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- 2021-11-10 发布
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电功 电功率
(限时:50分钟)
一、填空题
1. 有一块手机用的锂电池,上面标明电压为3. 7 V,容量为3000 mA·h,当给锂电池充电时,是把电能转化为 能,充满电后,手机锂电池大约存储的电能是 J。
2. [2018·安徽]图K16-1中R1=4 Ω,R2=6 Ω,把它们并联在U=3 V的电路中,则R1和R2并联后的总电阻为
Ω;通电30 s,电阻R1消耗的电能为 J。
图K16-1
3. [2019·龙东]图K16-2为某同学家电能表的表盘,现在他要用该电能表测量家里电饭煲的实际功率,让该电饭煲单独工作30 min,消耗的电能是0. 5 kW·h,则电能表转盘转 圈,这段时间电饭煲消耗的实际功率是 W。
图K16-2
4. [2019·怀化]某节能灯泡包装盒上标有“220 V 11 W”的字样,当灯泡正常发光时,通过灯泡的电流为 A。连续通电10 s,消耗的电能是 J。
5. [2019·广东]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。如图K16-3所示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 。(均选填“甲”“乙”或“丙”)
18
图K16-3
6. [2019·安顺] 图K16-4为电热水器的简化电路,它有加热和保温功能,R1和R2是两根电热丝,S为温控开关,1、2为开关的两个触点,当水温低于某个下限温度或高于某个上限温度时,S在两个触点间自动切换,使水温维持在设定的范围。已知热水器的加热功率为400 W,保温功率为100 W(忽略温度对电阻的影响),则电路中R2= Ω。在使用过程中,若热水器连续工作10 min消耗的电能为1. 2×105 J,此过程中热水器的保温工作时间是 s。
图K16-4
7. [2019·淄博]灯泡L的电流随电压变化的图像如图K16-5甲所示,将此灯泡与定值电阻R接入图乙所示的电路中,只闭合开关S,小灯泡的实际功率为0. 5 W,则电源电压是 V;再闭合开关S1,电流表的示数变化了0. 1 A,则R的阻值是 Ω;通电1 min,定值电阻R消耗的电能是 J。
图K16-5
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8. 林红同学在做“调节灯泡亮度”的电学实验时,电路如图K16-6所示。电源电压为4. 5 V,电压表量程为“0~3 V”,滑动变阻器规格为“20 Ω 1 A”,灯泡L标有“2. 5 V 1. 25 W”字样(忽略灯丝电阻变化)。在不损坏电路元件的情况下,该电路中的最大功率是 W,滑动变阻器阻值变化的范围是 。
图K16-6
二、选择题
9. [2019·玉林]下列关于电能的说法正确的是 ( )
A. 可以通过电流表把电能直接测量出来
B. 电能的单位是“度”,学名叫千瓦
C. 消耗电能越多的用电器,电功率就越大
D. 消耗电能相同的用电器,产生的热量不一定相同
10. [2019·衡阳]小明家上次查看电能表示数为,本次查看时电能表示数如图K16-7所示,则下列说法正确的是 ( )
图K16-7
A. 他家在这段时间内消耗的电能为903 kW·h
B. 电能表是测量电功率的仪表
C. 若只让一个标有“220 V 1000 W”的电热水器正常工作10 min,则电能表的转盘转了600转
D. 这个电能表的额定功率为2200 W
18
11. [2018·株洲]智能手机耗电达到一定量时,会自动提示用户采用“省电模式”,在这种模式下,可延长电池的供电时间,原因是 ( )
A. 降低了电池的输出电压
B. 减小了电池的输出电流
C. 减小了电子线路的电阻
D. 增大了电池的输出功率
12. [2018·内江]将规格为“2. 5 V 0. 3 A”的小灯泡L1和规格为“3. 8 V 0. 3 A”的小灯泡L2串联,接在3 V的电源上,下列判断正确的是 ( )
A. L1的电阻大于L2的电阻
B. L1的亮度比L2的亮度小
C. 两只灯泡都正常发光
D. 两只灯泡实际功率相等
