第4节 焦耳定律
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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.陈师傅在检修一只1 000 W的电炉时,发现电炉丝断了一小截,他用一段较细一些但由同种材料制成的电炉丝将残缺部分补接至原长,这样再接入原电路中时,其实际发热功率将( )
A.小于1 000 W B.等于1 000 W
C.大于1 000 W D.无法判断
3.当温度下降到很低时,部分导体电阻会突然消失,这种现象称为超导现象,假如白炽灯灯丝、电动机内线圈、电饭锅的发热板、电熨斗发热电阻都是用超导材料制作的,则通电后下列说法正确的是( )
A.灯仍发光
B.电动机运转且效率比原来更高
C.电饭锅仍能煮饭
D.电熨斗仍能熨衣服
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.下图是探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气,通电一段时间后,右侧U形管中液面高度差比左侧的大。下列说法正确的是( )
A.左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大
B.该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟电流大小的关系
C.该装置可以用来探究电流通过导体产生热量跟电阻大小的关系
D.U形管中液面高度发生变化是由U形管中液体的热胀冷缩造成的
6.电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫,而连接的导线却不怎么热,主要原因是( )
A.通过导线的电流小于通过电阻丝的电流
B.导线的绝热皮隔热
C.导线的电阻远小于电阻丝的电阻
D.导线散热比电阻丝快
7.如图甲所示,把电阻R与灯L接在3 V的电源上,电阻R与灯L的U-I图像如图乙所示,当S闭合时,电路消耗的功率为 W,通电2 min电阻R产生的热量为 J。
8.甲、乙两只电炉分别标有“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 (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的比为 。
★9.探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关的实验中。
如图甲和乙所示,两透明容器中密封着等质量的空气,两容器中的电阻丝串联起来连接到电源两端,通电一定时间后,比较两个U形管中液面高度差的变化。
(1)在图甲中,通过两电热丝的电流 ;该实验是探究电流通过导体产生的热量与导体的 的关系。
(2)图乙所示实验是探究电流通过导体产生的热量与通过导体的 的关系。
(3)在该实验中,我们是通过观察U形管中液面的 来比较各容器中电热丝产生热量的多少的。
(4)英国物理学家焦耳通过大量实验,最先精确地确定了电流通过导体时产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的 成正比,跟 成正比这个规律,即焦耳定律,其表达式为 。
探究创新
★10.电吹风是现代家庭常用的电器,右图是小华家中使用的电吹风。使用过程中,她发现电吹风既可以吹热风,又可以吹冷风。根据这个现象她断定:在电吹风中有带有风扇的电动机和可以发热的电热丝。根据电吹风能够单独输出冷风的现象,她认为电动机和电热丝是并联的。图甲、乙是她根据现象分析画出的两个电路图。
(1)你认为上述两个电路,哪一个更符合实际情况
(2)小华查看说明书得知,该型号电吹风的正常工作电压为220 V,且吹热风时的功率为460 W,吹冷风时的功率为20 W,求电吹风正常工作且吹热风时,电热丝的功率、电阻及1 min内电流通过电热丝所产生的热量。
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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、电视机工作时,其消耗的电能不只是转化为内能,还会转化为其他能量,故A错误。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。电烙铁工作时,电能全部转化为内能,因此正常工作相同时间,电烙铁产生的热量最多,故D错误。
