3.6电能 同步练习（含解析）

电能
一、单选题
1.小灯泡额定电压为6V，额定功率估计在7～12W之间，小佳按图甲所示的电路测定小灯泡的功率，所用电流表的量程有0～0.6A、0～3A两挡，电压表的量程有0～3V、0～15V两挡，将它们连入电路时，小佳做了正确选择与操作，变阻器滑到某处时两电表示数如图乙、丙所示，则( )
A. 小灯泡额定功率为7.5W B. 在5V电压下小灯泡的功率为7.5W
C. 在1V电压下小灯泡的功率为7.5W D. 在5V电压下小灯泡的功率为1.5W
2.如图所示，将三个相同空烧瓶口分别用完全相同的气球密封，用三段阻值不同的电阻丝（R1＜R2＜R3）分别给三个烧瓶中的空气加热，通电一段时间后体积变化最大的气球是（ ）
A. a B. b C. c D. 三个相同
3.如图是探究电流通过导体时产生热量的多少和什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，则下列说法正确的是( )
A. 该实验装置是为了探究电流产生的热量与电阻的关系
B. 将左边容器中电阻丝换成10Ω的电阻丝，可以探究电流产生的热量与电阻的关系
C. 该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少的
D. 通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧大
4.为使电热器在单位时间内产生的热量增加1倍,可采用的方法是 ( )
A. 并联一根相同的电阻丝 B. 串联一根相同的电阻丝
C. 使电热器两端电压增加1倍 D. 将电阻丝从中间剪成两段,然后将它们并联起来使用
5.如图所示的家庭电路中，接有两盏规格均为“220V 60W”的灯L1、L2 ， 只闭合开关S时L1与L2均发光（忽略温度对灯丝电阻的影响）。若此时用测电笔接触A点，能让测电笔氛管发光的最小电压为70V左右，下列判断正确的是（）
A. 灯L1、L2的总功率为30w，测电笔氖管会发光
B. 灯L1、L2的总功率为30W，测电笔氖管不会发光
C. 灯L1、L2的总功率为60W，测电笔氖管会发光
D. 灯L1、L2的总功率为60w，测电笔氖管不会发光
6.如下图所示，A、B两灯泡额定电压都为110V，额定功率PA=100W、Pa=40W，接在电压恒为220V电路上，欲使两灯泡均正常发光，且整个电路消耗的电功率最小，则下面四种电路连接方式中满足要求的是( )
A. B. C. D.
7.如图所示，为“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验电路，以下说法正确的是（ ）
A. 闭合开关S1、S2 ， 通过三根电阻丝的电流相同
B. 先闭合开关S2 ， 再闭合开关S1 ， 电流表示数保持不变
C. 先闭合开关S2 ， 再闭合开关S1 ， 通过右容器中电阻丝的电流变小
D. 闭合开关S1、S2一段时间后，右边U形管内的液面比左边U形管内的液面高
8.如图是“探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关”的实验装置。两个5欧的电阻并联后再与另一个5欧的电阻串联，将其中两个电阻按图示分别置于两个透明容器中，两个容器中密封着等量的空气。U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是（ ）
A. 图示中实验是为了探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
B. 该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反应电阻丝放出热量的多少
C. 将图示中左侧5欧电阻丝换成10欧电阻丝后，可探究电流产生的热量与电阻的关系
D. 通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大
