3.6电能 同步练习（含解析）

电能
一、单选题
1.某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10(24V/200w)和10个相同的指示灯xl～X10(220V/2W)，将其连接在200V交流电源上，电路见下图。若工作一段时间后L2灯丝烧断，则( )
A. X1的功率减小，L1的功率增大 B. X1的功率增大，L1的功率增大
C. X2的功率增大，其他指示灯的功率减小 D. X2的功率减小，其他指示灯的功率减小
2.如图实验装置可以用于探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关。实验装置中,两根阻值不等的电阻丝R1（5Ω）、R2（10Ω）串联后分别放入两个透明容器中，两个容器各连接一个U形管，两U形管装有同样的液体并封闭等量的空气，通电前，两U形管内的各液面相平，通电后，通过R1、R2的电流分别为I1、I 2 ， 通电一段时间后，比较液面的高低,应是（ ）
A. I1=I2 ， A管中的液面较高 B. I1=I2 ， A管中的液面较低
C. I1>I2 ， A管中的液面较高 D. I13.现有标注为“6V 2 W”和“12 V 8 W”的两盏电灯 L1 和 L2 ， 把它们与“20Ω 1A” 的滑动变阻器串联后，接在18V的电源上，如图所示，开关闭合后，当滑动变阻器R的滑片P从a端向b端滑动的过程中，下列说法正确的是（忽略温度对电阻的影响）（ ）
A. 两灯都变亮，且L1首先正常发光 B. 因为L2的额定功率大，所以L2比L1更亮
C. 两灯灯丝电阻不同 D. 两灯都变亮，且L2可能先烧毁
4.把一个标有“10V 3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上（如图所示），小灯泡恰好能正常工作。该电路工作10s定值电阻产生的热量是（ ）
A. 6J B. 30J C. 36J D. 60J
5.以可靠的实验事实为基础,通过推理得出结论的研究方法称为科学推理法。下列结论通过这种方法得出的是（ ）
A. ①电流产生的热量与电阻大小有关 B. ②可燃物燃烧需要温度达到着火点
C. ③叶片的下表面一般气孔数目较多 D. ④牛顿第一定律
6.有一只标有“6 V 3 W”字样的灯泡A和一只定值电阻B，A和B的电流随两端电压变化关系的图像如图甲所示。则下列说法不正确的是( )
A. 定值电阻B的阻值为6 Ω
B. 将A，B串联接在9 V电源两端，灯泡A正常发光
C. 将A，B并联接在6 V电源两端，10 s内电路消耗的电能是30 J
D. 将A与一个滑动变阻器串联接在6 V电源两端，如图乙所示，当灯泡的功率与滑动变阻器的功率相等时，滑动变阻器的功率为0.9 W
7.小科按如图甲所示的电路完成“通过导体的电流与电阻的关系”探究实验，得到I—R0关系如图乙所示。已知电源电压为4.5V，滑动变阻器R1标有“20Ω 1.5A”。实验结束后，小科进一步对滑动变阻器接入的阻值R与电路中电流大小关系进行探究，并继续画出I—R图像。则对应的图像是图丙中的图线（ ）
A. ① B. ② C. ③ D. ④
8.如图所示，电源电压不变，R1=2R2=20Ω，当开关S1闭合，S2断开，滑片P移到最右端时电压表的示数U1=6V，电流表的示数为I1 ， 电阻R1的电功率为P1：当开关S1、S2都闭合，滑片P向左移到中点位置时电压表的示数变化了3V，电流表的示数为I2 ， 滑动变阻器的电功率为P2；下列电路计算错误的是( )
A. I1：I2=4：3 B. 电源电压为6V C. P1：P2=8：9 D. 滑动变阻器的最大阻值为20Ω
9.如图所示，干路上的电流I恒为1A不变，滑动变阻器规格为“15Ω 1A”，小灯泡L上标有“6V 3W”字样。忽略温度对小灯泡阻值的影响，则下列说法正确的是( )
