第二节 电流做功的快慢
知能·提升训练
知能提升
1.(2022·江苏淮安中考)如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S,滑动变阻器R2的滑片P由最右端移到最左端,得到两电表示数的U-I图像。下列说法正确的是( )
甲
乙
A.电源电压为4 V
B.R1的阻值为30 Ω
C.滑动变阻器R2的最大阻值为20 Ω
D.电路总功率最大值为1.2 W
2.如图所示,将一只标有“12 V 6 W”的灯泡L1和“6 V 6 W”的灯泡L2并联后,接在6 V的电源上(设灯丝电阻不变),则( )
A.灯泡L1比灯泡L2亮
B.灯泡L2比灯泡L1亮
C.两灯的实际功率之和大于12 W
D.两灯的实际功率之和等于12 W
3.如图所示电路,电源电压保持不变。只闭合开关S,电流表的示数为0.2 A,再闭合开关S1,电流表的示数变化了0.3 A。那么闭合S、S1后,R1与R2的电功率之比是( )
A.2∶3 B.3∶2
C.5∶2 D.1∶2
4.下图是电阻甲和乙的U-I图像,下列说法正确的是( )
A.甲的电阻值保持10 Ω不变
B.乙的电阻值保持20 Ω不变
C.甲、乙并联在电路中,当电源电压为2 V时,电路总电流为0.3 A
D.甲、乙串联在电路中,当电路电流为0.2 A时,甲的功率为0.6 W
5.甲、乙两只白炽灯的铭牌如图所示,下列说法正确的是( )
A.甲灯灯丝比乙灯灯丝细
B.两灯都正常发光时,甲灯消耗的电能较少
C.两灯都正常发光时,甲灯电阻小于乙灯电阻
D.两灯串联后,接在220 V电路中,甲灯比乙灯暗
6.把标有“6 V 3 W”和“12 V 3 W”字样的两个灯泡L1、L2串联在15 V的电源上,下列说法正确的是( )
A.灯L1正常发光
B.灯L2正常发光
C.两灯都正常发光
D.两灯都不能正常发光
7.智能手机耗电达到一定量时,会自动提示用户采用“省电模式”,在这种模式下,可延长电池的供电时间,原因是( )
A.降低了电池的输出电压
B.减小了电池的输出电流
C.减小了电子线路的电阻
D.增大了电池的输出功率
8.如图所示,电源电压U为10 V并保持不变,滑动变阻器规格为“20 Ω 1 A”。闭合开关S,当滑片P移至最左端时,灯泡正常发光,电流表示数为0.5 A;当滑片P移至中点时,电流表示数为0.4 A。则( )
A.电路消耗的最小功率为2.5 W
B.滑片P在中点时,灯泡消耗的功率为2.4 W
C.滑片P在中点时,灯泡消耗的功率为3.2 W
D.滑片P在最左端时,2 min内电流通过灯泡所做的功为10 J
9.在如图所示的电路中,电源电压为3 V,闭合开关,电压表示数为1 V,则灯泡L2两端的电压为 V,流过灯泡L1与L2的电流之比为 ,灯泡L1与L2的电功率之比为 。
10.小刚8:00出门前查看了他家的电能表示数如图甲所示,然后关闭家中其他用电器,只让电冰箱工作。18:00回家后再次查看电能表,显示的数字如图乙所示。则小刚家的电冰箱在这段时间内消耗的电能为 kW·h,电冰箱的实际电功率为 W。
11.某同学家的电子式电能表上个月月初、月末的表盘如图所示。表盘上“1 600 imp/(kW·h)”表示每用电1 kW·h指示灯闪烁1 600次。根据表盘上的信息,回答下列问题:
(1)该同学家上个月共用电多少
(2)该同学家同时使用的用电器总功率不得超过多少
(3)若只让一个标有“220 V 484 W”的电热器工作3 min,观察到电能表的指示灯闪烁了32次,则该同学家的实际电压是多大 (设电热器的电阻不变)
12.(2021·云南昆明中考)如图所示的电路,电源电压为6 V保持不变,R1=4 Ω。开关闭合,滑动变阻器R2的滑片置于a端时,电压表V1的示数为2 V,求:
(1)电压表V2的示数;
(2)电流表的示数;
(3)整个电路的功率;
(4)当滑片滑到b端时,通电1 min电流做的功。
探究创新
13.如图所示,电路中电源电压可调,小灯泡L1标有“6 V
6 W”的字样,小灯泡L2、L3标有“6 V 12 W”的字样。(假设小灯泡电阻不变)
(1)闭合S2,断开S1、S3,调节电源电压使电压表 V2的示数为6 V,求L2的实际功率。
(2)闭合S1、S3,断开S2,调节电源电压使电压表 V1的示数为3 V,求L1的电阻。
(3)闭合S1、S2、S3,画出此时的等效电路图。调节电源电压为18 V,求此时L3的实际功率。
第二节 电流做功的快慢