13. [2019·东营]图K16-8是测量小灯泡电功率的电路图,电源电压恒为6 V,电流表量程0~0. 6 A,电压表量程0~3 V,滑动变阻器规格“50 Ω 1 A”,小灯泡规格“2. 5 V 0. 625 W”。若不考虑小灯泡阻值随温度的变化,小灯泡两端电压不允许超过额定值,闭合开关,下列说法正确的是 ( )
图K16-8
A. 滑片向右滑动,电流表示数变小,电压表示数变大
B. 电流表的示数允许变化范围是0. 1~0. 25 A
C. 滑动变阻器的阻值允许调节的范围是24~50 Ω
D. 电路的最大电功率是2. 5 W
18
14. 图K16-9是某电器内部的电路结构图,R1、R2为阻值相同的电热丝。不同的连接方式其发热功率不同,下列关于图K16-10所示的连接方式的说法中不正确的是 ( )
图K16-9 图K16-10
A. 甲的发热功率与丙的发热功率相等
B. 丁的发热功率是丙的发热功率的2倍
C. 丙的发热功率是乙的发热功率的2倍
D. 丁的发热功率是乙的发热功率的4倍
三、计算题
15. [2019·盐城]某新型电饭锅在煮饭时采用“高温”和“低温”两种方式交替加热,其内部电路如图K16-11所示,R1和R2均为电热丝,S1是温度自动控制开关,高、低温挡的额定功率如下表所示。煮饭时,闭合开关S,电饭锅正常工作30 min消耗的电能为0. 44 kW·h,求:
(1)煮饭时通过R1的电流。
(2)电热丝R2的电阻。(计算结果保留一位小数)
(3)30 min内R2消耗的电能。
图K16-11
额定电压
220 V
额定
低温挡
440 W
18
功率
高温挡
1100 W
16. 如图K16-12所示,L是标有“12 V 36 W”字样的灯泡,R1是阻值为24 Ω的定值电阻,R2是最大阻值为20 Ω的滑动变阻器,电源电压和灯泡电阻均不变。
(1)求灯泡的阻值。
(2)开关S、S1均闭合,滑片移到最左端时,灯泡恰好正常发光,求电源电压和此时通过R1的电流。
(3)闭合开关S、断开开关S1,当滑片移动到最右端时,求电路的总功率及通电1 min灯泡消耗的电能。
图K16-12
18
17. [2018·江西模拟]如图K16-13所示的电路中,电源电压U=12 V,且保持不变,灯L上标有“10 V 5 W”字样,滑动变阻器的最大阻值为20 Ω,不考虑灯丝电阻随温度的变化。
图K16-13
(1)开关S、S1闭合,S2断开,电流表的示数为I1=0. 4 A,则电阻R1阻值是多少?
(2)开关S、S2闭合,S1断开,移动滑动变阻器滑片P,使电压表示数为10 V,滑动变阻器接入电路中的电阻是多少?
18
(3)开关S、S2闭合、S1断开,将滑动变阻器滑片P移至b端时,若灯L仍然发光,此时,灯L是正常发光吗?小灯泡的功率是多大?
四、实验与探究题
18. [2019·江西]实验:测量小灯泡的电功率。
实验中选择的小灯泡的额定电压为2. 5 V。
[实验步骤]
18
(1)请你用笔画线代替导线,把图K16-14中的电路连接完整(导线不准交叉),并要求滑动变阻器的滑片向左移动时,小灯泡会变亮。
图K16-14
(2)正确连接电路后,闭合开关,电流表指针不动,但用手按住开关,发现电流表指针摆动,出现这种现象的原因是 。
(3)查明原因,排除故障,正确操作,得到下表所示数据。请将表中内容补充完整:
实验序号
电压U/V
电流I/A
电功率P/W
灯泡亮度
1
2. 0
0. 28
0. 56
发光暗淡
2
2. 5
0. 32
0. 80
3
3. 0
0. 36
1. 08
发光强烈
由表中数据可知,该灯的额定电功率为 W。
(4)利用上述电路,用定值电阻替换小灯泡,测量该定值电阻的阻值。请你设计一个记录数据的表格。
19. 如图K16-15甲所示是林红同学测量标有“3. 8 V”字样的小灯泡额定功率的电路图。
18
图K16-15
(1)林红连接电路时,开关应处于 状态,滑动变阻器的滑片应移到最 端。
(2)闭合开关发现灯泡不亮,电流表无示数,但电压表有示数,则发生的电路故障为 。
(3)当电压表示数为3. 8 V时,电流表的示数如图乙所示,是 A,由此可得,小灯泡的额定功率为
W。
(4)在实验中,林红同学把电流表与电压表的位置互换,闭合开关后造成 。
A. 电流表被烧坏 B. 电压表被烧坏
C. 小灯泡被烧坏 D. 小灯泡不亮
(5)实验中林红的电流表损坏了,实验室没有电流表可换,林红用一个已知阻值为R0的定值电阻和若干个开关,重新设计了如图丙所示的电路,在不改变该电路连接的情况下,也能正确测出小灯泡的额定功率。林红正确连接电路后,接下来的实验步骤是:
