 J。
答案 2 1.32×104
解析 根据P= 可知,当电源电压一定时,电路中电阻越大,消耗的功率越小,为保温挡,故分析电路可得,开关S应置于2;产生的热量Q=W= t= ×600 s=1.32×104 J。
考点二 电功率1.(2020河北,22,3分)如图所示,电源电压不变,a、b为电压表或定值电阻,若为定值电阻,其阻值与R相同 均为R0。当S1和S2闭合、S3断开时,电流表A1的示数为I0;再闭合S3,电流表A1的示数为2I0。下列说法正确 的是 ( ) A.开关均闭合后,电路消耗的功率为2 R0B.开关均闭合后,a、b互换前后A2的示数之比为1∶2C.将最大阻值为R0的滑动变阻器与R串联,只闭合S1、S2,P从中点移到阻值最大端,变阻器消耗的功率变 化量为 R0
D.用最大阻值为R0的滑动变阻器替换a、b、R其中的一个,移动滑片,三个电流表的示数均发生变化且变 化量相等。满足上述要求的电路连接方式有四种
答案 ABD 先将S1和S2闭合,再闭合S3时干路电流变成原来的2倍,则只有a为定值电阻,b为电压表时符 合。开关均闭合后,根据公式P=I2R可得两电阻各自消耗的功率均为P= R0,故电路消耗的功率P总=2P=2 R0,故A正确;开关均闭合后,A2与R串联,测通过R的电流,示数为I0,当a、b互换后,b处为定值电阻,仍与R并联,A2测量b所在支路与R所在支路的电流和,示数为2I0,故a、b互换前后,A2的示数比为I0∶2I0=1∶2,故 B正确;电路中只连有R时,电路中的电流I0= ,将最大阻值为R0的滑动变阻器与R串联,只闭合S1、S2,滑片P在中点时,电路中的电流I= = I0,变阻器消耗的功率P=I2· R0= · R0= R0,滑片移到阻值最大端时,电路中的电流I'= = · = I0,变阻器消耗的功率P'=I'2R0= ·R0= R0,则功率变化量ΔP=P'-P= R0- R0= R0,故C错误;用最大阻值为R0的滑动变阻器替换a、b、R其中的一个,移动滑片,三个电流表示数均变化且变化量相等,则三个电流表所测电流都包含通过滑动变阻器的电流,所以只 能替换b,满足上述要求的电路连接方式有如下四种:①只闭合S1,变阻器替换b,等效电路如图甲,串联电
路中各处电流相等,滑片移动,三表示数均变化且变化量相等;②开关均闭合,变阻器替换b,等效电路如图 乙,滑片移动只改变b支路电流,三表示数均变化且变化量等于b支路电流变化量;③只闭合S1和S2,变阻器 替换b,等效电路如图丙,滑片移动改变b支路电流,A3示数变化,同时A1和A2示数均随之变化,且变化量与A3相等;④只闭合S1和S3,变阻器替换b,等效电路如图丁,与③同理,故D正确。 图甲 图乙 图丙 图丁
2.(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R1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。
3.(2017四川成都,A9,2分)关于家里的用电器,下列数据最符合实际的是 ( )A.白炽灯的正常工作电流约为0.1 AB.遥控器的干电池电压约为220 VC.空调制冷时的功率约为10 WD.电扇正常工作1 h耗电约为1 kW·h
答案 A 白炽灯的正常工作电流约为0.1 A,故A正确;遥控器中一般安装两节干电池,每节干电池电压 为1.5 V,总电压为3 V,故B错误;空调制冷时的功率约为1 000 W,故C错误;电扇正常工作1 h 耗电约为0.0 5 kW·h,故D错误。
4.(2017山西,20,3分)酒驾易造成交通事故,利用酒精测试仪可以检测司机是否酒驾,其电路原理如图甲所 示。R1为“气敏传感器”,它的电阻值与它接触到的酒精气体浓度的关系如图乙所示,R2为定值电阻,阻 值为60 Ω,电源电压恒为12 V。若酒精气体浓度≥0.2 mg/mL时,则判定被检者为酒驾。以下说法正确的 是( ) 甲 乙
A.被检者的酒精气体浓度越高,电流表示数越小B.电流表的示数为0.12 A时,判定被检者为酒驾C.电压表示数为3 V时,R2消耗的电功率是0.45 WD.被检者酒精气体浓度为0.2 mg/mL时,电压表的示数是4 V
答案 D 由乙图可知,酒精气体浓度越大,R1阻值越小,则甲图中电流表示数越大,A项错误;当I=0.12 A 时,R总= = =100 Ω,R1=100 Ω-60 Ω=40 Ω,由乙图可知R1=40 Ω时,酒精气体浓度为0.1 mg/mL,不属于酒驾,故B项错误;当U1=3 V时,U2=12 V-3 V= 9 V,则R1= R2= ×60 Ω=20 Ω,P2= = =1.35 W,C项错误;当酒精气体浓度为0.2 mg/mL时,由乙图可知,R1=30 Ω,则U1'= U总= ×12 V=4 V,D项正确。
