第十五章 电能与电功率 单元练习（含答案）2023-2024学年沪粤版物理九年级上学期

第十五章 电能与电功率
(时间:85分钟　分值:80分)
一、填空题(共16分,每空1分)
1.电脑以及网络是现代化社会科技发展的产物,它给人们的生活和工作带来许多便利,使用时电脑必须　　　　联在家庭电路中。为了散热,电脑内都装有小型风扇,当风扇转动时,是电能转化为　　　　能。
2.小明在一次野炊活动中,由于没带火柴,他将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸(可看作导体)接在干电池正负两极上,如图所示,锡箔纸较窄处就会先燃烧起来。这是因为较窄处　　　　较大,根据　　　　可知,相同时间内产生的热量较多。
3.图示是某蓄电池铭牌上的部分内容,由此可知该电池的额定电压为　　　V。根据你所学过的物理知识,可判断出“2.4 W·h”中的“W·h”是　　　　　　　(填物理量名称)的单位。
4.已知金属导体的电阻会随着温度的降低而减小,当温度降低到一定程度时,电阻会减小到零,这就是超导现象。现在有一个灯泡,在刚点亮的一段时间内,它的电阻会　　　　,它消耗的功率将　　　　。(均选填“变大”、“变小”或“不变”)
5.电动机是一种广泛应用的电动设备,它主要把电能转化为机械能,线圈电阻还有一小部分转化为内能。有一台电动机线圈的内阻为0.4 Ω,当两端电压为220 V时,通过线圈电阻的电流为10 A,1 min电动机消耗的电能为　　　　J,产生的热量为　　　　J。
6.电子式电能表盘上标有“2000 imp/(kW·h)”字样,将某用电器单独接在该表上工作3 min,电能表指示灯闪烁了20次,该用电器工作时的电功率为　　　　W,该用电器可能是　　　　(选填“节能灯”、“电冰箱”或“空调”)。
7.一只标有“220 V　12 W”字样的节能灯,其额定功率是　　　　W;若它与一只标有“220 V　60 W”的白炽灯正常工作时的发光亮度相当,则与白炽灯相比,家庭电路使用节能灯在相同时间内可以节约　　　　%的电能。
8.如图所示,这是某电水壶的内部电路图,R1=22 Ω,R2=198 Ω,其中R1为电热丝,R2为限流电阻,S2是温控开关。电水壶处于加热状态时,开关S2　　　　(选填“闭合”或“断开”)。电水壶处于保温状态时,R15 min产生的热量为　　　　J。
二、选择题(共14分,把你认为正确选项的代号填在题后的括号内。第9~12小题,每题只有一个正确选项,每小题2分;第13、14小题为不定项选择,每小题有一个或几个正确选项,每小题3分,全部选择正确得3分,不定项选择正确但不全得1分,不选、多选或错选得0分)
9.如图所示的用电器的额定功率最接近1000 W的是 (　　)
10.国家为解决“三农”问题进行了大规模的农村电网改造,使得农民家中的灯泡变亮了,村里的电机正常工作了,农业生产力水平提高了。下列关于这项改造的说法中正确的是 (　　)
A.把电线换粗,升高电线的分压,提高用户电器的实际电压
B.把电线换细,减小电线上的能耗,提高用电器的实际功率
C.把电线换粗,减小电线上的能耗,提高电器的额定功率
D.把电线换粗,减小电线上的能耗,提高电灯的实际功率
11.现有两个定值电阻R1和R2(R1>R2),按照如图所示的四种方式,分别接到电压恒为U的电源两端工作相同的时间。则四个电路中电流做功大小关系正确的是 (　　)
W甲>W乙>W丙>W丁
B.W甲>W丙>W丁>W乙
W丙>W丁>W乙>W甲
D.W乙>W丁>W丙>W甲
12.如图所示,电源电压不变,下列说法正确的是 (　　)
A.只闭合S1,将P向左移动,电流表示数变大,电压表示数变大
B.闭合S1、S2,断开S3, 将P向左移动,R1消耗的功率增大
C.开关都闭合,将P向左移动,电压表的示数为零,电流表示数变小
D.开关都闭合,将P向左移动,L消耗的功率不变,R2消耗的功率变小
