粤沪版物理九年级上册课课练：第15章 电能与电功率 自我综合评价（含答案）

第十五章　时间:40分钟　分值:100分]
一、选择题(每题3分,共30分)
1.如图所示的各种用电器中利用电流的热效应工作的是 (　　)
2.如图所示,对于电能表表盘上的一些参数的理解,下列说法中错误的是 (　　)
　
A.此时电能表的读数为120.7度
B.“220 V”是指这个电能表应该在220 V的电路中使用
C.“10(20) A”是指这个电能表使用时正常工作电流为10 A或20 A
D.“600 r/(kW·h)”是指用电器每消耗1 kW·h的电能,电能表的转盘转过600 r
3.小刚利用电能表测某用电器的电功率,当电路中只有这个用电器工作时,测得在15 min内,消耗电能0.4 kW·h,这个用电器可能是 (　　)
A.空调 B.电冰箱 C.电视机 D.普通家用照明灯泡
4.标有“PZ220 V　40 W”字样的灯泡,接在110 V的电源两端,其实际消耗的电功率是(设灯丝电阻不随温度变化) (　　)
A.10 W B.20 W C.40 W D.80 W
5.如图所示是一种电热水器中发热体的铭牌,下列说法中错误的是 (　　)
A.电热水器的电功率为1000 W
B.电热水器在额定电压下工作时的电功率是1000 W
C.电热水器的热效应是电流通过发热体的电阻时产生的
D.电热水器正常工作20 min,电流做的功是1.2×106 J
6.为检查驾驶员是否饮酒而设计的电路如图甲所示,R为酒精气体传感器,其阻值随酒精气体浓度的变化曲线如图图乙所示,R0为定值电阻,电源电压不变。闭合开关,当所检测酒精气体浓度增大时 (　　)
A.电流表示数减小 B.电压表示数减小
C.电路总电阻增大 D.电路总功率增大
7.甲、乙两只白炽灯的铭牌如图所示,下列说法正确的是(不考虑温度对灯丝电阻的影响) (　　)
A.甲灯灯丝比乙灯灯丝粗
B.两灯都正常发光时,甲灯消耗的电能较少
C.两灯并联后,接在110 V电路中,两灯一样亮
D.两灯串联后,接在110 V电路中,甲灯比乙灯亮
8.将分别标有“6 V　6 W”和“6 V　3 W”字样的灯泡L1和L2串联在某电路中,设灯丝电阻不变,则 (　　)
A.通过灯L1、L2的电流之比为2∶1
B.灯L1、L2的实际功率之比为2∶1
C.电源电压为12 V时,L1、L2均正常发光
D.电源电压为9 V时,L2正常发光
9.如图所示,阻值为R的电阻丝,用四种方法分别接在电压为U或2U的电源上。闭合开关后,在相同时间内虚线框里的电阻丝产生的总热量最多的是 (　　)
10.额定电压均为6 V的甲、乙两灯,I-U图线如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.甲、乙两灯的电阻均随电压增大而减小
B.甲、乙两灯的额定功率之比为4∶1
C.甲、乙两灯并联接在电压为2 V的电源两端时,电阻之比为3∶2
D.甲、乙两灯串联接在电压为8 V的电源两端时,实际功率之比为1∶3
二、填空题(每空2分,共20分)
11.某款手机的充电器标有“5 V　2 A”字样,其意义是:该充电器的充电电压是5 V,最大输出电流为2 A。给手机充电时的能量转化是电能转化为　　　能。手机电池充满电所储存的电能是1.8×105 J,若充电时以最大输出电流充电,要将耗尽电量的手机电池充满电需要　　　h。
12.从产品说明书得知,一台“6 V　3 W”的迷你型小风扇,电动机线圈的阻值为0.1 Ω,则小风扇正常工作1 min消耗的电能为　　　　J,电动机线圈1 min产生的热量为　　　　J。
13.如图所示,标有“12 V　24 W”字样的灯泡L和电阻R连接在电路中,灯泡正常发光,电流表的示数为 3 A,则R的阻值为　　　　Ω,它的功率为　　　　W。
14.如图甲所示的电路,电源电压保持不变,闭合开关S,滑动变阻器的滑片P从a端移动到b端的整个过程中,电流表示数I与电压表示数U的关系图像如图图乙所示。则电阻R1的阻值为　　　　 Ω;当变阻器滑片P处于a端时,电阻R1消耗的电功率为　　　　W。
15.如图所示电路中,电源电压不变,R1的阻值为10 Ω,只闭合开关S1时,电流表的示数为0.3 A,若再闭合开关S2后,电流表的示数为0.45 A,则R2的阻值为　　　　Ω,电路中消耗的最大电功率是　　　　W。