5.(2017贵州安顺,5,3分)如图所示,电源两端电压保持12 V不变,小灯泡L上标有“6 V 3 W”字样,滑动 变阻器最大电阻值R=60 Ω。不考虑灯丝电阻随温度的变化,下列说法正确的是 ( ) A.S闭合后,使电压表的示数减小1 V,小灯泡L两端的电压就增加1 VB.S闭合后,小灯泡L的最小实际电功率为0.5 WC.滑动变阻器接入电路的阻值是12 Ω时,小灯泡L正常发光D.滑片移到最右端时通电10秒,小灯泡消耗的电能是5 J
答案 C 开关闭合后电压表测的是灯泡两端的电压,当电压表的示数减少1 V时,小灯泡L两端的电压 就减小1 V,A错误;灯泡的阻值RL= = =12 Ω,当滑动变阻器的电阻最大时,整个电路中的电流最小,此时I= = = A,则小灯泡L的实际电功率最小,即P=I2R=( A)2×12 Ω≈0.33 W,B错误;开关闭合时,灯泡与滑动变阻器的左端串联,电压表测的是灯泡两端电压,灯泡的电阻也是12 Ω,滑动变阻器接 入电路的阻值是12 Ω时,两者的电阻相等,分担的电压也相等,所以灯泡和滑动变阻器各分担6 V电压,此 时灯泡能够正常发光,C正确;滑片移到最右端时,连入电路的电阻为60 Ω,电路中电流为最小值,小灯泡消 耗的电能W=I2RLt=( A)2×12 Ω×10 s≈3.3 J,D错误。故选C。
6.(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
7.(2017新疆乌鲁木齐,18,5分)在“测量小灯泡的电功率”的实验中,小灯泡的额定电压为2.5 V。 (1)正确连接电路后,闭合开关前应将滑动变阻器的阻值调到最 ;闭合开关后,发现电压表和电流 表中只有一只电表有示数,小灯泡亮度一般,说明 表发生了断路。(2)排除故障后,根据测得的实验数据作出小灯泡电压在1.5 V~2.5 V之间的I-U图像如图所示,则小灯泡 的额定功率是 W。小灯泡电压为1.5 V 时的电阻 (填“大于”、“小于”或“等 于”)小灯泡电压为2.5 V时的电阻,若小灯泡电压为1.5 V、2.0 V、2.5 V时小灯泡的功率分别为P1、P2、P3,则P2 (P1+P3)(填“>”、“<”或“=”)。
答案 (1)大 电压 (2)0.625 小于 <
8.(2017山东威海,27,8分)某生态园设计了模拟日光和自动调温系统,实现照明、保温和加热的功能。其 原理如图所示,电源电压恒为220 V,R1和R2是两个电热丝(不考虑温度对电阻的影响),R2=30 Ω,L是标有 “220 V 160 W”的照明灯泡。白天有日光的时候,只开启该系统的保温功能并连续工作10 h,此时R1与 R2的电功率之比为1∶3;晚上温度较低的时候,需开启加热和照明功能,灯泡正常发光,此状态下系统也需 连续工作10 h。(q沼气=1.8×107 J/m3)。请解答下列问题:(1)晚上工作时电路的总功率是多大?(2)若一天中工作的20 h内电热丝放出的热量完全由该生态园自产的沼气提供,其热效率为50%,则每天 需要完全燃烧多少m3的沼气?
答案 (1)5 000 W (2)24.2 m3
解析 (1)由题可知,白天保温时,灯泡不工作,此时两开关应断开,两电阻R1、R2串联,总电阻最大,总功率 最小;由串联电路的特点可知,通过两电阻的电流相等,且R1与R2的电功率之比为1∶3,即 = ,由P=I2R可得 = ,由题知R2=30 Ω,所以R1=10 Ω;晚上加热时,灯泡正常工作,由图可知,此时两开关应都闭合,灯泡L与R1并联,R2被短路;由并联电路的特点可知,此时U=U1=220 V,且灯泡正常工作,所以R1的功率:P1'= = =4 840 W,所以晚上工作电路的总功率:P总=P额+P1'=160 W+4 840 W=5 000 W;(2)由串联电路的特点和P=U2/R可得,白天系统在保温状态时电热丝的总功率:P保温= = =1 210 W,由题可知白天和晚上系统的工作时间相同,则一天内电热丝放出的热量:Q=W=P1't+P保温t=(P1'+P保温)t=(4 840 W+1 210 W)×36 000 s=2.178×108 J,由沼气燃烧的热效率为50%可得:50%Q放=Q,由Q放=qV可得需要燃烧沼气的体 积:V= = = =24.2 m3。
考点一 电功和电热
1.(2020莆田质检,2)下列四位科学家中,以其名字命名电功单位的是 ( )A.瓦特 B.欧姆 C.焦耳 D.伏特
答案 C 考查学生对物理学史的了解。瓦特主要贡献是改良了蒸汽机,所以以他的名字作为功率的 单位;欧姆为电阻的单位;焦耳主要贡献是电流热效应的测量,所以以他的名字作为电功的单位;伏特为 电压的单位。
2.(2019三明质检,15)如图所示,电源电压不变,R1、R2是两个相同的电阻,当闭合开关S1,断开S2、S3时,通 电20 min,电路产生的热量为Q;同时闭合S2、S3,断开S1,若要产生相同的热量Q,则需通电 ( ) A.5 min B.10 min C.20 min D.40 min