9.下列用电器主要利用电流热效应工作的是（ ）
A. 计算器 B. 电风扇
C. 电饭锅 D. 电视机
10.为了探究电流产生的热量跟什么因素有关系，某同学设计了如图所示的甲，乙两装置。能将两段阻值不同的电阻丝（R1A. 甲装置可探究电流产生的热量与电阻大小是否有关
B. 电流产生热量的多少是通过气球膨胀的程度大小体现出来的，这种方法叫“转换法”
C. 比较相同时间里气球A与C体积变化情况可探究电流产生的热量与电流大小有关
D. 在相同的通电时间里同时实验，四个气球胀大的程度从大到小的排列顺序是DCBA
11.下列关于如图所示实验的说法中错误的是( )
A. 该实验研究的是电流的热效应
B. 实验中采用了控制变量法
C. 观察实验现象可知：在其他条件相同时，电阻越大产生的热量越少
D. 实验中是通过观察温度计示数的高低来判断电流通过导体时产生热量的多少
12.如图是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置，两个透明容器中封闭着等量的空气，电路正确连接后，通电进行实验过程中，下列说法正确的是( )

A. 左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大
B. U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少
C. 要保持两个电阻丝两端电压相等
D. 通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同
二、填空题
13.如图甲所示，两个透明容器中封闭着等量的空气，将两个容器中的电阻丝R1和R2串联接到电源两端，将容器外部的电阻丝R3和R2并联。
（1）图甲的装置是探究电流通过导体产生的热量与________的关系，电阻丝R3的作用是使通过电阻丝R1和R2的电流________。
（2）如图乙所示，某小组在实验中观擦到左侧U型管中液面很快出现高度差，右侧U型管中液面高度差为零，原因是电阻丝________断路。
14.将一只“220V　100W”的灯泡（设灯丝电阻不变）接在照明电路中，正常发光时，其电阻为 Ω；若用输电线把该灯泡由电源处引到学校运动场，发现灯泡的亮度较暗，测得灯泡实际功率只有81W，则输电线上消耗的功率为 W。
三、解答题
15.如图所示是某型号电饭锅内部电路简图，通过温控开关的闭合和自动断开实现“高温烧煮”和“保温”两档切换，铭牌如表（其中保温时电路总功率已经模糊不清），请你解答以下问题：
铭牌上的参数
频率 50HZ
额定电压 220V
高温烧煮功率 880W
保温时电路总功率
（1）按下温控开关按钮，电饭煲处于________档（选填“高温烧煮”或“保温”）。
（2）R1的阻值是多大
（3）若在某次烧饭过程中电饭煲在“高温烧煮”档时正常工作15分钟，后处于“保温”状态6分钟，共消耗电能0.2244kW·h，保温时电路的总功率是多少？
（4）当达到设定温度102℃以上时，温控开关会自动弹起。若某次用该电饭煲的“高温烧煮”档烧水5分钟，电饭煲的烧水效率是90%，其可以将2kg的水从30℃加热到多少摄氏度？（C水=4.2×103J/（kg ℃））
四、实验探究题
16.如图所示是测定“小灯泡电功率”实验的装置图，选用2节新干电池、额定电压为2.5伏、阻值约为10欧的小灯泡和滑动变阻器。
（1）请你用笔画线代替导线，将电路连接完整；
（2）正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表、电压表均有正常偏转，但偏转角度的较小。则接下来应进行的操作是 。
A.更换小灯泡
B.检查电路是否断路
C.移动滑动变阻器滑片，观察灯泡是否发光
（3）为了测量小灯泡正常发光时的电功率，小可应进行的下-一步操作是________ ；
（4）小可测出该规格小灯泡的电流与电压的关系数据如表所示：