①
;
②保持滑片位置不动,断开开关S1,闭合开关S、S2,记下电压表的示数为U2;
③小灯泡的额定功率的表达式为P= 。
20. [2019·河南]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。
18
(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K16-16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。
图K16-16
(2)正确连接电路后,进行实验,记录的实验数据如下表所示。当电压表示数为2. 5 V时,电流表示数如图丙所示,则小灯泡的额定功率为 W。
实验次数
物理量
1
2
3
4
5
电压/V
1. 0
1. 5
2. 0
2. 5
3. 0
电流/A
0. 24
0. 32
0. 38
0. 44
电功率/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 。根据表中数据还可以判断出,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。
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)
18
若步骤②中,在将开关S1拨至“2”时,不小心将滑动变阻器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”)。
【参考答案】
1. 化学 3. 996×104
[解析]手机锂电池充满电后,存储的电能:
W=UIt=UQ=3. 7 V×3000 mA·h=3. 7 V×3000×10-3 A×3600 s=3. 996×104 J。
2. 2. 4 67. 5
[解析] 通过R1的电流I1=UR1=3V4Ω=0. 75 A,通过R2的电流I2=UR2=3V6Ω=0. 5 A,R1和R2并联后的总电阻R=UI总=UI1+I2=3V0. 75A+0. 5A=2. 4 Ω ,电阻R1消耗的电能Q=I12R1t=(0. 75 A)2×4 Ω×30 s=67. 5 J。
3. 1500 1000
4. 0. 05 110
[解析]因为P=UI,所以灯泡正常发光的电流为I=PU=11W220V=0. 05 A. 因为P=Wt,所以灯泡消耗的电能为W=Pt=11 W×10 s=110 J。
5. 丙 乙 甲
[解析]根据P=U2R,当电压U一定时,电阻R越小,电功率P越大。也就是说,电烤箱在额定电压下,其高挡位(即电功率P最大)对应其电路的电阻最小,其低挡位(即电功率P最小)对应其电路的电阻最大,而中挡位对应的电路的电阻处于两者之间。由图甲知,只闭合S1和S0,此时电路阻值为R1;由图乙知,只闭合S2
18
和S0,此时电路的阻值为R2;由图丙知,同时闭合S0、S1和S2,此时电路的阻值为R=R1R2R1+R2。因为R1>R2>R,可见图丙对应的电路阻值最小,应为高挡,而图甲对应的电路阻值最大,应为低挡。因此,高挡、中挡和低挡对应的电路图分别是图丙、图乙和图甲。
6. 363 400
7. 2 20 12
[解析]由小灯泡的I-U图像可知,当灯泡的实际功率为0. 5 W时,UL=2 V,IL=0. 25 A。由图乙所示电路图可知,只闭合开关S时,只有灯泡接入电路,灯泡两端的电压等于电源电压,则电源电压U=UL=2 V;由图甲所示电路图可知,闭合开关S后再闭合开关S1,灯泡与电阻R并联,电流表测干路电流,电流表示数变大,由题可知,电流表示数变化了0. 1 A,则通过电阻R的电流:IR=ΔI=0. 1 A,由I=UR得电阻R的阻值:R=UIR=2V0. 1A=20 Ω。通电1 min,定值电阻R消耗的电能:WR=UIRt=2 V×0. 1 A×1×60 s=12 J。
8. 2. 25 4~10 Ω
[解析] 由题图可知,灯泡与滑动变阻器串联,电压表测滑动变阻器两端的电压。
根据P=UI可得,灯泡正常发光时电路中的电流I=IL=PL额UL额=1. 25W2. 5V=0. 5 A,
由题知,滑动变阻器允许通过的最大电流为1 A,因为串联电路中各处的电流相等,所以电路中的最大电流Imax=IL=0. 5 A,则电路的最大电功率Pmax=UImax=4. 5 V×0. 5 A=2. 25 W。