答案 A 因为R1=R2,所以可设R1=R2=R,当闭合开关S1,断开S2、S3时,R1与R2串联,通电20 min产生的热量 Q= ×20×60= = ,当同时闭合S2、S3,断开S1时,R1与R2并联,设通电时间t产生的热量为Q1,则Q1= t= t,若要产生相同的热量,则有Q1=Q,即 t= ,解得t=300 s=5 min,故选A。
3.(2020宁德质检,21)某型号急救呼吸机在突然停电时能转换为内置电池供电,内置电池上标明电压为24 V,容量为7 A·h,它在充满电的状态下储存的电能为 J;在停电状态下,充满电的内置电池工作时的平均电流为2.8 A,能维持患者正常呼吸 h。
答案 6.048×105 2.5
解析 该急救呼吸机储存的电能W=UIt=24 V×7 A×3 600 s=6.048×105 J;t'= = =9 000 s=2.5 h。
4.(2020莆田质检,22)如图是一台电冰箱的铭牌。其中“耗电量0.5 kW·h/24 h”表示该冰箱正常使用24 h消耗电能0.5 kW·h。如果按照额定功率70 W和工作24 h 计算,则消耗的电能是 kW·h, 此结果与 上述参数差异较大,这是由于冰箱具有 (填“连续”或“不连续”)的工作特点。
答案 1.68 不连续
解析 根据消耗电能的公式:W=Pt=0.07 kW×24 h=1.68 kW·h,而冰箱标记的“耗电量0.5 kW·h/24 h”表 示该冰箱正常使用24 h消耗电能为0.5 kW·h,这与上面所计算24 h消耗的电能不符合,所以可判断冰箱是 不连续工作的。
5.(2020宁德质检,25)如图是夏天常用的电蚊香器,接通电源后发热体就会给固体药片加热,过一段时间 后发现发热体的温度较高,与之相连的导线温度却不高。请你利用所学的物理知识解释只有发热体温 度高,而导线温度却不高的原因。
答案 见解析
解析 电蚊香器在使用时,电蚊香器的发热体和导线串联,I发热体=I导线,通电时间t相同,由于R发热体>R导线,根据 Q=I2Rt可知,电流产生的热量Q发热体>Q导线,所以会出现导线温度不高,而只有发热体温度高的现象。
6.(2020福州质检,25)家庭电路常用导线的横截面积的规格有1.5 mm2、2.5 mm2、4 mm2……,在安装热 水器等大功率用电器时会选择2.5 mm2甚至更粗的导线。热水器加热时,即使电流较大,导线也不怎么 热。请用所学的物理知识解释大功率用电器工作时:(1)电路中电流较大的原因;(2)粗导线不怎么热的原因。
答案 见解析
解析 (1)大功率用电器工作时,由I= ,U=220 V得,P较大时,I也较大,因此电路中电流I较大。(2)在其他条件相同时,粗导线横截面积大,电阻小,根据P=I2R,在电路电流一定的情况下,粗导线的电阻 小,导线的发热功率就小,所以大功率用电器工作时,连接的粗导线不怎么热。
7.(2020龙岩质检,32)如图所示电路中,电源电压为6 V,电阻R1、R2的阻值分别为10 Ω和5 Ω。闭合开关S,求: (1)电流表的示数;(2)电阻R2在1 min内消耗的电能。
答案 (1)0.6 A (2)432 J
解析 (1)闭合开关S,电阻R1、R2并联,电流表测量通过R1的电流。电流表的示数为:I= = =0.6 A(2)电阻R2在1 min内消耗的电能W= t= ×60 s=432 J
8.(2020莆田质检,33)如图所示,某温控装置可简化为控制电路和工作电路两部分,工作电路由电压U2=220 V的电源、电阻R2=100 Ω的电热丝和开关S2组成;控制电路由电源、电磁铁(线圈阻值R0=20 Ω)、热敏 电阻R1、电流表和开关S1组成,R1的阻值随温度变化的曲线如图乙所示。当电磁铁线圈中的电流大于或 等于50 mA时,衔铁被吸合切断工作电路;当线圈中的电流小于或等于40 mA时,衔铁被释放,接通工作电路。(1)控制电路中的电磁铁是利用电流 效应工作的,电磁铁上端为 极;(2)工作电路闭合时,求R2在1 min内产生的热量、通过电路的总电流;(3)若工作电路的温度最高不得超过48 ℃,求控制电路的电源电压U1最小值;(4)若电源电压U1恒定为12 V,求此装置温度可控制范围。
甲 乙
答案 (1)磁 N(北) (2)29 040 J 2.2 A (3)10 V (4)32~ 40 ℃
解析 (2)Q=W= t= ×60 s=29 040 JI总= = =2.2 A(3)由图乙可知,当t=48 ℃时,R1=180 Ω,R1与R0串联,由I= 得:当I=50 mA时,U1最小,U1=I(R1+R0)=0.05 A×200 Ω=10 V(4)当I=50 mA时,R总= = =240 Ω,R1=R总-R0=240 Ω-20 Ω=220 Ω。由图乙可知,当R1=220 Ω时,t=40 ℃,当I'=40 mA时,R'总= = =300 Ω,R'1=R'总-R0=300 Ω-20 Ω=280 Ω,由图乙可知,当R'1=280 Ω时,t'=32 ℃,所以,此装置可控制的温度范围为32~40 ℃。