2.A 由题意可知,修补电路所用的电炉丝与原来的电炉丝长度、材料相同,但横截面积较小,因此电炉丝修补后的电阻比原来增大了,根据公式P=可知,在U不变,R增大时,P将减小,因此选项A正确。
3.B 白炽灯发光、电饭锅煮饭、电熨斗熨衣服都是利用电流热效应来工作的,假如它们用超导材料制作,由于电阻为0,根据焦耳定律Q=I2Rt,可知它们都不能工作。而电动机工作时电能主要转化为机械能,由于电流热效应,同时线圈发热,如果线圈电阻为0,则电能全部转化为机械能,减少了能量损耗。
4.D 电热既有利也有害,选项A错误;根据Q=I2Rt,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,产生的热量不一定越多,选项B错误;电吹风、电风扇不是电热器,选项C错误;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,故选项D正确。
5.C 容器中的两个电阻丝串联,通过它们的电流I与通电时间t相同,由焦耳定律Q=I2Rt可知,左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻,故A错误;在装置中,容器中的两个电阻丝串联,通过它们的电流I与通电时间t相同,左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻,所以实验是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系,故B错误,C正确;U形管中液面高度发生变化是由透明容器中密封着等量的空气的热胀冷缩造成的,故D错误。
6.C 电炉在使用时,电阻丝和导线串联,I电阻丝=I导线,通电时间t相同,因为Q=I2Rt,R电阻丝>R导线,所以电流产生的热量:Q电阻丝>Q导线,从而出现电阻丝热得发烫,但跟电炉丝连接的导线却不发烫的现象,故C符合题意。
7.解析 由题图甲可知,电阻R与灯L并联接在3 V的电源上,因并联电路各支路两端的电压相等,则电阻R与灯L的电压都为3 V;由题图乙可知,通过电阻R与灯L的电流IR=IL=0.3 A,电路中的总电流I=IR+IL=0.3 A+0.3 A=0.6 A,电路消耗的功率P=UI=3 V×0.6 A=1.8 W;通电2 min电阻R产生的热量Q=WR=UIRt=3 V×0.3 A×2×60 s=108 J。
答案 1.8 108
8.解析 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,可知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 4∶9
9.答案 (1)相等 电阻 (2)电流 (3)高度差
(4)电阻 通电时间 Q=I2Rt
10.解析 (1)根据电吹风既可以吹热风,又可以吹冷风的现象,可知电路是并联的。当电动机单独工作时,吹冷风,当电动机和电热丝同时工作时,吹热风,可知乙图更符合实际情况。(2)电吹风正常工作且吹热风时,电热丝的功率P=460 W-20 W=440 W。电热丝的电阻R==110 Ω。1 min 内电流通过电热丝所产生的热量Q=Pt=440 W×60 s=26 400 J。
答案 (1)乙
(2)440 W 110 Ω 26 400 J第3节 测量小灯泡的电功率
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1.下列各组仪器中,不能用来测量电功率的是( )
A.电能表和停表 B.电压表和电流表
C.电功率仪表 D.电流表和停表
2. (多选)在测量小灯泡的功率的实验中,按右图所示电路图连好电路后,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片,结果灯泡不发光,电流表指针不动,但电压表有明显的示数,则电路故障的原因可能是( )
A.小灯泡的灯丝烧断了
B.电流表内部短路
C.连线时,把电流表与电压表互换了
D.变阻器的滑片接触不良
