北师大版九年级年级全一册第十三章电功和电功率（有解析）

第十三章 电功和电功率
一、单选题
1．进入汛期以来，多地发生强降雨，人们在防汛的同时还要注意用电安全。下列做法正确的是（　　）
A．雷雨天站在大树下避雨
B．手上有水时拔用电器的插头
C．雷雨天在室外使用手机打电话
D．发现有人触电时，不能直接去碰触电的人
2．将灯泡L和定值电阻R以图甲方式连在6V的电源上，图乙是L和R的U-I图象，结合图中信息可知（　　）
A．灯泡L的电阻随着电流的增大而减小
B．灯泡L的实际阻值为10Ω
C．灯泡L的实际功率为0.8W
D．定值电阻R实际功率为6.4W
3．将电灯、开关和插座接入家庭电路中，接线正确的是（ ）
A． B．
C． D．
4．以下单位中，属于功率单位的是（　　）
A． B． C． D．
5．如图所示是小军同学家庭电路的一部分。他闭合开关时保险灯泡正常发光，再将电风扇的插头插入插座中时，灯泡突然熄灭，检查时发现保险丝熔断了。其原因可能是（　　）
A．电风扇断路 B．灯泡的灯丝断路
C．电风扇的插头短路 D．电风扇的电功率很小
6．下列物理量中，以科学家焦耳的名字作为单位的是（　　）
A．电功 B．电阻 C．电压 D．电流
7．如图所示的电路，电源电压恒定，闭合开关S，电流表A1、A2的示数之比是1：5．则定值电阻R1：R2的值、以及R1、R2功率P1：P2的值分别是
A．4：1 1：4 B．1：4 4：1 C．1：5 5：1 D．5：1 1：5
8．中考体检时用到了身高测量仪。小明为其设计了如图所示的电路，其中电源两端电压保持不变，R0是定值电阻，R是滑动变阻器的电阻，滑动变阻器的滑片P跟滑杆的一端连接。滑片P的位置随人身高改变而改变，从而引起显示仪的示数发生改变。下列说法中正确的是（　　）
A．显示仪是由电流表改装成的
B．被测身高越高，通过电阻R的电流越小
C．被测身高越高，电阻R0两端的电压越小
D．被测身高越高，电路的总功率越大
9．智能手机在现代生活中的作用越来越重要，频繁地使用会导致它的电能消耗很快，当手机“电量”所剩无几时，通常可以将其设置成“省电模式”来延长使用时间，这是通过以下哪种方式实现的？（ ）
A．降低散热能力 B．减小电流 C．增大电池电压 D．增加总功率
10．如图所示，闭合开关，将滑动变阻器的滑片向上滑动，下列说法正确的是（　　）
A．灯泡变暗，电压表示数变大
B．电路消耗的总功率变小，电压表示数不变
C．灯泡亮度不变，电压表示数不变
D．电路消耗的总功率变大，电压表示数变小
二、填空题
11．硅、锗等半导体材料的导电能力比铜、铝等金属的要______（选填“强”或“弱”）。某些物质在温度很低时，电阻变为零，这就是超导现象。如果能制造出常温下的超导体，它可以在下列哪种情境中得到应用______（选填序号）。
①用作电吹风的电热丝 ②用作白炽灯的灯丝 ③用作输电线
12．石墨烯被认为是一种未来革命性的材料，这种材料在一定条件下电阻可以降为零，因此可用于制作______（选填“绝缘体”、“半导体”或“超导体”）。这一特点可以在生活中用于______（选填“电饭煲发热丝”、“电动机线圈”或“白炽灯的灯丝”）。
13．小星学习电功率知识后，想利用电能表测量家中电饭锅工作时的实际功率。他仔细观察了家中的电能表，表盘参数如图所示，则小星家允许加载的用电器的最大总功率为___________。他关闭家中其他用电器，只让电饭锅工作，发现电饭锅工作，电能表转盘转过60转，则该电饭锅的实际功率为___________。
14．标有“6V 1.5W”的小灯泡，通过它的电流随两端电压变化的关系如图所示。若把这样的三只灯泡串联起来接在 12V 的电源两端，此时每个灯泡的电阻为___________Ω，每只灯泡的实际功率为___________W，如果该电路通电2 分钟，电路消耗的电能为___________J。