A. 小灯泡L正常发光时，滑动变阻器接入电路的电阻为6Ω
B. 当滑片P移到最左端时，通过小灯泡的电流为1A
C. 在滑片P向左移动过程中，并联电路两端电压减小
D. 在滑片P向左移动过程中，并联电路消耗的总功率增大
10.如图甲，电源电压保持不变，R1为定值电阻，滑动变阻器R2的最大阻值为50Ω，电压表的量程为0~15V。闭合开关S。移动滑动变阻器的滑片，得到电压表示数与滑动变阻器接入电路的电阻关系图像，如图乙所示。下列说法中正确的是（ ）
A. 电源电压为15V B. R1的阻值为15Ω
C. R2的最大功率为8.1W D. 为保证电压表安全，滑动变阻器R2接入电路的最小阻值为5Ω
11.如图所示，电源电压不变，当开关S1、S2同时闭合时，电流表的示数是0.6A，电压表示数是6V；若两表互换位置，当开关S1断开、S2闭合时，电流表的示数是0.3A，下列说法正确的是( )
A. 电压表示数是3V B. R1的阻值是20Ω
C. R1与R2的阻值之比是2∶1 D. R1消耗的电功率变为0.9W
12.如图甲所示的电路中，R0为定值电阻，R1为滑动变阻器（其最大阻值为40Ω）。闭合开关S后，当滑动变阻器的滑片P从a端移至b端的过程中，R1消耗的电功率随R1电阻变化关系如图乙所示。根据图像信息，下列判断正确的是（ ）
①电路中最小电流0.4A②R0的阻值是20Ω
③电源电压10V④R0消耗的最大电功率10W
A. ①② B. ③④ C. ①③ D. ②④
二、填空题
13.小明在老师指导下，用一个标明“1800revs/（kW·h）”的电能表，它的作用主要是 。它也可以用来粗略测量某盏灯的电功率，他让其它用电器停止工作，在10min内测得转盘转过的转数为30转，则这盏灯的功率为 W
14.某电热器的简化电路如图所示，可通过转动旋钮开关实现加热和保温功能。该电热器额定电压为220伏，R1=2000欧，R2=484欧。
（1）开关转至ac位置时，电阻R1和R2的连接方式是 。
（2）开关转至bd位置时，该电热器可实现 功能。
三、解答题
15.随着生活水平的提高，扫地机器人逐步进人普通家庭。扫地机器人具有主动躲避障碍物、自动吸尘、自动返回充电座充电等诸多智能功能。如图是某款扫地机器人及铭牌上的部分参数，请回答下列有关问题：
项目 指标参数
工作电压 15V
功率 30W
电池容量 2000mAh
（1）电池容量“2000mAh”是指当工作电流为2000 mA，能持续供电1小时。若充满电后所有电量用于扫地，则可供机器人持续正常工作多少时间
（2）机器人的供电系统设有自动充电功能，当检测到电池容量低至10％时会自动返回充电。若返回过程中受到的阻力为20牛，为确保机器人能顺利返回充电，需要充电时离充电座最远为多少米 (剩余电池容量达自动返回充电时的40％用于提供克服阻力做功)
四、实验探究题
16.小楼想测量某个仅标有“0.25 A”字样的灯泡的额定功率。电源电压为6 V且恒定。
（1）检查器材时，小楼发现电压表存在图甲所示的两个问题：一是指针位置不对；二是部分刻度模糊。出现指针位置不对的原因是 。
（2）小楼认为不更换电压表也能测出灯泡的额定功率。他进行了如下操作：解决了指针问题后，按规范步骤连接好电路（如图乙），检查无误后，闭合开关，移动变阻器滑片，当灯泡正常发光时，滑片正好在变阻器的中点。在滑片移动过程中，电流表示数从0.2 A增大到0.25 A，而电压表示数从2.0伏开始增大。小楼的同桌依据实验数据计算如下：
小楼发现步骤b的结果有错，请你指出错误原因 。灯泡的额定功率是 W。
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】 C
