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第十六章 电流做功与电功率
第一节 电流做功
目标要求 核心素养提升
1.了解电流做功及电流做功的本质,能用电功的公式进行简单的计算。 2.知道电能表的用途和读数方法,知道焦耳、千瓦·时(度)及它们之间的换算关系。 1.通过对电流做功的学习,能从能量转换的角度分析电能的转化。培养学生综合分析的能力。
2.通过电能表的学习,调查生活用电,测算家中消耗的电能,让学生体验物理知识在实际生活中的应用。
一、电功
1.定义:电流通过用电器所做的功叫做 ,用符号 表示。
2.实质:用电器工作的过程就是利用电流 ,将电能转化为 能量的过程。
3.影响电功的因素: 、 和 。(电流所做的功与电压、电流和通电时间成 )
4.计算公式:W= 。
5.电功的国际单位是 。生活中常用 作为电功的单位,俗称“ ”, 1 kW·h= 度= J。
电功
W
做功
其他形式的
电压
电流
通电时间
正比
UIt
J
kW·h
度
1
3.6×106
二、电能表(又称电度表)
1.作用:是测量 的仪表。
2.读数:电能表在一段时间内 的差值,就是这段时间内所消耗电能的多少。
电功
[注意] 虚线框内的数字为小数位,电能表的测量单位是kW·h。
前后两次示数
知识点一 电功及其计算
B
1.下列用电器中,工作时主要将电能转化为机械能的是( )
A.电熨斗 B.洗衣机
C.电热水壶 D.电烙铁
D
3.(2023广安)如图所示,电源电压6 V不变,电阻R1=10 Ω,R2=20 Ω,当开关S接2时,电压表示数为 V;当开关S接1时,通过R1的电流10 s内所做的功为 J。
2
36
知识点二 电能表
D
4.(2024青海改编)一种家用电能表上的参数如图所示,下列说法错误的是( )
A.该电能表应该在220 V的电路中使用
B.600 r/(kW·h)表示每消耗1 kW·h的电能,电能表的转盘转600转
C.电能表是计量用电器消耗电能的仪表
D.该电能表此时的读数是31.6 J
5.(2023凉山改编)某同学家的电能表面板如图所示,图中电能表的示数为 kW·h。若将某用电器单独接在该电能表上工作10 min,电能表上的指示灯闪烁了320次,那么该用电器在上述时间内消耗的电能为 J。
219.6
3.6×105
用电能表计算电能的方法
(1)某段时间电能表上先后两次示数之差,就是被测电路在这段时间内消耗的电能。
知识目标 题号 目标达成(题号) 不足之处
电流做功的理解 2,6
电流做功计算 3,5,7,8,9, 10,11,12
电能表的使用 1,4
1.下列四种仪器中,用来测量家用电器在一段时间内消耗多少电能的是( )
A.电流表 B.电压表
C.电能表 D.验电器
2.关于电功,下列说法中正确的是( )
A.用电器通电的时间越长,电流做的功一定越多
B.通过用电器的电流越大,电流做的功一定越多
C.用电器两端的电压越大,电流做的功一定越多
D.用电器消耗的电能越多,电流做的功一定越多
3.小红同学家的电冰箱正常工作时电流大约是1 A,则它正常工作10 h所消耗的电能约是 ( )
A.2 200 J B.1.32×105 J
C.7.92×105 J D.7.92×106 J
C
D
D
4.小明家半年前新装了一只电能表,现在表盘的示数如图,下列说法正确的是( )
A.该电能表的最大电流不能超过10 A
B.该电能表应接在50 Hz的直流电路中使用
C.小明家每消耗1度电,铝盘转动3 000转
D.小明家半年内的用电量是6 335 kW·h
5.将阻值为10 Ω的电阻丝接在电源两端,通电10 min,电流所做的功是2.16×103 J,若将阻值为5 Ω的电阻丝接入同一电源的两端,通电20 min,电流做功的多少是( )
A.2.16×103 J B.1.25×103 J
C.6.0×103 J D.8.64×103 J
6.如图所示电路,当开关S闭合后,在相同时间内,电路中消耗的电能将( )
A.变多 B.变少
C.不变 D.无法确定
C
D
A
7.甲、乙两个用电器的电压之比为5∶4。电流之比为1∶2。通电时间之比为2∶1。则两个用电器消耗的电能之比为( )
A.4∶5 B.5∶1
C.5∶4 D.5∶8
8.(2023海南)如图(甲)所示电路中,电源电压保持不变。闭合开关后,调节电阻箱的阻值,记录多组数据,得到电流随电阻箱阻值变化的图像如图(乙)所示,电源电压为 V;当电流I=0.5 A时,通电10 s电阻箱消耗的电能为 J。
C
6
5
9.如图所示,R1=10 Ω,R2=20 Ω。闭合开关S,电压表的示数为4 V。求:
(1)通过R2的电流。
(2)1 min内电流通过R1所做的功。
答案:(1)0.2 A (2)24 J
10.有两个电路元件A和B,流过元件的电流与其两端电压的关系如图(甲)所示;把它们串联在电路中,如图(乙)所示。闭合开关S,这时电路中的电流为 0.2 A,则电源电压和元件A在10 s内电流做的功分别是( )
A.2 V,2 J B.3 V,2 J
C.3 V,6 J D.2 V,4 J
B
11.如图所示的电路,电源电压保持不变,R1=30 Ω,R2=10 Ω。当闭合开关S1,S,断开S2时,电流表的示数为0.4 A。
(1)求电源电压。
(2)当闭合开关S2,S,断开S1时,求电流表的示数。
答案:(1)12 V (2)1.2 A
(3)当闭合开关S1,S2,S时,通电100 s,求整个电路消耗的电能。
答案:(3)1 920 J
解析:(3)当闭合开关S1,S2,S时,R1与R2并联,因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以,通过R1,R2的电流不变,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以干路电流
I=I1+I2=0.4 A+1.2 A=1.6 A,
通电100 s整个电路消耗的电能
W=UIt=12 V×1.6 A×100 s=1 920 J。
12.(物理学与日常生活)某品牌手机的超级快充充电器最大充电电流可达5 A。现有该品牌手机的某一型号的电池,容量为 4 200 mA·h(其中“mA”为电流的单位“毫安”,“h”为时间的单位“小时”),假设充电器始终以最大充电电流充电,且把电池充满,只需要 min。如果将此电池电量全部用完,然后停下家里其他用电器,只给手机充电,充满后发现标有“3 000 revs/ (kW·h)”字样的电能表转了63转,则充电消耗的电能为 kW·h。
50.4
0.021
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第2课时 额定功率与实际功率
目标要求 核心素养提升
1.知道用电器的额定功率与实际功率。 2.能够计算用电器的实际功率。 1.通过调查用电器的铭牌,了解用电器的额定功率,并进一步理解用电器的实际功率。
2.通过解决额定功率和实际功率的相关问题,培养学生分析问题、解决实际生活中问题的能力。
一、额定功率
1.额定电压:电器设备 的电流值。
2.额定电流:电器设备 的电流值。
3.额定功率:与 或 对应的功率。
4.某灯泡的铭牌上标有“220 V 40 W”字样,表示该灯泡的 为220 V, 为40 W。
[注意] 用电器的额定电压和额定功率具有唯一性,即用电器的额定电压和额定功率是固定不变的。
二、实际功率
1.用电器在 下工作时所对应的功率叫做用电器的实际功率。
2.当实际电压等于额定电压时,实际功率 额定功率。
正常工作
第1课时 电功率
额定电压
额定电流
额定电压
额定功率
实际电压
等于
正常工作
[注意] 灯泡的实际功率决定灯泡的明亮程度,实际功率越大,灯泡越亮。
三、实际功率与额定功率的关系
1.若U实=U额,则P实 P额,用电器 工作。
2.若U实3.若U实>U额,则P实 P额,用电器 工作,有可能被损坏。
=
正常
<
不能正常
>
不能正常
知识点一 额定功率与实际功率的理解
C
1.某灯泡上标有“PZ220-40”的字样,以下说法正确的是( )
A.灯泡的额定电流为5.5 A
B.灯泡的额定电压为40 V
C.灯泡的额定功率为40 W
D.灯泡正常发光时的电阻为5.5 Ω
2.现有甲、乙两盏电灯,分别标有“220 V 36 W”和“36 V 36 W”字样,如果它们都正常发光,则( )