灯泡的电阻RL=UL额IL=2. 5V0. 5A=5 Ω,
电路中电流最大时,滑动变阻器接入电路的电阻最小为
R滑min=U滑Imax=U-UL额Imax=4. 5V-2. 5V0. 5A=4 Ω;
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,此时灯泡两端的电压UL'=U-U滑max=4. 5 V-3 V=1. 5 V,电路中的最小电流I min=UL'RL=1. 5V5Ω=0. 3 A,所以滑动变阻器接入电路中的最大阻值R滑max=U滑maxImin=3V0. 3A=10 Ω,所以滑动变阻器阻值变化的范围是4~10 Ω。
9. D
18
10. C [解析]他家在这段时间内消耗的电能W=8633. 5 kW·h-8543. 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。3600 r/(kW·h)表示电路中每消耗1 kW·h的电能,电能表的转盘转过3600 r,只让一个标有“220 V 1000 W”的电热水器正常工作10 min,其消耗的电能为W=Pt=1 kW×16 h=16 kW·h,则电能表的转盘转过的圈数N=16 kW·h×3600 r/(kW·h)=600 r,故C正确。电能表属于测量仪表,不消耗电能,没有额定功率,故D错误。
11. B [解析]手机工作电压是一定的,如果降低了电池的输出电压,手机将不能正常工作,故A不符合题意。手机电池储存的电能是一定的,由公式W=Pt知,要延长手机工作的时间,需要减小输出功率,而手机工作电压是不变的,由P=UI知,在省电模式下,应减小电池的输出电流,故B符合题意。如果电子线路电阻变小,而输出电压不变,由P=U2R知输出功率变大,反而耗电,故C不符合题意。由公式W=Pt知,增大电池的输出功率,手机的工作时间会缩短,故D不符合题意。
12. B
13. B [解析]由电路图可知,滑动变阻器与灯泡串联,电压表测灯泡两端的电压,电流表测电路中的电流。当滑动变阻器滑片向右滑动,接入电路中的电阻变大时,根据欧姆定律可知电路中的电流变小,即电流表示数变小;根据U=IR可知灯泡两端的电压变小,即电压表示数变小,故A错误。根据P=UI可得,灯的额定电流:IL额=PL额UL额=0. 625W2. 5V=0. 25 A,因串联电路中各处的电流相等,且电流表的量程为0~0. 6 A,所以,电路中的最大电流为Imax=0. 25 A,
由I=UR,灯泡的电阻:RL=UL额IL额=2. 5V0. 25A=10 Ω,电路中的最小总电阻:Rmin=UImax=6V0. 25A=24 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:
R滑min=Rmin-RL=24 Ω-10 Ω=14 Ω,故C错误。该电路的最大功率:Pmax=UImax=6 V×0. 25 A=1. 5 W,故D错误。当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,灯泡的功率最小,此时电路中的电流:
Imin=URL+R滑max=6V10Ω+50Ω=0. 1 A,则电流表示数的变化范围是0. 1~0. 25 A,故B正确。
14. A [解析] 由题可知,R1、R2为阻值相同的电热丝,设R1=R2=R,
分析图K16-11所示的连接方式可知:甲图为开路,P甲=0,
乙图中两电阻串联,R乙=2R,P乙=U2R乙=U22R,
18
丙图中只有电阻R1工作,R丙=R,P丙=U2R丙=U2R,
丁图中两电阻并联,R丁=12R,P丁=U2R丁=U212R=2U2R。
可见,甲的发热功率与丙的发热功率不相等,故A不正确,符合题意。
丁的发热功率是丙的发热功率的2倍,故B正确,不符合题意。
丙的发热功率是乙的发热功率的2倍,故C正确,不符合题意。
丁的发热功率是乙的发热功率的4倍,故D正确,不符合题意。
15. 解:(1)当闭合开关S、S1,电热丝R1和R2并联,此时为高温挡;当断开S1只有R1单独工作时,为低温挡,
则煮饭时通过R1的电流I1=P低U=440W220V=2 A。
(2)R2的电功率P2=P高-P低=1100 W-440 W=660 W,
则由P=U2R可知,电热丝R2阻值R2=U2P2=(220V)2660W≈73. 3 Ω。
(3)30 min内R1一直工作,R1消耗的电能