【解析】【分析】首先分析L2灯丝断了后X2所在部分电阻的变化，再根据“串联电路电压与电阻成正比”分析它两端电压的变化，接下来根据U总=U1+U2分析其它灯泡两端的电压变化，最后根据公式分析它们的功率变化。
【解答】原来L2与X2并联，则它们的总电阻肯定小于指示灯X2的电阻，即L2的灯丝断了后，这个位置的总电阻变大了。根据“串联电路电压与电阻成正比”的规律可知，X2两端的电压变大了。根据U总=U1+U2可知，其它指示灯两端的电压变小了。根据公式可知，指示灯X2的功率变大了，而其它指示灯的功率变小了，故C正确，而A、B、D错误。
故选C。
2.【答案】 B
【解析】【分析】根据串联电路的电流特点和焦耳定律Q=I2Rt分析判断。
【解答】根据图像可知，两个电阻丝串联，根据串联电路各处电流都相等的规律可知，通过它们的电流相等，即I1=I2。根据焦耳定律Q=I2Rt分可知，因为R1故选B。
3.【答案】 A
【解析】【分析】（1）根据电路电流的大小变化分析灯泡亮度的变化；哪个灯泡的额定电流小，哪个灯泡先正常发光。
（2）灯泡的亮度取决于实际功率的大小，根据“串联电路中功率与电阻成正比”判断；
（3）根据比较灯泡电阻大小；
（4）根据欧姆定律计算出两个灯泡的电压，从而确定哪个灯泡可能被烧坏。
【解答】根据图片可知，当滑片从a向b端移动时，它的阻值减小，则通过灯泡的电流增大，因此两个灯泡都变亮。L1的额定电流为： ， L2的额定电流为： ， 则L1先正常发光，故A正确；
灯泡L1的电阻为： ， 灯泡L2的电阻为： ， 则两个灯泡的电阻相等。故C错误；
在串联电路中，功率与电阻成正比，因为两个灯泡的电阻相同，所以它们的实际功率相同，即亮度相同，故B错误；
如果两个灯泡都不损坏，那么根据“串联电路电压与电阻成正比”可知，它们的电压都是总电压的一半，即都是9V。因为9V>6V，所以灯泡L1先被烧毁，故D错误。
故选A。
4.【答案】 A
【解析】【分析】首先根据计算出通过定值电阻的电流，然后根据U=U总-UL计算出定值电阻两端的电压，最后根据Q=W=UIt计算定值电阻产生的热量。
【解答】通过定值电阻的电流；
定值电阻两端的电压U=U总-UL=12V-10V=2V；
定值电阻产生的热量Q=W=UIt=2V×0.3A×10s=6J。
故选A。
5.【答案】 D
【解析】【分析】“理想实验”虽然也叫做“实验”，但它同前面所说的真实的科学实验是有原则区别的，真实的科学实验是一种实践的活动，而“理想实验”则是一种思维的活动；前者是可以将设计通过物化过程而实现的实验，后者则是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”．
【解答】A、①实验是为了验证焦耳定律的影响因素，采用了转换法观察实验，可以直接得出电流的产热与电阻有关；故A错误；
B、②是验证可燃物燃烧的条件，可以直接得出可燃物燃烧需要温度达到着火点；故B错误；
C、③对比两边的气泡数量的多少，可以得出叶片的下表面气孔比上表面气孔多；故C错误；
D、④牛顿第一定律的适用条件是理想状态下的，实验不可能完成，采用的是推理的方式得出实验结论的；故D正确；
故答案为：D。
6.【答案】 C
【解析】【分析】（1）在甲图中，B为直线，即电阻保持不变，据此计算出定值电阻B的阻值；
（2）在串联电路中，总电压等于各处电压之和，据此确定此时通过电路的电流和灯泡的电压，从而判断它是否正常发光；
（3）根据甲图确定二者并联时通过它们的电流，再根据I总=IA+IB计算出总电流，最后根据W总=U总I总t计算消耗的电能；
（4）在串联电路中，功率与电压成正比，据此确定灯泡的电压和对应的电流，再根据P=UI计算出此时变阻器的功率即可。
【解答】A.根据甲中B图像可知，定值电阻 ， 故A正确不合题意；
B.根据甲图可知，当电流为0.5A时，A的电压为6V，B的电压为3V，此时二者电压之和恰好等于电源电压，因此灯泡A正常发光，故B正确不合题意；
