1、1素养全练 17 电功 电功率 电热(时间:45 分钟 满分:100 分)基础巩固一、选择题(每小题 6 分,共 30 分)1.以下用电器中,工作时能量转化的主要形式与其他三件不同的是( )A.电风扇 B.电炉C.电熨斗 D.电水壶答案:A解析:电风扇主要是将电能转化为机械能,少部分转化为内能;电炉、电熨斗和电水壶是将电能转化为内能,故选 A。2.(预测题)小明利用电能表测量某个家用电器的电功率,当电路中只有这个电器连续工作时,测得在 1 h 内,消耗的电能为 1.2 kWh,那么这个用电器是( )A.液晶电视机 B.台式计算机C.家用空调 D.电冰箱答案:C解析:用电器在 t=1h 内消耗的
2、电能为 W=1.2kWh,用电器的电功率 P= =1.2kW=1200W,液Wt=1.2kWh1h晶电视机的电功率约为 100W,台式计算机的电功率约为 200W,空调的电功率约为 1000W,电冰箱的功率约为 100W,所以电功率是 1200W 的用电器是空调。3.有两个电路元件 A 和 B,流过元件的电流与其两端电压的关系如图所示,下列说法正确的是( )A.A 的电阻值为 6.25 B.A 和 B 串联,电路中电流为 0.4 A 时, A、 B 的电功率之比为 5 4C.A 和 B 并联在电压为 2.5 V 的电源两端, A、 B 的电功率之比为 5 4D.当 A 和 B 串联,两者电阻相
3、同时,电源电压为 3 V答案:C解析:由图象可知,当通过 A 的电流 IA=0.4A 时, A 两端的电压 UA=2.0V,由 I= 可得, A 的电阻 RA=UR=5,故 A 错误;UAIA=2.0V0.4AA 和 B 串联,电路中电流为 0.4A 时,由图象可知,两元件两端的电压 UA=2.0V,UB=2.5V,由 P=UI 可得, A、 B 的电功率之比:PAP B=UAIAU BIB=4 5,故 B 错误;2A 和 B 并联在电压为 2.5V 的电源两端时,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,两元件两端的电压 UA=UB=2.5V,由图象可知,通过两元件的电流 IA=0.5A,IB
4、=0.4A,则 A、 B 的电功率之比:PAP B=UAIAU BIB=5 4,故 C 正确;当 A 和 B 串联,两者电阻相同时,它们两端的电压和通过的电流相等,由图象可知,电路中的电流为 0.6A,两元件两端的电压均为 3V,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=UA+U B= 3V+3V=6V,故 D 错误。4.(易错题)L 1标有“220 V 100 W”,L2标有“110 V40 W”,把它们并联接在 110 V 的电源上,则( )A.L1较亮 B.L 2较亮C.一样亮 D.不是同时发光不能比较答案:B5.如图甲电路中,电源电压保持不变, R1是定值电阻。当开关
5、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,则下列说法中正确的是( )A.电源电压为 14 VB.R2的最大阻值是 30 C.滑片 P 由 a 向 b 恰好移动三分之一长度时 R1的电功率为 1.25 WD.滑片 P 在 a 端时,2 分钟内 R2消耗的电能是 144 J答案:C解析:由图甲知,当滑片在 b 端时,滑动变阻器接入电路中的电阻为 0,电路为 R 的简单电路,电路中的电阻最小,电流最大,由图乙知,电源的电压: U=U1=10V,故 A 错误;此时电路中的电流: I=0.5A,根据欧姆定律可得, R1的阻值: R1= =20;当滑片位
6、于 a 端时,滑动变阻器接入电路中的电阻最UI=10V0.5A大,电压表 V 的示数最小,电路中的电流最小,由图象知,此时 U1=4V,电路中电流 I=0.2A,由串联电路特点和欧姆定律可得, R2的最大阻值: R2= =30,故 B 错误;滑片 P 由 a 向 b 恰U2I=U-U1I =10V-4V0.2A好移动三分之一长度时, R2有 接入电路中,此时电路中电流: I =0.25A,所以 R1的电功率:23 UR1+23R23P1=I 2R1=(0.25A)220=1.25W,故 C 正确; P 在 a 端时,由 B 项解答可知电路中电流 I=0.2A,此时U=4V,则 2 分钟内 R2
7、消耗的电能: W2=U2It=(10-4)V0.2A120s=144J,故 D 错误。二、非选择题(共 30 分)6.(6 分)如图所示,是某种电热器的电路图,电源电压 220 V,R1、 R2的阻值分别为 11 、22 ,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,电热器在低温工作时的电功率是 W,在高温挡工作 1 min 产生的热量是 J。 答案:2 200 3.96105解析:根据 P= 可知,当电阻最大时,电功率最小,旋转扇形开关 S 接触 c,即只有 R2连入电路时为低U2R温挡,P 小 = =2200WU2R2=(220V)222当两电阻并联时,旋转扇形开关