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1.C 由题图甲可知,R1与R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路中的电流。当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时,电路为R1的简单电路,电路中的电流最大,由题图乙可知,电路中的电流I1=0.6 A,由I=可得,电源的电压U=I1R1=0.6 A×R1,当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的电流最小,由题图乙可知,电路中的电流I2=0.2 A,R2两端的电压U2=4 V,则滑动变阻器的最大阻值R2==20 Ω,故C正确;因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电源的电压U=I2(R1+R2)=0.2 A×(R1+20 Ω),因电源的电压不变,所以0.6 A×R1=0.2 A×(R1+20 Ω),解得R1=10 Ω,故B错误;电源的电压U=I1R1=0.6 A×10 Ω=6 V,故A错误;电路中的最大电流为0.6 A,因此电路总功率最大值P=UI1=6 V×0.6 A=3.6 W,故D错误。
2.B
3.A 由题图可知,闭合开关S后,且闭合开关S1前后通过R1的电流不变,当闭合S、S1后,R1与R2并联,电流表测通过R1与R2的总电流,通过R1与R2的电流分别为0.2 A和0.3 A。根据P=UI得,电压一定时,电功率跟电流成正比,故R1与R2的电功率之比等于电流之比,故选A。
4.C 由题中图像可知,甲的电阻R甲==20 Ω,且保持不变;乙的电阻是变化的(图像不是直线),故A、B都错;当甲、乙并联在电路中,电源电压为2 V,通过甲的电流I甲=0.1 A,通过乙的电流I乙=0.2 A,电路总电流I=I甲+I乙=0.1 A+0.2 A=0.3 A,故C正确;甲、乙串联在电路中,当电路电流为0.2 A时,甲的功率P甲=I2R甲=(0.2 A)2×20 Ω=0.8 W,故D错。
5.A 本题考查用电器电功率与电压和电阻等的关系,甲灯泡的额定功率为25 W,乙灯的为100 W,由P=UI=可知R=,甲灯的电阻较大,所以甲灯的灯丝是细而长,故A选项正确,同理可以知道C选项错误;都正常工作时,两灯消耗的电能还与发光时间有关,故B选项错误;当两灯串联时,通过它们的电流相等,由公式P=UI=I2R可知甲灯的电阻大,甲灯的实际功率比乙灯的大,所以甲灯比乙灯亮,故D选项错误。
6.B 由灯的铭牌可求出,灯泡L1的电阻R1==12 Ω,灯泡L2的电阻R2==48 Ω,两灯泡串联在电路中,故,所以R1两端的电压U1=U=×15 V=3 V,R2两端的电压U2=U=×15 V=12 V,U2=U额2,灯泡L2正常发光。
7.B 手机工作电压是一定的,如果降低了电池的输出电压,手机将不能正常工作,故A不符合题意;手机电池储存的电能是一定的,由公式W=Pt知,要延长手机工作时间,需要减小输出功率,而手机工作电压是不变的,由P=UI知,在省电模式下,应减小电池的输出电流,故B符合题意;手机内部电子线路的结构是不变的,所以电阻也是一定的,故C不符合题意;由公式W=Pt知,增大电池的输出功率,手机的工作时间会缩短,故D不符合题意。
8.B 当滑片P移至最左端时,电路为灯泡的简单电路,电流表测电路中的电流,此时灯泡正常发光,由I=可得,灯泡正常发光时的电阻RL==20 Ω;当滑动变阻器连入电路的电阻最大时,电路消耗的功率最小,若不考虑灯泡电阻随温度的变化,根据串联电路的电阻特点可得,最小总功率P最小==2.5 W;由于灯泡不正常工作时的电阻低于正常工作时的电阻,所以,电路消耗的最小功率不是2.5 W,故A错误;滑片P在中点时,电流表示数为0.4 A,根据I=可得,此时滑动变阻器两端的电压U滑=IR滑=0.4 A××20 Ω=4 V,此时灯泡两端的电压UL'=U-U滑=10 V-4 V=6 V,灯泡的实际功率PL=UL'I=6 V×0.4 A=2.4 W,故B正确,C错误;滑片P在最左端时,2 min内电流通过灯泡做的功WL=UILt=10 V×0.5 A×2×60 s=600 J,故D错误。
9.解析 根据电路图可知,L1和L2是串联的,电压表测量的是L2的电压,所以L2的电压是1 V,则L1的电压是2 V,由于串联电路“电流分压”,因此电流之比为1∶1,根据电功率的公式P=UI可以得到L1和L2的电功率之比为 2∶1。