实验次数 1 2 3 4 5
U/伏 0.30 1.20 2.00 2.50 2.90
I/安 0.03 0.12 0.18 0.20 0.21
要得到上述实验数据，小可选用的滑动变阻器的最大阻值为________。
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】 B
【解析】【分析】根据公式P=UI分析即可。
【解答】根据丙图可知，如果电压表选择的量程是0~3V，那么此时电压表的示数为1V；
根据公式可知，通过灯泡的电流应该在：7A~12A之间；
根据乙图可知，电流表的量程最大为3A；
因此这种情况不存在。
那么电压表选择的量程是0~15V，那么此时电压表的示数为5V；
根据可知，此时通过灯泡的电流应该在：1.4A~2.4A之间；
根据乙图可知，电流表选择的量程应该是0~3A，此时示数为1.5A；
综上所述，灯泡的功率为：P=UI=5V×1.5A=7.5W。
故选B。
2.【答案】 C
【解析】【分析】首先根据焦耳定律比较三个电阻产生热量的多少，然后确定哪个烧瓶内气体的温度升高的多，体积膨胀的多即可。
【解答】根据焦耳定律Q=I2Rt可知，当电流和时间相同时，电阻越大，产生的热量越多；
三个电阻串联，那么通过它们的电流相等，通电时间相同，
因为 R1＜R2＜R3 ，
所以Q1＜Q2＜Q3 ；
因此体积变化最大的气球是c。
故选C。
3.【答案】 D
【解析】【分析】（1）根据控制变量法的要求分析；
（2）在并联电路中，干路电流等于支路电流之和；
（3）电阻产生热量，容器中的空气温度升高，压强增大，使相连的U形管内液面上升；
（4）根据焦耳定律Q=I2Rt分析判断。
【解答】A.探究电流产生的热量与电阻的关系时，必须控制电流和时间相同，而改变电阻，而题目中两个被研究的电阻相同，通过的电流却不同，故A错误；
B.将左边容器中电阻丝换成10g的电阻丝后，也无法控制电流相同，故B错误；
C.该实验装置是利用U形管中空气的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少的，故C错误；
D.根据Q=I2Rt可知，当电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多；因为左侧电阻中的电流大，所以左侧U形管中液面的高度差比右侧大，故D正确。
故选D。
4.【答案】 A
【解析】【分析】已知电压和电阻的变化根据公式来研究产生热量的变化。
【解答】设电热器原来的电阻为R，那么相同时间内它产生的热量为：；
A.并联一根相同的电阻丝，那么电路的总电阻变为 ， 相同时间内产生的热量为： ， 故A符合题意；
B.串联一根相同的电阻丝，那么总电阻变为2R，相同时间内产生的热量为：
， 故B不合题意；
C.使电热器两端的电压增加1倍，那么相同时间内产生的热量为：
， 故C不合题意；
D. 将电阻丝从中间剪成两段，然后将它们并联起来使用，电路的总电阻变为 ， 那相同的时间内产生的热量为： ， 故D不合题意。
故选A。
5.【答案】 A
【解析】【分析】（1）在串联电路中，电压与电阻成正比，这就是串联电路的分压规律；
（2）同一电阻，它的功率与电压的平方成正比，即：;
（3）灯泡L1和L2串联，首先根据串联电路的分压规律计算出每个灯泡两端的电压，然后再根据计算出每个灯泡的功率，最后根据P总=P1+P2计算出总功率；将灯泡的电压与70V比较，就能知道测电笔是否发光。
【解答】灯泡L1和L2串联，且二者电阻相同
根据串联电路的分压规律得到：；
那么两个灯泡两端的电压相等，都是110V；
因为110V>70V，所以测电笔氖管发光；
根据可知：
；
那么：；
因此两个灯泡的功率相等都是15W，
那么电路的总功率为：P总=P1+P2=15W+15W=30W。
故选A。
6.【答案】 C
【解析】【分析】（1）在串联电路中，电压与电阻成正比；