15．LED灯在现代生活中得到普遍应用，具有节能、环保的特点。若一个“220V 5W”的LED灯每天正常工作10小时，则30天消耗的电能是______kW·h，这些电能可供“220V 40W”日光灯正常工作______h。
三、综合题
16．如图所示是某型号电热加湿器的原理图，如表为其部分技术参数。R1、R2为发热电阻，且R2=3R1，S为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关S可实现“关”“低档”“高档”之间的转换（低档为小功率加热，高档为大功率加热）。求：
额定电压 220V
高档发热功率 4000W
水箱容积 3L
适用面积 20~40m2
（1）加湿器需在高档加热，开关S应旋转至触点______位置（选填“1、2”、“2、3”或“3、4”）；
（2）电阻R1的阻值；( )
（3）若是某次使用加湿器工作30 min中，前10分钟是高档发热功率，剩下时间为低档发热功率，请计算加湿器消耗的总电能。( )
17．请根据阅读材料，回答下列各题：
漏电保护器
自从人类大量使用电器以来，电给我们带来很多方便，但同时也可能给人带来灭顶之灾。大量经验表明，不高于36V的电压一般对人体是安全的，称为安全电压。而我国家庭电路的电压是220V，工厂和工地的动力电路电压是380V，高压输电线路的电压可达500kV，都远远高于安全电压。因此，为了使人们能够安全地利用电能，尽量避免不必要的损失，诞生了各式各样的保护装置。
漏电保护器就是其中的一类，漏电保护器是当人体触电或电器漏电时自动切断电源保护生命的设备，它在反应触电和漏电保护方面的灵敏度高且反应动作迅速，这是其他保护装置，如保险丝、自动开关等无法比拟的。漏电保护器的种类繁多，按其保护功能和用途进行分类，一般可分为漏电保护继电器、漏电保护开关和漏电保护插座三种。
漏电保护开关（如图所示）被接入家庭电路的主干路中，零线和火线同时从漏电保护开关内部牵过，推上开关后，当电路处于正常正作状态时，零线和火线中的电流一样大，漏电保护开关感觉不到电流，开关保持接通状态。若电路或用电器的绝缘皮受损导致火线外露，就可能发生漏电的情况，当漏电电流大于人体的安全电流（一般设定为是30mA）时，将导致漏电保护开关内部零线中的电流小于火线中的电流，其内部的电磁铁就会在0.1s内使开关“跳闸”．切断电路，火而起到保护作用。
漏电保护器在低压供电系统中的应用，可以大幅度提高供电系统运行的安全性对进一步保证人身和用电设备的安全具有极为重要的作用。
（1）漏电保护器具有_________的特点，可以有效地保护人身和用电设备的安全；
（2）下列哪些情形会使漏电保护开关“跳闸”，切断电路？_________（多选）
A．电路的总功率过大 B．导线的绝缘皮破损
C．电冰箱中的火线碰到了地线 D．站在地面上的人触碰到了裸露的火线
（3）小阳在拔出插座上的插头时不小心触电了，假设他的电阻为4400Ω，请通过计算说明漏电保护开关（如图所示）能否起到保护作用。______
18．家用饮水机的工作原理的简化电路如图所示，S是用感温材料制成的温控开关，当温度达到一定的数值时，S会自动切换使饮水机处于保温状态，R2是与加热管串联的定值电阻，R1是加热管的电阻，部分参数如下表：（不考虑温度对电阻的影响）
额定电压 220V
功率 50Hz
加热功率 550W
保温功率 22W
（1）通过推理说明，当开关S闭合时，该电热器处于加热还是保温状态；（要写出必要的推理过程）
（2）求出R2的阻值。
19．请阅读《安全电压》并回答。
安全电压
初中物理课本中说：“大量实验表明，不高于36V的电压对人体来说一般是安全的，称为安全电压。”这个安全电压绝对安全吗？
安全电压是指人体较长时间接触而不致发生触电危险的电压，即人体较长时间接触，对人体各部位组织器官（如皮肤、心脏、呼吸器官和神经系统）不会造成任何损害的电压，也就是说安全电压不危及人身安全。安全电压也叫安全特低电压。应特别强调：任何情况下，都不要把安全电压理解为绝对没有危险的电压。