3.图甲中的两个电流表均为学校实验室里常用的电流表(如图乙所示)。闭合开关后,两电流表的指针都正常偏转且偏转角度相同,此时灯L1和L2所消耗的电功率P1和P2的比值为( )
A.4∶1 B.1∶4 C.5∶1 D.1∶5
4.右图是小松同学做电学实验时所画电路图的一部分,根据此图中所提供器材,可以直接研究的问题是( )
A.测小灯泡正常发光的电阻
B.测小灯泡的实际电功率
C.测小灯泡消耗的电能
D.测小灯泡正常工作时的温度
5.利用右图中的电路测小灯泡的额定功率,小灯泡的额定电压是 1.5 V,若发现电压表示数是 1.8 V,则滑动变阻器的滑片应向 移动;若电压表示数为1.0 V,则滑片应向 移动。
6.测量小灯泡额定功率的实验操作步骤如下,正确的操作顺序为 。
A.断开开关;
B.将滑动变阻器调到电阻最大的位置;
C.设计电路,并画出电路图;
D.整理器材;
E.闭合开关,调节滑片,使小灯泡两端电压等于额定电压;
F.观察并记录电流表的读数;
G.断开开关,按电路图连接电路;
H.应用公式,计算小灯泡的额定功率。
7.实验室购买了一批规格为“2.5 V 0.75 W”的小灯泡,某同学在利用其中一只小灯泡做测量电功率的实验时,得到了如下几组数据。
次数 第一次 第二次 第三次
电压/V 2 2.5 3
电流/A 0.34 0.4 0.44
(1)分析这几组数据,你认为该小灯泡______________________ (选填“合格”或“不合格”),原因是:_______ ___________________________________________________。
(2)假如生产这种小灯泡钨丝的粗细是一定的,则这个小灯泡内钨丝的长度与合格产品相比是 (选填“长了”或“短了”)。用这只小灯泡做实验时,容易出现的故障是 。
8.小雨在拆装手电筒时,发现手电筒的小灯泡上标有“3.8 V”的字样,但上面的电流值已经模糊不清,他想通过实验测量该灯泡的额定功率,图甲为他所连的实验电路。
(1)电池盒中至少有 节干电池。
(2)经检查发现电路接线有错误,小雨只做了一处改动就闭合开关进行实验。请在他接错的导线上打上“×”,并改正。
(3)实验时,小雨移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数为3.8 V时,电流表的示数如图乙所示。则该小灯泡的额定电流为 A,额定功率为 W。
★9.某实验小组利用如图甲所示的电路测量小灯泡的电功率,已知小灯泡的额定电压为2.5 V。
甲
乙
丙
(1)测量小灯泡电功率的原理是 。
(2)请按图甲,用笔画线代替导线,在图乙中把电路连接完整。要求导线不得交叉。
(3)正确连接完电路,调节滑动变阻器滑片到阻值最大处,闭合开关后,发现无论怎样移动滑片,小灯泡都不亮,电流表无示数,电压表示数明显,仔细检查,连接无误,那么出现该状况的原因可能是 。
A.电流表内部断路
B.灯泡的灯丝断了
C.灯座内部出现了短路
D.滑动变阻器的电阻丝断了
(4)将故障排除后,移动滑动变阻器滑片P到某处,电压表示数是2.1 V,要测量小灯泡额定功率,滑片P应向 (选填“左”或“右”)端移动。
(5)当灯泡正常发光时,电流表示数如图丙所示,其值为 A,小灯泡的额定功率为 W。
(6)测量小灯泡的电功率 (选填“需要”或“不需要”)多次测量求平均值,原因是 。
探究创新
★10.小林同学在学习了伏安法测电功率的知识后,设计了一个定值电阻的功率能从0连续变化到最大功率的电路,如图甲所示。
(1)实验前,开关应断开,滑片P移到 (选填“a”或“b”)端;
(2)请你按照他的设计,用笔画线代替导线将实物图乙连接完整(电压表量程选0~3 V,导线不能交叉)。
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1.D 电能表可测一段时间内某电路消耗的电能,根据P=可计算出电功率,选项A中仪器可测电功率;用电压表测出某用电器两端的电压,用电流表测出通过它的电流,再利用P=UI可计算出电功率,故选项B中仪表可测电功率;选项C是专用测电功率仪表;而选项D中电流表能测电路中的电流,停表测时间,不能计算电功率,应选D。