考点二 电功率1.(2020厦门质检,8)小夏用笔记本电脑学习微课程,电脑正常工作时电功率为P1,一段时间后电脑电量降 低,开启“节电模式”,电功率为P2,接着对电脑充电,充电功率为P3,电池电量百分比不断增大。则 ( )A.P1>P2>P3 B.P1
C.电路消耗的总功率最大为2.5 WD.滑动变阻器的最大阻值为10 Ω
答案 C 由图乙可知,当滑动变阻器的滑片移到阻值最大端时,其最大阻值R= = =40 Ω,此时电源电压U=IB(R0+R)=0.1 A(R0+40 Ω),当滑动变阻器的滑片移到阻值最小端时,电源电压U=IAR0=0.5 A·R0,联 立上述两式解得U=5 V,R0=10 Ω,故A、B、D均错;由P=UI可知,在电源电压不变时,电路中的电流最大, 则电路消耗的总功率最大,故有电路消耗的最大功率P=UIA=5 V×0.5 A=2.5 W,C正确。故选C。
3.(2018厦门质检,16)小林设计了如图所示的四种电路用于测量小灯泡L额定功率(已知小灯泡的额定电 压、定值电阻R0的阻值),其中能完成测量目的的电路是 ( )
答案 A 对于A图,当S1闭合,S2接至1时,调节滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为小灯泡的额定电压 UL,保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关S2与2接通,测得L与R0两端的总电压U,因此,R0两端的电压U0 =U-UL,则通过R0的电流I= = ,因此灯泡的额定功率为P=ULI= UL,即可测出灯泡的额定功率,A正确;对于B图,当开关S1闭合,S2与1接通时,小灯泡被短路,电压表没接入电路,不能测出任何电压,将S2与2 接通时,电压表只测得L与R0两端的总电压,无法得到电路中的电流,B不符合题意;对于C图,开关S1闭合,S2 与1接通时,电流表没接入电路,不能测得任何数据,将S2与2接通时,电流表只测得通过小灯泡的电流,不 能得到小灯泡两端的电压,故C不符合题意;对于D图,当S1闭合时,无论S2与1还是与2接通,电流表始终测 的是干路的总电流,故也不能测出L的功率。故选A。
4.(2020福州质检,16)如图所示的电路中,R1和R2为定值电阻,且R1≠R2,电源两端的电压保持不变。闭合开 关S,将滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动一段距离,电压表V2示数的变化量为ΔU,电流表A示数的变化 量为ΔI。下列说法正确的是 ( )A.ΔU与ΔI的比值变大B.三个电表中有两个电表示数变大
C.R1的电功率变化量为ΔP=ΔUΔI D.R1和R2两端的电压变化量大小分别为ΔU1和ΔU2,则 =
答案 D 由电路图得U2=U总-IR1,U'2=U总-I'·R1,ΔU=U'2-U2=U总-I'R1-U总+IR1=ΔIR1,所以 =R1不变,故A错;P由a端向b端滑动一段距离,RP接入电路的电阻变大,电路总电阻变大,电流表示数变小,U2变大,U1变 小,故B错;ΔP=U1I-U'1I',ΔUΔI=(U1-U'1)(I-I'),即ΔP≠ΔUΔI,故C错;滑动变阻器滑片移动前, = ,滑片移动后, = ,则U1R2-R2ΔU1=U″2R1+ΔU2R1,即 = ,故D对。
5.(2020莆田质检,16)甲图是小灯泡L和电阻R的I-U图像。将小灯泡L和电阻R接入乙图所示电路中,闭合 开关S时,小灯泡L的实际功率为1 W,下列说法正确的是 ( )A.电源电压为2.5 VB.R的电阻为20 ΩC.电路的总功率为1.4 W
D.R在1 min内产生的热量为12 J
答案 C 根据题图乙可知,灯L和电阻R并联,则两者两端的电压相同,当小灯泡的实际功率为1 W时, 观察图甲可知,灯L两端的电压为2 V,通过灯L的电流为0.5 A,此时通过电阻R的电流为0.2 A,所以电路的 总电流为0.7 A,U=UR=UL=2 V,R= = =10 Ω,P总=U滑I=2 V×0.7 A=1.4 W,R在1 min内产生的热量Q= Rt=(0.2 A)2×10 Ω×60 s=24 J,所以C选项正确。
6.(2020南平质检,16)用电器A和B,其电流与其两端电压关系如图所示,下列说法正确的是 ( )A.用电器A电阻不变,为0.05 ΩB.用电器B电阻随着电流增大而减小,最大为50 ΩC.如果把这两个用电器串联接在6 V的电源上,电路中的电流是0.8 AD.如果把这两个用电器并联接在2 V的电源上,电路消耗的总功率是0.8 W