人体触电的危险程度同很多因素有关，而这些因素是互相关联的，只要某种因素突出到相当程度，都会使触电者达到危险的因素。人体触电后的危险程度决定于通过人体的电流、电流持续时间、电流流经人体的途径、人体的电阻、电源频率、人体的健康状况、有无疾病、性别、年龄等因素。以上各种因素中，通过人体的电流的大小起决定作用，而通过人体的电流除与加在人体上的电压有关外，还与人体电阻有关，人体的电阻又受环境、温度和湿度的影响，并且影响很大。
人体触电后有无危险受许多因素的影响，主要取决于通过人体电流的大小，而人体的安全电流和人体的电阻在不同情况下的差别是很大的。因此，安全电压在理论上不可能有一个确定的值。另外，在制定安全电压时，还要从安全与经济的角度考虑，如果规定得过低，对人身安全有好处，但会增加投资甚至造成不必要的浪费。反之，如果规定得过高，虽能满足经济的要求，但对人体安全造成威胁。因此应在保证安全的前提下，提高经济效益是各国确定安全电压的原则。
我国考虑到人体所处的环境不同，触电的危险性不同，又对四种不同接触状态下的安全电压做了如下规定：
第一种情况，人体大部分浸在水中。指在游泳池或在设有电路的危险水槽内发生人体触电的状态。这些场所会发生二次灾害。例如游泳、浴池等场所发生触电后可能导致溺水死。因此，人体可能摆脱的自主电流5mA。由于人体浸在水中，人体电阻只有500Ω，此时的安全电压应为2.5V。
第二种情况，人体显著淋湿的状态，人体一部分经常接触到电气装置金属外壳和构造物的状态。通常指在隧洞或潮湿场所，人体皮肤显著受潮。同时电气设备的金属外壳和能导电的构造物结露，人体的一部分与后者接触的状态。此时，人体电阻仅为500Ω左右，若接触电压25V，通过人体电流达到允许极限值50mA；若以安全电流30mA取代，则安全接触电压为15V。
第三种情况，上述两种接触以外的情况，对人体有接触电压后，危险性高的状态。通常指住宅、工厂、学校等场所。在这种环境中人体皮肤干燥，属正常状态。安全电流最大值取30mA，人体电阻取1700Ω，持续允许接触电压为30mA×1700Ω=50V。
第四种情况，指接触电压后无危险或危险低的情况。对此，不规定安全电压值。由此可见，不高于36V的电压也不是绝对的安全，是有条件的安全。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）人体触电后是否有危险，起决定作用的因素是______；
（2）影响人体电阻大小的因素有______，在______环境中，人体电阻较小；
（3）某人在水中的电阻为800Ω，其在水中能够摆脱的自主电流为5mA，若此人浸在水中作业，则安全电压为______V。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．雷天不在大树下躲避，站在大树下躲避，容易发生雷击现象，故A错误；
B．自来水属于导体，手上有水时拔用电器的插头有可能使电流通过水传到人体上，使人体触电，故B错误；
C．雷雨天在室外使用手机打电话时所发射的电磁波容易引来雷电，造成触电事故，故C错误；
D．发现有人触电应该先切断电源，不能直接用手拉开，否则施救者也会触电，故D正确。
故选D。
2．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．由图像乙可知，灯泡L的电阻随着电流的增大而增大，故A错误；
B．从图甲中可以看出，电阻与灯泡串联。从图乙中可以看出，当电阻电压为4V时，灯泡电压为2V，灯泡与电阻的电压之和正好等于6V，此时电路的电流为0.4A，灯泡L的实际阻值为
故B错误；
C．灯泡L的实际功率为
故C正确；
D．定值电阻R实际功率为
故D错误。
故选C。
3．D
【解析】
【详解】