13.小明用标有“12 V　60 W”的汽车灯甲和标有“12 V　30 W”的汽车灯乙做实验,关于这两个汽车灯的比较,下列说法中正确的是(忽略温度对灯丝电阻的影响) (　　)
A.甲灯的额定功率一定大于乙灯的额定功率
B.甲灯的实际功率一定小于乙灯的实际功率
C.甲灯和乙灯均正常工作时,甲灯消耗的电能一定比乙灯少
D.甲、乙两灯串联在电路中时,甲灯比乙灯暗
14.如图所示,这是某家用电器的内部电路图,其中R1和R2为加热电阻,1、2、3、4分别为四个接线柱。有关电路的连接的说法正确的是 (　　)
A.用导线连接1、3再用导线连接2、4,两电阻并联,发热功率最小
B.用导线连接2、3,两电阻串联,发热功率最小
C.绝对不可以将接线柱3、4用导线连接,否则会造成短路
D.若将接线柱2、3用导线连接起来,再用导线连接1、4,则只有R2接入电路
三、计算题(共22分,第15、16小题各7分,第17小题8分)
15.空气能热水器节能、高效、安全、环保,其工作原理是压缩机运转时,制冷剂汽化吸收空气中的热量,到冷凝器液化放热,释放的热量传递给水箱中的水,使水温升高。如图所示的空气能热水器,其制热能效比(即制热量和压缩机所耗电能之比)为4∶1。
(1)若某同学洗一次澡用水30 kg,这些水温度由20 ℃升高到50 ℃吸收的热量是多少 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(2)若这些热量分别由空气能热水器、热效率为90%的电热水器提供,则空气能热水器压缩机所耗电能比电热水器所耗电能减少了多少
16.如图所示,电源电压恒定为6 V,小灯泡标有“4 V　1.6 W”的字样,定值电阻R=20 Ω,滑动变阻器R0标有“20 Ω　1 A”字样。(不考虑温度对电阻的影响)
(1)求小灯泡的电阻。
(2)若只闭合S、S1,求电路消耗的最小功率。
(3)若电流表的测量范围为0~0.6 A、电压表的测量范围为0~3 V,当只闭合S与S2时,在电路安全的前提下,求滑动变阻器的取值范围。
17.某型号家用电饭锅有“高温烧煮”和“焖饭保温”两个挡位,表格中为其规格参数,内部结构简化电路如图所示,R1和R2为加热电阻。
挡位 额定功率
高温烧煮 1100 W
焖饭保温 22 W
　　
(1)求加热电阻R1的阻值。
(2)开关在“2”挡时,求加热电阻R2的电功率。
(3)在某用电高峰期,若家庭电路中只有该电饭锅在“高温烧煮”挡工作,发现标有“3000 imp/(kW·h)”的电能表的指示灯闪烁88次共用时2 min,求此过程中电饭锅工作的实际功率,并将计算结果和表格中参数对照,简述偏差形成原因。
四、实验探究题(共28分,每小题7分)
18.在探究“电流做功的多少与哪些因素有关”时,同学们猜想电流做功的多少可能与用电器两端的电压、通过用电器的电流和通电时间有关。小浩同学利用所学知识设计并连接了如图所示的实验电路。
(1)小浩设计的实验中,利用小灯泡把电能部分转化为　　　　能来显示电流做功的多少。
(2)实验电路中的两个小灯泡L1和L2的规格应　　　　(选填“相同”或“不同”)。
(3)小浩在实验电路中接入一个滑动变阻器,目的之一是为了保护电路,另一个目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)在如图所示的电路中,两个小灯泡是　　　　(选填“串联”或“并联”)的,这样连接是为了探究电流做功的多少与　　　　　　　　　　　　　　　　　的关系。
(5)对于“电流做功的多少可能与通电时间有关”的猜想,小浩是否必须通过实验验证 你的看法是　　　　(选填“不必”或“必须”),你的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
19.在“测量小灯泡的电功率”实验中,小华选择了额定电压为2.5 V的小灯泡进行实验,电源电压保持6 V不变,滑动变阻器规格为“50 Ω　1 A”。