答案 D A的I-U图像为过原点的倾斜直线,故A的电阻不变,RA= = =20 Ω,A选项错;B的I-U图线越来越平缓,说明B的电阻随电流增大而增大,B错;两个用电器串联接在6 V电源上,电路中电流处处相 等,两用电器两端的电压之和为6 V,从图像看出,电路中电流在0.2 A~0.3 A之间,C错;把两个用电器并联 接在2 V电源上,两用电器两端的电压均为2 V,A、B中电流分别为0.1 A、0.3 A,则干路电流为0.4 A,电路 消耗的总功率P=UI=2 V×0.4 A=0.8 W,D正确。
7.(2020泉州质检,21)如图所示,电源电压恒为6 V,定值电阻R0=10 Ω,小灯泡L上标有“3 V 1.5 W”字 样,灯丝电阻不随温度变化。只闭合开关S,移动滑动变阻器R的滑片P,使小灯泡L正常发光,此时滑动变 阻器接入电路的阻值为 ;若保持滑动变阻器R的滑片P位置不变,再闭合开关S1、S2,电流表的示 数为 A。
答案 6 Ω 1.6
解析 只闭合S,小灯泡和滑动变阻器串联,因为小灯泡正常发光,所以I= = =0.5 A,由串联电路电压的特点知UR=U-UL=6 V-3 V=3 V,根据欧姆定律知R= = =6 Ω;滑片P位置不变,说明R=6 Ω,再闭合开关S1、S2,滑动变阻器R与定值电阻R0并联,电流表测干路电流,由欧姆定律知I总=IR+ = + = + =1.6 A。
8.(2020龙岩质检,22)如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S,向左移动滑动变阻器的滑片P时,电压表的 示数将 ;若移动过程中,电压表的示数变化范围为3 V~6 V ,电流表示数变化了0.3 A,则电阻R2电 功率的变化范围是 W。
答案 变大 0.9~3.6
解析 由电路图可知,R1和R2串联,电压表测R2两端的电压,P向左移动,R1接入电路的电阻变小,由串联分 压原理知,R1分得的电压变小,又电源电压不变,则R2分得的电压变大;R2= = =10 Ω,当R2两端的电压为3 V时,通过它的电流I= = =0.3 A,此时R2的电功率P2=U2I=3 V×0.3 A=0.9 W,当R2两端的电压是6 V时,I'= = =0.6 A,此时R2的电功率P2=U'2I'=6 V×0.6 A=3.6 W,所以R2的电功率变化范围是0.9~3.6 W。
9.(2020厦门质检,30)在测量LED小灯泡额定功率的实验中,提供如下器材:电源(两节新干电池)、LED小 灯泡L(额定电压1.8 V,阻值约100 Ω)、滑动变阻器R(100 Ω 0.5 A)、定值电阻R1=50 Ω、定值电阻R2=1 00 Ω、电压表V1(量程0~ 3 V;0~ 15 V)、电压表V2(量程0~ 3 V;0~ 15 V)、电流表A(量程0~ 0.6 A;0~ 3 A)、开关1个、导线若干。 甲 乙
(1)请用笔画线代替导线,将图甲的电路连接完整。(2)将滑片P移至 端(填“A”或“B”),闭合开关,电压表示数如图乙,电压为 V。(3)移动滑片P,使小灯泡正常发光,但难以准确测出小灯泡的额定功率,原因是: 。(4)请利用现有器材,重新设计实验完成小灯泡额定功率的测量,将设计电路画在方框内,并在电路图中标 明所选器材的符号。
答案 见解析
解析 (1)测量LED小灯泡额定功率的实验中,电压表应并联在灯泡两端,LED小灯泡额定电压为1.8 V, 因此电压表应选择0~3 V量程,如图所示。 (2)为保护电路闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移动至最大阻值处即B端。由题意知电压表选择0~3 V 量程,因此电压为1.4 V。
(3)由题意知,灯泡的额定电流约为IL= = =0.018 A,小于电流表的分度值0.02 A,因此难以准确测出小灯泡的额定功率。(4)设计电路如图所示: 闭合开关,调节滑动变阻器的滑片使电压表示数为1.8 V,由欧姆定律可得流过R1电流为I1= = =0.036 A,由串联分流结合电流表的示数可得流过灯L的电流,根据公式P=UI即可测得小灯泡的额定功率。
10.(2020泉州质检,30)在“测量小灯泡的电功率”的实验中,已知小灯泡的额定电压为2.5 V。(1)实验电路图如图1,则 表是电压表(选填“甲”或“乙”)。 图1
(2)用笔画线代替导线,把图2的实验电路补充完整。 图2(3)连接好电路后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P到某处,电压表的示数为2.2 V,要测量小灯泡的额定 功率,应将滑片P向 端移动(选填“A”或“B”)。当小灯泡正常发光时,电流表示数如图3,则小 灯泡的额定功率是 W。
图3 图4(4)小华在没有电流表的情况下,利用电压表和电阻箱,设计了图4的实验电路来测量该小灯泡的额定功 率。实验步骤如下:
①闭合开关S1,将开关S2扳向1位置,调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为 V。②将开关S2扳向2位置,保持滑动变阻器接入电路的阻值不变,调节 的阻值, 使电压表的示数仍 与①中的相同,此时R2的阻值为R0。③小灯泡的额定功率P额= (用已知量和测量量表示)。
