备战2021 浙教版科学中考专题训练 第25讲 电功和电功率 21页

第 - 1 - 页 共 21 页 - 1 - 第 25 讲 电功和电功率 重点突破 电功的计算 【例 1】(2020·杭州)如图电路中,电源电压恒为 9 V,灯泡 L 规格为“6 V 3 W”。 闭合开关灯泡正常工作。求: (1)电阻 R 的阻值。 (2)灯泡工作 5 min 消耗的电能及电阻 R 产生的热量。 解:(1)灯泡正常工作电流是:I1= = =0.5 A 电阻两端的电压: U2=U-U1=9 V-6 V=3 V 电阻阻值: R= = = =6 Ω (2)5 min 内灯泡消耗的电能是: W1=P1t=3 W×300 s=900 J 电阻 R 产生的热量是: Q2 = Rt= Rt=(0.5 A)2×6 Ω×300 s=450 J 1.(2020·福建)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 第 - 2 - 页 共 21 页 - 2 - 储的电能为 0.108 kW·h,该笔记本电脑 能 (选填“能”或“不能”)带 上飞机。 电功率的计算 【例 2】(2020.衢州)小科测量额定电压为 2.0 V 的小灯泡的电功率。电路图如 图甲所示,电源为两节干电池,利用测得数据绘制图像如图乙、丙所示,图中 x 为 滑片 P 移动的距离。 (1)当滑片 P 移动的距离为 a 时,图丙中电流突然变小的原因是 灯丝断了(或电 压表所测电路开路) 。 (2)该小灯泡的额定功率是 0.4 W 。 2.(2020·湖州)方方用图甲所示电路研究电功率和电流的关系,绘制了定值电 阻 R0、滑动变阻器 R 的功率与电流的关系图,如图乙。 (1)实线表示的是 R0 (选填“R”或“R0”)的功率与电流的关系。 第 - 3 - 页 共 21 页 - 3 - (2)求 R0 的阻值。(写出计算过程) (3)当电流表示数为 0.5 A 时,求 R 消耗的功率。(写出计算过程) 【解析】(1)定值电阻 R0 的功率 P=I2R0,随着电流增大,R0 的电功率也增大,故实线 为 R0 的功率与电流的关系。 (2)当 I=2 A 时, =32 W, R0= = =8 Ω; (3)当 I'=0.5 A 时, =0.5 A×8 Ω=4 V, 电源电压 U= = =16 V, U'R=12 V, PR=12 V×0.5 A=6 W 答案:(1)R0 (2)8 Ω (3)6 W 测定小灯泡的电功率 【例 3】(2019·台州)图甲是测定小灯泡(额定电压 2 V)电功率的实验电路。 (1)某同学根据实验数据画出如图乙所示的图像,则该小灯泡的额定功率为 0.8 W。老师认为图乙曲线右半段不符合实验事实,理由是 当实际电压远大于 额定电压时,小灯泡会烧毁(答“电源电压只有 3 V”也可) 。 第 - 4 - 页 共 21 页 - 4 - (2)另一同学为探究电流跟电阻的关系,换用 4.5 V 的电源,并用多个不同阻值的 定值电阻替换图甲中的灯泡,得到如图丙的图像,则他选用的滑动变阻器的最大 阻值至少为 15 Ω。 3.(2019·温州)小明按图甲连接电路,闭合开关,灯泡 L1 的功率为 P1。他将一个 阻值大于 L1 的灯泡 L2 串联接入电路(如图乙),闭合开关后,L1、L2 的功率分别为 P1'、P2'(不计温度对灯泡电阻的影响,电源电压恒定)。下列关系式正确的是 (C) A.P2'>P1'>P1 B.P2'>P1>P1' C.P1>P2'>P1' D.P1>P1'>P2' 电流的热效应 【例 4】(2019·嘉舟)某科学小组对电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关 进行了研究。装置如图,2 只烧瓶内装满煤油,瓶塞上各插 1 根玻璃管,瓶内各装 1 根阻值不同的电阻丝 R 甲和 R 乙。 第 - 5 - 页 共 21 页 - 5 - 猜想一:电热跟电流的大小有关,电流越大电热越多; 猜想二:电热跟导体的电阻大小有关,电阻越大电热越多。 