(1)小华连接的电路如图甲所示,闭合开关,电流表有示数,小灯泡　　　　(选填“亮”或“不亮”)。
(2)检查电路后发现电路中的连线存在一处错误,请你在错误的导线上画“×”,用笔画线代替导线画出正确的连线。
(3)排除故障后闭合开关,移动滑片,当电压表示数为2 V时,电流表的示数如图乙所示,此时小灯泡的功率为　　　　W。要测小灯泡的额定功率,应将滑动变阻器的滑片向　　　　(选填“左”或“右”)移动,调节过程中,眼睛应注视　　　　　　(选填“滑动变阻器”、“电压表”或“电流表”)。
(4)小华还想探究电流与电阻的关系,他将小灯泡换成5 Ω的定值电阻,电路其他部分的连接均未改变,实验时保持定值电阻两端的电压为2 V不变。当完成第一组实验,小华断开开关,拆下5 Ω的电阻,改接15 Ω的电阻,接下来小华的操作是“直接闭合开关,移动滑动变阻器的滑片使电压表的示数为2 V,记下电流表示数”,上述操作中,小华在闭合开关前遗漏的操作是　,
遗漏这一操作导致的结果是　　　　　　　　　　　　　　　。
20.用如图1所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,相同烧瓶内装满了煤油。
(1)烧瓶中装入的煤油是　　　　(选填“导体”或“绝缘体”)。
(2)请根据实物电路,在图2的虚线框内画出对应的电路图。
(3)为达到实验目的,选用的电阻丝R1的阻值应　　　　R2的阻值,通过R1的电流　　　　通过R2的电流。(均选填“大于”、“小于”或“等于”)
(4)通电一段时间后,乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大,说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)小红用如图3所示的装置,进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,经多次实验测量,收集实验数据,绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流I的关系图像。根据焦耳定律可知,图4中能正确反映h-I关系的是　　　　(填序号)。
[拓展]用Q=I2Rt可以计算电流通过任何用电器产生的热量,能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗 请用实例说明原因。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
21.在“测定小灯泡电功率”的实验中,小灯泡额定电压为2.5 V。
(1)如图甲所示的电路中,有一根导线连接错误,请在需要拆除的导线上画“×”,并在图中补连一根正确导线(导线不得交叉)。
(2)正确连接电路后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡始终不亮且两电表无示数。为判断故障,将电压表与滑动变阻器并联,电压表有示数,小灯泡仍然不亮,则电路发生的故障是 　。
(3)多次改变滑动变阻器的阻值,记录多组电流表、电压表读数,如下表所示。根据表中信息,计算小灯泡的额定功率是　　　　W。
小灯泡两端的电压U/V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
通过小灯泡的电流I/A 0.11 0.20 0.26 0.32 0.36
(4)完成上述实验后,小华设计了如图乙所示的电路测量小灯泡的额定功率,已知滑动变阻器R1的最大阻值为R0、小灯泡的额定电流为I额、电源电压不变。实验方案如下:
①按电路图连接电路。
②只闭合开关　　　　,移动R1的滑片,使电流表的示数为I额,此时灯泡正常发光。
③只闭合开关　　　　,保持R1滑片位置不动,移动R2滑片,使电流表示数为I额。