C.当A、B并联在6V的电源上时，通过B的电流为1A，通过A的电流为0.5A，那么总电流I总=IA+IB=1A+0.5A=1.5A，10s电路消耗的电能为：W总=U总I总t=6V×1.5A×10s=90J，故C错误符合题意；
D.当灯泡功率与变阻器功率相等时，二者的电压相等，即此时灯泡的电压和变阻器的电压都是3V，根据甲图可知，此时通过电路的电流为0.3A，则变阻器的功率为P=UI=3V×0.3A=0.9W，故D正确不合题意。
故选C。
7.【答案】 C
【解析】【分析】探究电流与电阻关系的实验中，要保持电压表的示数不变，根据乙图利用公式U=IR计算出电压表的示数，再根据U变=U总-U计算出变阻器的电压，最后利用公式计算出变阻器的阻值，与丙图对照即可。
【解答】根据乙图可知，电压表的示数为：U=IR=0.6A×5Ω=3V，
则变阻器的电压U变=U总-U计=4.5V-3V=1.5V；
根据公式可知，当电流为0.6A时，R变=2.5Ω；当电流为0.3A时，R变=5Ω；当电流为0.2A时，R变=7.5Ω；
根据丙图可知，变阻器的I-R图像应该是丙中的③。
故选C。

8.【答案】 A
【解析】【分析】根据R1=2R2=20Ω算出R2的电阻；
（1）当开关S1闭合、S2断开，滑片P移到最右端时，电阻R1和R2串联，电流表测量电路的电流，电压表测量电源电压，即电源电压为：U=U1=6V，
根据算出此时电路的电流，根据P1=(I1)2R1算出电阻R1的电功率；
（2）当开关S1、S2都闭合，滑片P向左移到中点位置时，滑动变阻器与R2串联，电压表测量R2两端的电压，电流表测量电路的电流，
电压表的示数变化了3V，应该是减小了3V，根据欧姆定律算出电流表的示数，根据串联电路电压的规律算出滑动变阻器两端的电压，根据P2=U滑I2算出滑动变阻器的电功率，根据算出此时滑动变阻器的电阻，进而求出滑动变阻器的最大电阻，根据两次算出的电流和电功率算出两次电流和电功率之比。
【解答】因为R1=2R2=20Ω，
所以；
（1）当开关S1闭合、S2断开，滑片P移到最右端时，电阻R1和R2串联，电流表测量电路的电流，电压表测量电源电压，
即电源电压为：U=U1=6V，故B正确不合题意；
此时电路的电流为： ，
电阻R1的电功率：P1=(I1)2R1=（0.2A）2×20Ω=0.8W；
（2）当开关S1、S2都闭合，滑片P向左移到中点位置时，滑动变阻器与R2串联，电压表测量R2两端的电压，电流表测量电路的电流，
电压表的示数变化了3V，应该是减小了3V，变为U2=6V-3V=3V；
电流表的示数：；
滑动变阻器两端的电压为：U滑=U-U2=6V-3V=3V，
滑动变阻器的电功率：P2=U滑I2=3V×0.3A=0.9W，
此时滑动变阻器的电阻：；
滑动变阻器的最大电阻为：2×R滑=2×10Ω=20Ω，故D正确不合题意；
那么I1：I2=0.2A：0.3A=2：3，故A错误符合题意；
那么P1：P2=0.8W：0.9W=8：9，故C正确不合题意。
故选A。
9.【答案】 C
【解析】【分析】（1）灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据并联电路的电压特点可知电源的电压，根据P=UI求出通过灯泡的电流，根据并联电路的电流特点求出通过滑动变阻器的电流，根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的阻值；
（2）当滑片P移到最左端时，滑动变阻器接入电路中的电阻为零，会造成电源短路；
（3）在滑片P向左移动过程中，根据电阻的并联可知总电阻的变化，根据欧姆定律可知并联电路两端电压的变化；
（4）根据P=UI可知并联电路消耗的总功率变化。
【解答】A.因并联电路中各支路两端的电压相等，且小灯泡L正常发光，
所以电源的电压U=UL=6V，