答案 1 1∶1 2∶1
10.解析 由题图知,小刚家的电冰箱在这段时间内消耗的电能W=10 124.1 kW·h-10 123.6 kW·h=0.5 kW·h;t=18:00-8:00=10 h,电冰箱的实际电功率P==0.05 kW=50 W。
答案 0.5 50
11.解析 (1)该同学家上个月共用电
W=12 614.6 kW·h-12 519.6 kW·h=95 kW·h。
(2)同时使用的用电器总功率P=UI=220 V×10 A=2 200 W。
(3)3 min内消耗的电能W=×3.6×106 J=7.2×104 J
电热器的实际功率P实==400 W
电热器的电阻R==100 Ω
该同学家的实际电压U实==200 V。
答案 (1)95 kW·h (2)2 200 W (3)200 V
12.解析 (1)开关闭合,R1、R2串联,电压表V1测量R1两端的电压,电压表V2测量R2两端的电压,电流表测量电路电流。
滑动变阻器R2的滑片置于a端时,电压表V1的示数为2 V,则R1两端的电压为2 V,电压表V2的示数U2=6 V-2 V=4 V。
(2)电流表的示数I==0.5 A。
(3)整个电路的功率P=UI=6 V×0.5 A=3 W。
(4)当滑片滑到b端时,滑动变阻器接入电路中的电阻为0,电路为R1的简单电路,通电1 min电流做的功W=t=×1×60 s=540 J。
答案 (1)4 V (2)0.5 A (3)3 W (4)540 J
探究创新
13.解析 (1)闭合S2,断开S1、S3时,L2、L3两灯串联,U2实=U2额=6 V,P2实=P2额=12 W。
(2)闭合S1、S3,断开S2时,L1、L3两灯并联,据题意,小灯泡电阻不变,R1==6 Ω。
(3)闭合S1、S2、S3,L1、L3两灯并联,L2短路,等效电路如图所示。
因为L3两端的电压远高于其额定电压,L3烧坏,所以实际功率为0。
答案 (1)12 W (2)6 Ω (3)0第三节 测量电功率
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1.某同学利用如图所示电路,测量额定电压为2.5 V小灯泡的额定功率,下列说法错误的是( )
A.闭合开关前,滑片P应滑到B端
B.闭合开关后,小灯泡不发光,一定是小灯泡灯丝断了
C.当电压表示数为2.5 V时,测出通过小灯泡的电流,可算出小灯泡的额定功率
D.实验还可得知,小灯泡的实际功率越大,小灯泡越亮
2.将标有“6 V 3 W”的小灯泡连接在电路中时,通过其中的电流为0.4 A,这时小灯泡的实际功率是( )
A.3 W
B.2.4 W
C.1.92 W
D.不知实际电压,无法计算
3.下图是一位同学已经连接好的电路。闭合开关,并将滑动变阻器的滑片向A端移动,则不会观察到的现象是( )
A.电流表的示数逐渐减小
B.电压表的示数逐渐变大
C.小灯泡越来越暗
D.电路消耗的总功率增大
4.图甲在测量小灯泡的额定功率实验中,灯泡额定电压为6 V,额定功率在7~12 W之间,电路连接正确且电流表和电压表的量程在连接中也做出正确的选择,实验中当将变阻器的滑片滑到某处时两表的示数如图乙所示,则( )
A.灯泡的额定功率为7.5 W
B.在1 V时灯泡的功率为7.5 W
C.在5 V时灯泡的功率为7.5 W
D.在5 V时灯泡的功率为1.5 W
5.(2022·浙江金华中考)学习小组开展“测量小灯泡的功率”实验,实验电路如图甲所示,绘制出小灯泡的I-U关系曲线如图乙所示,已知小灯泡的额定电压为3.8 V,电源电压恒为6 V。回答下列问题:
甲
乙
(1)闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,当电压表示数为 V时,读出电流表示数,即可计算小灯泡的额定功率;
(2)实验时,滑动变阻器的滑片向左移动过程中,电流表与电压表示数的比值将 (选填“变大”“不变”或“变小”)。
6.在测量小灯泡电功率的实验中,已知电源电压为3 V,小灯泡额定电压为2.5 V,图甲是未连接完整的实验电路。
(1)请你用笔画线代替导线将实物电路连接完整(要求:滑片P向右移动时,小灯泡变亮)。
(2)闭合开关后,缓慢移动滑动变阻器的滑片P,当电压表的示数如图乙所示时,其示数为 V。
(3)改变滑片P的位置,获得多组对应的电压、电流值,如下表所示。由表可知,随着电压的增大,小灯泡的电功率 (选填“增大”“不变”或“减小”)。
数据序号 1 2 3 4 5 6 7
发光情况 熄灭 熄灭 微光 较暗 不很亮 较亮 明亮