A.甲灯亮 B.乙灯亮
C.一样亮 D.无法判断
C
C
3.(2023兰州)现有“6 V 3 W”和“12 V 6 W”字样的甲、乙两只灯泡,不考虑灯丝电阻的变化,下列说法正确的是( )
A.通电时间相同时,甲灯泡消耗的电能一定比乙灯泡少
B.通电时间相同时,电流通过乙灯泡比甲灯泡做功一定快
C.两只灯泡串联工作时,甲灯泡产生的热量一定比乙灯泡少
D.两只灯泡并联工作时,干路中允许通过的最大电流为1 A
4.某同学家的电炉正常工作时通过电炉丝的电流是5 A,若电炉在220 V电压下正常工作,则该电炉的额定功率为 W。当电炉的电压为200 V时,电炉的额定功率将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
1 100
不变
额定功率与实际功率的区别与联系
物理量 额定功率 实际功率
区别 概念 在额定电压下的功率 在实际电压下的功率
是否变化 是确定的、唯一的,不随实际电压的改变而改变 是不确定的,随实际电压的改变而改变
联系 当用电器两端的实际电压等于额定电压时,用电器的实际功率等于额定功率
知识点二 额定功率与实际功率的计算
B
5.(2023临沂)一个标有“220 V 1 100 W”的电热器,当通过它的电流为4 A时,它的实际功率为( )
A.176 W B.704 W
C.880 W D.1 100 W
6.标有“6 V 1.5 W”的小灯泡,通过它的电流随两端电压变化的关系如图所示,若把这样的三只灯泡串联起来,接在12 V的电源两端,灯泡的电阻及实际功率为( )
A.24 Ω 0.67 W B.20 Ω 0.8 W
C.24 Ω 0.96 W D.20 Ω 0.67 W
B
0.1
7.某电能表的表盘上标有“1 600 imp/(kW·h)”的字样,将铭牌上标有“220 V 1 210 W”字样的电热水器接在家庭电路中,只让它单独工作6 min,这段时间内电能表的指示灯闪烁了160次,则该电热水器在上述时间内实际消耗的电能为 kW·h,实际功率为 W,该电路的实际电压为 V。
8.如图所示,电源电压7 V保持不变,灯L2的规格为“6 V 3.6 W”,当开关S闭合,两灯发光,使用一段时间后L1突然熄灭,L2更亮,则故障是L1 ,此时灯L2的实际电功率为 W。(假设灯丝电阻不变)
1 000
200
短路
4.9
9.一只电烙铁的规格为“220 V 110 W”。求:
(1)该电烙铁正常工作时的电流为多少
(2)该电烙铁的电阻为多少
(3)在额定电压下通电10 min,电流做功是多少
答案:(1)0.5 A (2)440 Ω (3)6.6×104 J
(3)在额定电压下通电10 min,电流做功 W=Pt=110 W×10×60 s=6.6×104 J。
知识目标 题号 目标达成 (题号) 不足
之处
额定功率与实 际功率的理解 1,3,6,7,11
实际功率的 相关计算 2,8,9,10, 12,13
动态电路 4,5
极值问题 13,14
1.关于用电器的额定功率和实际功率,下列说法正确的是( )
A.额定功率大的用电器,其实际功率一定大
B.实际功率大的用电器,其额定功率一定大
C.用电器的实际功率会随所加电压的改变而改变
D.用电器的额定功率会随所加电压的改变而改变
2.(2023天津)如图所示电路,甲、乙两灯分别标有“6 V 6 W”和“6 V 3 W”字样,电源电压恒为6 V。不考虑温度对灯丝电阻的影响,下列说法正确的是( )
A.只闭合S1时,甲、乙两灯的实际功率之比为2∶1
B.只闭合S2,S3时,甲、乙两灯的实际功率之比为1∶2
C.只闭合S1,S2时,电路的总功率为6 W
D.只闭合S1,S2时,电路的总功率为3 W
C
D
3.甲、乙两只普通照明白炽灯的铭牌如图所示,下列说法中正确的是( )
A.若两灯串联在 220 V 的电路中,则乙灯较亮
B.将乙灯接入110 V电路中,它的实际功率为50 W
C.若将两灯并联在220 V的电路中,则甲、乙均正常发光
D.两灯均正常发光时,乙灯消耗的电能较多
4.如图所示的电路中,电源电压不变,R为滑动变阻器,L为小灯泡(假设灯丝电阻不变)。闭合开关S,滑动变阻器的滑片P从b端向a端滑动的过程中( )
A.电流表示数减小,小灯泡变暗
B.电压表示数增大,小灯泡变亮
C.电压表示数与电流表示数的比值减小,小灯泡变亮
D.电压表示数与电流表示数的比值不变,小灯泡变亮
C
C
5.(2024昆明)如图(甲)所示电路的电源电压为3 V恒定不变,小灯泡的额定电压为 2.5 V,图 (乙)是小灯泡的I-U图像。闭合开关S后,下列判断正确的是( )
A.滑动变阻器的滑片P向左移动,小灯泡变暗
B.小灯泡的电阻不随温度的改变而改变
C.滑动变阻器的滑片P向右移动,电压表的示数变小
D.小灯泡正常发光时,滑动变阻器的功率是0.1 W
6.标有“220 V 40 W”的灯泡甲和“220 V 100 W”的灯泡乙,其灯丝长短、材质相同,可发现 灯泡的灯丝较粗;若将这两个灯泡串联在220 V的电源上,则 灯泡更亮一些。(均选填“甲”或“乙”)
7.(2023衡阳)某商场有甲、乙两种容积相同的电热水壶,甲标有“220 V 800 W”的字样,乙标有“220 V 1 500 W”的字样,若家庭电路的电压是220 V,室内插座的额定电流是5 A,用该插座给电热水壶供电,从安全用电的角度考虑,应选购 (选填“甲”或“乙”)电热水壶,选择的理由是 。
D
乙
甲
甲
乙电热水壶的额定电流大于插座的额定电流
8.如图所示的电路,电阻R=5 Ω。当开关S断开时,电流表的示数为2 A,电源电压是 V。当开关S闭合时,电流表示数为3 A,小灯泡L正常发光,此时通过小灯泡的电流是 A,小灯泡L的额定功率是 W。
10
1
10
9.(2023昆明官渡区期末)如图所示,电源电压恒为4 V,小灯泡L标有“6 V 3 W”字样,其阻值不受温度影响,RP是滑动变阻器,闭合开关S,(结果保留两位小数)求:
(1)小灯泡的电阻。
(2)通过小灯泡的电流。
答案:(1)12 Ω (2)0.33 A
(3)小灯泡的实际功率。
(4)当RP=6 Ω时,电流表的示数。
答案:(3)1.33 W (4)1 A
10.(2023陕西)如图(甲)所示电路,电源电压不变,L是额定电压为2.5 V的小灯泡,R为滑动变阻器。闭合开关,滑片P在某两点间移动的过程中,电流表A与电压表V1的示数变化关系如图 (乙)所示。当电流表示数为0.2 A时,两电压表的示数相等,则电源电压为 V。小灯泡正常工作时的电流为 A,此时滑动变阻器接入电路的阻值为 Ω,电路的总功率为
W。
3
0.25
2
0.75
11.(2023云南)如图所示,灯泡L1标有“6 V 3 W”,L2标有“6 V 2 W”字样,电源电压6 V恒定不变。闭合开关S,忽略温度对灯丝电阻的影响,则(甲)、(乙)两电路中流过L1的电流I1∶I1′= ,L2消耗的实际功率P2 (选填“>”“=”或“<”)P2′。
2∶5
<
12.(2023十堰改编)如图所示是某新型多挡榨汁机电路结构简化图。它具有榨汁、加热、保温功能,部分参数如下表。求:
榨汁机部分参数
额定电压 220 V
榨汁功率 66 W
加热功率 220 W
保温功率 88 W
(1)仅榨汁时,电路中的电流。
答案:(1)0.3 A
(2)电阻R1的阻值。
答案:(2)330 Ω
13.(多选题)如图所示,电源电压保持不变,滑动变阻器R标有“30 Ω 1 A”,定值电阻R0的阻值为10 Ω,小灯泡L标有“6 V 0.6 A”,电流表的量程为0～3 A。不考虑灯丝电阻的变化,只闭合S,滑片P移到R的中点时,小灯泡恰好正常发光。在保证电路安全的前提下,下列说法正确的是( )
A.小灯泡的电阻为10 Ω
B.电源电压为15 V
C.小灯泡发光最暗时的功率约为1.4 W
D.电路消耗总功率的最小值与最大值之比是1∶8
ABC
14.厨艺最讲究“火候”二字,如图(甲)所示的智能蛋糕机就是通过智能化技术控制制作时间和温度,制作出口感好、营养价值高的蛋糕。该蛋糕机的电路简图如图(乙)所示,其中R1,R2均为发热电阻(假定电阻不随温度变化),部分参数如下表所示。求:
额定电压/ V 220
额定功率/ W 高温1 100
中温880
低温
(1)当开关S1断开,单刀多掷开关S2打到3时,蛋糕机处于 (选填“高温”“中温”或“低温”)挡。
答案:(1)低温