2.AC 如果灯丝烧断了,电压表串联在电路中,通过电流表的电流很小,电流表的指针几乎不动,电压表测电源电压,指针有明显偏转,故选项A正确;如果电流表内部短路,电流表无示数,但灯泡仍能正常发光,与灯泡不发光相矛盾;如果电流表与电压表互换,由于电流表电阻很小,灯泡被短接,由于电压表内阻很大,电流表无示数,电压表有示数,故选项C正确;若滑动变阻器滑片接触不良,电流表无示数,灯泡不发光,电压表无示数,与电压表有示数相矛盾。
3.A 由题图可知,灯泡L1和L2并联,电流表A1测干路中的电流,电流表A2测L2中的电流,两表指针偏转角度相同,则所选量程不同,电流表A1的量程为0~3 A,电流表A2的量程是0~0.6 A。则干路中的电流I=5I2,通过L1的电流
I1=I-I2=5I2-I2=4I2,
则两灯泡的功率之比为
=4∶1,
所以正确的选项是A。
4.B 根据电路图可知,电压表测灯泡两端的实际电压,电流表测通过灯泡的实际电流。根据R=可求出灯泡的电阻,但灯泡的电阻受温度的影响,不同电压下灯泡的电阻不同,不能直接测小灯泡正常发光的电阻,故选项A不符合题意;知道灯泡的实际电压和实际电流,据公式P=UI可计算出灯泡的实际功率,故选项B符合题意;根据W=UIt可知,测小灯泡消耗的电能时需要知道通电时间,故选项C不符合题意;要测小灯泡正常工作时的温度,需要用到温度计,故选项D不符合题意。故选B。
5.解析 滑动变阻器跟小灯泡串联,当小灯泡两端的电压高于其额定电压时,可使滑片向右滑动,使滑动变阻器连入电路的电阻变大,所分得的电压变大,小灯泡两端的电压变小;同理,当小灯泡两端的电压小于其额定电压时,可使滑片向左移。
答案 右 左
6.解析 实验操作应按设计电路、连接电路、实验操作、数据处理、整理器材的顺序进行。
答案 CGBEFADH
7.解析 (1)由表格数据可知,小灯泡的电压为额定电压2.5 V时,通过的电流I=0.4 A,则灯泡的实际功率P实=UI=2.5 V×0.4 A=1 W,因在额定电压下小灯泡的实际功率P实>P额=0.75 W,所以,该小灯泡不合格。(2)因P实>P额,由P=的变形式R=可知,这个小灯泡内钨丝的电阻小于合格产品的电阻;因导体电阻与导体材料、长度、横截面积有关,且材料相同、横截面积相同时,长度越小,电阻越小;所以,这个小灯泡内钨丝的长度与合格产品相比短了;这只小灯泡做实验时,在相同电压下小灯泡的实际功率偏大,所以小灯泡容易烧坏。
答案 (1)不合格 在额定电压的条件下小灯泡的实际电功率大于额定功率 (2)短了 小灯泡容易烧坏
8.解析 (1)电源电压应当高于灯泡的额定电压3.8 V,故最少为3节干电池串联。(3)电流表的示数为0.3 A,额定功率P=UI=3.8 V×0.3 A=1.14 W。
答案 (1)3 (2)如图所示 (3)0.3 1.14
9.解析 (1)测量小灯泡电功率的原理是P=UI。(2)滑动变阻器按一下一上连入电路中与灯串联,小灯泡的额定电压为2.5 V,电压表选用小量程与灯并联,如图所示。
(3)若电流表内部断路,则整个电路断路,两表都没有示数,A不符合题意;若灯泡的灯丝断了,小灯泡不亮,电流表无示数,电压表串联在电路中测电源电压,电压表示数明显,B符合题意;若灯座内部出现了短路,电压表示数为0,C不符合题意;滑动变阻器的电阻丝断了,则整个电路断路,两表都没有示数,D不符合题意。(4)灯在额定电压下正常发光,电压表示数为2.1 V小于灯的额定电压2.5 V,应增大灯的电压,根据串联电路电压的规律,应减小滑动变阻器的电压,由分压原理知,应减小滑动变阻器连入电路中的电阻大小,故滑片向右移动,直到电压表示数为额定电压。(5)当灯泡正常发光时,电流表示数如图丙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02 A,其示数为0.30 A,小灯泡的额定功率为P=UI=2.5 V×0.30 A=0.75 W。(6)测量小灯泡的电功率不需要多次测量求平均值,原因是小灯泡在不同电压下的功率不同。
答案 (1)P=UI (2)图见解析 (3)B (4)右
(5)0.30 0.75 (6)不需要 小灯泡在不同电压下的功率不同
10.解析 (1)由题图可知,滑动变阻器的滑片在b端时,上端的电阻R被短路,其功率为零;当滑动变阻器再滑至a端时,变阻器与电阻R并联,且电阻R的两端电压达到电源电压,其功率最大。根据定值电阻的功率能从0连续变化到最大功率的要求,实验前,开关应断开,滑片P应移到b端。
(2)对照电路图可知,滑动变阻器下端的两个接线柱都应该接入电路,电压表选择小量程,与定值电阻和电流表并联,如图所示。
