【备考2023】浙教版科学中考第一轮复习--物理模块（十八）：电功、电功率（2）【word，含答案解析】

一、电热器
1．电流的热效应的探究实验
该实验可探究电流通过导体产生的热量的影响因素。实验原理是根据煤油在玻璃管里上升的高度来判断电流通过电阻丝通电产生热量的多少。实验采用煤油的原因是煤油比热容小且绝缘。
2．焦耳定律
电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
计算公式：Q＝I2Rt(适用于所有电路)，对于纯电阻电路可推导出：Q ＝UIt＝ U2t/R＝W＝Pt。
3．电热器
利用电流的热效应制成的发热设备。电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。
二、电动机(非纯电阻电路)的计算
所谓纯电阻电路指的是工作时将电能全部转化为内能的电路。电动机属于典型的非纯电阻电路，电动机工作时将电能主要转化为机械能，少量转化为内能。
电动机的耗电功率即为总功，计算公式：P总＝UI。
发热功率指电动机在工作时将电能转化为内能的功率，计算公式：P热＝I2R(此处的R指电动机的纯电阻)。电动机的机械功率不能直接求得，只能通过前两者相减：P有＝P总－P热＝UI－I2R。
例1、下列连接方法中，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少的是（　　）
A． B．
C． D．
例2、多功能煲汤炖锅可以实现保温、慢炖、快炖三种功能，使用时可通过旋钮开关实现功能切换。下图是模拟加热原理图，其中测试电源的电压为5伏，四段电热丝电阻均为5欧，保温、慢炖、快炖所需加热功率依次增大。下列说法正确的是（　　）
A．开关旋至“1”挡，开启快炖功能
B．开启保温功能，电路中的总电阻为5欧
C．从快炖到慢炖，电路总电流变化0.5安
D．快炖与慢炖电路总功率之比为2：1
例3、学习了电学知识后，某科学兴趣小组开展制作“电热水壶”的项目化学习。
【项目任务】制作一款电热水壶。经过小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下：
容积：1L；
功能：①加热：②保温；
性能：能在7分钟内将1L水从20℃加热到100℃（不计热量损失）。
【方案设计】为实现上述功能，同学们利用两个不同阻值的电阻（R1＜R2）进行设计，其中方案一如图所示。利用方案一中的器材，请将方案二的电路补充完整。
【器材选择】若该壶是按照方案一设计的，根据项目任务中的性能要求，选择的加热电阻阻值最大为多少欧姆？[Q吸＝cm（t﹣t0），c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
【方案反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全，从安全角度提出一条设计建议 　 　。
【项目制作】……
例4、某品牌电加热座椅垫内部电路如图所示，S接触“2”或“3”触点时，可实现“低温”或“高温”挡位调节，已知低温挡功率为9W，高温挡功率为36W。求：
（1）在“高温”挡工作时，电路中的电流。
（2）在“低温”挡工作时，5min电路消耗的总电能。
（3）R1的阻值。
例5、随着生活条件的改善，人们更加注意家居环境的美化，如图所示甲是带有水温调节功能的家庭水族箱。该水族箱的鱼缸水温调节器工作原理如图乙所示：其中R1为阻值可调的电热丝，R2为定值电热丝，R2＝400欧，开关S2为单刀双掷开关，不考虑温度对电阻的影响。试问：
（1）如图乙所示可知：当开关S1闭合，S2接b时，电路处于 　 　状态（填“保温”或“加热”）；
（2）当开关S1闭合，S2接a时，若电路消耗功率P＝48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为多少？
（3）当开关S1闭合，S2接a时，调节滑片得到R1的功率随电路中电流变化的图象如图丙所示，求R1接入电阻最大时R1的功率为多少？
1．如图所示是一个电吹风的实物连接图，其中发热电阻丝的阻值为50Ω，电吹风吹冷风时，测得插头处的电流表为0.2A。当此电吹风吹热风时，正常工作2分钟，消耗的电能是（　　）
A．5050J B．240J C．116160J D．121440J