（2）串联电路的总电阻大于其中任何一个电阻；并联电路的总电阻小于其中任何一个电阻；
（3）①根据公式分别计算出两个灯泡的电阻，然后根据串联电路的分压规律判断它们两端的实际电压，与额定电压比较判断是否能正常发光；
②如果两个灯泡正常发光，那么串联的两个部分电阻就要相同。根据并联电路电阻的变化规律判断并联部分的电阻是否能和灯泡B的电阻相同即可；
③综上所述，判断串联的两个部分是否能够做到电阻相同，从而使它们都能分得110V即可；
④将图中两个灯泡正常发光时的总电阻与C图中的总电阻比较，判断它们总功率的大小关系，进而做出判断即可。
【解答】A.根据公式P= 可知，灯泡A的电阻RA= =（ ）2=121Ω，灯泡B的电阻RB= = =302.5Ω；A是灯泡A和灯泡B串联，然后接到220V的电源上，根据串联电路的分压特点可知灯泡B两端的电压大于110V，所以不能正常工作，A不符合题意；
B.灯泡A和可变电阻R并联后又和灯泡B串联，灯泡要想正常工作，必须满足灯泡A与可变电阻R并联后和灯泡B的电阻相等，但并联电路中，电阻越并越小，总电阻小于任何一个分电阻，所以此电路中灯泡A和灯泡B也不能正常工作，B不符合题意；
C.灯泡B和可变电阻R并联后又和灯泡A串联，灯泡要想正常工作，必须满足灯泡B与可变电阻R并联后和灯泡A的电阻相等，在串联电路中，电阻越并越大，可以使灯泡A和灯泡B正常工作，且R总=2RA=2×121Q=242Ω，C符合题意；
D.灯泡A和灯泡B并联后又与可变电阻R串联，灯泡要想正常工作，必须满足灯泡A与灯泡B并联后和可变电阻R的阻值相等，由公式 得灯泡B和灯泡A并联后的电阻R≈86.4Ω，D图的总电阻为R总=2R=2×86.4Q=172.8Ω，根据公式P= 可知，电路电阻越大，消耗的功率就越小，比较C图和D图可知，C图的总电阻大，消耗的功率最小，D不符合题意。
故答案为：C
7.【答案】 C
【解析】【分析】焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I Rt（适用于所有电路）；对于纯电阻电路可推导出：Q=W=Pt；Q=UIt;Q=(U /R)t。
【解答】A、闭合开关S1、S2 ， 电路是混联电路，两个5Ω电阻先并联再与5Ω电阻串联，并联后的总电阻为2.5Ω，所以通过三根电阻丝的电流不相同；故A错误；
B、先闭合开关S2 ， 再闭合开关S1 ， 电路由串联电路变为混联电路，电路的总电阻减小，即电流变大；故B错误；
C、先闭合开关S2 ， 再闭合开关S1 ， 电路由串联电路变为混联电路，左侧电路的电阻为5Ω，右侧电路的总电阻为2.5Ω，所以右侧电路的电压减小，即通过容器内的电流会减小；故C正确；
D、先闭合开关S2 ， 再闭合开关S1 ， 电路由串联电路变为混联电路，左侧电路的电阻为5Ω，右侧电路的总电阻为2.5Ω，根据焦耳定律可知，Q=I2Rt,通过两侧的电流相等，但右侧电路并联后的总电阻小于左侧电路的电阻，则左侧电阻产生的热量更多，所有U型管内的液面左低右高；故D错误；
故答案为：C。

8.【答案】 D
【解析】【分析】（1）探究热量与电阻的关系就要改变电阻，分析图中发热电阻是否相同即可；
（2）分析发热电阻是直接给气体加热，还是直接给液体加热即可；
（3）研究一个因素对物理量的影响，就要改变这个因素，而其他的因素要保持不变；
（4）电阻发热越多，同侧的液面高度差就越大。
【解答】A.图中透明容器内的两个5Ω的电阻才是有效的发热电阻，既然电阻相同，就无法探究电流通过导体产生热量与电阻的关系，故A错误；
B.实验中，透明容器内电阻产生热量越多，空气温度越高，体积膨胀的越厉害，液面的高度差越大，因此是利用透明容器内空气的热胀冷缩反映电阻丝热量的多少，故B错误；
C.探究电流产生的热量与电阻的关系，需要改变电阻的大小，但保持电流不变；实验中左边电阻在干路上，右边电阻在支路上，二者电流并不相等，故C错误；
D.两个透明容器中电阻都是5Ω，左侧电阻电流大于右侧电阻电流，因此通电一段时间后，左侧电阻产生的热量多，液面的高度差大，故D正确。