(2)高温挡工作10 min产生的热量。
(3)R2的电阻值。
答案:(2)6.6×105 J
(3)220 Ω
解析:(2)高温挡工作10 min产生的热量W=P高t=1 100 W×600 s=6.6×105 J。
(4)该蛋糕机低温挡的额定功率。
答案:(4)176 W
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第三节 测量电功率
目标要求 核心素养提升
能够自行设计实验测量小灯泡的电功率。 通过探究实验,培养学生的探究能力,培养科学探究的精神,培养严谨的科学态度。
一、伏安法测量小灯泡的电功率
1.实验目的是测定小灯泡的 功率和 功率。
2.实验原理是 。
3.实验中必须测出的物理量有 和 ,分别用 和 来测量。
4.注意事项
(1)连接电路时,开关应 。
(2)滑动变阻器的滑片应该移到 。
5.实验中要用滑动变阻器的目的是 ,实验中测量三组数据的目的是 。
额定
实际
P=UI
电压
电流
电压表
电流表
断开
阻值最大处
调节小灯泡两端的电压
比较小灯泡在不同电压下的电功率
6.实验结论
(1)若U实=U额,则P实 P额,小灯泡 发光。
(2)若U实(3)若U实>U额,则P实 P额,小灯泡发光 ,有可能被烧坏。
二、家用电器电功率的测量(以电吹风为例)
1.实验原理是 。
2.需要的器材是 和 。
3.测量方法
(1)关闭家里 的电器,只启动电吹风。
(2)利用钟表测量电吹风工作时电能表铝盘转n转所用的时间为t。
4.用字母代表所涉及的物理量,请写出计算电功率的公式P= 。[设电能表上标有“N r/(kW·h)”的字样]
=
正常
<
较暗
>
较亮
电能表
钟表
所有
知识点一 利用“伏安法”测量小灯泡的电功率
2.5
1.小明用电压表和电流表测定2.5 V灯泡的额定功率。在实验过程中,符合操作要求。闭合开关,将滑动变阻器的滑片P移至如图(甲)所示的位置时,灯泡正常发光,则电压表示数一定是
V;电流表的示数如图(乙)所示,则电流表示数是 A,灯泡的额定功率是
W。
0.2
0.5
2.(2023广元节选)小莉在测量小灯泡的实际电功率实验中,实验器材有:电压恒为3 V的电源一个、规格相同的小灯泡两个、电压表一个、电流表一个、滑动变阻器一个、开关一个、导线若干。
(1)小莉设计并连接的实物电路如图(甲)所示,在闭合开关前,为了确保安全,她应将滑动变阻器的滑片滑到 (选填“左”或“右”)端。
(2)小莉闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,观察到电压表的示数接近3 V,电流表的示数几乎为零,请分析电路发生的故障可能是 。
(3)小莉排除故障后继续实验,经过多次测量,得到小灯泡的I-U图像如图(乙)所示,请你结合图像计算当U=2.0 V时,小灯泡的实际功率大小为 W。
右
小灯泡开路
0.56
3.(2023阜新)做“测量小灯泡额定功率”的实验(小灯泡的额定电压U额=2.5 V,灯丝电阻阻值不变)。
(1)连接电路后,闭合开关,若小灯泡较暗,电流表有示数,电压表有示数,调节滑动变阻器的滑片,两表的示数都不变,原因是滑动变阻器接了 两个接线柱。
(2)排除故障后如图(甲)所示,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,直到电压表示数为2.5 V时为止,此时电流表的示数如图(乙)所示,则小灯泡的额定电功率为 W。
下面
0.75
(3)同组的小月同学设计了一个电路,如图(丙)所示,也测出了该小灯泡正常发光时的功率,其中定值电阻的阻值R=25 Ω,正确操作步骤如下:
①只闭合开关S和 ,调节滑动变阻器滑片使电流表示数为I1= A;
②闭合开关S和 ,断开开关 ,保持滑动变阻器滑片位置不动,读出电流表示数为I2;
③小灯泡的额定电功率表达式为P额= 。(用物理量符号表示)
S2
0.1
S1
S2
U额(I2-I1)
实验中常见的电路故障
(1)小灯泡开路:小灯泡不亮,电压表有示数,电流表无示数。
(2)小灯泡短路:小灯泡不亮,电流表有示数,电压表无示数。
(3)滑动变阻器接入下面的两个接线柱:闭合开关,调节滑动变阻器滑片的位置时,小灯泡比较暗且不发生变化。
(4)滑动变阻器接入上面的两个接线柱:闭合开关,小灯泡比较亮,电流表有示数并且较大,电压表示数接近电源电压,调节滑动变阻器的滑片,小灯泡亮度、电流表示数、电压表示数都没有变化。
知识点二 利用电能表测算家用电器的电功率
2 500
4.小红想测量电视机待机时是否还消耗电能,她让电视机处于待机状态,然后拔掉其他电器的插头或关掉开关,记下时间和家中电能表的信息如图(甲)所示,两天后回到家中,再记下此时的时间和电能表的信息如图(乙)所示。
(1)2 500 r/(kW·h)表示每消耗1 kW·h的电能,表盘要转 转。
(2)在小红外出这段时间里,她家的电视机消耗的电能是 kW·h。
(3)小红家电视机在待机状态下的电功率是 W。
0.2
4
5.(2023凉山)某同学家的电能表面板如图所示,则他家同时使用的用电器总功率不能超过
W。如将某用电器单独接在该电能表上工作10 min,电能表上的指示灯闪烁了320次,该用电器功率为 W。
2 200
600
知识目标 题号 目标达成 (题号) 不足之处
测量小灯泡的电功率 1,2,3,4,5, 6,7,10,11
测量家用电器的电功率 8,9
1.下列各组仪器中,可以用来测量功率的是( )
①电能表和秒表 ②电能表和电压表 ③电能表和电流表 ④电流表和电压表
A.①② B.③④
C.①④ D.②③④
2.如图所示是小红在测量小灯泡电功率时连接实验器材的情况,其中错误的是( )
A.电流表没有串联接入电路中
B.电压表没有与灯泡并联
C.滑动变阻器的接线柱的连接
D.开关没有串联接入电路中
C
C
3.下列各电学实验,都可以通过调节滑动变阻器来测量多组电流和电压。其中为了减小实验误差的是( )
A.电阻的大小与哪些因素有关
B.电流的大小与哪些因素有关
C.用“伏安法”测电阻
D.用“伏安法”测小灯泡电功率
4.在测量小灯泡电功率的实验中,通过调节滑动变阻器的滑片改变小灯泡亮度的时候,没有发生改变的是( )
A.灯泡两端的电压 B.通过灯泡的电流
C.灯泡的额定电压 D.灯泡的实际功率
C
C
5.某同学利用如图所示的电路,测量额定电压为2.5 V的小灯泡的额定功率,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.实验还可以得出,小灯泡的实际功率越大,小灯泡越亮
6.在“测定小灯泡的额定功率”的实验中,某同学电路连接正确,闭合开关,灯泡发光,但测试中无论怎样调节滑动变阻器,电压表示数都达不到灯泡的额定电压值,其原因可能是( )
A.滑动变阻器总电阻太大
B.电压表量程太大了
C.电源电压太低
D.灯泡灯丝断开
B
C
7.某同学按照如图所示的电路测定小灯泡的电功率,闭合开关S后,他观察到小灯泡不发光,但电流表、电压表指针有偏转。以下判断正确的是( )
A.灯泡被短路
B.灯泡的灯丝断了
C.灯泡与灯座接触不良
D.灯泡的实际功率比额定功率小得多
8.小星学习电功率知识后,想利用电能表测量家中电热水壶工作时的实际功率。他仔细观察了家中的电能表,表盘参数如图所示,则小星家允许加载的用电器的最大功率为 W。他关闭家中其他用电器,只让电热水壶烧水,发现电热水壶工作 1 min,电能表转盘转过 60转,则该电热水壶的实际功率为 W。
D
4 400
1 200
9.(物理学与日常生活)小红家新买了一台电热水器,铭牌上标有“220 V 1 200 W”,为了检测电热水器正常工作的功率是否就是1 200 W,她关闭家里所有用电器,让电热水器单独工作10 min,发现电能表转盘转动390 r,电能表上标有2 000r/( kW·h),则小红测得电热水器的实际功率为 W,产生这一结果的原因是 。
10.在测量小灯泡电功率实验中,某小组选用的器材有:额定电压为1.5 V的灯泡、电流表、电压表、开关、电源、滑动变阻器和若干导线等。
1 170
小红家的电压略低于220 V
(1)请用笔画线代替导线,将图(甲)中的电路连接完整。要求滑片向右滑动时,滑动变阻器连入电路的电阻变大。
答案:(1)如图所示
(2)移动滑动变阻器滑片,将两电表对应的示数记录到表中。据此可知小灯泡的额定功率为
