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第十八章 电功率全章热门考点聚焦
考点01》电能表及其参数的理解
1 小明家半年前新装了一只电能表,现在表盘的示数如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.该电能表的标定电流为20 A
B.该电能表应接在50 Hz的直流电路中使用
C.小明家每消耗1度电,铝盘转动3 000转
D.小明家半年内的用电量是6335 kW·h
2 如图所示是小李同学家上月初和月末的电能表表盘示意图,小李同学家电路干路中的电流不得超过 A,上月消耗的电能为 kW·h。年发电量可达1.5×10 kW·h的攀枝花银江水电站将于2025年投产发电,投产发电后的银江水电站可满足 户小李同学这样的家庭用电需求。
考点02》与电功率有关的动态电路
3小林受穿戴式“智能体温计”(如图甲所示)的启发,设计了一个如图乙所示的体温计电路图,用电表示数大小反映体温的高低,热敏电阻 R 的阻值随温度的升高而增大,定值电阻 R 起保护电路的作用。下列分析正确的是 ( )
A.该电路中的电表是电流表
B.温度变化时R 两端的电压不变
C.温度升高时电路中的电流变大
D.温度降低时电路的总功率变大
4 某品牌电热水杯如图甲所示,水杯容量为330 mL,有高、中、低三个加热挡位,图乙为其工作电路简图,其中 U恒为220 V,R =200 Ω,R =550 Ω,则中温挡功率为 W;若该电热水杯加热效率为90%,则用高温挡将满杯水从20℃加热到98℃,需要 s。
考点03 》与电功率有关的图像问题
5 如图甲所示,电源电压保持不变,闭合开关S,滑动变阻器R 的滑片P,由最右端移到最左端,得到两电表示数的U-I关系图像如图乙所示。有关说法正确的是 ( )
A.电源电压为4 V
B. R 的阻值为30Ω
C.滑动变阻器 R 的最大阻值为20 Ω
D.电路总功率最大值为1.2 W
考点04 》电热危害的防止与电热的利用
6下列属于防止电流热效应产生危害的实例是 ( )
A.家里使用电热水壶烧水
B.利用电视机后盖的小孔散热
C.家里使用电饭锅煮饭
D.小佳妈妈使用电熨斗熨衣服
考点05 》有关电功、电功率和电热的计算
7 小明用如图所示电路研究调光灯的工作原理,所用电源电压恒为6 V,灯泡L标有“4.8 V 0.3 A”字样,闭合开关,调节滑动变阻器滑片,当观察到 时,可知灯泡正常发光,此时灯泡的实际功率为 W,通电1m in滑动变阻器产生的热量为 J。
8如图所示,电源电压不变,灯泡L标有“6 V 6 W”字样。闭合开关S ,灯泡L正常发光,此时灯泡 L 的电阻为 Ω;再闭合开关S ,前后两次电流表的示数之比为2 ∶3,则电阻 R 的阻值为 Ω,电阻 R 在 10 s 内产生的热量为 J。
9小明家的电热水壶电热丝断了,他想用一根新电热丝 R 替换,但不知道阻值,于是他用伏安法进行了测量,用记录的多组数据描绘出R 的 U-I关系图像,如图所示。在老师的安全指导下,小明利用R 重新组装好电热水壶,接在220 V 家庭电路中能正常工作,忽略温度对电阻的影响。求:
(1)R 的阻值;
(2)新电热水壶的额定功率;
(3)新电热水壶工作400 s,把质量为1 kg的水从20℃ 加热到 100 ℃,其加热效率是多少。 结果保留两位小数]
考点06 》测量小灯泡的电功率
10在“测量小灯泡的电功率”的实验中,所选小灯泡的额定电压为2.5 V。
(1)如图甲是测量小灯泡的电功率的电路图。正确连接电路,闭合开关后,电压表和电流表都没有示数,电路故障可能是()
A.滑动变阻器短路
B.电流表断路
C.电压表断路
(2)排除故障后,实验中,电压表的示数为2 V,小雨为了测量小灯泡的额定功率,应将滑动变阻器的滑片向 (填“左”或“右”)移动,直至小灯泡正常发光,此时电流表的示数为0.3A,则小灯泡的额定功率为 W。
(3)小雨的电流表坏了,老师给他一个已知最大阻值为 R 的滑动变阻器、一个阻值未知的定值电阻R 、电压保持不变的电源、若干开关和导线,小雨重新设计了如图乙所示的电路图,按电路图连接电路,并正确测出小灯泡的额定功率 P额。具体实验步骤如下:
①断开开关S ,闭合开关S 和S ,调节滑动变阻器的滑片 P 至 a 端,电压表的示数为U ;再将滑片 P 调至 b 端,电压表示数为U ,则 (用U 、U 和R 表示)
