第十八章 电功率 学案 （含答案） 2023-2024学年物理人教版九年级全一册

第十八章　电功率　复习课
素养目标
1.结合电流做功过程中的能量转化,理解消耗的电能、电功、导体产生的热量,弄清楚三者之间的关系;会测量电能,能熟练应用电功公式和焦耳定律及其变形公式。
2.结合电功率的定义、电功公式、焦耳定律,区分电功率、电热功率;能熟练选择适当的功率公式进行分析和计算。
3.会根据P=UI测量小灯泡的额定功率和实际功率;能根据转换法和控制变量法,设计实验探究导体产生热量多少的影响因素。
◎重点:利用电功率、焦耳定律及其变形公式进行分析和计算;测量小灯泡的电功率。
思维导图
单元达标
达标点一 电功率的相关计算
例1 如图所示的电路,电源电压恒为18 V,电流表的量程为0~0.6 A,电压表的量程为0~15 V,小灯泡L上标有“6 V　3 W”的字样,滑动变阻器的规格为“100 Ω　1 A”。闭合开关S后,在确保两个电表的示数均不超过所选量程,灯泡L两端电压不超过额定电压(灯丝电阻不变)的前提下,求:
(1)小灯泡的电阻RL;
(2)滑动变阻器允许调节的阻值范围;
(3)电路消耗总功率的变化范围。
思维导引 由图可知,灯泡和滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器的电压,电流表测电路中的电流。(1)根据P=算出小灯泡的电阻RL。(2)(3)当电压表的示数为15 V时,滑动变阻器连入的电阻最大,电路中的电流最小,根据串联电路的电压特点和欧姆定律求出电路中的电流、滑动变阻器接入电路的最大阻值,再根据P=UI求出电路中的最小电功率;已知小灯泡的规格“6 V　3 W”,则可求出灯泡的电阻及额定电流,比较额定电流及电流表的最大量程,可得出电路中允许通过的最大电流,根据欧姆定律和串联电路电阻的规律算出滑动变阻器的最小值;根据P=UI求出此时电路中的最大功率。
方法突破
电学计算时的重点注意事项
运用公式解题时,不仅要明白公式中各个物理量的含义,更要明确每个已知条件对应的是哪个电路元件的已知条件,代入公式求解时切不可张冠李戴。
【答案】例2　由图可知,灯泡和滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器的电压,电流表测电路中的电流;
(1)根据P=得,小灯泡的电阻:
RL===12 Ω
(2)为保护电压表,滑动变阻器两端的最大电压为15 V,此时滑动变阻器连入的电阻最大,电路中的电流最小,此时灯泡两端的最小电压UL'=U-U滑=18 V-15 V=3 V,此时电路中的电流最小:
Imin===0.25 A
滑动变阻器接入电路的最大阻值:
R滑max===60 Ω
灯泡正常发光时的电流:
IL===0.5 A
因为电流表要求IL<0.6 A,所以电路中的最大电流应为Imax=IL=0.5 A,此时电路的总电阻:
R===36 Ω
滑动变阻器的最大电阻:
R滑min=R-RL=36 Ω-12 Ω=24 Ω
所以滑动变阻器的范围为24 Ω~60 Ω。
(3)整个电路的最小功率:
Pmin=UImin=18 V×0.25 A=4.5 W
整个电路的最大功率:
P总大=UImax=18 V×0.5 A=9 W
电路消耗总功率的变化范围为4.5 W~9 W
达标检测
1.在如图所示的电路中,电源电压为3 V保持不变,滑动变阻器R2标有“20 Ω　2 A”字样。只闭合开关S1,电流表示数为0.3 A。
(1)求电阻R1的阻值;
(2)求通电10 s,电流通过电阻R1所做的功W;
(3)再闭合开关S2,移动滑动变阻器滑片P,求此时电路的最小总功率P最小。
【答案】1.(1)只闭合开关S1,电路为只有R1的简单电路,电阻R1的阻值:
R1===10 Ω
(2)通电10秒钟,电流通过电阻R1所做的功:
W=UI1t=3 V×0.3 A×10 s=9 J
(3)闭合开关S2,R1、R2并联,要使R1和R2消耗的总功率最小,即电路中总电阻最大,即滑动变阻器滑片P移至最右端,通过R2的最小电流:
I2===0.15 A
电路中最小电流:
I=I1+I2=0.3 A+0.15 A=0.45 A
则最小总功率:
P最小=UI=3 V×0.45 A=1.35 W
达标点二 测量小灯泡的电功率
例2 在测定小灯泡的电功率实验中,小明设计了如图甲所示的电路,其中小灯泡的额定电压为2.5 V,电源由两节新干电池串联组成。
(1)检查仪器时,发现电流表指针位置如图乙所示,则应对电流表进行 。
(2)闭合开关前,应将变阻器的滑片置于 (选填“A”或“B”)端;闭合开关,移动变阻器滑片,当电压表的示数如图丙所示时,小灯泡两端的电压为 V,如要使电路中电流变大,应将变阻器的滑片向 (选填“A”或“B”)端滑动。
(3)实验时,观察小灯泡在三种电压下的发光情况,实验现象和数据如下表所示。
序号 小灯泡两端的电压U/V 通过灯丝的电流I/A 小灯泡的发光情况
1 1.5 0.20 暗
2 2.5 0.32 亮
3 2.8 0.35 很亮
由表可知:①小灯泡的额定功率为 W;
②在不同电压下,小灯泡的电阻不相同,原因是灯丝电阻受到 的影响;
③在电压表示数为2.8 V时,小灯泡发出很亮的光,过一会儿后小灯泡烧坏,此时电压表的示数为 V;