W;请你补出数据表中横线处所缺的内容为 ,以便于实验过程中对该现象进行观察记录。
实验序号 1 2 3 4 5
电压表示数/V 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0
电流表示数/A 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22
(3)分析表中数据可得出结论:小灯泡工作时,消耗的电功率随电压的增大而 。
(4)为测量小灯泡的额定功率,小明想用 2节新干电池和两个额定电压都是1.5 V的小灯泡,连接如图(乙)所示的电路。他的做法 (选填“可行”或“不可行”),理由是 。
0.27
小灯泡的亮度
增大
不可行
不能确保每个灯泡两端的电压为 1.5 V
11.(2024荆州)某物理实验小组在“测量小灯泡电功率”的实验中,选用器材连接了如图(甲)所示的电路,其中电源电压恒为 4.5 V,小灯泡的额定电压为2.5 V,电流表的量程为0～ 0.6 A,电压表的量程为 0～3 V。
(1)所有元件均完好,正确连接电路,将滑动变阻器的阻值调到最大,闭合开关,发现电流表和电压表均有示数,小灯泡不发光,原因是 _
。
滑动变阻器连入电路中的电阻太大,灯泡的实际功
率很小
(2)三次实验记录如下表,在完成第1次实验后,要测量小灯泡的额定功率,则需将滑动变阻器的滑片向 (选填“A”或“B”)端移动,直到电压表示数为2.5 V,此时电流表的示数如图(乙)所示,则小灯泡的额定功率为 W。
B
0.7
实验次数 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 灯泡亮暗情况
1 1.4 0.20 0.28 较暗
2 2.5 正常发光
3 2.8 0.30 0.84 很亮
(3)实验小组根据三次实验数据分别算出对应的阻值,取三次阻值的平均值作为小灯泡的电阻值,他们的做法是 (选填“正确”或“错误”)的,理由是 _
。
错误
由于不同电压下小灯泡的
电阻值不同,取平均值没有意义
(4)另一组的同学设计了如图(丙)所示的实验电路,测出了小灯泡的额定功率。电源电压未知但恒定不变,小灯泡的额定电压为U额,R1和R2为滑动变阻器,R1的最大阻值为R0,实验步骤如下:
①闭合开关S,S1,断开开关S2,调节R1的阻值,使电压表的示数为U额;
②闭合开关S,S2,断开开关S1,保持R1的阻值不变,调节R2的阻值,使电压表的示数为U额;
③保持R2的阻值不变,将R1的滑片P调至最左端,记下电压表的示数U1,再将R1的滑片P调至最右
端,记下电压表的示数U2,则小灯泡的额定功率P额= 。(用U额,U1,U2,R0表示)
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第二节 电流做功的快慢
目标要求 核心素养提升
1.了解电功率表示消耗电能的快慢。 2.能用电功率的公式进行简单计算。 通过观察电能表表盘转动快慢,体会用电器电功率的大小。
电功率
1.意义:电功率是表示 的物理量。
2.定义:物理学中把电流所做的 与所用 之比叫做电功率。用字母 表示。
3.定义式: 。
4.单位
(1)国际单位: ,简称 ,符号是 。
(2)常用单位: ,符号是 。
(3)换算关系:1 kW= W。
5.电功率可通过 和 来计算,即 。根据欧姆定律可推出 或 ,这两个公式只适用于 电路。
电流做功快慢
第1课时 电功率
功
时间
P
瓦特
瓦
W
千瓦
kW
103
电压
电流
P=UI
P=I2R
纯电阻
知识点一 电功率的概念
B
1.下列关于电功率的说法中正确的是( )
A.用电器消耗的电能越多,电功率越大
B.电功率越大,用电器消耗电能越快
C.用电器消耗电能所用的时间越短,电功率越大
D.消耗同样多的电能,用时越长的用电器,电功率越大
2.一台电风扇的电功率是60 W,它表示( )
A.1 s内消耗60 W的电能
B.1 s有60 J的电能转化为机械能
C.1 s内消耗的电能是60 J
D.电流在1 s内消耗的电能是60 W/s
C
乙
3.甲用电器通电2 s,电流做功16 J;乙用电器通电2 min,消耗电能240 J,则 用电器电流做功多, 用电器的电功率大。
甲
知识点二 电功率的计算
C
4.(2023玉林)已知甲电阻是乙电阻的3倍,若分别对甲、乙两种导体通电,通过甲、乙两导体的电流之比为2∶3,则甲、乙的功率之比为( )
A.2∶1 B.2∶3 C.4∶3 D.9∶2
5.(2024郴州)老王的手机电池的铭牌上标有“5 V 4 000 mA·h”的字样,手机正常使用时功率为2 W。如果他在电池电量剩余30 %时,立刻插上30 W的充电器,并持续正常使用,直到电量充满。他这次给手机充电的时间是( )
A.0.2 h B.0.47 h
C.0.5 h D.0.67 h
6.(2023牡丹江)如图所示,R1=10 Ω,R2=5 Ω,闭合开关,电压表的示数为 3 V,电源电压U=
V,R1的电功率P1= W,通电10 s后,R2消耗的电能W2= J。
C
3
0.9
18
7.如图所示,电源两端电压为6 V并保持不变,当开关S闭合时,电压表示数为4 V,电流表示数为0.5 A。求:
(1)小灯泡L1的阻值R1。
(2)小灯泡L2的电功率P2。
答案:(1)4 Ω (2)2 W
(2)灯L2的电功率P2=U2I=4 V×0.5 A=2 W。
(2)使用技巧
(3)推导公式:只适用于纯电阻电路。
知识目标 题号 目标达成(题号) 不足之处
电功率的理解 1,2
电功率的计算 5,6,7,8,9,10, 12,13,14
动态电路分析 3,4,11
1.下列家用电器正常工作时,消耗的电功率最接近25 W的是( )
A.台灯 B.电冰箱
C.电饭锅 D.抽油烟机
2.下列说法不正确的是( )
A.电功率是表示电流做功快慢的物理量
B.电流做功的过程就是电能转化成其他形式的能的过程
C.千瓦、瓦都是电功率的单位
D.消耗电能越多的用电器电功率越大
A
D
3.如图所示电路中,电源电压保持不变,闭合开关S1后,当再闭合开关S2时,则( )
A.电流表A1示数变大
B.电流表A1示数变小
C.电路消耗的总功率变大
D.电路消耗的总功率变小
4.如图所示,当开关S闭合,滑动变阻器的滑片P向左移动时,下列说法中正确的是( )
A.电流表的示数变小
B.电压表的示数变大
C.灯泡L变暗
D.电路中的总功率变大
C
D
5.(2023贵阳改编)如图所示电路,电源电压恒为6 V。闭合开关S,滑动变阻器R接入电路的阻值为10 Ω时,电流表的示数为1.8 A。下列说法不正确的是( )
A.通过R0的电流是1.2 A
B.R0的阻值是5 Ω
C.当R为20 Ω时,其电功率是7.2 W
D.当R为30 Ω时,电路总功率是8.4 W
6.中国空间站“天和”核心舱首次采用了大面积可展收柔性太阳能电池翼,单翼的发电功率可达9 kW,从能量转化的角度分析“9 kW”表示的物理意义是 _
。
C
每秒可将太阳能转化成
9 000 J的电能
7.(2023南充)甲、乙两电阻的电流随电压的变化关系如图所示,则R甲 (选填“>”“<”或“=”)R乙。当电阻两端电压相等时,甲、乙两个电阻的电功率之比P甲∶P乙= 。
<
8.如图所示是小李家的电能表,她家所使用的用电器总功率不能超过 W。将一台正常工作时功率为880 W的电暖器单独接入电路中,正常工作 30 min,通过电暖器的电流是
A,电能表的转盘转了 r。
3∶1
4 400
4
1 320
9.(2023苏州)某型号的电水壶有加热和保温两个挡位,其电路如图所示。当S闭合、S1断开时,电水壶处于 挡,加热和保温的功率分别为 1 200 W 和44 W。用它把质量为 1 kg、初温为20 ℃的水加热到100 ℃,用时400 s,则水吸收的热量是 J,此过程中电水壶的效率η= %。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
保温
3.36×105
70
10.(2024衡阳)如图(甲)所示,电源两端电压恒为 3 V,开关S闭合,当滑动变阻器R2的滑片P移动到某一位置时,电压表的示数为1.8 V,电流表的示数如图(乙)所示。
(1)读出电流表的示数为 A。
(2)求定值电阻R1的阻值。
(3)求此时滑动变阻器R2的电功率。
答案:(1)0.3 (2)6 Ω (3)0.36 W