②断开开关S 和S ,闭合开关S ,调节滑动变阻器的滑片 P,使电压表的示数为((U -U额)。(U额为已知量,表示小灯泡的额定电压)
③不改变滑动变阻器的滑片 P 的位置,断开开关S 和S ,闭合开关S ,电压表示数为U ,则 。(用U额、U 、U 、U 和R 表示)
素养练
11 (核心素养·科学思维)综合实践活动中,小明想设计制作一个用于户外照明的简易电路。现有器材:干电池两节,额定电压均为3 V的小灯泡两个,开关一个,导线若干。小明选用一节干电池,连接了如图甲所示的电路,闭合开关后小灯泡发光,但照明效果不佳。他又在原电路中接入另一个小灯泡,连接成图乙所示的电路,闭合开关后,照明效果反而更差了。
(1)小华对小明的实验进行了分析:电源电压一定,两个小灯泡串联后,总电阻变大,电流变 ,根据公式P=UI可知,总功率变 ,因此照明效果更差。
(2)为了获得比图甲电路更佳的照明效果,请你利用现有器材设计一个电路,画出电路图,并对所选器材作出必要的说明(不用解释亮度变化的原因)。
12 (核心素养·科学思维)如图所示,小冰在课前展示了一盏自制的“铅笔芯电灯”。他将8节1号电池串联起来做电源,用两条铝箔纸条做导线,拿一根2B 自动铅笔芯穿过铝箔纸条,架在烧杯口处。戴上绝缘隔热手套,将铝箔纸条的两端连接在电源的正、负极上,稍等一会儿,小小的铅笔芯竟然热得发光,而与它相连的铝箔纸条却不怎么热。请分析解释上述现象。
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1. C解析由题图可知,该电能表的标定电流为10 A,额定最大电流为20 A,故A 错误;由题图表盘上的“50 Hz”可知,该电能表应接在50 Hz交流电路中使用,故B 错误;由题图表盘上的“3 000 r/(kW·h)”可知,小明家每消耗1 度电,铝盘转动3 000转,故C 正确;小明家半年内的用电量是633.5kW·h,故 D 错误。
2.20125 1.0×10 解析题图表盘上的10(20)A表示电能表允许通过的最大电流为20 A,因此小李家干路中的电流不得超过20A。上月消耗的电能为5713.4kW·h-5 588.4 kW·h=125 kW·h,小李同学家每年消耗的电能为 125 kW·h×12=1500kW·h,投产发电后的银江水电站可以满足的家庭用电的户数为
3. D解析由题图乙可知,该电路为串联电路,由于电表并联在热敏电阻R 的两端,所以该电表为电压表,故A 错误;当温度升高时,热敏电阻R 的阻值变大,则电路的总电阻变大,根据欧姆定律可知,电路中的电流变小,根据U=IR 可知,定值电阻R 两端的电压变小,根据串联电路的电压特点可知,热敏电阻 R 两端的电压变大,即电压表示数变大,故B、C错误;温度降低时,热敏电阻 R 的阻值变小,则电路的总电阻变小,电源电压不变,则电路中的电流变大,根据P=UI可知,电路消耗的总功率变大,故D 正确。
4.242 364 解析 只闭合开关S 时,电路中的电阻为 工作,根据 知,此时电路消耗的功率 只闭合开关S 时,电路中的电阻为R =550Ω工作,根据P=07/R知,此时电路消耗的功率 88 W,同时闭合开关S 和S 时,R =200 Ω与 并联,根据 和并联电路特点得,此时电路消耗的功率 88 W=330 W,综上分析得 所以中温挡功率为242 W。由题意知,满杯水的质量; 满杯水被加热时吸收的热量 高温挡产生的热量Q=Pt且 则用高温挡将满杯水从20℃加热到98℃需要的时间 364s。
5. C 解析由题图甲知,闭合开关,R 、R 串联,电流表测电路电流,电压表测 R 两端的电压。当滑动变阻器R 的滑片P在最右端时,此时滑动变阻器接入电路的电阻是最大的,为R ,由题图乙可知,此时电路的电流 滑动变阻器两端的电压 由欧姆定律可知,滑动变阻器R 的最大阻值 电源电压 ①,当滑动变阻器R 的滑片P在最左端时,此时滑动变阻器接入电路的电阻为0,电路为 R 的简单电路,电路电流 ,根据欧姆定律可知,电源电压( ②,联立①②解得,R =10Ω,U电源=6V,,故C正确,A、B错误;由 可知,当电路的总电阻最小,即电路为R 的简单电路。时,电路总功率最大,即 故D 错误。