故选D。
9.【答案】 C
【解析】【分析】主要利用电流热效应工作的用电器，在工作时主要将电能转化为内能。
【解答】A、D、计算器在工作时，主要将电能转化为光能和声能，A、D不合题意；
B、电风扇工作时，主要将电能转化为机械能，B不合题意；
C、电饭锅工作时，主要将转化为内能，C符合题意。
故答案为：C。
10.【答案】 D
【解析】【分析】（1）电流通过导体产生的热量与电阻，电流和时间有关，根据控制变量法的要求判断能否研究热量与电阻的关系；
（2）将不易测量或观察到的现象转换为与它相关的明显的物理现象，这种方法叫“转换法”；
（3）探究电流产生热量与电流大小的关系，必须保证电阻和时间相同，据此判断；
（4）分别比较电阻产生热量的多少，热量越多，气球膨胀越大。
【解答】A.甲装置中，两个电阻串联可以控制电流大小和通电时间相同，而它们电阻不同，所以能够探究电流产生热量多少与电阻大小的关系，故A正确不合题意；
B.电阻产生热量，空气吸收热量体积膨胀，那么可以根据气球的膨胀程度判断产生热量的多少，这种方法叫“转换法”，故B正确不合题意；
C.时间相同，A和C里面的电阻R1都相同，甲图里面电阻串联总电阻大，电流小；乙图里面两个电阻并联，通过R1的电阻大，因此可以探究电流产生热量与电流大小的关系，故C正确不合题意；
D.在相同的通电时间内同时实验，甲图中两个电阻通过电流相等，那么电阻大的产生热量多；因为 ， 所以；
B和D中电阻都是R2 ， 即电阻相同，但B中电流小于D中电流，因此；
D和C中电压相等，根据可知，电阻大的产生的热量少；因为 ， 所以；
因此产生热量从大到小为：CDBA；
那么气球涨大的程度从大到小为：CDBA，故D错误符合题意。
故选D。
11.【答案】 C
【解析】【分析】（1）由于导体存在电阻，当电流通过时，导体会发热，这叫电流的热效应；
（2）电流产生热量的多少，与电阻大小、电流大小和通电时间有关，研究其中一个因素对产生热量的影响时，需要保持另外两个物理量不变，即运用控制变量法；
（3）根据公式Q=I2Rt可知，在电流和通电时间一定时，发热丝产生的热量与电阻成正比；
（4）实验中是通过观察温度计示数的高低来判断电流通过导体时产生热量的多少。
【解答】A、该实验探究的是电流产生热量多少的影响因素，是电流的热效应，A正确，不合题意；
B、电流产生热量的多少，与电阻大小、电流大小和通电时间有关，研究其中一个因素对产生热量的影响时，需要保持另外两个物理量不变，此处采用的是控制变量法，B正确，不合题意；
C、由公式Q=I2Rt知：在电流和通电时间一定时，发热丝产生的热量与电阻成正比，电阻越大，产生的热量越多，C错误，符合题意；
D、实验中是通过观察温度计示数的高低来判断电流通过导体时产生热量的多少，采用的是转换法，D正确，不合题意。
故答案为：C。

12.【答案】 B
【解析】【分析】焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I Rt。
【解答】A、由图可知，该电路是串联电路，通过两个电阻的电流相等；故A错误；
B、当电阻产热后，对容器内的空气加热，空气受热膨胀，会导致压强的改变，从而使U型管两侧高度不同，则可以比较产热多少；故B正确；
C、该实验中电流均相等，而电阻不同，所以电阻两端的电压不相等；故C错误；
D、通电时间相同时，电阻大的电阻产热多，则容器内的空气吸热就多，所以右侧容器内的空气吸热多；故D错误；
故答案为：B。
二、填空题
13.【答案】 （1）电流；不同
（2）R2
【解析】【分析】（1）根据甲图可知，电阻R1在干路上，而电阻R2在支路上，根据并联电路的电流规律可知，通过前者的电流大于后者，而二者的电阻和通电时间相同，根据控制变量法的要求可知，该装置探究电阻产生热量与电流的关系。电阻R3与R2并联后，增大了通过R1的电流，从而使两个电阻的电流大小不同。