解析:(1)由题图(乙)知电流表使用的量程为0～0.6 A,分度值为0.02 A,指针所指的电流值为0.3 A。
(3)滑动变阻器R2的电压U2=U-U1=3 V-1.8 V=1.2 V,滑动变阻器R2的电功率P2=U2I=1.2 V× 0.3 A=0.36 W。
11.如图所示是电阻甲和乙的I-U图像,下列说法中正确的是( )
A.甲和乙都是阻值不变的电阻
B.当乙两端电压为2 V时,R乙=5 Ω
C.甲、乙串联在2 V的电源两端,R乙消耗的功率为0.4 W
D.甲、乙并联在电路中,当电源电压为2 V时,电路总功率为1.2 W
12.(2022齐齐哈尔)如图所示,甲、乙是连接实验室常用电流表或电压表的位置,电源电压恒定。在甲、乙位置分别接入某种电表,闭合开关S1,S2,两灯均发光,甲、乙两个电表示数之比为1∶5;断开S1,S2,在甲、乙位置分别接入另一种电表,然后再只闭合开关S1,两灯均发光,则此时甲、乙两电表示数之比为 ,灯泡L1与L2的电功率之比为 。(忽略温度对灯丝电阻的影响)
D
5∶4
4∶1
13.(2024新疆)如图所示的电路中电源电压恒为 3 V。闭合开关S后,电阻R1的电功率为3 W,电阻R2的电功率为4.5 W。求:
(1)通过电阻R1的电流。
(2)电阻R2的阻值。
(3)整个电路在10 s内做的功。
答案:(1)1 A (2)2 Ω (3)75 J
(3)电路中总功率P=P1+P2=3 W+4.5 W=7.5 W,则整个电路在10 s内做的功W=Pt=7.5 W× 10 s=75 J。
14.(2024重庆)商业街移动摊位使用可显示电费的新型插座[如图(甲)所示]计费,某摊位使用空气炸锅[如图(乙)所示]烹制食物,如图(丙)所示是该空气炸锅加热部分的简化电路,其额定电压为220 V,定值电阻R1和R2为发热体,其中R1=40 Ω。开关S1,S2,S3的通断可实现高、中、低三个挡位的调节(S1,S2不会同时闭合),只闭合S3时为中温挡,额定功率为 440 W。求:
(1)R2的阻值。
答案:(1)110 Ω
(2)高温挡正常工作100 s,电流通过R1产生的热量。
(3)只有空气炸锅单独工作,表盘示数使用前后如图(甲)、(丁)所示,通过表盘显示的数据估算该空气炸锅消耗的电功率[已知商用电费单价为0.75元/(kW·h)]。
答案:(2)1.21×105 J (3)320 W
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专题五 动态电路分析
滑动变阻器阻值变化动态分析
1.(2023内江)如图所示,电源电压保持不变,灯泡的电阻不受温度影响,当开关S闭合,将滑动变阻器的滑片P向右移动,下列说法正确的是( )
A.电流表示数变小,电压表示数变大
B.电流表示数不变,电压表示数变小
C.电流表示数不变,电压表示数不变
D.电流表示数变小,电压表示数变小
D
2.(2023恩施)如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片适当左移,下列说法正确的是( )
A.电流表A1示数不变、电流表A2示数变小
B.电流表A1示数变大、电压表V示数不变
C.电流表A2示数变大、电压表V示数变小
D.电流表A2示数变大、电压表V示数不变
3.(2023鄂州)如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S,当滑动变阻器R2的滑片由最右端向中点滑动过程中,下列说法正确的是( )
A.电压表示数不变,电流表A1示数不变
B.电压表示数变大,电流表A2示数变大
C.电压表示数不变,两个电流表示数的差不变
D.电压表示数变小,电压表与电流表A2示数的比值不变
D
A
4.(2023自贡)如图所示,是一种自动测定油箱内油面高度的装置,R是转动式变阻器,它的金属滑片P是杠杆的一端,杠杆可绕支点O自由转动,下列说法正确的是( )
A.油位越高,流过R的电流越大
B.油位越高,R两端的电压越大
C.R,R0在电路中是并联的
D.油量表是由电流表改装而成的
B
滑动变阻器阻值变化的动态电路分析
(1)串联电路
(2)并联电路
开关通断动态分析
5.如图所示,电源电压恒定,闭合S1,小灯泡发光,再闭合S2时,观察到的现象是( )
A.电压表示数增大 B.电流表示数变小
C.小灯泡变亮 D.小灯泡亮度不变
D
6.如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S1和S2,灯L正常发光,则断开开关S2时( )
A.电流表示数变大,灯L变亮
B.电压表示数变大,灯L的实际功率变小
C.电流表示数变小,灯L仍然正常发光
D.电压表示数不变,电路的总功率变大
C
7.如图所示,电源电压保持不变,只闭合开关S1,灯泡L发光,电压表有示数;再闭合开关S2,电路中出现的情况是( )
A.电压表的示数变小
B.电路的总电阻不变
C.灯泡L的亮度不变
D.电路的总功率变大
8.(2023凉山)如图所示,电源电压保持不变,同时闭合开关S,S1,待电路稳定后再断开S1,则 ( )
A.电流表A的示数减小,电流表A1的示数不变,电压表V的示数不变
B.电流表A的示数不变,电流表A1的示数增大,电压表V的示数减小
C.电流表A的示数、电流表A1的示数、电压表V的示数均不变
D.电流表A的示数、电流表A1的示数、电压表V的示数均增大
D
A
9.在如图所示的电路中,电阻R1=6 Ω,R2=8 Ω,电源电压及定值电阻R的阻值未知。当开关S接位置1时,电流表的示数为 0.4 A,则此时R1两端的电压是 V;当开关S接位置2时,电流表的示数将大于 A且小于0.4 A。
2.4
0.3
含半导体的动态电路分析
10.(2023十堰)我市交通管理部门定期开展交通违法专项治理行动,如图(甲)是查处饮酒驾驶行为中使用的某酒精测试仪工作原理图,电源电压恒定,R1为定值电阻,R2为气敏电阻,其阻值随气体酒精浓度的变化情况如图(乙)所示。闭合开关S,下列说法正确的是( )
A.气敏电阻主要由超导体材料制成
B.图(甲)中通过R1的电流保持不变
C.检测到的气体酒精浓度越大,R2阻值越大
D.检测到的气体酒精浓度越大,电压表示数越大
D
11.(2023郴州)如图所示为某烟雾报警器的电路简图,烟雾感应器的阻值R随烟雾浓度的增大而减小。当烟雾浓度增大时,电路中电压表的示数和灯泡亮度的变化情况是( )
A.电压表示数变大,灯泡变亮
B.电压表示数变小,灯泡变亮
C.电压表示数变小,灯泡变暗
D.电压表示数变大,灯泡变暗
12.(多选题)小林受穿戴式“智能体温计”[如图(甲)所示]的启发,设计了一个如图(乙)所示的体温计电路图,用电表示数大小反映温度高低,热敏电阻R1的阻值随温度的升高而增大,定值电阻R2起保护电路的作用。下列分析正确的是( )
A.该电路中的电表是电压表
B.温度变化时R2两端电压不变
C.温度升高时电路中电流变大
D.温度降低时电路的总功率变大
B
AD
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第四节 科学探究:电流的热效应
目标要求 核心素养提升
1.了解电流的热效应,知道影响电流产生热量的因素。 2.理解焦耳定律,并能利用焦耳定律进行简单的计算。 1.培养学生实际的操作能力。
2.通过了解电流热效应的应用和危害,增强学生的用电安全意识。
3.利用焦耳定律,结合欧姆定律及串并联规律进行简单的计算,以提高学生综合分析问题的能力。
一、电流的热效应
1.电热:电流通过导体产生的 ,用符号 表示。
2.定义:电流通过导体时 能转化为 能的现象。
3.电热的影响因素: 、 、 。
二、焦耳定律
1.内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成 ,跟导体的电阻成 ,跟通电时间成 。
2.公式: 。公式中I表示 ,单位是 ;R表示 ,单位是 ;t表示 ,单位是 ;Q表示 ,单位是 。
热量
Q
电
内
电流
电阻
通电时间
正比
正比
正比
Q=I2Rt
电流
A
电阻
Ω
通电时间
s
电热
J
知识点一 电流的热效应
1.下列用电器主要利用电流热效应工作的是( )
A
A.电饭煲 B.电视机 C.洗衣机 D.油烟机
知识点二 探究电流产生的热量与哪些因素有关