6. B解析 使用电热水壶烧水,将电能转化为内能,属于利用电流的热效应,故A 不符合题意;电视机的后盖有很多孔,是为了防止电热产生危害,故B 符合题意;家里使用电饭锅煮饭,将电能转化为内能,属于利用电流的热效应,故C不符合题意;小佳妈妈使用电熨斗熨衣服,将电能转化为内能,属于利用电流的热效应,故D 不符合题意。
7.电流表示数为0.3 A 1.44 21.6 解析 由题图可知,滑动变阻器与灯泡串联,电流表测量电路电流。由题意得,灯泡额定电压为4.8V,额定电流为0.3A,移动滑动变阻器滑片,使电流表示数为0.3A时,此时通过灯泡的电流为额定电流,灯泡正常发光。灯泡正常发光时,电功率 4.8 V×0.3 A=1.44 W,滑动变阻器两端的电压 ,通电 1m in 滑动变阻器产生的热量 60s=21.6 J。
8.6 12 30 解析 灯泡L 标有“6 V 6 W”字样,说明灯泡正常工作时电压为6V,功率为6W。根据 可知,此灯泡正常工作时电阻 根据P=UI可知,灯泡L正常发光时电流 设闭合开关S 后电流表示数为I ,由于闭合开关S 后,前后两次电流表的示数之比为2:3,即 所以 1.5A,因此此时通过电阻 R 的电流 1.5 A-1 A=0.5 A,此时电阻R 两端的电压仍为6 V,故此时电阻 R 的阻值 12Ω,电阻 R 在 10 s内产生的热量
9.(1)由欧姆定律得,R 的阻值
(2)新电热水壶的额定功率 1100 W。
(3)新电热水壶工作400s,把质量为1 kg的水从20℃加热到100℃,由 得,新电热水壶消耗的电能 W= Pt=1 100 W×400 s=4.4×10 J,
水 吸 收 的 热 量 10 J,
其加热效率 76.36%。
10.(1)B (2)左 0.75 解析(1)由题图甲可知,小灯泡与R 串联,电流表测电路中的电流,电压表测小灯泡两端的电压。闭合开关后,若滑动变阻器短路,电压表测电源电压,电压表有示数,电流表有示数,故A 不符合题意;若电流表断路,则整个电路断路,电流表和电压表都没有示数,故B符合题意;若电压表断路,电源、滑动变阻器、小灯泡、电流表、开关构成通路,电流表有示数,故C不符合题意。(2)电压表的示数为2 V,小于小灯泡的额定电压2.5V,根据串联电路的分压原理可知,电阻越大分到的电压越多,故要增大小灯泡两端的电压,就要减小滑动变阻器两端的电压,即减小滑动变阻器接入电路中的阻值,故应将滑动变阻器的滑片向左移动。小灯泡正常发光时,电流表的示数为0.3 A,即小灯泡的额定电流为0.3 A,则小灯泡的额定功率 0.75 W。(3)①断开开关 S ,闭合开关 S 和S ,调节滑动变阻器的滑片 P 至a 端时,小灯泡被短路,此时电路为只有R 接入的简单电路,电压表测电源电压,即电源电压U=U ;再将滑片P 调至b端,此时R 与R 串联接入电路,电压表测 R 两端的电压为 U ,则滑动变阻器 R 两端的电压 则电路中的电流 所以 R 的阻值 ②断开开关S 和S ,闭合
开关S 时,小灯泡、R 、R 串联接入电路,电压表测 R 和R 的总电压,示数为( 恰好等于电源电压减去小灯泡的额定电压,说明此时小灯泡正常发光。③不改变滑动变阻器的滑片 P 的位置,断开开关S 和 S ,闭合开关S 时,仍然是小灯泡、R 、R 串联接入电路,说明小灯泡正常发光,此时电压表测 R 两端的电压为U ,则此时电路中的电流 则小灯泡的额定功率
11.(1)小 小 (2)如答图所示 见解析 解析(1)根据欧姆定律 可知,电源电压一定,两个小灯泡串联后,总电阻变大,电流变小;根据 P =UI 可知,电源电压不变,电流变小,故总电功率变小。(2)由于小灯泡的额定电压为3 V,为了获得比题图甲电路更佳的照明效果,将两节干电池串联作为电源电压,即电源电压为3 V;将两个小灯泡并联,两灯都能在额定电压下正常工作,能正常发光,故能达到最佳的照明效果。电路图如答图所示。
12.电池、铝箔纸条、铅笔芯组成通路,电路中有电流通过,电流通过导体会产生热量,铅笔芯的温度升高,导体通电时间越长产生热量越多,当铅笔芯的温度达到一定程度时,“铅笔芯电灯”便会热得发光。铝箔纸条和铅笔芯串联,通过它们的电流相等,通电时间相等,铝箔纸条的电阻小于铅笔芯的电阻,由焦耳定律( 可知,铝箔纸条产生的热量少,温度比铅笔芯低,所以不怎么热。
⑩核心素养解读本题以“铅笔芯电灯”为背景考查了电流热效应以及焦耳定律在生活中的应用,培养学生运用物理知识解决实际生活中问题的能力,充分体现了“科学思维”的核心素养。