10.答案 (1)乙 (2)如图所示 (3)A 0.75 (4)①2.5 ②电阻箱 ③
解析 (1)图中,电表甲是与灯串联的,说明甲是电流表,乙是与灯并联的,乙是电压表。(2)电压表与灯并 联,因为电源电压为3 V,小灯泡的额定电压为2.5 V,所以电压表选择0~3 V量程。(3)应该使小灯泡两端 电压由2.2 V增加到2.5 V。小灯泡两端的电压增加时,通过它的电流增大,滑片向A端移动,电路中的电流 才会变大,小灯泡两端的电压才会升高。电流表选择0~0.6 A 量程,读数为0.3 A,小灯泡额定功率为P=UI =2.5 V×0.3 A=0.75 W。(4)①因为要测小灯泡的额定功率,所以实验中调节其两端电压等于其额定电 压。②在滑动变阻器接入电路的电阻不变的情况下,如果电阻箱两端的电压和小灯泡额定电压相等,则 小灯泡的电阻等于此时电阻箱连入电路的电阻。所以,要调节电阻箱的阻值,使电阻箱两端电压等于小 灯泡的额定电压2.5 V。③小灯泡的额定功率P额=U额I额= = = 。
11.(2020福州质检,32)兴趣小组利用电流表制作了一个简易电子秤,如图是其工作原理图。已知电源两 端电压为3 V且保持不变,滑动变阻器R的最大阻值为30 Ω,接入电路的电阻R大小与所测质量m满足关系 R=km,k=20 Ω/kg。电子秤空载时,电流表示数是0.3 A。电子秤最大称量为1 kg。求:
(1)定值电阻R0的阻值;(2)最大称量时,该电子秤的总功率;(3)小组同学对电路进行改装,用电压表替换电流表显示物体的质量,要求物体质量越大,电压表示数也越 大,则电压表应并联在 (选填“R0”或“R”)两端。请判断电压表改装的电子秤的刻度分布是 否均匀,并说明理由。
答案 (1)10 Ω (2)0.3 W (3)R 不均匀 理由见解析
解析 (1)当没有载物时,m=0,R=km=0,电路中只有R0则R0= = = =10 Ω(2)最大称量时m=1 kg,R=km=20 Ω/kg×1 kg=20 Ω此时I= = =0.1 AP=U总I=3 V×0.1 A=0.3 W(3)m越大,滑片P下移,滑动变阻器接入电路的电阻R变大,则UR变大,因此,电压表并联在R两端,U=I·R= = ,则m= = = kg,不是一次函数,所以电压表改装的电子秤的刻度分布不均匀。
12.(2020泉州质检,33)图甲为某品牌四旋翼无人机,每个旋翼均由一个标有“12 V 8 W”的电动机带 动,电动机线圈的电阻r为1 Ω。该无人机携带一微型红外线摄像机,可自主进行火情监测。图乙是摄像 机“模拟自启系统”的简化电路结构示意图,当自启电路中a、b间的电压等于或大于9 V时,控制电路才 能启动摄像机进入工作状态;已知自启电路的电源电压U为12 V,R是电阻箱,RP是红外探测器(可视为可 变电阻),图丙为RP的阻值随红外线强度变化的关系图像(E为红外线强度,cd表示其单位)。 甲 乙 丙
(1)求无人机正常工作20 s,每台电动机线圈产生的热量;(2)当红外线强度为2 cd时,摄像机启动工作,求电阻箱R的最小阻值;(3)当红外线强度为6 cd时,调节电阻箱R的阻值,若使R消耗的功率PR最大,则控制电路能否正常启动?
答案 (1) J (2)27 Ω (3)控制电路不能正常启动
解析 (1)I1= = = A,电动机线圈的电阻为1 Ω,正常工作20 s,每台电动机线圈产生的热量Q= rt=( A)2×1 Ω×20 s= J(2)当红外线强度为2 cd时,红外探测器RP的阻值为9 Ω,由题知,启动摄像机工作时,a、b两端的最小电压 (即电阻箱两端的最小电压)UR=9 V,则RP两端的电压UP=U-UR=12 V-9 V=3 V电路中的电流I2= = = A由I= 得,电阻箱的最小阻值R= = =27 Ω(3)由图像可知,当光照强度为6 cd时,RP的阻值最小为3 Ω,此时电路中的电流最大,由欧姆定律得I3= =
根据P=I2R,电阻箱消耗的功率PR= R= R= 则当 =R,即R=3 Ω时,电阻箱消耗的功率最大,此时I4= = =2 A则U'R=I4R=2 A×3 Ω=6 V<9 V所以控制电路不能正常启动。
13.(2020漳州质检,33)如图所示的电路中,电源电压为6 V,电阻R1=10 Ω,R2=30 Ω。 (1)求通过电阻R1的电流;(2)求电路消耗的总功率;(3)现用滑动变阻器R0替换电阻R1、R2中的一个后,闭合开关,在移动变阻器滑片过程中发现电流表示数 的最大变化量为0.4 A。求滑动变阻器的最大电阻。
答案 (1)0.15 A (2)0.9 W (3)20 Ω