W1=P低t=0. 44 kW×0. 5 h=0. 22 kW·h。
R2消耗的电能W2=W总-W1=0. 44 kW·h-0. 22 kW·h=0. 22 kW·h。
16. 解:(1)灯泡的阻值RL=U额2P额=(12V)236W=4 Ω。
(2)当开关S、S1均闭合,滑片移到最左端时,此时R1与L并联;
因为灯泡恰好正常发光,所以电源电压U=U额=12 V;通过R1的电流
I1=UR1=12V24Ω=0. 5 A。
(3)闭合开关S、断开开关S1,滑片移到最右端时,此时滑动变阻器全部电阻接入电路,即R大=20 Ω,且与灯泡串联;此时电路中的电流I=UR串=UR大+RL=12V20+4Ω=0. 5 A,
电路的总功率P=UI=12 V×0. 5 A=6 W。
18
通电1 min灯泡消耗的电能W=I2RLt=(0. 5 A)2×4 Ω×60 s=60 J。
17. 解:(1)根据P=U2R可得,灯泡的电阻:
RL=UL2PL=(10V)25W=20 Ω。
当开关S、S1闭合,S2断开时,电路中灯L和R1串联,电流表测电路中的电流,
根据I=UR可得,电路的总电阻:
R=UI1=12V0. 4A=30 Ω,
因为串联电路的总电阻等于各分电阻之和,所以电阻R1的阻值:
R1=R-RL=30 Ω-20 Ω=10 Ω。
(2)当S、S2闭合,S1断开时,灯泡L与R2串联,电压表测灯泡的电压,由题知,此时UL=10 V,则灯泡正常发光,
此时电路中的电流:I2=ULRL=10V20Ω=0. 5 A,
串联电路的总电压等于各电阻两端的电压之和,
则滑动变阻器两端的电压:
U2=U-UL=12 V-10 V=2 V,
根据I=UR可得滑动变阻器接入电路中的电阻:
R2=U2I2=2V0. 5A=4 Ω。
(3)当开关S、S2闭合、S1断开时,将滑动变阻器滑片P移至b端时,电路中只有灯L连入,灯两端的电压等于电源电压,超出了灯的额定电压,所以灯泡不是正常发光。
此时,灯泡的功率PL实=U2RL=(12V)220Ω=7. 2 W。
18. (1)如图所示
18
(2)开关接触不良
(3)正常发光 0. 80
(4)如表所示
实验次数
电流
I/A
电压
U/V
电阻
R/Ω
电阻的平
均值R/Ω
1
2
3
19. (1)断开 左
(2)灯泡断路
(3)0. 3 1. 14
(4)D
(5)①闭合开关S和S1,断开S2,移动滑片至某一位置,使电压表示数为3. 8 V
③3. 8 V×U2-3. 8VR0
20. (1)如图所示
(2)1. 05
18
(3)增大 10
(4)①5. 5 V
③U额·U0R0 偏小
[解析](1)小灯泡的额定电流约为I=PU=1. 2W2. 5V=0. 48 A<0. 6 A,则电流表选择0~0. 6 A的量程;小灯泡、R0及滑动变阻器串联。故将电流表的“0. 6”接线柱与电源的正极连接,小灯泡的左接线柱与R0的左接线柱连接即可。(2)由(1)可知,电流表选择0~0. 6 A的量程,分度值为0. 02 A,故示数为0. 42 A,则小灯泡的额定功率为P额=U额I额=2. 5 V×0. 42 A=1. 05 W。
(3)由表中数据可知,随着灯泡两端电压的增大,电流也增大,根据P=UI可知,小灯泡消耗的电功率增大,即小灯泡工作时,消耗的电功率随电压的增大而增大。由表中数据可知,第5次实验时电流最大,此时电路总电阻最小,由I=UR可得,第5次实验时电路总电阻为R总=UI5=8V0. 44A≈18. 2 Ω<20 Ω,已知定值电阻R0的阻值为10 Ω或20 Ω,因R总=RL+R0+R滑,故小聪在实验中选用的是R0=10 Ω的电阻。
(4)要测量小灯泡的额定功率,需使小灯泡两端的电压等于其额定电压,所以实验步骤如下:①闭合开关S,将开关S1拨至“1”,小灯泡、R0和滑动变阻器串联,电压表测R0和滑动变阻器两端的电压之和,调节滑动变阻器的滑片,小灯泡正常发光时,应使电压表的示数为UV=U-U额=8 V-2. 5 V=5. 5 V;②滑片不动,再将开关S1拨至“2”,电压表测R0两端的电压U0,此时电路中的电流即为小灯泡的额定电流I额=U0R0;③小灯泡的额定功率为P额=U额I额=U额·U0R0。
若步骤②中将开关S1拨至“2”时,滑片向右移动少许,滑动变阻器接入电路的阻值变大,根据串联分压知识可知,滑动变阻器两端的电压变大,定值电阻R0两端的电压U0变小,根据P额=U额I额=U额·U0R0可知,测出的小灯泡的额定功率比真实值偏小。
18