三、简答题(4分)
16.家庭电路常用导线的横截面积的规格有“1.5 mm2、2.5 mm2、4 mm2……”,在安装热水器等大功率用电器时会选择2.5 mm2甚至更粗的导线。热水器加热时,即使电流较大,导线也不怎么热。请用所学的物理知识解释大功率用电器工作时:
(1)电路中电流较大的原因。
(2)粗导线不怎么热的原因。
四、实验探究题(共26分)
17.(8分)如图所示是探究电流通过导体时产生热量的实验,甲、乙两套装置中各有两个相同的透明容器,其中密封着等量的空气和一段电阻丝(阻值在图中已标出),U形管中装有等量的液体,接通电源,观察现象。
(1)实验中通过观察　 　的变化来比较导体所产生的热量的多少,这运用了　　　　(选填“转换法”或“等效替代法”)的物理思想。
(2)用甲装置进行实验时,通过控制通电时间和电路中的　　　　不变,来研究导体产生热量与电阻的关系。
(3)在乙装置中,C、D透明容器中产生热量较多的是　　　　容器。
18.(18分)为了测量小灯泡的额定功率并探究小灯泡亮度与实际功率的关系,某校物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验电路,小灯泡的额定电压U额为2.5 V,小灯泡正常发光时的电阻约为10 Ω,电源电压为6 V,可供选用的滑动变阻器有“10 Ω　1 A”的R1和“20 Ω　1 A”的R2。
(1)为了完成实验,你认为应该选用的滑动变阻器是　　　　(选填“R1”或“R2”)。
(2)请用笔画线代替导线将图甲的实验电路补充完整。(要求:滑动变阻器滑片向右移动时,灯泡变亮)
(3)电路正确连接后,闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表无示数,电压表指针明显偏转,你认为造成这一现象的原因可能是　　　　(填字母)。
A.电流表断路 B.小灯泡短路 C.小灯泡灯丝断了 D.滑动变阻器短路
(4)排除故障后,当滑动变阻器的滑片移到某一位置时,某同学从“0~15 V”量程的刻度线看出指针停在10 V处,此时发现小灯泡发光较　　　　;若要测量小灯泡的额定功率,应将滑动变阻器的滑片向　　　　(选填“左”或“右”)移,直到小灯泡正常发光,此时电流表的示数如图图乙所示,则小灯泡的额定功率是　　　　W。
(5)根据收集到的实验数据,同学们得出了灯泡亮度与实际功率的关系。在分析论证过程中,小明发现小灯泡在不同亮度下,它两端的电压与电流的比值不一样,其主要原因是　 。
(6)另一小组实验时,发现电流表已经损坏,为了测出该小灯泡的额定功率,小组在实验室选了一个10 Ω的定值电阻R0和一个单刀双掷开关,设计了如图图丙所示的电路并完成了该实验(电源电压不变),请将以下实验步骤补充完整。
①闭合开关S,S1接b,调节滑动变阻器的滑片直至电压表的示数为　　　　。
②闭合开关S,保持滑动变阻器滑片的位置不动,S1接a,读出此时电压表示数为U。
③小灯泡的额定功率P额=　　　　(用R0、U额、U表示)。
五、计算题(共20分)
19.(10分)在如图所示的电路中,电源电压保持不变,灯泡L2标有“24 V　12 W”字样。开关S1闭合、S2断开时,电流表的示数为1 A,电压表的示数为12 V,灯泡L1正常发光,不考虑温度对灯丝电阻的影响。求:
(1)灯泡L1的额定功率。
(2)在10 s内,灯泡L2正常发光时消耗的电能。
(3)灯泡L2的电阻。
(4)当开关S1、S2都闭合时,电流表的示数和灯泡L2的实际功率。
20.(10分)甲是小明家的电养生壶。它有高温、中温、低温三个挡位,图乙是它的工作电路图,其中R1、R2为发热电阻,R2=88 Ω。该电养生壶的部分参数如图下表所示,求:
(1)发热电阻R1的阻值。
(2)该电养生壶在中温挡时的电功率。
(3)小明某次使用时,在额定电压下用高温挡加热3 kg水,使其温度从20 ℃上升到100 ℃,则烧开一壶水需要多长时间。[不计热量损失,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
额定电压 220 V
低温挡功率 275 W
容量 3 L
防烧干功能 有
答案
1.C　2.C　3.A　4.A　5.A　6.D　7.D