2．甲、乙两个相同的烧瓶里分别装有等质量的水和煤油，在水和煤油中放入完全相同的电阻丝，现把两个电阻丝串联起来，组成如图所示的电路，闭合开关一段时间，通过温度计观察水和煤油的温度上升。
（1）水上升的温度（Δt水）与煤油上升的温度（Δt油）的大小关系是Δt水　 　Δt油（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
（2）移动滑动变阻器滑片，继续观察，发现水和煤油的温度升高得更快，那么滑动变阻器滑片在向 　 　（选填“A”或“B”）移动。
3.智能家居带给我们健康、舒适的生活，如智能马桶（图甲），某品牌智能马桶座圈的简易加热电路如图乙所示，电阻R1和R2是阻值恒定的电热丝，单刀双掷开关S2可接a或b，再通过开关S1的通断，实现“高、中、低”三种温挡的调节，其中低温挡的功率为20瓦，电阻R2为1210欧。
（1）座圈加热时，把电能转化为 　　能；
（2）当开关S1闭合、S2接a时，该座圈的电路相当于下列选项中的 　 ；
（3）1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作多少小时？
（4）该座圈处于中温挡工作时的电功率为多少？
4．某兴趣小组设计的“温度控制器”工作时有加热和保温两种状态。电路如图所示，S为开关，双金属开关在温度低时闭合，温度到达一定值时自动断开，降温后再闭合，循环工作，起到调节温度作用，指示灯的额定电压为200V，且亮起即正常工作，发热电阻阻值为40Ω。求：
（1）当指示灯亮时，温度控制器处于　 　状态。
（2）指示灯的电阻值。
（3）加热状态时，温度控制器工作1分钟所消耗的电能。
1．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，将多个阻值相同的电阻R以不同的连接方式接入电路中，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
2．电炉丝正常工作时，导线和电炉丝通过的电流相同，但电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。为探究其原因，小乐设计了如图所示的实验电路，其中R1＞R2。
（1）用笔画线代替导线将实验电路连接完整。
（2）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，烧瓶中应加入等量的 　 　（选填“水”或“煤油”）；实验中通过 　 　（选填“加热时间”或“温度计示数的变化”）来反映电阻丝产生热量的多少。
（3）实验表明：在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多。则“电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热”的原因是 　 　。
3.便携式无线加湿器，让你随时随地实现加湿自由。某品牌便携式无线加湿器，通过旋转开关S接触不同触点，实现高、低两个挡位的转换，其简化的工作电路如图所示，铭牌上的部分参数如下表：
项目 参数
工作电压（V） 20
低挡位功率（W） 5
高挡位功率（W） 10
完成下列问题：
（1）旋转开关S接触“bc”两触点时，加湿器处于 　 　挡位；
（2）加湿器低挡位工作时，电路通过的电流多大？
（3）加湿器高挡位工作6小时，将消耗多少电能？
4．某品牌酸奶机的部件如图甲所示，工作电路如图乙所示，其中R1与R2为电热丝。接入电路，启动工作即为闭合开关S1，进入加热状态，此时的功率为20W；当温度达到42℃时，温控开关S2自动断开，功率减小到4W，此后设备达到热平衡，温度保持42℃不变（不考虑温度对电阻的影响）。
小乐利用此酸奶机按如下方式制取酸奶：
①将酸奶机的不锈钢内胆放在开水中煮5分钟；
②将新鲜纯牛奶倒入酸奶机，然后加入适量酸奶；
③盖上酸奶机的顶盖，让内部处于密封状态，打开电源开关。
（1）组成酸奶机部件的材料中，属于金属材料的是　 （选填“玻璃”“塑料”或“不锈钢”）。
（2）在制作酸奶过程中，步骤①和步骤③的目的分别是　 。