2.如图(甲)所示是物理实验小组“探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气,且都有一段电阻丝。将透明容器与U形管相连,接入电路。
(1)组装之前,U形管内注入适量红墨水,U形管 (选填“属于”或“不属于”)连通器。
(2)图(甲)是探究在通电时间相同和 相同的情况下,导体产生的热量与 大小是否有关的装置。
属于
电流
电阻
(3)实验中通过观察 的变化反映密闭容器中空气温度的变化,在研究许多物理问题时都会用到这种方法,下列研究实例采用的研究方法与此相同的是 (多选)。
A.探究电流与电压、电阻的关系
B.用海绵的凹陷程度显示压力的作用效果
C.研究光的传播时,引入“光线”
D.扩散现象表明分子在不停地做无规则运动
(4)如图(乙)所示,电流表的示数为 A,在这种情况下,右侧容器中定值电阻在10 s内产生的热量是 J。
(5)某实验小组发现通电一段时间后,其中一个U形管中的液面高度几乎不变,发生此现象的原因可能是 。(填写一条,回答合理即可)
U形管液面高度
BD
2
200
透明容器密闭性不好
知识点三 焦耳定律
3.要使电热器在单位时间产生的热量减少一半,应该( )
A.让它两端的电压减少一半
B.使它的电阻减少一半
C.让通过它的电流减少一半
D.使它的电阻和两端的电压同时减少一半
4.小明家有一只额定功率是500 W的电饭锅,在额定电压下使用,每分钟产生热量是 J。
D
3×104
5.在如图所示的电路中,电源电压不变,电阻 R1=30 Ω,R2=60 Ω,闭合开关S,电流表A的示数为 0.3 A,则通电1 min电阻R1产生的热量为 J。
72
6.如图所示,电源电压恒为10 V,小电动机内部线圈的电阻为2 Ω,闭合开关S,当滑动变阻器的阻值为5 Ω时,电压表的示数为8 V,此时电动机正常工作,则电路中的电流为 A,通电10 min电流通过电动机内部线圈产生的热量是 J,电流通过电动机做功 J。
0.4
192
1 920
(1)焦耳定律适用于任何用电器产生的热量计算。
知识目标 题号 目标达成 (题号) 不足之处
电流做功产生的热量与哪些因素有关 1,4,6,8,12
焦耳定律 2,3,5, 7,9,10,11
1.(2023聊城)如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”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,左侧U形管中液面高度差比右侧的大。下列说法错误的是( )
A.U形管中液面高度的变化反映了电阻产生热量的多少
B.通过左、右两边容器中电阻丝的电流相同
C.右边容器中的电阻R2比左边容器中的电阻R1小
D.通电时间相同,两个容器中空气吸收的热量相同
D
C
3.(2024达州)如图所示为电烤炉的简化电路图,小张查看说明书后得知:R1,R2均为电热丝, R1=44 Ω,R2=66 Ω。当开关S1闭合,S2处于不同状态时,电烤炉处于不同挡位,忽略温度对电热丝电阻的影响。下列说法正确的是( )
A.闭合S1,S2时,电烤炉处于低温挡状态
B.电烤炉处于高温挡与低温挡状态时,R1两端的电压之比为5∶2
C.电烤炉处于高温挡与低温挡状态时,电路在相同时间内所消耗的电能之比为3∶2
D.电烤炉处于低温挡状态时,R1,R2所消耗的电功率之比为3∶2
4.口香糖的锡纸条带金属锡的一侧具有导电性,现将锡纸条剪成中间细、两端粗的条形,直接连在电源的两极上,过了一会儿发现锡纸条中间处先开始冒烟、起火。原因是锡纸条的中间部分细,所以这部分的电阻 ;根据焦耳定律可知,在电流相同时, 越大,相同时间内产生的热量越多。
B
大
电阻
5.某电热器接入220 V的电路中正常工作时,其电热丝的阻值为110 Ω,则通过该电热丝的电流为 A,10 s内该电热丝会产生 J的热量。
6.(2023云南初中学业水平考试指导丛书)图(甲)中电源电压恒为6 V,若将图(乙)、(丙)两个装置的导线分别接在a,b上,相同时间内消耗电能最多的是 [选填“(乙)”或“(丙)”]装置;为了探究电流通过导体时产生热量与电流大小的关系,应该将图(乙)、(丙)、(丁)中
两个装置串联后接入a,b之间。
2
4 400
(乙)
(丙)和(丁)
7.如图(甲)所示,小灯泡的额定电压为 2.5 V,开关闭合后,小灯泡正常发光,图(乙)是通过定值电阻R和小灯泡L的电流与电压关系图像,则小灯泡正常发光时的电流为 A;通电10 s,定值电阻R产生的热量为 J。
0.2
2
8.(2023宜昌)小杰和小芳在探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验中,在两个透明容器中密封等量的空气,各放置一段电阻丝,并连接一个装水的U形管,通过U形管中水面的高度差来判断电阻产生热量的多少。装置的密封性能良好,电源电压为6 V。
(1)小杰根据图(甲)观察到的现象得到“在通电时间和电阻相同时, ,电阻产生的热量越多”的结论。
(2)小芳猜想电流产生的热量与电阻大小有关,下列能支持她猜想的现象是 。
A.正常工作时,“36 V 54 W”的灯泡比“12 V 6 W”的灯泡亮
B.接线板上接入的用电器越多,导线越容易发热
C.电熨斗工作时发热明显,而与之相连的导线却不怎么热
电流越大
C
(3)为了验证猜想,小芳选用了5 Ω和 100 Ω 的电阻丝进行实验,如图(乙)所示,请你用笔画线把电路连接完整。
闭合开关,她发现较长时间后两个U形管的高度差均不明显,原因是 _
,请你提出改进办法: _
(合理即可)。
答案:(3)如图所示
电路中电流太小或电源
电压太低
将100 Ω的电阻丝换为阻值更小的电阻丝或增大电源电压
9.如图所示,电源电压保持不变。电阻R1的阻值为 20 Ω,R2的阻值为30 Ω,闭合开关S,电流表的示数为 0.3 A。求:
(1)电源电压U。
(2)通电100 s电流通过电阻R2产生的热量。
答案:(1)6 V (2)120 J
解析:(1)由电路图可知,R1与R2并联,电流表测通过R1的电流,则电源电压U=U1=U2=I1R1= 0.3 A×20 Ω=6 V。
10.(2023成都)小玥在妈妈指导下用电熨斗熨烫衣服,她首先阅读说明书,知道电熨斗有“低温” “高温”两个挡位,其简化电路如图所示,R1,R2是电热丝,R1=48.4 Ω,R2=96.8 Ω,S为旋转式开关。当她旋转触片接触触点1和2时,电熨斗为 挡位,该挡位通电1 min,电流产生的热量为
J。
11.(2023扬州)如图1所示,将阻值为R0=5 Ω,R1=10 Ω,R2=15 Ω的3段电阻丝分别浸没在质量和初温均相同的煤油中,可以通过比较 来比较电阻丝产生热量的多少。按图2连接电路,将S置于1,通电1 min,A,B两温度计示数分别升高t1和t2,R1的功率为P1,则t1 t2。断开S,待煤油温度降到初温,将S置于2,通电1 min,A温度计示数升高t3,R2的功率为P2,则t1 t3, P1 P2。(后三空均选填“>”“<”或“=”)
低温
6×104
温度计升高的示数
<
>
>
12.(2023无锡)用如图所示的装置探究影响电流热效应的因素,三个相同的锥形瓶内均装有质量相等的煤油,电阻丝R1,R2,R3浸没在煤油中,其中R1=R3=6 Ω,R2=3 Ω。闭合开关前,记录下煤油的初温度t0;接通电源,同时闭合开关S1,S2,记录下电流I,通电相同时间,记录下煤油的末温度t,结果如下表所示,则R1,R2所在锥形瓶中的煤油升温所吸收的热量之比为 。比较①③可知,导体产生的热量与 有关;比较 (选填序号)可知,导体产生的热量与电阻有关。若要探究导体产生的热量与通电时间的关系,应进行的操作是 _
。
5∶2
电流
①②
只闭合开关S2,改变通电时间,
观察温度计示数的变化量
序号 电阻 电流I/A 初温度t0/℃ 末温度t/℃
① R1 1.0 20 30
② R2 1.0 20 24
③ R3 1.5 20 44
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章末知识复习
实验一 测量小灯泡的电功率
1.实验原理: 。
2.实验器材
电源、 、电压表、 、开关、导线、小灯泡。
3.实验电路图
P=UI
图中表a是 ,表b是 。
4.实验方法:伏安法。
电流表
滑动变阻器
电流表
电压表
5.实验分析
(1)移动滑片,改变小灯泡两端的电压,进行多次测量的目的是 .