8、S 接触 c、 d 时电阻最小,R 并 = ,R1R2R1+R2=112211+22=223在高温挡工作 1min 产生的热量Q 高 = t= 60s=3.96105J。U2R并 (220V)22237.(12 分)一只灯泡和一个电阻并联后接在电压为 U 的电路中,已知电阻的阻值为 R,干路上的总电流为 I,则灯泡消耗的电功率为 ,灯泡的电阻是 。(用题目中所给的物理量表示) 答案: UI-U2R UI-UR8.(12 分)在测量额定电压为 3.8 V 的小灯泡电功率实验中,小明同学连接了如图甲所示的电路(电源电压 4.5 V 保持不变,电路元件完好,接线柱接线牢固)。(1)在未检查电路连接是
9、否正确的情况下,闭合开关,调节滑动变阻器滑片,电流表的示数将 ,电压表的示数将 (两空均选填“变化”或“不变”)。 (2)检查电路发现一处错误,指出连接错误的导线是 (选填“ a”“b”“c”或“ d”)。 (3)排除故障后,继续实验,分别记下了多组对应的电压表和电流表的示数,并绘制了如图乙所示的I-U 图象。某次实验时电流表示数如图丙所示,电流表的示数为 A,此时小灯泡的电阻是 ;当小灯泡正常发光时,它的额定功率是 W。 (4)若实验过程中电压表的大量程损坏,在不添加任何器材的情况下,请你在丁图方框中设计能测量小灯泡额定功率的实验电路图。4甲乙丙丁导学号 77164136答案:(1)变化 不
10、变(2)d (3)0.18 10 1.064(4)解析:(1)电路中,电压表测电源电压,电流表测电路中的电流,在未检查电路连接是否正确的情况下,闭合开关,调节滑动变阻器滑片,电路中的电阻变化,由欧姆定律,电流表的示数将变化,而电压表的示数将不变。(2)电压表应测小灯泡的电压,故连接错误的导线是 d。(3)由题图丙可知,电流表读数为 0.18A,由题图乙可知,此时电压表读数为 1.8V,由欧姆定律得灯泡的电阻 R= =10;UI=1.8V0.18A小灯泡正常发光时,由图乙知电流为 0.28A,灯的额定功率:P=ULIL=3.8V0.28A=1.064W。(4)若实验过程中电压表的大量程损坏,根据
11、串联电路电压的规律,当变阻器的电压 UR=4.5V-3.8V=0.7V 时,灯正常发光,故将电压表小量程并联在变阻器两端即可。能力提升5一、选择题(每小题 5 分,共 10 分)1.(难题)如图甲所示的电路中,定值电阻 R1为 10 , R2为滑动变阻器,电源电压保持不变。闭合开关 S 后,滑片 P 从 B 端移动到 A 端的过程中,电压表示数 U 与电流表示数 I 的关系图象如图乙所示,下列说法正确的是( )A.电源电压是 4 VB.滑动变阻器的最大阻值 10 C.滑片在中点时, R1的功率为 0.8 WD.滑片移至 A 端和 B 端时, R1的功率之比为 9 1答案:D解析:由题图知,滑片
12、在 A 端时电压表示数为 0,电流表示数为 0.6A,滑片在 B 端时电压表为 4V,电流表为 0.2A,根据欧姆定律及串联电路电压规律得, U=4+0.2R1 U=0.6R1 解得 U=6V,R1=10,故 A 错;滑片移至 B 点时, R2接入电路的阻值最大,此时电流最小,由图乙得 R2= =20,故 B 错;U2I= 4V0.2A当滑片在中点时, I= =0.3A,UR1+12R2P1=I2R1=0.9W,C 错;将 A、 B 两点的电流代入 P1=I2R1,得 PAP B=9 1,D 对。2.(预测题)如图所示的电路,电源电压保持不变,电阻 R1、 R2的阻值分别为 10 和 20 ,
13、只闭合开关 S1,将滑片 P 移到中点,电压表示数为 6 V,电阻 R1的功率为 P1,闭合开关 S1、S 2,将滑片移到最左端,电阻 R2的功率为 P2,若 P1P 2=2 9,则下列说法正确的是( )A.电源电压为 18 VB.滑动变阻器的最大电阻为 20 C.电路的最大功率为 12.15 WD.电路的最小功率为 2.7 W答案:C6解析:A、B 选项,由题干电路图可知,只闭合开关 S1,将滑片 P 移到中点时, R1与 串联,电压表测变阻R2器两端的电压,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-U 滑 =U-6V,则电阻R1的功率 P1= 。U12R1=(U
14、-6V)210闭合开关 S1、S 2,将滑片移到最左端时, R1与 R2并联,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,电阻 R2的功率 P2= 。U2R2= U220则 ,解得 U=9V。P1P2=(U-6V)210U220=29又 I= ,即 ,U1R1=U-U滑R1 =U滑R2 9V-6V10 =6VR2得 R=40,故 A、B 错误。C 选项,闭合开关 S1、S 2,将滑片移到最左端, R1与 R2并联,电路中的总电阻最小,电路的总功率最大,因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,所以,电路中的总电阻 R 并 =,电路的最大功率 Pmax= =12.15W,故 C 正确。R1R2R