通过灯泡的电流： ，
通过滑动变阻器的电流：I滑=I-IL=1A-0.5A=0.5A，
则滑动变阻器接入电路中的阻值： ， 故A错误；
B.由图可知，当滑片P移到最左端时，变阻器接入电路中的电阻为零，会造成电源短路，则通过小灯泡的电流为0A，故B错误；
C.在滑片P向左移动过程中，变阻器接入电路中的电阻变小，由并联电路的电阻规律可知，并联部分的总电阻变小，因干路上的电流I恒为1A不变，所以，由U=IR可知，并联电路两端电压会减小，故C正确；
D.在滑片P向左移动过程中，并联电路两端电压会减小，由P=UI可知，并联电路消耗的总功率减小，故D错误。
故选C。
10.【答案】 C
【解析】【分析】（1）（2）由图知，两电阻串联，电压表测R1两端电压，在电路安全情况下，变阻器连入阻值最小时，电压表示数最大，连入阻值最大时电压表示数最小，由此根据串联电路特点和欧姆定律，结合图象列出方程组，然后计算出电源电压和R1的阻值；
（3）当变阻器和定值电阻串联，且变阻器的阻值等于定值电阻的阻值时，变阻器的电功率最大，据此根据公式P=I2R计算它的最大功率即可；
（4）根据电压表确定R1两端的最大电压，此时变阻器的电压最小，即它的阻值最小。首先根据U2'=U-U1'计算出变阻器两端的最小电压，然后根据“串联电路电压与电阻成正比”列式计算即可。
【解答】由图知，两电阻串联，电压表测R1两端电压，
由图象知当电压表示数为U1=9V，变阻器连入阻值R2=10Ω，
此时电路中电流 ，
根据电源电压得到： ①
由图象知当电压表示数U1'=6V，变阻器连入阻值R2'=20Ω，
此时电路中电流 ，
根据电源电压得到： ②；
①、②联立解得：R1=10Ω，U=18V，故A、B错误；
当变阻器R2的阻值与R1相等时，它的电功率最大。
那么R2的最大电功率为： ， 故C正确；
因为电压表的量程为0～15V，
所以当电压表示数为15V时，定值电阻分担电压最大，滑动变阻器阻值最小。
此时变阻器两端的电压：U2'=U-U1'=18V-15V=3V；
根据串联电路电压与电阻成正比得到：;
；
解得：R2'=2Ω。
故D错误。
故选C。
11.【答案】 D
【解析】【分析】（1）当开关S1、S2同时闭合时，两电阻并联，电流表测R1支路的电流，电压表测电源的电压，根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出R1的阻值；
（2）若两表互换位置，当开关S1断开、S2闭合时，两电阻串联，电流表测电路中电流，电压表测电源的电压，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，利用电阻的串联求出R2的阻值，进一步求出两电阻的阻值之比，根据P=I2R求出R1消耗的功率。
【解答】当开关S1、S2同时闭合时，两电阻并联，电流表测R1支路的电流，电压表测电源的电压，
由电压表的示数可知，电源的电压U=6V，
则电阻R1的阻值： ， 故B错误；
若两表互换位置，当开关S1断开、S2闭合时，两电阻串联，电流表测电路中电流，电压表测电源的电压，则电压表示数仍是6V，故A错误；
电路中的总电阻：；
电阻R2的阻值：R2=R-R1=20Ω-10Ω=10Ω，
则R1：R2=10Ω：10Ω=1：1，故C错误；
R1消耗的功率：P1=I2R1=（0.3A）2×10Ω=0.9W，故D正确。
故选D。
12.【答案】 B
【解析】【分析】（1）当滑动变阻器的滑片P从a端移至b端的过程中，滑动变阻器R1的功率P=I2R可求出最小电流值；
（2）（3）由图象数据求出当R1=10Ω时电路中的电流，根据欧姆定律和串联电路的特点得出当R1=10Ω和R1=40Ω时的电源电压表达式，然后联立即可求出电源电压和R0的阻值；
（4）利用功率公式 即可求出R0消耗的最大电功率。