④小灯泡的亮度是由实际功率决定的,若将标有“220 V　40 W”的灯泡L1和标有“220 V　60 W”的灯泡L2串联后接到家庭照明电路中,灯泡 更亮。
思维导引 (1)电流表使用前要调零;(2)为保护电路,闭合开关之前应将变阻器的滑片置于阻值最大处;根据电压表选用小量程确定分度值读数;如要使电路中电流变大,应使电路中电阻变小;(3)①灯在额定电压下正常发光,由表中数据知灯在2.5 V时的电流,根据P=UI求出小灯泡的额定功率;②灯丝电阻受到温度的影响;③分析小灯泡烧坏后电压表的连接,据此回答;④根据P=,比较“220 V　40 W”灯泡L1和标有“220 V　60 W”灯泡L2的电阻大小;根据串联电路电流的规律及P=I2R分析灯泡的亮暗。
【答案】例2 (1)调零
(2)B　2　A
(3)①0.8
②温度
③3
④L1
达标检测
2.实验某小组在“测定额定电压为2.5 V的小灯泡的额定电功率”的实验中,电源电压保持不变,部分电路连接如图甲所示。
　　　　　甲　　　　　　　　　　　乙
(1)请用笔画线表示导线将图甲所示电路连接完整,要求:滑动变阻器的滑片向左移动,电压表示数变大。
(2)正确连接电路后,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,使电压表的示数刚好为2.5 V,电流表示数如图乙所示,小灯泡的额定功率为 W。
(3)实验结束后,该小组对测量结果进行误差分析,考虑到电压表中也有电流通过,该电路所测小灯泡的额定电功率与真实值相比 (选填“偏大”或“偏小”)。
【答案】2.(1)
(2)0.9
(3)偏大
达标点三 电热的相关计算
例3 某品牌家用电热水器的简化电路如图所示,热水器有快加热、慢加热和保温三个工作状态。热水器内装有40 kg的水,慢加热额定功率为1210 W,保温额定功率为605 W,R1、R2均为加热电阻(温度对电阻的影响忽略不计)。[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]问:
(1)热水器把水从20 ℃加热到70 ℃时,水吸收的热量是多少 J
(2)开关S1闭合,S2接b点时,电热水器处于慢加热工作状态,电阻R1的阻值是多少Ω
(3)电热水器在快加热工作状态下正常工作,要产生2.42×106 J的热量,需要多少 s
思维导引 由电路图可知,开关S1闭合、S2接a时,R1与R2并联;开关S1闭合、S2接b时,电路为R1的简单电路;开关S1断开、S2接a时,电路断路;开关S1断开、S2接b时,R1与R2串联,根据P=可知,电路中的电阻越小,电路的总功率越大,据此判断电热水器的挡位。(1)根据Q=cmΔt计算热水器把水从20 ℃加热到70 ℃时水吸收的热量。(2)开关S1闭合、S2接b时,电路为R1的简单电路,电热水器处于慢加热挡,根据R=求出电阻R1的阻值。(3)当两电阻串联时,电路处于保温状态,根据R=求出串联电路总电阻,再根据串联电路电阻规律求出R2的阻值;根据并联电路的电阻特点,可求得R1与R2并联时的总电阻,然后利用P=求出快加热功率,根据Q=W=Pt算出快加热工作状态下的加热时间。
【答案】例3　(1)水需要吸收的热量:
Q=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×40 kg×(70 ℃-20 ℃)=8.4×106 J
(2)开关S1闭合、S2接b时,电路为R1的简单电路,电热水器处于慢加热挡,由P=可得,电阻R1的阻值:
R1===40 Ω
(3)开关S1断开、S2接b时,R1与R2串联,电路中电阻最大,总功率最小,电热水器处于保温挡,此时电路的总电阻:
R串===80 Ω
R2的阻值:R2=R串-R1=80 Ω-40 Ω=40 Ω
开关S1闭合、S2接a时,R1与R2并联,电路中电阻最小,总功率最大,电热水器处于快加热挡=+,即=+,解得:R并=20 Ω
则快加热功率P快加热===2420 W
所用的时间:
t快===1000 s
达标检测
3.如图所示,这是一款电蒸锅的简化电路图,它具有高温和低温两个挡位。高温挡加热功率为2000 W。R1、R2均为加热电阻丝,R2的电阻为72.6 Ω。问:
(1)电阻R1的阻值是多少
(2)电蒸锅低温挡的功率是多少
(3)若不计热量损失,用电蒸锅高温挡将2.5 kg 水从20 ℃加热到100 ℃,需要多长时间 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
【答案】3.(1)高温挡时,为R1的简单电路,高温挡加热功率为2000 W,根据P=,R1===24.2 Ω
(2)低温挡时,两电阻串联,电蒸锅低温挡的功率:P低===500 W
(3)把2.5 kg水从20 ℃加热到100 ℃吸收的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2.5 kg×(100 ℃-20 ℃)=8.4×105 J
不计热量损失,消耗的电能:W=Q吸=8.4×105 J
需要的加热时间:
t'===420 s
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