（3）该酸奶机电热丝R2的阻值为　 Ω；若加热时的效率为75%，则将240g的混合牛奶（鲜奶和酸奶的混合物）从22℃加热到42℃大约需要 　s。[混合牛奶的比热容始终为2.5×103J/（kg ℃）；不考虑加热过程中热量散失的影响]
5．电压力锅结合了压力锅和电饭锅的优点，解决了压力锅的安全问题，如图是某品牌的电压力锅和它的简化电路图，R1为工作时的加热电热丝，额定功率为800W；R2为保温保压电热丝，且R2＝4R1，使用时同时闭合开关S1、S2，S1为压力开关，当压强达到设定值时S1会自动断开，排气阀开始排气；S2为限时开关，可以设定保温保压时间。
（1）电压力锅工作时，把电能转化为 　 　能；
（2）加热功率为额定功率800W时，电阻丝R1的阻值为多少欧姆？
（3）用电压力锅煮骨头汤时食物更容易煮透。假设某次要煮水和骨头共计4千克，水的初温20℃，不计热损失，加热到最高温度120℃时，至少需要多少时间？（c水＝4.2×103J/（kg ℃），设骨头的比热容与水相同）
答案及解析
例1、解：串联电路总电阻大于任何一个分电阻，并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，
根据电阻串联和并联的特点可知，四个图中电路的总电阻关系为：RC＞RB＞RA＞RD，
由题知，甲、乙、丙、丁四个电路两端电压相等，
由Qt可知，C图中电路的总电阻最大，相同时间内产生的总热量最少。
故选：C。
例2、解：
A、开关旋至“1”挡，两个电阻串联，此时电路总电阻：R串＝2R＝2×5Ω＝10Ω；
此时的总功率P12.5W；
开关旋至“2”挡，只有一个电阻工作，
此时的总功率P25W；
开关旋至“3”挡，两个电阻并联，并联的电阻为：R并R5Ω＝2.5Ω，
此时的总功率P310W；
因此开关旋至“1”挡，为保温挡；接“2”时为慢炖，接“3”时为快炖，故A错误；
B、开关旋至“1”挡，为保温挡，总电阻为10Ω，故B错误；
C、快炖时，两个电阻并联，总电流为：I并2A；
慢炖时，只有一个电阻，总电流为：I1A；
则从快炖到慢炖，电路总电流变化：△I＝I并﹣I＝2A﹣1A＝1A，故C错误；
D、快炖与慢炖电路总功率之比：P3：P2＝10W：5W＝2：1，故D正确。
故选：D。
例3、解：【方案设计】
方案一，电路中两电阻串联，闭合开关S后，当开关S1闭合时，电路为R1的简单电路，电路的电阻较小，电功率较大，为加热状态；当开关S1断开时，两电阻串联，电路的电阻较大，电功率较小，为保温状态；
开关转换达到改变电路中电阻的大小，从而改变电热水壶的电功率，以实现加热和保温功能；
为了实现上述功能，还可以将两电阻并联，通过开关转换实现，电路图如图所示：
当闭合开关S时，为保温状态，再闭合S1为加热状态；
【器材选择】
由题知，方案一中能在7分钟内将1L水从20℃加热到100℃，
水的质量：m＝ρV＝1×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，
水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J，
不计热量损失，电热水壶消耗的电能：W＝Q吸，
电热水壶的加热率：P800W，
由P可得，R60.5Ω，
即选择的加热电阻阻值最大为60.5Ω；
【方案反思】
为了保证使用的安全，可以在加热的支路上增加一个温度控制开关，避免水加热至沸腾后仍持续加热。
故答案为：【方案设计】见上图；
【器材选择】方案一，选择的加热电阻阻值最大60.5Ω；
【方案反思】在加热的支路上增加一个温度控制开关。
例4、解：（1）电源电压U一定，由P可知，电阻越大，电功率越小；由电路图可知，开关S接触“2”，两电阻串联，此时功率较小，处于低温挡；S接触“3”，只有电阻R1接入电路，此时处于高温挡；
已知高温挡功率P高＝36W，电源电压U＝12V，由P＝UI可得，
在“高温”挡工作时，电路中的电流I3A；
（2）已知低温挡功率P低＝9W，由P可得，
5min电路消耗的总电能W＝P低t＝9W×5×60s＝2700J；
（3）由电路图可知，S接触“3”，只有电阻R1接入电路，此时处于高温挡；
由P可得，
电阻R14Ω；
答：（1）在“高温”挡工作时，电路中的电流为3A。
（2）在“低温”挡工作时，5min电路消耗的总电能为2700J。
（3）R1的阻值为4Ω。
例5、解：