灯泡接法：火线进入开关，再进入灯泡顶端的金属点，零线直接接入灯泡的螺旋套，这样在断开开关能切断火线，接触灯泡不会发生触电事故。既能控制灯泡，又能更安全；三孔插座的接法：上孔接地线；左孔接零线；右孔接火线。
故选D。
4．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．kW是功率的单位，h是时间的单位，kW·h是电功的单位。故A不符合题意；
B．V是电压的单位，A是电流的单位，V·A是电功率的单位。故B符合题意；
C．N是力的单位，m是长度单位，N·m是功的单位。故C不符合题意；
D．W是功率的单位，s是时间的单位，W·s是功的单位。故D不符合题意。
故选B。
5．C
【解析】
【分析】
【详解】
家庭电路中的保险丝熔断的原因有两个：一是用电器总功率过大，二是发生短路。生活常识可知，电风扇的功率并不大，因此造成保险丝熔断的原因是发生短路，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
6．A
【解析】
【详解】
A．常用的电功或能量的单位是焦耳，故A符合题意；
B．电阻的单位是欧姆，故B不符合题意；
C．电压的单位是伏特，故C不符合题意；
D．电流的单位是安培，故D不符合题意。
故选A。
7．A
【解析】
【详解】
闭合开关R1、R2并联，A1测R1的电流，A2测干路电流；A1、A2的示数之比是1：5，根据并联电路干路电流等于各支路电流之和可得：
＝，
由于两电阻两端的电压相等，根据电压一定时，电流与电阻成反比可得：
＝，
故BCD错误；
根据P＝UI可得：
，
故A正确，故选A。
8．D
【解析】
【详解】
A．因为显示仪与R并联，所以显示仪是电压表改装的，故A错误；
BCD．被测身高越高，滑动变阻器连入电路的电阻越小，根据欧姆定律
可知，电路中的电流越大，定值电阻R0两端的电压越大，又根据
可知，电路消耗的功率也越大，故D正确，BC错误。
故选D。
9．B
【解析】
【详解】
当手机“电量”所剩无几时，即W一定，由于 W＝Pt，要延长使用时间t，则减小总功率P，根据P＝UI可知，电源电压不变，功率变小，电路中的电流变小，因此手机的“省电模式”是通过减小总电流的方式来延长使用时间的。
10．B
【解析】
【详解】
AD．由电路图可知，灯泡和滑动变阻器串联，电压表测电源的电压；因电源的电压不变，所以电压表的示数不变；故AD错误；
BC．当滑片向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，电路中的总电阻变大；根据欧姆定律可知，电路中电流变小；根据P＝I2R可知，灯泡的实际功率变小，灯泡亮度变暗，电源电压不变，电流减小，根据P＝UI可知，总功率减小，故B正确，C错误。
故选B。
11． 弱 ③
【解析】
【分析】
【详解】
[1]半导体的导电能力弱于金属导体的导电能力。
[2]超导体的电阻为0，根据焦耳定律，超导体不会将电能转化为内能，不会放热，利用电流热效应工作的用电器都不能用超导体制作，而用超导体制作输电线可以减少电能消耗。
12． 超导体 电动机线圈
【解析】
【详解】
[1]超导体是电阻为零的导体，石墨烯在一定条件下电阻可以降为零，可用于制作超导体。
[2]超导体电阻为零，根据焦耳定律可知，超导体通电后不会产生热量，因此不能应用于电饭煲发热丝和白炽灯的灯丝；可应用于电动机线圈，使电动机工作时不会发热，提高电能转化为机械能的效率。
13． 4400 600
【解析】
【分析】
【详解】
[1]由图可知，该电能表的工作电压为220V，电能表允许通过的最大电流为20A，所以小星家允许加载的用电器的最大总功率为
[2]电饭锅工作，电能表转盘转过60转，该过程中消耗的电能为
该电饭锅的实际功率为
14． 20 0.8 288
【解析】
【分析】
【详解】