电压U/V 0.2 0.5 1.0 1.3 1.7 2.0 2.5
电流I/A 0.10 0.20 0.38 0.42 0.48 0.52 0.56
(4)根据上表中数据,请在图丙中画出I-U关系图像。
(5)根据图线可求得,当小灯泡两端电压为2.2 V时,小灯泡的实际功率为 W(结果保留一位小数)。
探究创新
7.某同学利用电压表和电流表测量发光二极管LED发光时的实际功率,电源为两节干电池。
(1)请按图甲电路,将图丙中的电流表和电压表正确地接入电路。
丙
(2)该同学正确地连接电路后,合上开关,发现无论怎样调节滑动变阻器,电压表的示数总为3 V,电流表的读数总为0,发生故障的原因可能是 或 (均选填下列选项中的字母代号)。
A.LED正、负极接反了
B.LED断路
C.LED短路
D.滑动变阻器滑片接触不良
E.电压表接触不良
(3)清除故障后,小明将滑片P向右滑动时,电压表示数将 (选填“增大”“减小”或“不变”)。当P滑到某一位置时,两表读数如图乙所示,则此时通过该电路的电流为 A,发光二极管消耗的功率为 W。
第三节 测量电功率
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1.B 闭合开关后小灯泡不发光,可能是由于小灯泡灯丝断了、电路中的电流太小、电源电压过低等造成的,所以选项B的说法错误。
2.C 小灯泡的电阻可认为不变,所以根据“6 V 3 W”计算出小灯泡的电阻R==12 Ω,小灯泡的实际功率P实=R=(0.4 A)2×12 Ω=1.92 W。
3.D 小灯泡和滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器两端电压,当滑片向A端移动时,滑动变阻器的电阻变大,电路中的电流变小,由P=I2R得,灯泡电阻一定,小灯泡的实际功率变小,所以变暗。滑动变阻器的电阻变大,根据串联分压特点,电压表的示数变大。由于整个电路电阻变大,电流变小,总电压不变,由P=UI,电路总功率变小。只有D项不会观察到。
4.C 灯泡额定电压为6 V,则电压表选择0~15 V量程;由P=UI知,灯泡额定电流I最小=≈1.2 A>1 A,电流表应选择0~3 A量程;由题图乙所示电流表可知,I=1.5 A,由题图乙电压表可知UL=5 V,此时灯泡实际功率P=ULI=7.5 W,C正确,B、D错误;由P=可知,灯泡实际功率随电压增大而增大,因此灯泡额定电压6 V对应的实际功率,即额定功率应大于7.5 W,故A错误。
5.解析 (1)小灯泡的额定电压为3.8 V,当电压表示数为3.8 V时灯泡正常工作,此时灯泡的功率为额定功率,读出电流表示数,即可计算小灯泡的额定功率。
(2)题图甲中,电压表测小灯泡的电压,电流表测流过小灯泡的电流,当滑片向左滑动时,滑动变阻器连入电路中的电阻变小,由欧姆定律得,电路中电流变大,小灯泡的电压变大,根据P=UI,小灯泡的功率变大,灯丝的温度升高,因灯丝的电阻随温度的升高而变大,故灯丝的电阻变大;由欧姆定律R=得,电流表与电压表示数的比值即小灯泡的电阻的倒数,故电流表与电压表示数的比值将变小。
答案 (1)3.8 (2)变小
6.解析 (1)要求滑片P向右移动,灯泡变亮,即电流变大,变阻器接入电路的电阻变小,故滑片以右电阻丝连入电路中与灯串联。(2)由题图乙所示电压表可知,其量程为0~3 V,分度值为0.1 V,示数为2 V。(3)由表格数据知,灯泡两端电压越大,通过的电流也越大,根据P=UI可知:随着电压的增大,小灯泡消耗的功率增大。(4)根据表格中数据描点,根据描点作图,用平滑曲线连接作出I-U关系图像。(5)由I-U关系图像可知,当小灯泡两端电压为2.2 V时,小灯泡的电流I实=0.55 A,小灯泡的实际功率P实=U实I实=2.2 V×0.55 A≈1.2 W。
答案 (1)如图1所示 (2)2 (3)增大 (4)如图2所示 (5)1.2
图1
图2
探究创新
7.解析 电源电压为3 V,所以电压表选用3 V量程较为合适,与二极管并联,根据题图乙所示,电流表选用0.6 A量程,与二极管串联,同时注意正、负接线柱的接法要“正进负出”,滑动变阻器要“一上一下”;由于二极管具有单向导电性,所以出现题中电路故障可能是A或B,当正确连接电路后,滑片向右移动,滑动变阻器接入电路电阻变小,根据欧姆定律可知,电流变大,电压表示数变大。此时电流表示数为0.1 A,电压表示数为2.4 V,所以二极管消耗的功率P=UI=2.4 V×0.1 A=0.24 W。