（1）当开关S1闭合、S2接b时，电路为R2的简单电路；开关S1断开、S2接a时，两电阻串联；
根据电阻的串联规律可知，串联电路的总电阻大于其中任一电阻，根据P＝UI可知，当开关S1闭合、S2接b时，总电阻最小，电功率最大，为加热状态；
（2）开关S1断开、S2接a时，两电阻串联，电路处于保温状态时，等效电路图如下图所示：
由P＝UI得电路的总电阻：
R1000Ω，
则根据串联电路的电阻特点可得R1连入电路的阻值：
R1＝R﹣R2＝1000Ω﹣400Ω＝600Ω；
（3）当电路处于保温状态且R1接入电阻最大时，电路中的电流最小，由图丙可知，最小电流为：I最小＝0.05A，
则此时总功率为：P总＝UI最小＝220V×0.05A＝11W，
此时R2的功率：
P2＝I最小2R2＝（0.05A）2×400Ω＝1W，
所以，滑动变阻器消耗的电功率：P滑＝P总﹣P2＝11W﹣1W＝10W。
答：（1）加热；
（2）当电路处于保温状态时，若电路消耗功率P＝48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为400Ω；
（3）当电路处于保温状态时，调节滑片得到R1的功率随电流变化的图象如图丙所示，R1接入电阻最大时R1的功率为10W。
1．解：电吹风吹冷风时，只有电动机工作，电路中电压是220V，插头处电流为0.2A，
则电吹风消耗的电功率：PM＝UI＝220V×0.2A＝44W，
电吹风吹热风时，电动机和电热丝都工作，并且是并联，
电热丝的功率：P丝968W
此时电吹风的总功率：P总＝PM+P丝＝44W+968W＝1012W
正常工作2min，消耗的电能：W＝P总t＝1012W×120s＝121440J。
故选：D。
2．解：（1）两个完全相同电阻丝串联接入电路中，电流相等，由Q＝I2Rt可知两电阻丝产生的热量相同，水的比热容比煤油大，所以质量相等的水和煤油，吸收相同的热量，水的比热容大，吸收能力大，温度上升的少，故是Δt水 小于Δt油；
（2）移动滑动变阻器滑片，继续观察，发现水和煤油的温度升高得更快，说明电流产生的热量多，由Q＝I2Rt可知，是电路中电流变大，所以电路中的电阻变小，即滑片向A端移动。
故答案为：小于；A。
3.解：（1）座圈加热时，把电能转化为内能；
（2）当开关S1闭合、S2接a时，两电阻并联。
图A为R1的简单电路，图B为两电阻串联的电路，图C为两电阻并联的电路，故该座圈的电路相当于下列选项中的C；
（3）1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作的时间t50h；
（4）当开关S1闭合、S2接a时，两电阻并联。总电阻最小，根据P＝UI可知此时总功率最大，为高温挡，
闭合S1，S2接b时，电路为R1的简单电路，总电阻较小，根据P＝UI可知此时总功率较大，为中温挡，
当开关S1断开、S2接b时，两电阻串联。总电阻最大，根据P＝UI可知此时总功率最小，为低温挡；
该座圈处于低温挡时，电路的总电阻R串2420Ω，则R1＝R串﹣R2＝2420Ω﹣1210Ω＝1210Ω，
该座圈处于中温挡工作时的电功率P中温40W。
故答案为：（1）内；（2）C；（3）1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作50小时；
（4）该座圈处于中温挡工作时的电功率为40W。
4．解：（1）当指示灯亮时，指示灯与发热电阻串联，电路中的总电阻最大，
由P＝UI可知，电路的总功率最小，温度控制器处于保温状态；
（2）当指示灯亮时，两端的电压UL＝200V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，发热电阻两端的电压：
UR＝U﹣UL＝220V﹣200V＝20V，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流：
I，
即，
解得：RL＝400Ω；
（3）双金属开关闭合时，电路为发热电阻的简单电路，则温度控制器工作1分钟所消耗的电能：
W＝UI′t1×60s＝7.26×104J。
答：（1）保温；
（2）指示灯的电阻值为400Ω；
（3）加热状态时，温度控制器工作1分钟所消耗的电能为7.26×104J。
1．解：