答案 (1)b (2)见解析图第2节 电功率
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1.甲用电器上标有“220 V 60 W”,乙用电器上标有“36 V 60 W”,它们都在额定电压下工作,则下列判断正确的是( )
A.电流通过甲用电器做功一定多
B.电流通过乙用电器做功一定慢
C.完成相同的功,甲用电器用的时间一定长
D.相同时间内,甲、乙用电器消耗的电能一样多
2.用电高峰期,会看到家里的白炽灯泡比正常发光时要暗一些。这是因为,用电高峰期并联用电器增多,造成( )
A.电路中的总电阻增大
B.电路中的总电流减小
C.白炽灯泡的实际功率减小
D.白炽灯泡的额定功率减小
3.将标有“6 V 3 W”和“6 V 2 W”的甲、乙两只小灯泡串联起来,接在电压为6 V的电源两端,接通电路后,以下说法正确的是( )
A.两只小灯泡都不能正常工作,甲灯比乙灯亮
B.两只小灯泡都能正常发光
C.通过乙灯的电流较大,所以乙灯较亮
D.两只小灯泡的总功率小于2 W
4.如图所示的电路中,闭合开关S后,电流表A1的示数为0.2 A,电流表A2的示数为0.8 A,此时,电阻R1和R2消耗的功率之比是( )
A.1∶3 B.3∶1 C.1∶4 D.4∶1
5.电焊利用电流的热效应熔化焊条。某型号的电焊机接在电压220 V的家庭电路上,输出电压40 V,输出功率2 200 W。编号为甲、乙、丙、丁的四种橡胶绝缘铜芯线在常温下安全载流量(长时间通电的安全电流)如表所示。从安全的角度考虑,该电焊机的输出导线应该选用( )
导线编号 甲 乙 丙 丁
导线横截面积S/mm2 1.0 2.5 6 10
安全载流量I/A 12 28 47 68
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
6.下图是四种家用电器各自消耗1度电可持续正常工作的时间柱状图,其中额定功率最大的电器是 ,节能灯正常工作5 h消耗的电能是 kW·h。
7.用发光二极管制成的LED灯具有发光效率高、使用寿命长等优点。图甲是一个定值电阻R和一个LED灯的电流与其两端电压关系的图像。
(1)观察图像可知,R的阻值为 Ω。
(2)如图乙所示,将LED灯与R串联在电路中,若LED灯的电功率为0.06 W,则R中的电流为 A,电路的总功率为 W。
8.标有“6 V 6 W”的灯泡L1和“6 V 3 W”的灯泡L2串联接入电路中。L1灯丝的阻值是 Ω,通过两灯的电流之比是 ,两灯在相同时间内消耗的电能之比为 。(不考虑温度对灯丝电阻的影响)
9.如图甲所示,电源电压为3 V且保持不变,灯泡L1标有“3 V 0.9 W”字样,闭合开关,电流表A2的示数如图乙所示,此时灯泡L1的电阻为 Ω,电流表A1的示数为 A,灯泡L1、L2的实际功率之比为 。一段时间后,发现其中一个灯泡熄灭且两电流表示数相同,可能发生的故障是 。
甲
乙
★10.模拟调光灯电路如图所示,电路中电源电压不变,灯泡L标有“6 V 3 W”字样,且灯丝电阻随温度的变化而变化,定值电阻R1的阻值为6 Ω。将滑动变阻器R2的滑片P置于最右端,闭合开关,电压表和电流表示数分别为6 V和0.2 A;移动滑片P至某一位置,电压表和电流表示数分别为3 V和0.5 A。
(1)求灯泡L正常发光时的电阻大小。
(2)当R2的滑片P在最右端时,闭合开关,求灯泡L的实际功率。
(3)为使灯泡安全工作,R2的滑片能自由滑动,且滑片P滑到某一端时灯泡能正常发光,应采取怎样的保护措施 请计算说明。
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★11.某同学家的电子式电能表上个月月初、月末的表盘分别如图所示。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千瓦时;
(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)
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1.D 甲、乙用电器在额定电压下工作时的功率均为60 W,由W=Pt可知,电流做功的多少与通电时间有关,故选项A错误;电功率是表示电流做功快慢的物理量,甲、乙用电器的功率相同,做功一样快,故选项B错误;根据W=Pt可知,完成相同的功,两用电器用的时间一样多,故选项C错误;根据W=Pt可知,相同时间内,甲、乙用电器消耗的电能一样多,故选项D正确。