答案 (1)电路连接如图所示
(2)A B(或B A)
(3)增大 0.1 0.24第四节 科学探究:电流的热效应
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1.(2021·云南中考)将规格都是“220 V 150 W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中,正常工作相同时间,以下说法正确的是( )
A.三个用电器均能将电能全部转化为内能
B.根据R=可计算出三个用电器的电阻相等
C.三个用电器消耗的电能一样多
D.三个用电器产生的热量相等
2.用同种材料制成两段长度相等、横截面积不同的圆柱形导体,甲比乙的横截面积大,如图所示。将它们串联在电路中,通电一段时间后,比较甲、乙两导体升高的温度,正确的是( )
A.甲导体的温度升高得多
B.乙导体的温度升高得多
C.甲、乙两导体升高的温度相同
D.条件不足,无法判断
3.将两根电阻丝R1、R2分别插入甲、乙两瓶等量煤油中,串联接入电路,R1∶R2=2∶5。通电一段时间后,R1、R2产生的热量之比为( )
A.2∶5 B.5∶2
C.4∶25 D.25∶4
4.关于电热和电热器有以下几种说法,正确的是( )
A.电热只有积极作用而无消极作用
B.电热器的电阻越大,电流通过它时产生的热量就越多
C.电炉、电烤箱、电吹风、电熨斗、电风扇等都是电热器
D.500 W的电热器连续正常工作2 h就消耗1 kW·h的电能
5.(2022·贵州铜仁中考)如图所示,电源电压12 V保持不变,小灯泡标有“4 V 1.6 W”字样(灯丝电阻不受温度影响),滑动变阻器标有“50 Ω 1 A”字样,电流表量程为0~0.6 A,电压表量程为0~3 V。闭合开关,保证各元件不损坏,下列选项正确的是( )
A.移动滑动变阻器滑片,小灯泡可能正常发光
B.电路中消耗的最大功率为4.8 W
C.滑动变阻器两端电压变化范围为9~10 V
D.当滑动变阻器滑片P置于b端时,滑动变阻器通电1 min产生的热量为140 J
6.一根电热丝通过的电流是4 A时,1 min内能放出8×106 J的热量,当把通过它的电流增加1 A时,它在1 min内放出的热量是 J。
7.下图是探究电流产生热量与电阻关系的电路,R1=5 Ω,R2=10 Ω,闭合开关后,电流表示数为1 A。通过电阻R1的电流是 A,通过电阻R2 的电流在10 s内产生的热量是 J。
8.甲、乙两只电炉标有“220 V 500 W”和“220 V 1 000 W”字样,把它们串联在220 V的电路中,在相同时间内产生热量较多的是 。将它们并联在电路中,产生热量较多的是 (以上两空选填“甲”或“乙”)。串联时甲电炉消耗的电功率与并联时甲电炉消耗的电功率之比为 。
9.小宇和小刚想利用如图所示的装置来探究导体产生的热量与其电阻大小的关系。两只相同的烧瓶中装有适量的煤油。烧瓶A中浸泡着一段铜丝,电阻较小,烧瓶B中浸泡着一段镍铬合金丝,电阻较大,温度计显示煤油的温度。为保证实验科学合理,两个烧瓶中所装煤油的质量应该 。实验中,小宇和小刚发现B烧瓶中温度计的示数升高得快,这表明:在电流和通电时间相同的情况下,导体的电阻越大,产生的热量 。
10.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,在虚线框图2内画出对应的电路图。
(3)为达到实验目的,选用的两电阻丝R1与R2的阻值应 ,通过R1的电流 通过R2的电流。
(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 。
【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 。
11.某品牌家用电熨斗的电路如图甲所示,额定电压为220 V、最大功率为440 W,发热部分由调温电阻R和定值电阻R0组成,调温电阻R是可变电阻,其最大阻值为110 Ω。电阻值均不受温度影响。
(1)定值电阻R0的阻值是多大
(2)该电熨斗工作时的最小功率多大 此时通过电路的电流是多大
(3)假设电熨斗每秒钟散发的热量Q跟电熨斗温度t的关系如图乙所示,请分析得出电熨斗工作时温度的调节范围。
12.在深圳某科技节上,某同学自己动手制作了一个牛奶加热器,设计电路简图如图所示,已知滑动变阻器R0的最大阻值为100 Ω,用于加热的电阻丝R1的阻值为55 Ω。闭合开关S后,求:
(1)电路中的最小电流(结果保留1位小数);