[1]因为三只灯泡串联且规格相同，所以通过它们的电流和电阻都相同，即这三只灯泡两端分得的电压都相同，所以三只灯泡串联接在12V的电源两端时，每只灯泡两端的电压都为U=4V；由图象知道，当U=4V时，I=0.2A，则小灯泡的电阻
[2]小灯泡的实际电功率
P=UI=4V×0.2A=0.8W
[3]该电路通2分钟，电路消耗的电能为
W=UIt=12V×0.2A×2×60s=288J
15． 1.5 37.5
【解析】
【详解】
[1]30天消耗的电能
W=Pt=5×10-3kW×10h×30=1.5kW·h
[2]这些电能可供“220V 40W”日光灯正常工作的时间
16． 3、4 12.1Ω 3.6×106J
【解析】
【详解】
解：（1）不管是高档还是低档，工作电压都是220V，当开关S旋转至触点1、2时，电路断开，加湿器停止工作。当开关S旋转至触点3、4时，R2被短路，只有R1接入电路，电路功率为。当开关S旋转至触点2、3时，R2和R1串联接入电路，电路功率为。所以开关S旋转至触点3、4时，加湿器处于高档，开关S旋转至触点2、3时，加湿器处于低档。
（2）由加湿器铭牌可知，高温功率为P1=4000W，由可得R1的阻值为
（3）由题意知，R2=3R1，低挡发热功率为
工作30 min时，其中高挡10 min，低挡20 min，所以加湿器消耗的总电能为
W=W1+W2=P1t1+P2t2=4000 W×10×60 s+1000W×20×60 s=3.6×106J
答：（1）加湿器需在高档加热，开关S应旋转至触点“3、4”位置；
（2）电阻R1的阻值为12.1Ω；
（3）高档加热10min，低档加热20min，则加湿器消耗的总电能为3.6×106J。
17． 灵敏度高且反应动作快速 CD 见详解
【解析】
【详解】
（1）[1]漏电保护器在人体触电或电器漏电时时会在小于0.1s内自动快速切断电路，所以漏电保护器的特点是灵敏度高且反应动作快速。
（2）[2]A．电路的总功率过大时，空气开关会跳闸保护电路，防止烧毁电路引发火灾，故A不符合题意；
B．导线的绝缘皮破损，裸露的导线相撞接触会发生短路，空气开关会跳闸保护电路，故B不符合题意；
C．大功率的用电器的金属外壳接地线，为了防止发生触电事故，此时电冰箱中的火线碰到了地线，即家用电器的金属外壳带电，发生漏电，漏电保护器会切断电源，故C符合题意；
D．站在地面上的人触碰到了裸露的火线会发生触电事故，漏电保护器会切断电路，故D符合题意。
故选CD。
（3）[3]根据欧姆定律，家庭电路电压为220V，通过人体的电流大约为
故漏电保护器可以起到保护作用。
18．（1）加热状态；（2）2112Ω
【解析】
【详解】
解：（1）当S断开时， R1与R2串联；当S闭合时，只有加热管R1接入电路，由串联电阻的规律，S断开时电路的电阻较大，当S闭合时电路的电阻较小，根据，开关S闭合时，电路的功率较大，该电热器处于加热状态。
（2）根据可得在加热状态下的电阻
由串联电阻的规律，根据可得在保温状态电路的电阻为
R2的阻值为
R2=2200Ω-88Ω=2112Ω
答：（1）当开关S闭合时，该电热器处于加热还是保温状态；
（2）R2的阻值为2112Ω。
19． 通过人体电流的大小 环境、温度、湿度 潮湿 4
【解析】
【详解】
（1）[1]人体触电后的危险程度决定于通过人体的电流、电流持续时间、电流流经人体的途径、人体的电阻、电源频率、人体的健康状况、有无疾病、性别、年龄等因素。以上各种因素中，通过人体的电流的大小起决定作用。
（2）[2][3]通过人体的电流除与加在人体上的电压有关外，还与人体电阻有关，人体的电阻又受环境、温度和湿度的影响，并且影响很大。在潮湿的环境中，人体的电阻会变小。
（3）[4]某人在水中的电阻为800Ω，其在水中能够摆脱的自主电流为5mA，由欧姆定律得
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