2.C 家庭电路是并联的,并联的用电器增多,就相当于增加导体的横截面积,因此总电阻变小,选项A错误;在并联电路中I=I1+I2+…+In,因此并联的用电器增多,电路中的总电流增大,选项B错误;在家庭电路中,输电线和家用电器之间是串联,用电高峰期,接入电路的用电器变多,干路中的电流变大,而输电导线有一定的电阻,输电导线损失的电压U损=IR,输电导线的电阻R一定,当I增大时U损增大,用电器两端的电压减小,由公式P=可知用电器的实际功率减小,灯泡比正常发光时要暗一些,选项C正确;额定功率是用电器在额定电压下的功率,用电器正常工作时两端的电压为额定电压,额定电压只有一个,对应的额定功率只有一个,它不随电压的改变而改变,选项D错误。
3.D 根据公式R=,可知甲、乙两灯泡的电阻分别是12 Ω和18 Ω,由于两灯串联,两灯均不能正常发光,通过两灯的电流相等,由公式P=I2R知,乙灯的实际功率大,乙灯较亮。电路的总功率P总==1.2 W,故选D。
4.B 分析电路图可知,电阻R1、R2并联,电流表A1测通过电阻R2的电流,电流表A2测干路电流,由题意可知,通过电阻R1的电流为I1=0.6 A,通过电阻R2的电流为I2=0.2 A,因为两电阻并联,所以两电阻两端的电压相等,则电阻R1和R2消耗的功率,故选B。
5.D 由P=UI得,电焊机工作时的输出电流I==55 A,导线的安全载流量必须大于55 A才行,由表可知,应选编号为丁的导线。
6.解析 由题图可知,1度电可供电视机持续工作的时间最少,由P=可知,电视机的额定功率最大;节能灯的额定功率不变,所以,解得W2=0.1 kW·h。
答案 电视机 0.1
7.解析 (1)由题图甲可知,定值电阻R的阻值R==50 Ω;(2)由题图甲可知,当LED灯的电功率为0.06 W时,它两端的电压为3 V,通过电路的电流为0.02 A,此时电路中的总功率P=P1+P2=0.06 W+(0.02 A)2×50 Ω=0.08 W。
答案 (1)50 (2)0.02 0.08
8.解析 已知灯泡的额定电压和额定功率,根据R=求出L1、L2灯丝的阻值;根据串联电路的电流特点可知两灯泡串联时通过的电流之比,根据W=I2Rt求出两灯在相同时间内消耗的电能之比。两灯泡的电阻R1==6 Ω,R2==12 Ω;当两灯泡串联时,通过两灯泡的电流相等,根据W=I2Rt可知W1∶W2=R1∶R2=6 Ω∶12 Ω=1∶2。
答案 6 1∶1 1∶2
9.解析 由电路图可知,闭合开关,两灯泡并联,电流表A1测量干路电流,电流表A2测量L2的电流。根据并联电路的电压特点可知,U1=U2=U=3 V,已知U1额=3 V,所以灯泡L1正常工作,根据P=可得L1的电阻R1==10 Ω;灯泡L1正常工作的电流I1==0.3 A;由题图乙可知,电流表A2的量程是0~0.6 A,则示数为0.4 A,即通过L2的电流I2=0.4 A,所以干路电流I=I1+I2=0.3 A+0.4 A=0.7 A,即电流表A1的示数为0.7 A。L1、L2的实际功率之比为 P1∶P2=U1I1∶U2I2=(3 V×0.3 A)∶(3 V×0.4 A)=3∶4。一段时间后,其中一个灯泡熄灭,说明电路出现开路或该灯泡短路;另一个灯泡发光,说明熄灭的灯泡出现的故障不是短路,否则另一个灯泡不会发光;由于两电流表有示数且相同,所以发光的灯泡是L2,故障是L1开路。
答案 10 0.7 3∶4 L1开路
10.解析 (1)由题可知,灯泡正常工作时的电阻R==12 Ω。
(2)灯泡正常工作时的电流I额==0.5 A,由题可知,移动滑片P至某一位置,电压表和电流表示数分别为3 V和0.5 A,即此时电路中的实际电流I=0.5 A=I额,故此时灯泡恰好正常工作,可得灯泡两端电压U灯=U额=6 V,R2两端电压即电压表示数U2=3 V,R1两端电压U1=IR1=0.5 A×6 Ω=3 V,则电源电压U=U1+U2+U灯=3 V+3 V+6 V=12 V,当滑片滑至最右端时,R1两端电压U1'=I1'R1=0.2 A×6 Ω=1.2 V,灯泡两端电压U灯'=U-U1'-U2'=12 V-1.2 V-6 V=4.8 V,此时灯泡的实际电功率为P灯实=U灯'I1'=4.8 V×0.2 A=0.96 W。