15、1+R2=102010+20=203 U2R并 -(9V)2203D 选项, R1与滑动变阻器的最大阻值串联时,电路中的总电阻最大,电路的总功率最小,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电路的最小功率 Pmin= =1.62W,故 D 错误。U2R1+R= (9V)210+40二、非选择题(共 30 分)3.(2 分)(预测题)如图所示,将灯 L1、L 2按甲、乙两种方式接在电压均为 U 的两个电路中。L 1在甲、乙两个电路中的电功率分别为 4 W 和 25 W,设两灯泡的电阻不变,则 L1、L 2两灯泡电阻之比为 ;甲、乙两电路总功率之比为 。 答案:2 3 6 254.(2 分)(易
16、错题)一个额定电压为 12 V 的小型电动机正常工作时,测得通过电动机的电流是 0.5 A,工作 10 min,所消耗的电能为 J;在这 10 min 内该电动机线圈产生的热量是 360 J,则电动机线圈的电阻是 。 答案:3 600 2.4解析:已知电压 U=12V,电流 I=0.5A,工作时间 t=10min=600s,电流做的功W=UIt=12V0.5A600s=3600J;在时间 t 内线圈产生的热量 Q=360J,由焦耳定律知 Q=I2Rt,电动机线圈电阻 R= =2.4。QI2t= 360J(0.5A)2600s5.(2 分)7(预测题)如图所示,电源电压保持不变,小灯泡 L1、L
17、 2上分别标有“6 V 3.6 W”和“2 V 1 W”的字样,滑动变阻器上标有“40 1 A”的字样。只闭合开关 S1,滑片 P 在中点时,电压表的示数是 6 V,则电源电压为 V;同时闭合 S1、S 2,要使小灯泡不被烧坏,则电流表的示数不能超过 A。(忽略温度对灯丝电阻的影响) 答案:18 0.7解析:根据题意知,只闭合开关 S1,滑片 P 在中点时,滑动变阻器与灯泡 L1串联,电压表测的是灯泡L1两端的电压,电流表测的是电路总电流。此时电压表示数为 6V,则小灯泡 L1在额定电压下工作,则流过小灯泡的电流为额定电流,则 I 额 1= =0.6A;此时滑动变阻器接入电路的有效电阻为P1U
18、额 1=3.6W6VR 滑 1=20,则滑动变阻器分压 U 滑 =IR=I 额 1R 滑 1=0.6A20 =12V;所以电源电压为 U=U 滑 +U 额1=12V+6V=18V。对于 L2,额定电流为 I 额 2= =0.5A,电阻 R2= =4;对于 L1,电阻为 R1=P2U额 2=1W2V U额 2I额 2= 2V0.5A=10。当两开关同时闭合,两灯泡并联后与滑动变阻器串联 ,滑动变阻器允许流过的最大U额 1I额 1= 6V0.6A电流为 I 滑 m=1A。暂时不考虑 I 滑 m,因 U 额 120,所以变阻器应选U滑I小 =3.5V0.1A用 R2(电路中的最大电流不超过变阻器允许
19、的最大电流 0.5A)。若某次实验中,滑动变阻器连入的阻值为 14,此时电路中的电流大小 I= =0.25A,因UR=3.5V14定值电阻的电压为 2.5V,所以定值电阻的大小 R 定 = =10。UI=2.5V0.25A97.(8 分)(难题)如图所示的电路,电源电压保持不变,定值电阻 R1的阻值为 20 。闭合开关,调节滑动变阻器 R2的电阻,当滑片 P 从一端移动到另一端时,电流表的示数变化范围为 0.1 A0.5 A。求:(1)电源电压;(2)滑动变阻器 R2的最大阻值;(3)通过计算说明滑动变阻器接入电路的电阻为多大时,它消耗的功率最大,并求出最大功率。导学号 77164137答案:
20、(1)10 V (2)80 (3)20 1.25 W 解析:(1)当滑片位于左端时,电路为 R1的简单电路,电流表测电路中的电流,此时电路中的电流最大,即 I 大 =0.5A,由 I= 可得,电源的电压:URU=I 大 R1=0.5A20=10V;(2)当滑片位于右端时,接入电路中的电阻最大,电流表测电路中的电流,此时电路中的电流最小,即 I 小 =0.1A,电路中的总电阻: R= =100,UI小 =10V0.1A因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,滑动变阻器 R2的最大阻值: =R-R1=100-20=80;R2大(3)电路中的电流: I= ,UR1+R2滑动变阻器消耗的电功率:P2=I2R2= R2=(UR1+R2)2 U2(R1-R2)2R2 +4R1故当 R2=R1=20 时,滑动变阻器消耗的电功率最大,=1.25W。P2大 =U24R1= (10V)242010