解析 (1)R1、R2串联后总电阻R=R1+R2=10 Ω+30 Ω=40 Ω电路中的电流I= = =0.15 A(2)电路消耗的总功率P=IU=0.15 A×6 V=0.9 W(3)若滑动变阻器R0替换的电阻是R1,电路的最大电流Imax= = =0.2 A<0.4 A可见滑动变阻器R0替换的电阻应是R2因此替换后电路最大电流I'= = =0.6 A滑动变阻器R0的最大阻值R0max= -R1= -10 Ω=20 Ω
一、选择题(每小题2分,共4分)
1.(2020龙岩质检,16)如图是电阻甲和乙的I-U图像。下列说法正确的是 ( ) A.甲的电阻始终比乙电阻小B.乙的电阻随着电压的增大而增大C.甲、乙并联,干路电流为0.6 A,乙的实际功率为0.4 WD.甲、乙串联在3 V的电源上,电路的总功率为1.8 W
答案 C 由图,在电压为2.5 V时,通过甲、乙电流相同,这时,甲、乙电阻相等,A错误;由图,当乙两端 的电压是1.5 V时, 电流是0.1 A,电阻为15 Ω,当乙两端的电压是2.5 V时,电流是0.5 A,电阻为5 Ω,可知,乙 两端的电压越大,电阻反而越小,B错误;由图,若甲、乙并联,当电压都是2 V时,甲中的电流是0.4 A,乙中 的电流是0.2 A,满足条件,此时,乙的功率为P乙=UI乙=2 V×0.2 A=0.4 W,C正确;由图,若甲、乙串联,当电流 都是0.2 A时,甲两端的电压是1 V,乙两端的电压是2 V,总电压为3 V,满足条件,此时,电路的总功率为P总= U总I=3 V×0.2 A=0.6 W,D错误。
2.(2020厦门质检,16)如图甲电路,电源电压为3.0 V,L1、L2、L3为三个规格相同的小灯泡,其电流与电压 的关系如图乙所示。闭合开关后,下列说法正确的是 ( ) 甲 乙
A.干路的电流为0.5 AB.通过L1的电流为L2电流的2倍C.三个小灯泡的阻值相等D.电路消耗的总电功率为1.35 W
答案 D 由电路图可知,L2与L3串联后再与L1并联,且三个灯泡的规格相同,因为并联电路中各支路两 端的电压相等,所以L1两端的电压U1=U=3.0 V,串联电路中总电压等于各分电压之和,且三个灯泡的规格 相同,所以L2和L3两端的电压U2=U3=1.5 V,由图像可知,此时通过L1的电流I1=0.25 A,通过L2和L3的电流均 为I23=0.20 A,所以,通过灯泡L1的电流不是通过灯泡L2电流的2倍,因为并联电路中干路电流等于各支路 电流之和,所以干路电流I=I1+I23=0.25 A+0.2 A=0.45 A,故A、B错误;L1的电阻为R1= = =12 Ω,L2和L3的电阻为R2=R3= = =7.5 Ω,故C错误;电路消耗的总功率P=UI=3.0 V×0.45 A=1.35 W,故D正确。
二、填空题(每空1分,共4分)3.(2020三明质检,22)甲、乙两只小灯泡的额定电压均为6 V,灯泡的I-U图像如图,将两灯泡并联接入电 源电压恒为3 V的电路中,电路总电阻R= Ω;当将它们串联接入另一电压恒定的电路中,闭合开 关,其中一只灯泡正常发光,则电路总功率P= W。
答案 5 2.4
解析 灯泡甲、乙并联在电路中,由图可知,当U=3 V时,I甲=0.4 A,I乙=0.2 A, 由R= 得,R甲=7.5 Ω, R乙=15 Ω,由 = + ,即 = + 得,R总=5 Ω;由图可知,当U=6 V时,甲的额定电流为0.6 A,乙的额定电流为0.3 A, 为了不损坏灯泡,电路中的电流应为0.3 A,当I=0.3 A时,U甲=2 V,U乙=6 V,所以,P总=I(U甲+U乙)= 0.3 A×(2 V+6 V)=2.4 W。
4.(2019漳州质检,22)如图所示, (选填 “能”或“不能”) 同时闭合三个开关;电源电压恒定,R1=4 R2,在电路安全的前提下,该电路的最大功率和最小功率之比是 。
解析 由题图可知,若同时闭合三个开关,会造成电源短路,故不能同时闭合三个开关。根据P= 可知,在电源电压不变时,若电路中的电阻最小,则消耗的功率最大,电路中的电阻最大,则消耗的功率最小,当S1、S2闭合,S3断开时,R1与R2并联,此时电路中的电阻最小,消耗的功率最大,P大= + = + = ;当S1、S2断开,S3闭合时,R1与R2串联,此时电路中的电阻最大,消耗的功率最小,P小= = ,因此,P大∶P小= ∶ =25∶4。
答案 不能 25∶4
三、简答题(共4分)5.(2020三明质检,25)(4分)农村电网改造中,用材料相同的粗导线替换原来的细导线,可以减小输电过程 中的能量损耗。用所学的物理知识说明其中的道理。
答案 见解析
解析 粗导线比细导线的横截面积大(1分),在材料和长度相同时,导线的电阻小(1分),根据Q=I2Rt可知, 在I和t相同情况下(1分),导线产生的热量变少(1分),因而可减少输电过程中的能量损耗。
四、实验题(共9分)6.(2020莆田质检,30)(9分)“测量额定电压为3.8 V的小灯泡额定功率”实验中,丁丁设计并连接了如图 甲所示的部分实验电路,电源电压恒定。 甲 乙 丙