(3)由题图可知,灯泡、R1、R2串联,当滑片滑到最左端时,电路由R1与灯泡串联组成,根据题意,灯泡两端的电压最大为U大=6 V,通过的电流I大=I额=0.5 A,则此时R1的值应为R1==12 Ω,故可以通过增大R1的阻值来实现。
答案 (1)12 Ω (2)0.96 W (3)增大R1阻值(计算过程见解析)
11.解析 (1)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不得超过
P=UI=220 V×10 A=2 200 W。
(3)电能表的指示灯闪烁32次,电热器所消耗的电能
W=×3.6×106 J=7.2×104 J
电热器的实际功率
P实==400 W
该电热器的电阻
R==100 Ω
根据P=可得实际电压
U实==200 V。
答案 (1)95 kW·h
(2)2 200 W
(3)200 V第1节 电能 电功
知能演练提升
能力提升
1.电动机是一种高效率、低污染的动力设备,广泛地应用在各种家用电器中。下列家用电器中应用了电动机的是( )
A.洗衣机 B.电饭锅
C.电热水壶 D.电热毯
2.下列生活实例不属于节约用电的是( )
A.电视机不用时切断电源
B.离开教室随手关灯
C.夏天用空调时把温度调得很低
D.尽量少开启电冰箱门
3.小明家用的是IC卡电能表,他到供电公司买电,对售电人员说:“我买100度电。”接过发票一看,上面打印着“购电数量100 kW·h”。那么,度和kW·h的关系是( )
A.1度=1 kW·h B.1度=3.6×106 J
C.1度=3.6×106 kW·h D.1度=1 kW
4.下列说法错误的是( )
A.我们常说消耗了多少电能,其意思就是说电流做了多少功
B.电能通过灯泡后灯泡发光,这个过程中电流做了功
C.电能和电功的单位相同,都是焦
D.电能表上的读数显示了这个月用户消耗的电能
5.阻值为4 Ω的小灯泡接在电压为6 V的电路上,通电 1 min 后,电流通过小灯泡所做的功是( )
A.240 J B.360 J
C.480 J D.540 J
6.小明同学在门外走廊拍了一张自家电能表的照片,如图所示。她仔细观察照片后得到下列结论,你认为正确的是( )
A.电能表的额定电流为10 A
B.每消耗1 kW·h的电能,指示灯闪3 200次
C.该电能表要接在不低于220 V的电路中使用
D.拍照片时,小明家已消耗的电能为7 624.1 J
7.某品牌手机充电宝,上面标有电压为5 V,容量为12 000 mA·h,它充满电后,可以储存的电能是 J。在充电过程中,将电能转化为 能储存。
8.某电冰箱铭牌上有“输入电压220 V,耗电量0.7 kW·h/24 h,输入总功率120 W”等数据。其中“耗电量0.7 kW·h/24 h”这个数据的含义是:该冰箱正常使用24 h消耗的电能是 kW·h,合 J。使用该电冰箱,一个月消耗电能 kW·h。如果电费为0.65元每千瓦时,则该电冰箱一个月的电费为 元(每月按30天计算)。
9.某校为师生饮水方便,安装了电热水器。为测定电热水器消耗的电能,关闭其他用电器,只用电热水器给水加热,一段时间后,电能表由图甲示数变为图乙示数,则该电热水器在这段时间内消耗的电能为 kW·h,等于 J。若消耗电能的87%被水吸收,则可把 kg初温为13 ℃的水加热至100 ℃[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]。
10.如图所示的电路中,定值电阻R1=40 Ω,R2=20 Ω,电压表示数为10 V。求:
(1)通过R2的电流;
(2)通电300 s,电流通过R1所做的功;
(3)通电300 s,电路中消耗的电能。
★11.如图所示,电阻R1=10 Ω。若断开S2、闭合S1,电流表的示数I1=0.30 A;若闭合S1、S2,电流表的示数I2=0.50 A。求:
(1)电源两端的电压;
(2)电阻R2的阻值;
(3)电流通过电阻R2在2 min内所做的电功。
探究创新
★12.我们的生活已经离不开电能,那么我们每天所消耗的电能是哪里来的呢 我们所消耗的电能是由其他形式的能转化而来的,比如说,火力发电是将化学能转化为电能,太阳能电池是将太阳能转化为电能。下图是水力发电的示意图,据图回答下列问题:
(1)从能量转化的角度说明水电站的工作原理。
(2)建设水电站选址时,从能量利用角度来看,你将选择图甲所示的A址还是选图乙所示的B址 并说明理由。
知能演练·提升
1.A 电饭锅、电热水壶、电热毯等都是将电能转化为内能;而洗衣机工作时要转动,将电能主要转化为机械能,其中的主要部件是电动机。
2.C 电视机不用时切断电源,减少待机耗电;离开教室随手关灯,可减少用电时间;尽量少开启电冰箱门,可减少电冰箱的工作时间。选项A、B、D都能节约用电,夏天空调调得很低,会延长空调的工作时间,耗电增多。
3.A 电能的常用单位为kW·h,俗称“度”。换算关系1 kW·h=1度。
4.D 电能转化为其他形式的能的过程也就是电流做功过程,消耗了多少电能,就有多少电能转化为其他形式的能。电能表上的读数是电能表自使用以来用电器消耗的电能之和。一个月消耗的电能等于月末读数减去月初读数。
5.D 通过小灯泡的电流I==1.5 A,通电1 min 后,电流通过小灯泡所做的功是W=UIt=6 V×1.5 A×60 s=540 J。
6.B 电能表上的电流值,代表标定电流,即长时间稳定工作时不许超过的最大电流,A错误;3 200 imp/(kW·h)表示接在这个电能表上的用电器,每消耗1 kW·h的电能,电能表上的指示灯闪烁3 200次,B正确;220 V表示这个电能表应该接在220 V的电路中使用,C错误;电能表的示数应读为7 624.1 kW·h,D错误。
7.解析 该充电宝一次充满电后储存的电能W=UIt=5 V×12 000×10-3 A×3 600 s=2.16×105 J;充电和放电是相反的过程,充电时是把电能转化为化学能,放电时是把化学能转化为电能。
答案 2.16×105 化学
8.解析 每天消耗的电能W1=0.7×3.6×106 J=2.52×106 J;每月消耗的电能W2=0.7 kW·h×30=21 kW·h;每月的电费为(0.65×21)元=13.65元。
答案 0.7 2.52×106 21 13.65
9.解析 关闭其他用电器,只用电热水器给水加热,电热水器在这段时间内消耗的电能W=7 626.9 kW·h-7 624.8 kW·h=2.1 kW·h=7.56×106 J;消耗电能的87%被水吸收,即Q吸=87%W,由Q吸=cmΔt有cmΔt=87%W,所以水的质量m==18 kg。
答案 2.1 7.56×106 18
10.解析 (1)由电路图可知,两电阻串联,电压表测R2两端的电压,根据欧姆定律可得,通过R2的电流I2==0.5 A。
(2)串联电路中各处的电流相等,则通过R1的电流I1=I2=0.5 A,通电300 s,电流通过R1所做的功W1=U1I1t=R1t=(0.5 A)2×40 Ω×300 s=3 000 J。
(3)电流通过R2所做的功W2=U2I2t=10 V×0.5 A×300 s=1 500 J。
电路中消耗的电能等于电流所做的功,W=W1+W2=3 000 J+1 500 J=4 500 J。
答案 (1)0.5 A (2)3 000 J (3)4 500 J
11.解析 从题图中可看出,只闭合S1时,电阻R1接入电路,根据欧姆定律可求电压值,即电源电压;当再闭合开关S2后,两电阻并联,通过电阻R1的电流不变,干路中增大的电流为通过R2的电流,由欧姆定律可求R2的值;由公式W=UIt,可求电流通过电阻R2在2 min内所做的功。(1)由欧姆定律得U=I1R1=0.30 A×10 Ω=3 V;(2)通过电阻R2的电流I=I2-I1=0.50 A-0.30 A=0.20 A,由欧姆定律公式变形得R2==15 Ω;(3)由电功公式得W=UIt=3 V×0.20 A×120 s=72 J。
答案 (1)3 V (2)15 Ω (3)72 J
12.解析 水力发电是利用水的机械能转化为电能,在上游建坝,提高水位,增加水的势能,然后让水从高处冲下,水的机械能转化为水轮机的动能,水轮机带动发电机发电,使水的机械能转化为电能。从题图中来看,题图乙中B的位置更低一些,水流下来,会有更多的势能转化为动能,带动水轮机发电,可以转化为更多的电能,所以,选题图乙中的B址更好一些。
答案 (1)水从高处流下,水的机械能转化为水轮机的动能,带动发电机发电,从而使水的机械能转化为电能。(2)选题图乙中的B址。因为水库中的水流到B处时的动能大,转化成的电能多。