为验证猜想一,设计以下方案: ①将电阻丝 R 甲和 R 乙串联在电路中,标出 2 根玻璃管内液面的位置,闭合开关记 下电流表的读数 I1,经过一段时间后标出 2 根玻璃管内液面的位置; ②当 2 根玻璃管中的液面降到原来的高度后,减小滑动变阻器的阻值,闭合开关 记下电流表的读数 I2,经过相同时间后标出 2 根玻璃管内液面的位置。请回答下 列问题: (1)为使实验现象明显,经常会采用转换或放大的思想。为比较电热丝产生热量 的多少,实验中体现这些思想的设计有 通过玻璃管内液面上升的高度来反映 电热丝产生热量的多少 (写出一条即可)。 (2)为验证猜想一,必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高 度,原因是 保持前后两次实验中电阻的大小相同 。 (3)科学研究倡导有依据的猜想,请说出生活中支持猜想二的一个实例: 电水 壶的发热体放热比连接电水壶的导线放热多(合理即可) 。 4.(2019·台州)某电热砂锅的简化电路如图甲。R1、R2 为发热电阻,S 为旋转型开 关,a、b、c、d 为触点,通过旋转开关 S 可实现“关”“低挡”“高挡”之间的 转换,工作时先用高挡加热锅内汤料到沸腾,再用低挡持续加热食物,使食物 “汤浓味鲜”。 第 - 6 - 页 共 21 页 - 6 - (1)高挡加热时,开关 S 应旋至触点 cd (选填“ab”“bc”或“cd”)位置。 (2)某次烹饪一共用时 6 小时,电功率与加热时间的关系如图乙所示,则本次烹饪 共消耗多少电能? (3)发热电阻 R1 和 R2 的阻值分别为多少? (4)生活中,有时也会选择电压力锅烹饪,因为电压力锅煮熟相同质量的同种食 物,通常比电热砂锅更省电。请你从能量利用率的角度结合所学知识解释一下电 压力锅为什么能省电? 【解析】(1)由图甲知,开关 S 接“ab”时电路断路;接“bc”时两电阻串联,接 “cd”时只有 R1 接入电路,R2 短路,电源电压一定,由 P= 可知,接“bc”时 电阻最大,为低挡,接“cd”时电阻最小,为高挡; (2)W1=P1t1=0.44 kW×1 h=0.44 kW·h, W2=P2t2=0.1 kW×5 h=0.5 kW·h, W=W1+W2=0.44 kW·h+0.5 kW·h=0.94 kW·h; (3)高挡加热时, R1= = =110 Ω, 第 - 7 - 页 共 21 页 - 7 - 低挡加热时, R1+R2= = =484 Ω, R2=484 Ω-110 Ω=374 Ω; (4)电压力锅气压大,所以水的沸点高,食物在高温下容易熟,可以减少用电时间; 加热时间短,散失到空气中的热量少,能量利用率高,所以更省电。 答案:(1)cd (2)0.94 kW·h (3)110 Ω 374 Ω (4)见解析 第 - 8 - 页 共 21 页 - 8 - 诊断自测 1.(2020·常德)用电器 R1 和 R2 上都标有“6 V”字样,它们的电流随电压变化关 系如图所示。下列说法不正确的是 (C) A.R1 和 R2 的阻值不随温度的变化而变化 B.R1∶R2=2∶1 C.R1 和 R2 并联在 4 V 电源上,通过电流 I1∶I2=2∶1 D.R1 和 R2 并联在 4 V 电源上,消耗总功率为 1.2 W 2.(2020·绍兴)图甲是某电烤箱的内部简化电路图,图乙是电烤箱铭牌的部分 信息,R0 和 R 均为电热丝,其他电阻均忽略不计,已知 R=202 Ω。 (1)电烤箱 A、B 触点中连接火线的是 A 触点。 (2)闭合总开关,将旋钮开关转到如图所示位置,此时电烤箱处于 低温挡 (选 填“高温挡”或“低温挡”)。 (3)在额定电压下,电烤箱高温挡工作 2 min 产生内能 322 667 焦。 第 - 9 - 页 共 21 页 - 9 - 3.(2020·金丽)某班同学在实验室做“测定小灯泡额定电功率”的分组实验。 实验老师提供给各小组的实验器材如下:规格为“3.8 V”的小灯泡、学生电源 (电压恒为 6 V)、电流表(0～0.6 A,0～3 A)、电压表(0～3 V,0～15 V)、滑动 变阻器(“20 Ω 1 A”)、开关各一只、导线若干。 (1)小金组按图甲正确连接电路,闭合开关,调节滑动变阻器,当电压表的示数为 3.8 V 时,小灯泡正常发光,此时电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率 为 1.52 W; (2)小丽组同学发现,实验桌上的电压表 0～15 V 的量程已损坏,其他器材完好。 他们经讨论后认为,用该电压表 0～3 V 的量程,通过改变电压表的连接位置也能 测出小灯泡的额定功率。他们的实验操作步骤如下: 步骤一:按图甲电路先将电压表 (0～3 V)接在小灯泡两端,闭合开关,移动滑动 变阻器的滑片,使电压表的示数为 3 V,断开开关,拆下电压表; 步骤二:保持滑动变阻器的滑片位置不变,再将该电压表接在 滑动变阻器 两 端; 步骤三:闭合开关,将滑动变阻器的滑片向 左 (选填“左”或“右”)移动, 直到电压表示数为 2.2 V,读出此时电流表的示数,算出小灯泡的额定电功 率。 (3)反思:实验原理相同的情况下,我们可以采用不同的实验途径来完成实验。 第 - 10 - 页 共 21 页 - 10 - 4.(2020·杭州)小金用如图甲所示的电路来研究滑动变阻器消耗的滑动电功率 与滑动变阻器接入电路电阻之间的关系。已知电源电压恒为 3 V,定值电阻 R0 的 阻值为 3 Ω,滑动变阻器 R1 上标有“2 A 5 Ω”字样。实验数据如表所示。 实验次数 1 2 3 4 5 6 电流表示数/A 0.38 0.43 0.50 0.60 0.75 ① 电压表示数/V 1.86 1.71 1.50 1.20 0.75 0.00 变阻器电功率/W 0.71 0.74 0.75 0.72 0.56 0.00 (1)用笔画线代替导线,完成图乙的电路连接。 答: (2)表中第 6 次实验时,电流表示数如图丙所示,则表中数据①是 1.00 。 (3)根据实验数据可知,此电路中,滑动变阻器消耗的电功率随着变阻器接入电 路电阻的变化规律是 随着滑动变阻器接入电路电阻阻值的增大(或减小),其 电功率先增大后减小 。 第 - 11 - 页 共 21 页 - 11 - 5.(2020·绍兴)小敏家住某 5 层公寓楼中的 4 楼,当他在 1 楼按下楼道灯开关,5 盏“220 V 12 W”的楼道灯全部点亮,然后延时 60 s 均自动关闭。他正常每登 一层楼所需时间为 12 s。小敏意识到楼道灯这样的工作方式有些浪费电能,对楼 道电路进行设计,改进电路如图,K 为启动延时开关,S 为感应跳转开关,K 按下时 S 接通触点 1、2,S 感应到人到 2 楼,跳转至触点 2、3,感应到人到 3 楼,跳转至 触点 3、4……跳转后若 20 秒后感应不到人,则 K 断开。 (1)按照原先楼道灯的工作方式,小敏正常上楼回家一次,楼道灯一共消耗多少 电能? (2)改进后的方案中,S 跳转前后,通过启动延时开关电流大小 不变 (选填 “增大”“减小”或“不变”),小敏正常上楼回家一次,比原来节约多少电 能? 【解析】(1)W=Pt=5×12 W×60 s=3 600 J (2)1 楼灯消耗的电能:W1=P1t1=12 W×12 s=144 J 2 楼灯消耗的电能:W2=P2t2=12 W×24 s=288 J 3 楼灯消耗的电能:W3=P3t3=12 W×24 s=288 J 4 楼灯消耗的电能: W4=P4t4=12 W×(12+20) s=384 J 5 楼灯消耗的电能:W5=P5t5=12 W×20 s=240 J W 总=W1+W2+W3+W4+W5=1 344 J 第 - 12 - 页 共 21 页 - 12 - 节约的电能:3 600 J-1 344 J=2 256 J 答案:(1)3 600 J (2)不变 2 256 J 第 - 13 - 页 共 21 页 - 13 - 高效提分作业 1.(2020·娄底)下列事例,属于防止电流热效应产生危害的是 (D) A.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡 B.家里使用电热水壶烧水 C.小明妈妈用电熨斗熨衣服 D.电脑温度过高时,风扇会及时启动,给电脑降温 2.(2020·黄冈)在大型赛事的短跑比赛中,赛道起点均安装有电子起跑器。电子 起跑器可以记录运动员起跑时刻,以判断运动员是否提前起跑。