④将R1滑片移到最右端,电流表的示数为I1,再将R1的滑片移到最左端,电流表的示数为I2,则小灯泡额定功率的表达式为P额=　　　　 (用I额、I1、I2、R0表示)。
参考答案
1.并　机械
2.电阻　焦耳定律
3.3.6　电功
4.变大　变小
5.132000　2400
6.200　电冰箱
7.12　80
8.闭合　6600
9.D　10.D　11.D　12.B　13.AD　14.BCD
15.解:(1)这些水温度由20 ℃升高到50 ℃吸收的热量:
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×30 kg×(50 ℃-20 ℃)=3.78×106 J　(3分)
(2)因空气能热水器的制热能效比为4∶1,所以,由空气能热水器提供这些热量时,消耗的电能:
W1=Q吸=×3.78×106 J=0.945×106 J
已知电热水器的效率为90%,由η=×100%可得,用电热水器加热时消耗的电能:
W2===4.2×106 J
则空气能热水器压缩机所耗电能与电热水器所耗电能相比可节约的电能:
ΔW=W2-W1=4.2×106 J-0.945×106 J=3.255×106 J　(4分)
16.解:(1)小灯泡电阻:
RL===10 Ω　(2分)
(2)只闭合S、S1时,定值电阻R和滑动变阻器R0串联。由P=可知,在电压U一定时,电路总电阻R越大,电路总功率越小。滑片P移至b端时电路总电阻最大,电路消耗的最小功率:
P===0.9 W　(2分)
(3)当只闭合S与S2时,灯泡L与滑动变阻器R0串联。灯泡的额定电流:
IL额===0.4 A<0.6 A<1 A
电路最大电流:
I最大=0.4 A
电路的最小总电阻:
R总===15 Ω
滑动变阻器R0接入电路的最小电阻:
R滑最小=R总-RL=15 Ω-10 Ω=5 Ω　(1分)
滑动变阻器两端最大电压U滑最大=3 V时,滑动变阻器R0接入电路的阻值最大,电路电流最小,最小电流:I最小=IL====0.3 A
滑动变阻器R0接入电路的最大电阻:
R滑最大===10 Ω　(1分)
滑动变阻器接入电路的阻值范围是5 Ω~10 Ω　(1分)
17.解:(1)开关在“1”时,只有发热电阻R2接入电路,此时电饭锅为高温烧煮挡。发热电阻R2的阻值:　
R2===44 Ω　(1分)
开关在“2”时,发热电阻R1、R2串联,此时电饭锅为焖饭保温挡。电路的总电阻:
R总===2200 Ω 　(1分)
发热电阻R1的阻值:
R1=R总-R2=2200 Ω-44 Ω=2156 Ω　(1分)
(2)开关在“2”时,发热电阻R1、R2串联,通过电路的电流:
I===0.1 A　(1分)
发热电阻R2的电功率:
P2=I2R2=(0.1 A)2×44 Ω=0.44 W　(1分)
(3)电流所做的功:
W=×3.6×106 J=1.056×105 J
实际电功率:
P===880 W　(2分)
原因:家庭电路电压小于220 V　(1分)
18.(1)内
(2)不同
(3)改变灯泡的电压,便于多次实验得出普遍规律
(4)串联　用电器两端的电压
(5)不必　对电路中的同一个灯泡,电压和通过的电流相同,根据生活经验可知,通电时间越长,灯消耗的电能越多
评分标准:每空1分,共7分;有其他合理答案均参照给分
19.(1)不亮
(2)如图所示:
(3)0.52　左　电压表
(4)没有将变阻器的滑片移至阻值最大值处　可能烧坏电压表
评分标准:作图1分,其余每空1分,共7分;有其他合理答案均参照给分
20.(1)绝缘体
(2)如图所示:
(3)相等　小于
(4)在电阻和通电时间相等时,电流越大,产生的热量越多
(5)A
[拓展]不能;含有电动机的电路,电流做的功部分转化为机械能,所以W=UIt>Q
评分标准:作图1分,其余每空1分,共7分;有其他合理答案均参照给分
21.(1)如图所示:
(2)滑动变阻器断路
(3)0.9
(4)②S1　③S2　④
评分标准:作图2分,其余每空1分,共7分;有其他合理答案均参照给分