【解答】由图甲可知，R0、R1串联，电流表测总电流。
当滑动变阻器R1的滑片P在a端时，其接入电路的电阻最大，此时电路中的电流最小，
由图象可知，R1的电阻最大为40Ω时，R1的功率为Pa=1.6W；
由P=I2R可得：1.6W=I最小2×40Ω；
解得：I最小=0.2A，故①错误；
由图象可知，当R1=10Ω时，R1的功率P1=2.5W，
由P=I2R可得：2.5W=I2×10Ω；
解得：I=0.5A；
由欧姆定律和串联电路的特点可得，当R1=10Ω时电源电压：
U=I′（R1+R0）=0.5A×（10Ω+R0）-------------①
同理可得，当R1=40Ω时电源电压：
U=I最小（R最大+R0）=0.2A×（40Ω+R0）-------------②
①②联立解得：R0=10Ω，U=10V，故②错误，③正确；
当滑动变阻器连入电路的电阻为0时，R0的电压最大为电源电压，此时R0的功率最大，
则R0消耗的最大电功率： ， 故④正确。
那么正确的是③④。
故选B。
二、填空题
13.【答案】 测量一段时间内用电器消耗的电能；100
【解析】【分析】（1）根据电能表的用途解答；
（2）首先根据计算出这盏灯消耗的电能，再根据计算出灯的功率。
【解答】（1）电能表的作用主要是：测量一段时间内用电器消耗的电能。
（2）电灯消耗的电能为：；
电灯的功率：。
14.【答案】 （1）串联
（2）加热
【解析】【分析】（1）在电路中，如果用电器首尾相连，只有一条通路，那么为串联；如果用电器并排连接在两点间，有多条通路，那么它们为并联；
（2）首先确定串并联关系，然后根据公式比较电功率的大小，从而判断所处的状态。
【解答】（1）当开关转至ac位置时，如下图所示：
两个电阻首尾相连，只有一条通路，则二者为串联。
（2）当开关转至ac位置时，两个电阻串联，此时总电阻R串；
当开关转至db时，只有电阻R2工作，此时总电阻为R2；
则R串>R2；
根据公式得到，电功率P串即前者为保温档，后者为加热档。
因此可实现加热功能。

三、解答题
15.【答案】 （1）蓄电池储藏的电能为：W=UIt=2A×15V×3600s=1.08×105J；
机器人持续正常工作的时间。
（2）机器人充电时克服阻力做功：W阻=W电能×10%×40%=1.08×105J×10%×40%=4320J；
机器人充电时到充电座的最远距离。
【解析】【分析】（1）首先根据公式W=UIt计算出蓄电池储藏的能量，再根据公式计算机器人持续正常工作的时间。
（2）首先根据W阻=W电能×10%×40%计算出机器人克服阻力做的功，再根据计算机器人充电时到充电座的最远距离。
四、实验探究题
16.【答案】 （1）电压表使用前没调零
（2）小灯泡的电阻受温度影响，不是定值；0.875W
【解析】【分析】（1）在使用电压表之前，要检查电压表的指针是否对准零刻度。如果没有对齐零刻度，那么就要先进行调整，然后再连接使用。
（2）灯泡的灯丝电阻不是固定不变的，会随其温度的升高而增大，即电流为0.2A时的电阻肯定小于0.25A时的电阻，因此计算出的电功率肯定偏小。
根据欧姆定律和串联电路的电压规律列出两个方程，从而计算出变阻器的阻值和灯泡正常发光的电压，最后根据P=UI计算出灯泡的额定功率。
【解答】（1）出现指针位置不对的原因是：电压表使用前没调零。
（2）小楼发现步骤b的结果有错，错误原因：小灯泡的电阻受温度影响，不是定值。
当灯泡正常发光时，滑片在变阻器的中点，此时电流表的示数为0.25A，
根据U总=UL+U变得到：6V=UL+0.25A× ①；
当变阻器全部使用时，电流表示数为0.2A，此时电压表的示数为2V，
根据U总=UL+U变得到：6V=2V+0.2A× ②；
①②联立得到：UL=3.5V，R滑=20Ω；
则灯泡的额定功率为：PL=ULIL=3.5V×0.25A=0.875W。