(2)电热丝的最大加热功率;
(3)在最大加热功率下,用时100 s可以将1 kg常温牛奶温度升高多少 [不考虑热量损失,牛奶的比热容为c=2.5×103 J/(kg·℃)]
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13.某电热毯只有一个挡位,使用不方便。小明想用一电阻丝作发热体与其串联,将它改造成有两个挡位的电热毯。已知原电热毯的额定电压为220 V,为了测定它的额定功率,小明把它与一个标有“220 V 25 W”的灯泡串联在带电热毯的电路中(如图甲所示),电压表的示数为176 V(电源电压恒为220 V,不考虑温度对电阻阻值的影响)。求:
(1)原电热毯的额定功率多大
(2)为了使改造后的电热毯(如图乙所示)在低温挡位时的总发热功率为原电热毯额定功率的五分之三,小明需要一个阻值多大的电阻丝 (保留一位小数)
(3)改造后的电热毯,在低温挡位时工作10 min,R0消耗多少电能
第四节 科学探究:电流的热效应
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1.C 电烙铁工作时,能将电能全部转化为内能;电风扇工作时,其消耗的电能不只是转化为内能,还会转化为机械能;电视机工作时,其消耗的电能不只是转化为内能,还会转化为光能和声能;虽然三个用电器的规格相同,但公式R=只适用于纯电阻用电器,即利用该公式能计算电烙铁的电阻,不能计算电风扇和电视机的电阻,事实上它们的电阻也是不相同的,故A、B错误。三个用电器都在额定电压下工作,实际功率相同都是150 W,由W=Pt可知相同时间内三个用电器消耗的电能一样多,故C正确。电风扇工作时,电能转化为内能和机械能;电视机工作时,电能转化为内能、光能和声能;电烙铁工作时,电能全部转化为内能;且相同时间内三个用电器消耗的电能相同,因此相同时间内,电烙铁产生的热量最多,故D错误。
2.B 根据电阻大小的决定因素,由于甲、乙两段导体材料相同、长度相等,所以横截面积越大的电阻越小,也就是说甲的电阻比乙小。在串联电路中,电流相等,根据焦耳定律Q=I2Rt,相同时间内电阻越大的产生的热量越多,即乙产生的热量多,且乙的质量小于甲的质量,因此乙导体的温度升高得多。
3.A 由题图知,两电阻丝串联,所以通过两电阻丝的电流和通电时间相等,根据公式Q=I2Rt,则产生的热量之比等于电阻之比,即2∶5。
4.D 电热既有利也有害,A项错;根据Q=I2Rt知,电流通过电热器产生的热量由电流I、电阻R和通电时间t共同决定,电阻越大,产生的热量不一定多,B项错;电吹风、电风扇不是电热器,C项错;500 W的电热器连续正常工作2 h,消耗的电能W=Pt=0.5 kW×2 h=1 kW·h,故D项正确。
5.C 由题图知,滑动变阻器与小灯泡串联,电压表测小灯泡两端的电压,电流表测电路中电流。移动滑动变阻器的滑片,由于电压表的量程为0~3 V,所以小灯泡两端的最大电压为3 V,小于小灯泡的额定电压,所以小灯泡不能正常发光,故A错误;由P=UI可得小灯泡正常发光电流IL==0.4 A,由P=知小灯泡的电阻RL==10 Ω,由于电压表的量程为0~3 V,所以小灯泡两端的最大电压为3 V,通过小灯泡的最大电流IL'==0.3 A
6.解析 设电热丝电阻为R,当通以4 A的电流时,Q1=Rt=16Rt,
当通过电流增加1 A时Q2=Rt=25Rt,所以,把Q1=8×106 J代入解得Q2=1.25×107 J。
答案 1.25×107
7.解析 电路是串联电路,各处电流相等,均等于1 A,R2在10 s内产生的热量Q=I2Rt=(1 A)2×10 Ω×10 s=100 J。
答案 1 100
8.解析 (1)由P=得,电炉的电阻R=,因为甲、乙两只电炉的额定电压相同,额定功率P甲R乙,通过甲、乙两只电炉的电流I甲=I乙,根据Q=I2Rt可知,在相同时间内产生的热量Q甲>Q乙,故串联时产生热量较大的是甲;将它们并联在220 V电路上,根据并联电路中各支路两端的电压相等,即U甲=U乙=220 V,则两电炉的实际功率等于额定功率,即P甲=500 W;P乙=1 000 W,根据Q=W=Pt可知,在相同时间内产生的热量Q甲'答案 甲 乙 111∶250
9.解析 控制变量法是物理学常用的一种研究方法。A和B电阻不同,串联时电流相同,考查电流产生的热量与电阻的关系。
答案 相同(相等或一样) 越多
10.答案 (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,电流做的功大部分转化为机械能,有一小部分转化为内能,即发热了,W=UIt>Q