8.D L1和L2串联接在电路中,通过它们的电流相等。L1的电阻:R1===6 Ω,L2的电阻:R2===12 Ω,L1和L2两端电压之比U1∶U2=R1∶R2=6 Ω∶12 Ω=1∶2,L1和L2的实际功率之比P1∶P2=U1∶U2=1∶2。当电源电压为12 V时,电路中电流:I=I1=I2=== A,灯L1两端电压:U1=I1R1= A×6 Ω=4 V,不能正常发光,由串联电路电压规律可知,L2两端电压:U2=U-U1=12 V-4 V=8 V,会烧坏L2。当电源电压为9 V时,U1'+U2'=U'=9 V,U1'∶U2'=1∶2,U1'=3 V,U2'=6 V,即灯泡L1两端的电压小于其额定电压,不能正常发光,灯泡L2两端的电压等于其额定电压,故能正常发光。
9.D　
10.D　 由图像可知,两灯的I-U图线向电压的横轴偏折,甲、乙两灯的电阻随电压的增大而增大,故A错误;6 V的额定电压下通过甲、乙两灯的电流之比是2∶1,因此甲、乙两灯的额定功率之比是2∶1,故B错误;甲、乙两灯的电压都是2 V时,通过甲的电流是0.3 A,通过乙的电流是0.2 A,电阻之比是2∶3,故C错误;甲、乙两灯串联在8 V电压下,电流相等,两灯电压之和为8 V,由图可知此时电流是0.3 A,甲的电压是2 V,乙的电压是6 V,故两灯实际功率之比是1∶3,故D正确。
11.化学　5　 (1)充电时,消耗电能,能量以化学能的形式储存在电池中,故电能转化为化学能;
(2)由题知,充电电压是5 V,最大输出电流为2 A,由W=UIt得,将手机电池充满电需要的时间:t===1.8×104 s=5 h。
12.180　1.5　 本题考查对非纯电阻电路的电能和电热的计算。消耗的电能为W=Pt=3 W×60 s=180 J;电路中通过线圈的电流为I===0.5 A;电路中通过线圈的电流产生的热量为Q=I2Rt=(0.5 A)2×0.1 Ω×60 s=1.5 J。
13.12　12　 分析电路图可知,L与R并联在电路中,由灯泡正常发光可知电源电压为12 V,灯泡中的电流为I额===2 A,则电阻R中的电流为IR=I-I额=3 A-2 A=1 A,R的阻值为R===12 Ω,它的功率为P=UIR=12 V×1 A=12 W。
14.10　0.1　 当滑片从a端向b端滑动时,滑动变阻器连入电路中的电阻变小,电路中电流变大,电压表示数变大。因此由题图可知,当滑片P在b端时,电路为R1的简单电路,电压表示数为3 V,电流表示数为0.3 A,则R1===10 Ω;当滑片在a端时,电压表的示数为1 V,电流表的示数为0.1 A,则R1消耗的电功率为P1=U1I'=1 V×0.1 A=0.1 W。
15.20　1.35　 只闭合开关S1时,电路为R1的简单电路,根据I=可知,电源电压:
U=I1R1=0.3 A×10 Ω=3 V;
再闭合开关S2后,两电阻并联,电流表测干路电流,并联电路各支路独立工作、互不影响,所以通过R1的电流不变,仍为0.3 A,并联电路中干路电流等于各支路电流之和,则通过R2的电流:I2=I-I1=0.45 A-0.3 A=0.15 A,
并联电路各支路两端的电压相等,则R2的阻值:R2===20 Ω,
此时电路中消耗的电功率最大,则P=UI=3 V×0.45 A=1.35 W。
16.(1)家庭电路电压为220 V一定,由I=知,电路中接入大功率用电器工作时,电路的总功率较大,所以电路中电流也较大。
(2)在其他条件相同时,粗导线的横截面积大,电阻小,根据P=I2R,在电路中电流一定时,粗导线的电阻小,导线的发热功率小,所以大功率用电器工作时粗导线不怎么热。
17.(1)U形管两侧液面高度差　转换法
(2)电流　(3)C
(1)电流通过导体产生热量的多少不能直接观察,但电阻丝对容器中的空气加热时,空气温度升高体积膨胀,引起U形管中液柱高度的变化,所以通过U形管两侧液面高度差的变化来反映电阻丝产生热量的多少,这种研究方法叫转换法。
(2)两个电阻串联在电路中,电流相同,通电时间相同,电阻不同,运用控制变量法,探究电流产生热量跟电阻的关系。
(3)图乙装置中两个5 Ω的电阻并联后再与一个5 Ω的电阻串联,根据串联电路的电流特点可知,通过右侧两个电阻的总电流和通过左侧电阻的电流相等,即I右=I左,两个5 Ω的电阻并联,根据并联电路的电流特点知I右=I内+I外,所以,I左>I内,容器内的电阻值都是5 Ω,通电一段时间,由Q=I2Rt知,C容器中电流产生的热量多。