由图可知，三个烧瓶的电阻（相同的电阻R）以不同方式接入电路中时是串联的，所以通过电流相等，通电时间也相等，
由电阻的串联和并联特点知，电阻串联后电阻最大，并联后电阻最小，即被b气球密封的烧瓶里的电阻最大，由Q＝I2Rt可知这个烧瓶里电阻放出热量最多，瓶中气体温度最高，气球的体积变化最大。
故选：B。
2．解：
（1）电炉丝正常工作时，导线和电炉丝通过的电流相同，通电时间也相同，但电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，这说明导体产生的热量与导体的电阻的大小有关，探究该问题时，需要控制电流和通电时间相同，故需要两个电阻丝串联在电路中，如图所示：
；
（2）煤油的比热容比水小，质量相等且吸收相同热量时，煤油上升的温度比水更快，实验现象更明显，故选用的是煤油；根据转换法，实验中煤油吸热的多少是通过温度计示数的变化来反映的；
（3）电炉丝与导线是串联的，电流和通电时间相等，根据Q＝I2Rt，电阻越大，产生的热量越多，电炉丝的电阻远大于导线的电阻，所以在相同的时间内，电炉丝产生的热量较多，电炉丝热得发红，而与电炉丝连接的导线却几乎不发热。
故答案为：（1）如图所示：（2）煤油；温度计示数的变化；（3）电炉丝与导线是串联的，电流和通电时间相等，根据Q＝I2Rt，电阻越大，产生的热量越多，而电炉丝的电阻远大于导线的电阻。
3.解：（1）旋转开关S接触触点ab时，电路未接通；
旋转开关S接触触点cd时，电路为R1、R2的并联电路，总电阻较小，根据P＝UI可知总功率较大，
旋转开关S接触触点bc时，电路为R2的简单电路，总电阻较大，根据P＝UI可知总功率较小，加湿器处于低挡位；
（2）已知低挡位的功率为5W，加湿器低挡位工作时，电路通过的电流I0.25A；
（3）已知高挡位的功率为10W，加湿器高挡位工作6小时，将消耗的电能W＝P高t＝10W×6×3600s＝2.16×105J。
故答案为：（1）低；
（2）加湿器低挡位工作时，电路通过的电流为0.25A；
（3）加湿器高挡位工作6小时，将消耗2.16×105J的电能。
4．解：（1）玻璃是由无机非金属材料制成的；塑料是由合成材料制成的；不锈钢是由金属材料制成的；
（2）①制作酸奶时，对材料进行煮沸处理，高温可以杀菌，防止杂菌的污染；
③乳酸菌大量繁殖所需要的基本外界条件：适宜的温度、缺氧的环境（氧气能抑制乳酸菌的繁殖），还有水和充足的有机物，所以盖上酸奶机的盖子，打开开关，目的让内部处于密封状态从而达到适宜的温度和缺氧的环境；
（3）由电路图可知，S1、S2均闭合时为并联电路，电路总电阻较小，由P＝UI可知，此时为高温挡；S1闭合，S2断开时，电路总电阻较大，由P＝UI可知，为保温挡；
R2的功率：P2＝P高﹣P保＝20W﹣4W＝16W，
由P＝UI可知R2的阻值为：
R23025Ω；
（4）牛奶吸收的热量：
Q吸＝c牛奶m△t＝2.5×103J/（kg ℃）×240×10﹣3kg×（42℃﹣22℃）＝12000J，
由η可得消耗的电能：
W16000J，
由W＝Pt可得加热时间为：
t800s。
答：（1）不锈钢；
（2）高温可以杀菌，防止杂菌的污染；达到适宜的温度和缺氧的环境；
（3）电阻丝R2的阻值为3025Ω；如果该酸奶机加热时的效率为75%，则将240g牛奶加从22℃热到42℃大约需要800s。
5．解：（1）电能的转化是通过电流做功实现的，电压力锅是把电能转化为内能来工作的；
（2）R1工作时，其两端的电压U1＝220V，根据P可知，R160.5Ω；
（3）使用时同时闭合S1、S2，则R1与R2并联，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，由P可得，它们之间的功率之比：
，
则P2200W，
加热时的功率：
P＝P1+P2＝800W+200W＝1000W，
水和骨头吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）
＝4.2×103J/（kg ℃）×4kg×（120℃﹣20℃）
＝1.68×106J，
由W＝Q吸＝Pt可得，加热时间：
t1680s。
答：（1）内；
（2）电阻丝R1的阻值为60.5Ω；
（3）加热到最高温度最少需要1680s。
2023浙教版科学中考第一轮复习--物理模块（十八）
电功、电功率（2）