（2）右侧U形管内液面高度差为零，说明没有电流经过R2 ， 那么它可能发生断路或短路，据此分析解答。
【解答】（1）图甲的装置是探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，电阻丝R3的作用是使通过电阻丝R1和R2的电流不同。
（2）如图乙所示，某小组在实验中观擦到左侧U型管中液面很快出现高度差，右侧U型管中液面高度差为零，原因是电阻丝R2断路。
14.【答案】 484；9
【解析】【分析】（1）根据公式计算灯泡的电阻；
（2）同一个电阻阻值不变，那么它的电功率与电压的平方成正比，即 ， 据此计算出灯泡的电压与总电压的比，进而得到灯泡的电压与电线的电压之比，最后根据P=UI计算输电线上损耗的功率。
【解答】（1）灯泡正常发光的电阻为：；
（2）当灯泡的功率为81W时，根据得到：；
解得：；
根据U总=UL+U线可知，；
根据P=UI得到：；
即。
解得：P线=9W。
三、解答题
15.【答案】 （1）高温烧煮
（2）按下温控开关，处于高温烧煮，加热功率为880W
R1= =55欧
（3）高温烧煮15分钟消耗电能：W1=P1t1=880W×15×60s=792000J
保温6分钟消耗电能：W2=0.2244×3.6×106J-792000J=15840J
保温功率P2=W2/t2=15840J/6×60s=44W
（4）△t= = = =
升高到30℃+28.3℃=58.3℃
【解析】【分析】（1）根据功率的计算式比较两种状态下功率的大小，然后判断所处的档位。
（2）当温控开关闭合时，只有R1单独工作，此时处于高温档，根据公式 计算出R1的电阻。
（3）首先根据公式W1=P1t1计算出高温烧煮消耗的电能，再根据W2=W总-W1计算出保温消耗的电能，最后根据公式计算出保温功率。
（4）首先根据W=Pt计算出消耗的电能，再根据Q=ηW计算出水吸收的热量，最后根据公式 计算出水升高的温度，并根据t=t0+△t计算出水升高到的温度。
【解答】（1）温控开关断开时，电阻R1与R2串联，此时总电阻为R串；
当温控开关闭合时，只有电阻R1工作，此时总电阻为R1；
根据公式可知，串联的总功率P串因此前者为保温状态，后者为高温烧煮状态。
四、实验探究题
16.【答案】 （1）
（2）C
（3）移动滑片，使电压表的示数为2.5V， 同时观察电流表的示数
（4）90欧
【解析】【分析】（1）在测量小灯泡电功率的实验中，除了电压表与灯泡并联，其它的元件都是串联。要注意电表量程和接线柱的选择，还要注意变阻器接线“一上一下”。
（2）在闭合开关前，为了保护灯泡，需要将变阻器的滑片调到阻值最大的位置，据此分析判断。
（3）根据P=UI可知，要测量灯泡的额定功率，就要测当灯泡两端的电压为额定电压为2.5V时通过灯泡的额定电流，这是依靠调节变阻器的滑片实现的，据此描述操作内容；
（4）当电路中电流最小时，总电阻最大，即此时变阻器的阻值最大。根据表格确定电流最小时电压表的示数，然后根据U变=U总-UL计算出变阻器的电压，再根据计算即可。
【解答】（1）电压表应该与灯泡并联，因为2.5V<3V，因此选择量程0~3V，只需将“-”接线柱与灯泡在左端相连即可。电流表与灯泡串联，因为<0.6A，因此选择量程0~0.6A，只需将灯泡左端与中间的“0.6”接线柱相连即可，如下图所示：
（2）正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表、电压表均有正常偏转，但偏转角度的较小，可能是由于变阻器的阻值太大所致，因此接下来的操作应该是：移动滑动变阻器滑片，观察灯泡是否发光，故选C。
（3）为了测量小灯泡正常发光时的电功率，小可应进行的下-一步操作是：移动滑片，使电压表的示数为2.5V， 同时观察电流表的示数；
（4）根据表格可知，电路的最小电流为0.03A，此时电压表的示数为0.3V；
那么变阻器的电压U变=U总-UL=3V-0.3V=2.7V；
变阻器的最大阻值。