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路图连接完整。 (2)连接好电路后,闭合开关时,发现灯泡不亮,电流表无示数,电压表示数接近电源电压,其故障的原因可 能是 。(3)排除故障后,移动滑动变阻器滑片直到灯泡两端电压为3.8 V,此时电流表示数如图乙所示,示数为 A。灯泡的额定功率为 W。(4)东东不用电流表也测出了灯泡的额定功率,他利用一个已知阻值为R0的电阻和一个单刀双掷开关设 计了如图丙所示的电路。具体步骤如下:①闭合开关S1,将S2拨到触点“1”,移动滑动变阻器滑片使电压表示数为 V;②将开关S2拨到触点“2”,保持滑片位置不动,读出电压表示数U1;③灯泡额定功率P= (用已知量和测量量表示)。
答案 (1)如图所示 (2)灯泡断路 (3)0.4 1.52 (4)①3.8 ③
解析 (1)电压表应并联在灯泡两端。(2)灯不亮,电流表无示数,说明电路中无电流流过,可能是某处出 现了断路。电压表示数接近电源电压,说明可能是灯泡断路了。(3)电流表示数为0.4 A,灯泡的额定电压 为3.8 V,则灯泡的额定功率为1.52 W。(4)将开关S拨到触点“1”,让灯泡正常发光,使电压表示数为3.8 V;将开关S拨到触点“2”,电压表测量灯泡和定值电阻两端的总电压,为U1,根据灯泡与定值电阻串联的 关系,可得出灯泡的额定功率为 。
五、计算题(共24分)7.(2020三明质检,32)(6分)如图所示电路,电源电压恒定,小灯泡L标有“12 V 6 W”的字样,灯丝电阻保 持不变。只闭合开关S,滑动变阻器R的滑片P移至最左端时,小灯泡L正常发光;滑片P移至滑动变阻器中 点时,电流表示数为0.2 A。求: (1)小灯泡灯丝的电阻;(2)滑动变阻器的最大阻值;(3)同时闭合开关S和S1,滑片P移至最右端时,电路消耗的功率;滑片P移至最左端时,电路工作1 min消耗 的电能。
答案 (1)24 Ω (2)72 Ω (3)2 W 480 J
解析 (1)RL= = =24 Ω(2)R总= = =60 Ω R=R总-RL=60 Ω-24 Ω=36 Ω滑动变阻器的最大阻值为R=72 Ω(3)滑片移至最右端,P= = =2 W滑片移至最左端,W=P总t=(2 W+6 W)×60 s=480 J
8.(2020南平质检,32)(8分)某兴趣小组设计了如图甲所示的电路,已知灯泡L上标着“6 V 0.6 A”的字 样,R1为定值电阻5 Ω,R2为可变电阻,其阻值随温度的变化关系如图乙,S为选择开关。求: 甲 乙
(1)当S接触a点时,小灯泡正常发光,小灯泡此时的阻值;(2)电源电压;(3)S接触b点,R2 的阻值为5 Ω时,R2 每秒钟放出的热量;(4)S接触b点,随着温度的变化,R2 有两次消耗的电功率为3.6 W,两次R2对应的温度。
答案 (1)10 Ω (2)9 V (3)4.05 J (4)50 ℃ 28 ℃
解析 (1)由I= ,得RL= = =10 Ω(2)因为R=R1+RL=5 Ω+10 Ω=15 Ω所以U=IR=ILR=0.6 A×15 Ω=9 V(3)因为I= = =0.9 A所以I2=I=0.9 A所以Q2= R2t=(0.9 A)2×5 Ω×1 s=4.05 J(4)因为P2=I2R2= R2所以3.6 W= R2解得R2=2.5 Ω或R2=10 ΩR2=2.5 Ω对应的温度是50 ℃,R2=10 Ω对应的温度是28 ℃
9.(2020龙岩质检,34)(10分)疫情之下,深圳某智能科技快速反应,研发一款智能消毒机器人,代替人工360° 灭菌。图甲是机器人的实物外观,图乙是为水箱自动测定药液量的电路原理图,其中,电源电压恒为6 V, 定值电阻R0的阻值为42 Ω, 为水量表(由电流表改装而成),Rx为压敏电阻,其阻值Rx与压力F的对应关系如图丙所示,表是机器人的部分基本参数。g取10 N/kg。求: 甲 乙 丙
(1)当机器人以最大带载静止在水平地面时,它对地面的压强;(2)当水箱对压敏电阻的压力为10 N时,水量表的指针指向提示加药液的位置,此位置所对应的电流值;(3)若带载质量不变,机器人电池转化效率η为75%,输出功率为72 W,充满电后,机器人持续工作的最长时 间。(注:电池容量12 Ah表示当额定电压供电, 通过的电流是12 A时,可供电1 h)
答案 (1)2.5×105 Pa (2)60 mA (3)4.5 h
解析 (1)机器人达到最大带载能力时对地面的压力:F=G=mg=(40+60)kg×10 N/kg=103 Np= = =2.5×105 Pa(2)当压力为10 N时,压敏电阻的阻值Rx满足: = 解得:Rx=58 Ω此时电路中的电流:I= = =0.06 A=60 mA(3)η= = 则有t'= = =4.5 h
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