。
(2)不能用多次测量求电功率的平均值作为小灯泡的额定功率的原因是 .
。
(3)小灯泡的U-I图像不是直线的原因是灯丝电阻随温度的升高而 。
(4)实验中电压表示数太大,无法测小灯泡额定电功率时,应采取的措施 .
。
(5)实际误差分析
①若考虑电压表内阻,由于电压表分流,导致所测电流偏大,则所测小灯泡电功率 。
②若将电压表并联在电流表和小灯泡两端,考虑电流表内阻,由于电流表分压,导致所测电压偏大,则所测小灯泡电功率 。
探究小灯泡的亮暗与实际功
率的关系
电压改变,小灯泡的
电功率也改变
增大
减小电源电压(或换
用最大阻值更大的滑动变阻器或串联一个定值电阻)
偏大
偏大
实验二 电流产生的热量与哪些因素有关
1.实验装置图
2.实验器材
电源、开关、电流表、 、 、煤油、密闭容器,电阻丝,导线若干。
3.实验方法: 法、 法。
4.实验结论
(1)在电阻和电流相同时,通电时间越长,电流产生的热量越 。
(2)在电阻和通电时间相同时,电流越大,电流产生的热量越 。
(3)在电流和通电时间相同时,电阻越大,电流产生的热量越 。
滑动变阻器
温度计
控制变量
转换
多
多
多
题组一 电能表的使用
1.小明家上次查看电能表示数为 ,本次查看时电能表读数如图所示,则下列说法正确的是( )
A.他家在这段时间内消耗的电能为903 kW·h
B.电能表是测量电功率的仪表
C.若只让一个标有“220 V 1 000 W”的电热水器正常工作10 min,则电能表的转盘转了
600转
D.这个电能表所在电路中允许的最大功率为2 200 W
D
2.小明家的电能表月初示数如图所示,月底示数为941.4 kW·h,若用电价格为0.7元/度,则小明家该月电费为 元。
140
题组二 电功、电功率
3.实验中绘出了小灯泡的电流与电压关系的U-I图像如图所示,则下列有关此小灯泡电功率P与U2或P与I2的图像可能正确的是( )
D
4.(2023宁波改编)盛夏,室外温度达36 ℃,小宁将客厅空调的设定温度设置为28 ℃,发现空调正常工作时的工作周期:工作10 min后会停止工作,5 min后再重新工作……周而复始。从该空调铭牌上获悉,空调的制冷额定功率为2 000 W。空调正常工作时,一个工作周期内消耗的电能为 J。
5.(2023云南)如图所示,图(甲)是某款电热水龙头,图(乙)是它的电路原理图。R1,R2是电热
丝,R1=24 Ω,R2=48 Ω。通过旋转手柄使扇形开关S同时接触两个相邻触点实现冷水、温水、热水挡的切换。当开关S接触2,3触点时,水龙头放出的是 水。不考虑温度对电热丝阻值的影响,水龙头在热水挡位正常工作时电路消耗的功率是 W。
1.2×106
温
3 025
6.在如图所示的电路中,电源电压保持不变。只闭合开关S1时,定值电阻R1的功率是16 W;当开关S1,S2都闭合时,R1的功率是25 W。则先后两次电路消耗的功率之比是 。
4∶5
7.(2023贵阳)如图所示电路,电源电压保持不变,灯泡L标有“6 V 6 W”。闭合开关S,灯泡正常发光,定值电阻R两端的电压是12 V。求:
(1)灯丝的电阻RL。
(2)电路中的电流I。
(3)电路消耗的总功率P。
(3)根据串联电路电压特点可知,电源电压U=UL+UR=6 V+12 V=18 V;
电路消耗的总功率P=UI=18 V×1 A=18 W。
答案:(1)6 Ω (2)1 A (3)18 W
8.(2023云南改编)交通安全要求广大司机“开车不喝酒,喝酒不开车”,酒后驾驶存在许多安全隐患。某科技兴趣小组设计了一种简易的酒精检测仪,其电路原理如图2(甲)所示。电源电压为12 V,R1是气敏电阻,其阻值随呼气酒精浓度K的变化关系如图2(乙)所示,R2为滑动变阻器。检测前对检测仪进行“调零”,即调节滑动变阻器使电流表的示数为0.1 A,调零后滑动变阻器滑片位置保持不变。查阅到相关资料如图1所示。
(1)求“调零”后滑动变阻器R2接入电路中的阻值。
(2)检测前R2工作10 s消耗的电能。
(3)对某司机进行检测时,电流表示数为0.16 A,依据信息窗资料,判断该司机属于非酒驾、酒驾还是醉驾。
(2)检测前R2工作10 s消耗的电能W=I2R2t=(0.1 A)2×20 Ω×10 s=2 J。
答案:(1)20 Ω (2)2 J (3)酒驾
题组三 焦耳定律及电热的综合计算
9.(2023昆明)节能灯工作时几乎不发热,而一盏 60 W 白炽灯工作时,热到烫手。一盏 10 W 节能灯正常工作时的发光亮度与一盏 60 W 白炽灯灯正常工作时的发光亮度相当,则60 W白炽灯的发光效率大约是( )
A.90% B.83% C.42% D.17%
10.(2024玉林改编)如图所示是“探究电热与电流的关系”的部分装置,已知A,B两点间的电压为6 V,R1=R2=R3=5 Ω,通电时间2 min,则R1与R2产生的热量相差 J。
D
288
11.(2023兰州)一款内置电陶炉的电暖桌如图(甲)所示,它不仅具有桌面暖手、桌底暖脚功
能,还可以烧水、煮茶等。电陶炉的简化电路如图(乙)所示,其参数如表所示,高温挡额定功率字迹已被磨损。旋转旋钮开关,可实现停止工作、低温挡和高温挡的转换。R1和R2均为电热丝,R2=72.6 Ω。求:
电陶炉
额定电压 220 V
额定功率 高温挡 ××W
低温挡 400 W
(1)R1的阻值。
(2)高温挡额定功率。
答案:(1)48.4 Ω (2)1 000 W
(3)在某用电高峰期,若家庭电路中只有电陶炉在工作,发现标有“3 000 imp/(kW·h)”的电能表的指示灯闪烁168次,使质量为 1.7 kg 的水从25 ℃升高到49 ℃,求此时电陶炉的加热效率。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
答案:(3)85%
题组四 重点实验
12.(2023云南中考)如图(甲)所示是小明同学测定额定电压为2.5 V,额定功率不大于 1 W 的小灯泡功率的实物连接图。
(1)在小明连接好的电路中存在错误或不妥之处,请你找出其中的两处:① .