11.解析 (1)当调温电阻R=0时,电熨斗的电功率最大,根据P=可得R0==110 Ω;(2)当调温电阻R=110 Ω时,电熨斗的电功率最小,此时通过电路的电流I==1 A,电熨斗的最小电功率P'=UI=220 V×1 A=220 W;(3)由题图乙可知:当电熨斗功率是440 W时,温度最高为200 ℃;当功率是220 W时,温度最低为90 ℃;故电熨斗工作时温度的调节范围为90~200 ℃。
答案 (1)110 Ω (2)220 W 1 A (3)90~200 ℃
12.解析 (1)当滑动变阻器接入电路阻值最大时,电路中电流最小,此时滑片P处于b端,
电路的总电阻
R总=R0+R1=100 Ω+55 Ω=155 Ω
由欧姆定律可得,电路中的最小电流
I min=≈1.4 A。
(2)当滑动变阻器接入电路阻值最小时,电热丝的加热功率最大,此时滑片P处于a端,
则最大加热功率
Pmax==880 W。
(3)最大加热功率下,100 s内产生的热量
Q=W=Pmaxt=880 W×100 s=8.8×104 J
不考虑热量损失,牛奶吸收的热量
Q吸=Q=8.8×104 J
由Q吸=cmΔt可得,牛奶升高的温度
Δt==35.2 ℃。
答案 (1)1.4 A (2)880 W (3)35.2 ℃
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13.解析 (1)灯泡的电阻RL=,R0两端的电压U0=U总-UL,由于R0与灯泡L串联,,所以R0=,P额=,U总=U额,可求出原电热毯的额定功率。
(2)根据改造后电热毯的实际功率和公式R=,求出电路中的总电阻,则Rx=R-R0。
(3)根据改造后的电热毯在低温挡工作的实际电流和公式W=I2R0t就可求出电热毯在低温挡时10 min消耗的电能。
答案 (1)100 W (2)322.7 Ω (3)21 600 J第一节 电流做功
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1.(2022·山东青岛中考)下列电流做功的过程中,电能主要转化为机械能的是( )
A.电风扇吹风
B.电灯发光
C.电饭锅煮饭
D.电解水制氧
2.下图是一个电能表,对其中的重要参数,下列说法错误的是( )
A.“220 V”是说这个电能表应该在220伏的电路中使用
B.“10(20) A”是说这个电能表使用时允许通过的电流为20安
C.“50 Hz”是说这个电能表应在50 Hz的交流电路中使用
D.“600 r/(kW·h)”是说,接在这个电能表上的用电器,每消耗1千瓦时的电能,电能表上的转盘转过600转
3.在如图所示电路中,导体A、B是由同种材料做成的,A和B等长,但A比B的横截面积大,当S闭合后,在相同时间内,下列叙述正确的是( )
A.电流通过A、B所做的功是WA>WB
B.电流通过A、B所做的功是WAC.电流通过A、B所做的功是WA=WB
D.无法比较电流通过A、B时做功的大小
4.电流通过一个用电器,在1 s内产生的内能是150 J,光能是100 J,机械能是50 J,则电流做功为( )
A.100 J
B.150 J
C.250 J
D.300 J
5.小玲家有额定电压相同的电烤箱、电饭锅和电视机各一个,按照每度电0.5元的计费标准,将这三个用电器正常工作1小时的用电费用绘制成了如图所示的柱状图。则下列四个选项中,判断正确的是( )
A.在这三个用电器中,电烤箱正常工作时的电压最高
B.在这三个用电器中,电视机正常工作时的电压最低
C.正常工作时,通过电烤箱的电流大于通过电视机的电流
D.在一个月内,小玲家电烤箱的用电费用一定比电饭锅的用电费用多
6.家庭中的电灯、电视机、电风扇等用电器都是 联在电路中的。小林家4月底电能表读数为2 708.7 kW·h,5月底电能表读数如图所示,那么5月份他家消耗了 kW·h的电能。
7.下图是家用白炽灯发光时的电流与电压关系图像,根据图像求出白炽灯正常发光时的电阻为 Ω,正常工作5 min消耗的电能为 J。
8.电灯正常工作时会发热发光,这是电流 使电能转化为内能和光能。如果电灯在一段时间内消耗的电能为E1,电流做的功为W,转化的内能为E2,转化的光能为E3,那么E1、E2和E3三者的等量关系是 ,功与能的关系是W= 。
9.图中R1=4 Ω,R2=6 Ω,把它们并联在U=3 V的电路中,则R1和R2并联后的总电阻为 Ω;通电30 s,电阻R1消耗的电能为 J。