18.(1)R2　(2)如图图所示　
(3)C　
(4)暗　右　0.65　
(5)小灯泡的电阻受温度影响,温度越高,小灯泡的电阻越大
(6)①2.5 V　③
(1)灯的额定电压为2.5 V,电阻约为10 Ω,由欧姆定律,灯的额定电流约为
I===0.25 A,
根据串联电路电压的规律及欧姆定律,灯正常发光时变阻器连入电路的电阻:
R滑===14 Ω,故应选用“20 Ω　1 A”的R2。
(2)滑动变阻器滑片向右移动时,灯泡变亮,即电路中电流变大,电阻变小,故变阻器右下接线柱连入电路中。
(3)若电流表断路,整个电路断路,两表都没有示数,故A选项不符合题意;若小灯泡短路,电压表没有示数,电流表有示数,故B选项不符合题意;若小灯泡灯丝断了,小灯泡不亮,电流表无示数,电压表与电源连通测电源电压,电压表指针明显偏转,故C选项符合题意;滑动变阻器短路,电压表测电源电压,电压表有示数,电路为通路,电流表有示数,故D选项不符合题意。
(4)排除故障后,当滑动变阻器的滑片移到某一位置时,某同学从“0~15 V”量程的刻度线看出指针停在10 V处,根据电压表大小量程之比为5∶1,灯的实际电压为2 V,小于灯的额定电压,此时发现小灯泡发光较暗;灯在额定电压下正常发光,因2 V小于灯的额定电压2.5 V,故应增大灯两端的电压,根据串联电路电压的规律,应减小变阻器的电压,由分压原理,应减小变阻器连入电路中的电阻大小,故滑片向右移动,直到小灯泡正常发光,此时电流表的示数如图图乙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02 A,电流为0.26 A,则小灯泡的额定功率:P=U额I额=2.5 V×0.26 A=0.65 W。
(5)根据欧姆定律,灯两端的电压与电流的比值即为灯的电阻,因小灯泡的电阻受温度影响,温度越高,小灯泡的电阻越大,故它两端的电压与电流的比值不一样。
(6)①闭合开关S,S1接b,调节滑动变阻器滑片直至电压表的示数为2.5 V,即灯两端的电压为U额。②闭合开关S,保持滑动变阻器滑片位置不动,S1接a,读出此时电压表示数为U。在①中,电压表测灯两端的电压,小灯泡正常发光;在②中,电压表测电源电压,因此时各电阻的大小和电压不变,灯仍正常工作,根据串联电路电压的规律,此时定值电阻两端的电压U0=U-U额,由欧姆定律可求出灯的额定电流:
I灯=I0==,灯的额定功率:
P=U额I灯=。
19.(1)开关S1闭合、S2断开时,电路为L1的简单电路,灯泡L1正常发光,则额定电压U额1=U=12 V,额定电流I额1=I=1 A,则灯泡L1的额定功率为P额1=U额1I额1=12 V×1 A=12 W。
(2)由P=可得,灯泡L2消耗的电能:W=P额2t=12 W×10 s=120 J。
(3)由P=UI=可得,灯泡L2的电阻:
R2===48 Ω。
(4)当开关S1、S2都闭合时,两灯泡并联,此时通过L1的电流仍为1 A,通过L2的电流:I2===0.25 A,
电流表的示数:
I'=I额1+I2=1 A+0.25 A=1.25 A;
L2的实际功率:P2=UI2=12 V×0.25 A=3 W。
20.(1)当开关S2接B,S1断开时,两电阻串联,电路中总电阻最大,根据P=可知,此时电功率最小,为低温挡;由P=得,电路总电阻:R总===176 Ω,发热电阻R1的阻值:R1=R总-R2=176 Ω-88 Ω=88 Ω。
(2)当开关S2接B,S1闭合时,电路为R1的简单电路,为中温挡;电养生壶在中温挡时的电功率:P中===550 W。
(3)当开关S2接A,S1闭合时,两电阻并联,电路中总电阻最小,根据P=可知,此时电路电功率最大,为高温挡;高温挡功率:P高=P1+P2=+=+=1100 W,
水吸收的热量:Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×3 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.008×106 J,
不计热量损失,消耗的电能W=Q吸=1.008×106 J,
由P=得,所需加热时间:t'==≈916.4 s。