图甲是简化的电 子起跑器的传感电路图,电源电压恒定,圆圈处为电表,R0 为定值电阻,压敏电阻 Rx 安装在踏板上,其电阻与所受压力的关系如图乙所示。下列分析正确的是 (D) A.电阻 R0 与 Rx 并联 B.圆圈处的电表为电压表 C.运动员起跑时,用力踩踏板,R0 两端的电压变小 D.运动员没有踩踏板时,电路消耗的总功率最小 3.(2019·重庆)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。如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 (C) 第 - 14 - 页 共 21 页 - 14 - 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 Ω C.化霜与防雾电路的总功率之差为 15 W D.从防雾到除露,电路总电流变化 1 A 4.(2019·绵阳)某一天晚上睡觉前,小文同学用有预约功能的电饭煲为家人第 二天早餐煲粥。小文将大米等食材放入电饭煲内,接通 220V 家庭电路,经过了待 机、加热、保温三个过程,早餐前断开电源,电饭煲消耗的电功率随时间变化的 图像如图甲所示,电饭煲加热过程消耗的电能是 0.88 kW·h。已知小文家电 饭煲加热和保温部分基本电路原理如图乙所示,S 是接通家庭电路的开关,S1 是 自动开关,R1 和 R2 为电阻不变的电热丝,则 R2= 220 Ω。 5.(2019·绍兴)在验证焦耳定律(Q=I2Rt)中电热与电阻的定性关系时,实验小组 发现了如图三种电路连接情况(已知 R 甲Δh 乙 电流通过导体时,电阻 越小,产生的热量就越 多 ④ 两实验电阻并联,电流不同,实 验现象无法验证焦耳定律中 Q 与 R 的定性关系 第 - 16 - 页 共 21 页 - 16 - 6.(2019·济宁)小明用如图 1 所示的电路测量额定电压为 2.5 V 小灯泡的电功 率。 (1)电源电压为 6 V,小灯泡的电阻约为 10 Ω,有两个不同规格的滑动变阻器:甲 标有“10 Ω 1 A”乙标有“50 Ω 2 A”,实验时应该选择滑动变阻器 乙 (选填“甲”或“乙”)。 (2)小明将实验数据和现象填写在表中。 次数 灯泡两端 电压 U/V 通过灯丝 电流 I/A 灯泡亮度 1 2.20 0.28 比正常发光暗 2 2.50 0.30 正常发光 3 2.80 0.32 比正常发光亮 ①可得出的实验结论: 灯的实际功率越大,灯越亮 (写出一条即可)。 ②小灯泡的额定功率为 0.75 W。 (3)小明用上面的实验器材测量电阻 Rx 阻值时,发现电压表已损坏,重新设计电 路,选了一个阻值已知的 R1,连接电路如图 2 所示。他先将导线 C 端接到电流表 “﹣”接线柱上,电流表读数为 I1,后将导线 C 端接到电流表“3”接线柱上,电 流表读数为 I2,则 Rx 的阻值为 (用已知字母表示)。 第 - 17 - 页 共 21 页 - 17 - 7.在“测定小灯泡的电功率”的实验中,选用如图甲所示的器材,其中电源电压 为 6 V,小灯泡的额定电压为 2.5 V(灯丝电阻约为 12 Ω)。 (1)为了能够顺利完成实验探究,下列两种规格的滑动变阻器应选用 B 。 A.“10 Ω 0.5 A”的滑动变阻器 B.“50 Ω 0.5 A”的滑动变阻器 (2)用笔画线代替导线,将图甲所示的实物电路连接完整。 答: (3)闭合开关前,应将图甲中所示的滑动变阻器的滑片滑到 A (选填“A”或 “B”)端。 (4)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡始终不发光,电压表有示数, 电流表无示数,若电路只有一处故障,则故障原因是 小灯泡断路 。 (5)排除故障后,闭合开关,移动滑片,电压表的示数如图乙所示,其读数是 2.2 ; (6)根据实验测得的数据,绘制出小灯泡的电流随它两端电压变化的关系图像 (如图丙所示)。分析图像可知: 第 - 18 - 页 共 21 页 - 18 - ①小灯泡的额定功率为 0.625 W。 ②小灯泡灯丝电阻是变化的,主要是受 温度 变化的影响。 ③实验中观察到:当小灯泡两端的电压低于 0.5 V 时,小灯泡不发光,根据图像分 析其原因是 小灯泡实际功率过小 。 (7)完成上述实验后,小华在缺少电压表的情况下,根据绘制出的小灯泡电流与 电压关系图像,设计出了一个测未知定值电阻的电路,如图丁所示。请根据电路 图写出其中一次测量的实验步骤: ① 开关 S1 闭合,S2 断开,调节滑动变阻器的滑片至电流表的示数为 0.25 A ; ② 开关 S1 断开,S2 闭合,保持滑动变阻器滑片不动,读出电流表示数 I ; ③表达式:Rx= 。 8.(2019·湖州)现有规格分别为“6 V 3 W”和“6 V 6 W”两个小灯泡 L1、 L2,已知它们的电流与电压间关系如图所示。 (1)由图可知,L1、L2 的灯丝电阻都随电流的增大而 增大 (选填“增大”“减 小”或“不变”)。 (2)若将 L1、L2 并联接在学生电源间,电源电压调节为 6 V,通电 5 分钟,则两灯泡 消耗的总电能为多少焦? 答:两灯并联,U 总=6 V 时,L1 和 L2 都正常发光,W 总=P 总 t=(3 W+6 W)×5×60 s= 2 700 J; 第 - 19 - 页 共 21 页 - 19 - (3)若将 L1、L2 串联接在学生电源间,调节电源电压,在保证每个灯泡两端电压不 超过其额定电压的情况下,L1、L2 消耗的实际总功率最大值是多少? 答:L1 和 L2 的额定电流分别为 I1= = =0.5 A,I2= = =1 A,L1 和 L2 串联时, 最大电流为 0.5 A。据图:P'1=6 V×0.5 A=3 W,P'2=2 V×0.5 A=1 W,所以 L1 和 L2 实际消耗的最大总功率 P=P'1+ P'2=4 W。 9.(2019·金华)如图是一款用锂电池供电的平衡台灯,悬挂在中间的木质小球 是它的“开关”,使用时只需要将上下两个小球靠近, 小球就相互吸引,灯管发光。以下为平衡台灯参数: 额定电压:5 V 额定功率:5 W 光源类型:LED 锂电池输出电压:5 V 锂电池容量:4800 mA 时 (注:以 4 800 mA 的电流放电能工作 1 小时) (1)若 A 球内置的磁体下端为 N 极,则 B 球内置磁体上端为 S 极。 (2)求平衡台灯正常发光时电路中的电流。 答:I= = =1 A 第 - 20 - 页 共 21 页 - 20 - (3)给该台灯充电时,充电器的输出电压为 5 V、电流 2 A,充电效率为 80 %,则为 用完电的台灯充满电至少需要多长时间? 答:W 电池=U1I1t1=5 V×4.8 A×3 600 s=86 400 J W 输入= =108 000 J t2= = =10 800 s=3 h 10.(2020·台州卷)电热水壶由分离式底座和壶身两个部分组成。分离式底座由 电源线、圆形底座和供电插座组成,如图甲;电热水壶内部简化电路,如图乙。 (1)为防止触电,供电插座的外壳材料应是 绝缘体 (选填“绝缘体”或“导 体”)。 (2)电热水壶额定电压为 220 V,额定功率为 1 000 W,求: ①电阻 R1 的阻值是多少? 答:由 P=UI= 可得,电阻的阻值:R1= = =48.4 Ω; ②正常工作时,烧开一壶水需要 300 s,消耗多少电能? 答:由 P= 可得,烧开一壶水消耗的电能: W=Pt=1 000 W×300 s=3×105 J; (3)为满足人们随时取用热水需求,电热水壶需具有保温功能。现有一个温控开 关(一定温度时,可以自动断开或闭合:元件符号为“ ”),一个阻值远大于 R1 的定值电阻 Rx(元件符号为“ ”)。要求利用提供的器材对原电热水壶的简化 电路进行改进,实现既可加热又能保温的功能,且加热功率保持不变。请画出电 路图、并说明保温的工作原理。 第 - 21 - 页 共 21 页 - 21 - 答: 工作原理:由题意可知,电热水壶改进后加热功率保持不变即电路仍为 R1 的简单 电路,保温时 R1 与 Rx 串联,且保温和加热是通过温控开关来实现的,改进的电路 见答案:保温的工作原理:开关闭合、温控开关断开,R1 与 Rx 串联,电路的总电阻 最大,由 P=UI= 可知,电源的电压一定时,电路的总功率最小,电热水壶处于保 温状态。