10.在如图所示的电路中,电源电压恒为6 V。则:
(1)当开关S1闭合,S2、S3断开时,电流表示数为0.3 A,求R的阻值;
(2)闭合开关S1、S3,断开S2时,小灯泡正常发光,电流表示数为0.9 A,求通电10 s灯泡消耗的电能。
探究创新
11.在探究影响电流做功多少的因素活动中:
(1)根据 ,我们可以比较相同时间内电流做功的多少。
(2)同学们设计了甲、乙两个电路,图甲电路是为研究电流做功与 的关系。实验发现,在相同时间情况下,如果 相等,则 较大的电灯中电流做的功比较多。
(3)经过讨论,认为图乙电路存在一个缺陷,请你说说问题可能在哪里 。
第一节 电流做功
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1.A 电风扇吹风,电能主要转化为机械能,故A正确;电灯发光,电能转化为光能和内能,故B错误;电饭锅煮饭,是电能转化为内能,故C错误;电解水制氧,由电能转化为化学能,故D错误。
2.B
判断 个性分析
A正确 “220 V”是指该电能表应该在220伏的电路中使用
B错误 “10(20) A”是说这个电能表使用时额定电流是10 A,短时间工作通过的最大电流不超过20 A
C正确 “50 Hz ”是指交变电流的频率
D正确 “600 r/(kW·h)”是说电能表转盘每转600转用电器便消耗1千瓦时的电能
3.B 导体A、B是由同种材料做成的,LA=LB,SA>SB,所以B的电阻大于A的电阻,则导体B两端的电压大于导体A两端的电压,串联时电流相等,根据公式W=UIt可知,在相同时间内,WA4.D 这个过程是电能转化成其他形式的能的过程,消耗的电能就是转化成其他形式的能的总和。
5.C
6.解析 在我国,各种家用电器的额定电压均为220 V,所以家庭电路中的用电器都是并联在火线与零线之间,使每个用电器两端的电压等于照明电路两端的电压。从题图示可看出5月底电能表示数为2 818.7 kW·h,故小林家5月份所用的电能为 2 818.7 kW·h-2 708.7 kW·h=110 kW·h。
答案 并 110
7.解析 由题图可知,当白炽灯正常发光时,通过白炽灯的电流是0.40 A,白炽灯正常发光时的电阻R==550 Ω,电路消耗的电能:W=UIt=220 V×0.40 A×5×60 s=26 400 J。
答案 550 26 400
8.解析 电灯正常工作时,电流做功,消耗电能转化为内能和光能,使得电灯发热发光;电流做了多少功,就有多少电能转化为多少其他形式的能。所以如果电灯在一段时间内消耗的电能为E1,转化的内能为E2,转化的光能为E3,则E1、E2和E3三者的等量关系是E1=E2+E3;电流做的功为W,消耗的电能为E1,数值相同,功与能的关系是W=E1。
答案 做功 E1=E2+E3 E1
9.解析 已知R1和R2并联,则并联后的总电阻,则,解得R=2.4 Ω。因为R1和R2并联,把它们并联在U=3 V的电路中,则R1两端电压为3 V,通电30 s,电阻R1消耗的电能W=t=×30 s=67.5 J。
答案 2.4 67.5
10.解析 (1)当开关S1闭合,S2,S3断开时,电路为R的简单电路,电流表测电路中的电流,根据欧姆定律可得R==20 Ω;(2)闭合开关S1、S3,断开S2时,灯泡与R并联,电流表测干路电流,并联电路中各支路独立工作、互不影响,此时通过R的电流0.3 A不变,并联电路中干路电流等于各支路电流之和,IL=I-IR=0.9 A-0.3 A=0.6 A,并联电路中各支路两端的电压相等,灯泡的电阻:RL==10 Ω,通电10 s灯泡消耗的电能:WL=UILt=6 V×0.6 A×10 s=36 J。
答案 (1)20 Ω
(2)36 J
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11.解析 (1)灯泡越亮,在相同时间里消耗的电能越多,电流做功越多。所以我们可以通过灯泡的亮度来比较相同时间内电流做功的多少。(2)因为电流做的功与电压、电流和通电时间有关。图甲电路中,两灯串联电流相同,电压不同,根据控制变量法的思路,是为研究电流做功与电压的关系。通过公式W=UIt判断,在电流和时间相同的情况下,电压越大,电流做的功越多。(3)为了得到具有普遍性、说服力的结论,需要多次测量或实验,图乙干路上缺少滑动变阻器,无法进行多次测量。
答案 (1)灯泡的亮度
(2)电压 电流 电压
(3)干路上缺少滑动变阻器,无法进行多次测量