;② 。
(2)改正错误和不妥之处后,闭合开关,发现电流表和电压表均有示数,但小灯泡不亮,可能的原因是 。(填写选项中的字母)
A.小灯泡短路
B.连接小灯泡的导线接触不良
C.滑动变阻器接入电路中的电阻过大
滑动变阻器用了
下面的两个接线柱
电压表所用量程太大
C
(3)小明调节滑动变阻器,依次正确读取三组实验数据,随手写在了草稿纸上[如图(乙)所示]。如表所示是小明在老师指导下设计的记录数据及现象的表格,请你补出横线处所缺的内容:
,分析数据后得到小灯泡的额定电流为 A,额定功率为 W。
次数 小灯泡两 端电压 U/V 通过灯丝 电流I/A 小灯泡的电 功率P/W
1
2
3
(4)实验后,小明将一只5 Ω的定值电阻与标有“20 Ω 1 A”的滑动变阻器串联接在电压恒定为3 V的电源上,请你帮小明计算出滑动变阻器消耗的最大功率为 W。
小灯泡的发光情况
0.3
0.75
0.45
13.(2023昆明中考)在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中,提供了如图的实验器
材,其中 R1>R2。
实验一:探究电流产生的热量与电阻的关系
(1)请按照图中的电路图将对应实物图连接完整。
(2)电路中电阻丝的连接方式是为了控制 ;电阻丝放出热量的多少,通过
来进行判断。
(3)闭合开关,经过一定时间,用电阻丝R1加热的煤油温度升高了Δt1,用电阻丝R2加热的煤油温度升高了Δt2,那么Δt1 (选填“大于”“等于”或“小于”)Δt2。
实验二:探究电流产生的热量与电流的关系
(4)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使电路中的电流变成实验一中电流的2倍,且通电时间相同。实验发现:用电阻丝R1(或R2)加热的煤油,温度升高量Δt1′(或Δt2′) (选填“大于”“等于”或“小于”)2Δt1(或2Δt2),该实验说明电流产生的热量与电流 (选填“成”或“不成”)正比例关系。
(5)你认为做这个实验产生误差的主要原因是 。
电流相等
温度计的示数变化
大于
大于
不成
有热量损失
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专题六 电功率的计算
基本计算
1.一只标有“220 V 40 W”字样的灯泡,它的额定电压是 V,额定功率是 W;该灯泡正常工作时的电阻是 Ω,正常工作时的电流是 A;若将该灯泡接在110 V的电源上,则通过灯泡的实际电流是 A,实际功率是 W,它的亮度比正常工作时要 (选填“亮”或“暗”),假设灯泡灯丝电阻不变。
220
40
1 210
10
暗
2.如图所示,电源电压和灯泡L的电阻不变,灯泡L上标有“6 V 6 W”字样。当开关S,S1均闭合,滑片P移至a端时,电流表示数为2.0 A,灯泡L正常发光;当开关S闭合,S1断开,滑片P移至b端时,电源电压U为 V,灯泡L的实际功率P为 W。
6
1.5
3.(2023达州)如图所示,电源电压恒定不变,R1,R2为定值电阻,R1=10 Ω,R1 W。
断开
3
0.45
4.(2023德阳)在如图所示的电路中,电源电压 U=10 V,R1=5 Ω,R2=20 Ω。只闭合S1时,电路中的工作电流是 A;当只闭合S2时电路消耗的功率为P,只闭合S1和S3时电路消耗的功率为P′,则两次功率之比 P∶P′等于 。
0.5
4∶25
5.(2023昆明)在如图所示的电路中,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。
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,电流表测量电路中的电流。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=U-U1=6 V-2 V=4 V。
答案:(1)4 V (2)0.5 A
(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。
解析:(3)整个电路的功率P=UI=6 V×0.5 A=3 W。
答案:(3)3 W
(4)540 J
“两灯”问题
6.电源电压3 V保持不变,把标有“3 V 3 W”的灯L1和标有“3 V 1.5 W”的灯L2按如图的方式连接,当开关S闭合后,下列说法中正确的是(不考虑温度对灯丝电阻的影响)( )
A.灯L1消耗的实际功率是3 W
B.灯L2消耗的实际功率是1.5 W
C.两灯消耗的总功率是1 W
D.电压表的示数与电源电压之比是1∶2
7.将标有“220 V 40 W”的甲灯和“220 V 25 W”的乙灯串联在220 V的电源上,则 灯较亮。
C
乙
8.若将分别标有“3 V 3 W”“6 V 3 W”字样的两灯串联接入电路时,在长时间工作过程中,允许加在它们两端的最高电压是 V,标有“3 V 3 W”字样的灯实际消耗的电功率是 W。(灯丝电阻不变)
9.灯泡L1,L2分别标有“4 V 4 W”和“3 V 3 W”的字样,将他们并联连接起来使用,干路中允许的最大电流为 A,此时L1消耗的电功率为 W。(灯丝电阻不变)
7.5
0.75
1.75
2.25
电热器的挡位问题
10.(2023益阳)随着汽车的普及,车载电饭煲开始得到应用,人们能够在车内随时随地做饭而不受场地的限制,更好满足了旅游个性化要求。如图所示是某品牌车载电饭煲简化后的电路原理图,直流电源的电压为12 V,R1,R2均为电热丝。当只闭合S1时是保温挡,功率为96 W;当S1,S2都闭合时为加热挡,功率为300 W。求:
(1)在加热挡工作时,工作100 s电路中消耗的电能。
解析:(1)在加热挡工作时,工作100 s电路中消耗的电能W=P加t=300 W×100 s=30 000 J。
答案:(1)30 000 J
(2)R1的阻值。
(3)在保温挡时,R2的电功率。
答案:(2)0.48 Ω (3)65.28 W
11.(2023广元改编)如图所示为某品牌多功能电饭煲的简化电路原理图,电饭煲的额定电压是220 V,R2=88 Ω,R3=176 Ω。旋钮开关置于O和a时为关闭状态。低温挡的电功率与高温挡的电功率之比为1∶6,不计温度对电阻的影响。
(1)开关置于 时,电饭煲处于中温挡。
答案:(1)b和c
(2)求电饭煲处于中温挡时,在额定电压下持续工作12 min消耗的电能。
(3)求电阻R1的阻值。
答案:(2)3.96×105 J
(3)88 Ω
12.(2023大庆节选)小明家买了一个额定电压为220 V的家用电吹风,其简化电路图如图所示。已知吹热风时的额定功率比吹冷风时的额定功率大880 W,求:
(1)当选择开关旋至何处时,电吹风正常工作的功率最大。(用AB,BC或CD表示)
解析:(1)由题图知,当开关旋至CD时,电吹风电路是断路,不工作;当开关旋至BC时,只有电动机工作,电吹风吹冷风;当开关旋至AB时,电动机和电热丝并联,电吹风吹热风,由“吹热风时的额定功率比吹冷风时的额定功率大880 W”可知,此时其电功率最大。
答案:(1)AB
(2)若电吹风正常工作5 min,吹热风比吹冷风多消耗的电能。
(3)电热丝正常工作时的电阻。
答案:(2)2.64×105 J (3)55 Ω
13.(2023邵阳)如图(甲)所示,是某种具有高、低温两挡的电烘箱内部的简化电路图,它的加热电阻是R1和R2,额定电压是 220 V,R2的电阻为180 Ω,当闭合S1、断开S2时为低温挡,电烘箱低温挡的额定功率为220 W。求:
(1)低温挡正常工作时,电路中的电流。
答案:(1)1 A
(2)加热电阻R1的阻值。
(3)有一次,晶晶同学发现,电烘箱内温度比正常工作时低,她猜想可能是因为其工作时实际电压偏低所致。于是,她关闭家里所有用电器,只让电烘箱以高温挡工作,发现在1 min内电能表的转盘转了10转。电能表的铭牌如图(乙)所示,判断晶晶同学的猜想是否正确。(不考虑电阻阻值随温度的变化)
答案:(2)40 Ω (3)晶晶的猜想是正确的
(2)两挡位的控制开关
①短路式:如图(甲)所示,当开关闭合时,与开关并联的电阻被短路,只有电阻R0工作,此时为高温挡;开关断开时,两电阻串联,电阻增大,电热器的功率减小,此时为低温挡。
②单刀双掷式:主要工作电阻放在干路上,一支路用导线,另一支路用附加电阻,如图(乙)所示。当开关掷向导线支路时,只有主电阻工作,此时为高温挡;当开关掷向附加电阻所在支路时,两电阻串联,为低温挡。
(3)多挡问题:两个电阻串联时为低温挡,单独使用一个电阻时为中温挡,两电阻并联时为高 温挡。
电热综合
14.(2023牡丹江)如图所示,一款可设定温度的电热水杯,能将杯中水加热到需要的温度,其铭牌如下表所示。电热水杯在额定电压下工作,将 0.3 L的水从25 ℃加热到55 ℃,用时2 min 20 s。[ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]求:
产品名称 电热水杯
额定电压/ V 220
额定功率/ W 300
额定容量/ L 0.3
(1)水吸收的热量是多少
解析:(1)水的质量m水=ρ水V=1.0×103 kg/m3×0.3×10-3 m3=0.3 kg;
水吸收的热量Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.3 kg×(55 ℃-25 ℃)=3.78×104 J。
答案:(1)3.78×104 J
(2)电热水杯消耗的电能是多少
(3)电热水杯的热效率是多少
解析:(2)所用时间t=2 min20 s=140 s,电热水杯消耗的电能W=Pt=300 W×140 s=4.2× 104 J。
答案:(2)4.2×104 J (3)90%
15.(2023宿迁)寒假某物理实践小组的同学到养老院看望老人时,了解到由于气温低老人坐在马桶上时感觉不太舒适,实践小组的同学返回后在学校和家长的支持下,便利用所学的知识设计了一款适宜老人使用的简易马桶圈加热器,计划通过“众筹”项目向厂家定制生产,其电路如图所示,定值电阻R1和R2表示电热丝,R2的阻值为3 300 Ω,有高温挡和低温挡两种加热功 能,低温挡功率为11 W,当它接入电压为220 V的家庭电路正常工作时,请求出:
(1)低温挡加热时的电流;S1接哪个端点时为低温挡
答案:(1)0.05 A a
(2)R1的阻值及加热器高温挡时的功率。
(3)高温挡工作10 min,最多可使马桶圈温度升高多少摄氏度 [设电热丝放出热量70%被马桶圈吸收,马桶圈的质量为1 kg,马桶圈材料的比热容为0.44×103 J/(kg·℃)]
答案:(2)1 100 Ω 44 W (3)42 ℃
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