第十八章 电功率 总结与复习
@思维导图
@知识对比
1.串、并联电路的关系
电路 串联 并联
电流 I总=I1=I2 I总=I1+I2
电压 U总=U1+U2 U总=U1=U2
电阻 R总=R1+R2 =+
续表:
分配 规律 分压:= 分流:=
2.电功和电功率
概念 电功W 电功率P
理解 电流对外做的功,是电能转化为其他形式的能的多少的量度 电功率等于电功与时间之比,表示电流做功快慢的物理量
续表:
国际 单位 焦耳(J) 瓦特(W)
其他 单位 千瓦时(kW·h),也称“度” 千瓦(kW)、兆瓦(MW)、毫瓦(mW)
单位 换算 1度=1 kW·h=3.6×106 J 1 kW=103 W, 1 MW=106 W, 1 mW=10-3 W
公式 定义式 W=UIt, 其中t的单位是秒(s) P= ,W的单位是J(或kW·h),t的单位s(或h),P的单位是W(或kW)
推导式 W =UIt→P =UI(适用于任何电路) ; W =UIt =IR·It =I2Rt→P =I2R (适用于纯电阻电路) ; W =UIt =Ut· =t→P = (适用于纯电阻电路)
@教材图片解读
命题点一 电能表的理解及相关计算
1.电能表是用来测量电路中消耗 多少的仪表.小明家月初和月末电能表的示数如图所示,则该月小明家用了 度电.
命题点二 额定功率与实际功率
2.小明家中有两只如图所示的白炽灯泡,甲灯标有“PZ220 V 40 W”字样,乙灯标有“PZ220 V 100 W”字样,其中“220 V”表示 电压,“40 W”表示 功率(以上两空均选填“额定”或“实际”);当两灯泡均正常发光时,最亮的灯是 灯;若两灯泡串联在原电路中,最亮的是 灯(后两空均选填“甲”或“乙”).
甲
乙
命题点三 测量小灯泡的电功率
3.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.滑动变阻器接线柱的连接
D.开关没有串联接入电路中
命题点四 焦耳定律的应用及计算
4.如图所示,两个透明容器中密闭着等量的空气,且里面都有一段电阻丝.用一个电阻与其中一个容器内的电阻丝并联,将透明容器与装有适量红墨水的U形管相连,利用U形管中液面 的变化来反映密闭容器中空气温度的变化.由图可知,在 和通电时间相同的情况下, 越大,产生的热量越多.
@全国真题视野
考点一 电能和电功
1.如图所示是一只电能表的一些参数,下列说法错误的是( )
A.“220 V”表示这个电能表应该在220 V的电路中使用
B.这个电能表读数的单位是kW·h
C.这个电能表工作的电压一定为220 V,电流一定为10 A
D.“600 r/(kW·h)”表示每消耗1 kW·h电能,电能表的转盘转过600转
2.甲、乙两个灯泡的铭牌分别是“PZ220-25”、“PZ220-100”,关于这两个灯泡正常工作时描述正确的是( )
A.甲灯亮,电阻大 B.甲灯暗,电阻小
C.乙灯暗,电阻大 D.乙灯亮,电阻小
3.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
考点二 电功率
4.如图所示的电路中,电源电压保持不变,灯泡L上标有“6 V 0.6 W”的字样,不考虑温度对灯丝电阻的影响.闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P移动到中点时,灯泡L正常发光,电压表示数为4 V;当滑片P移到阻值最大处时,灯泡L与滑动变阻器的电功率之比为( )
A.3∶4 B.4∶3 C.3∶2 D.2∶3
5.(2023·天津)某节能灯标有“220 V 22 W”字样,当它正常工作时,电功率为 W,通过它的电流为 A.
6.如图所示是某家用电子式电能表的表盘,该表盘上显示已用电 kW·h.若将某用电器单独接在该电能表上正常工作3 min,电能表指示灯闪烁了32次.该用电器消耗的电能为 kW·h,它的实际电功率是 W.
第6题图
7.在如图所示的电路中,电源电压保持不变,当开关S1闭合S2断开,甲、乙为电流表时,两表示数之比是I甲∶I乙=2∶5,则当开关S1、S2闭合,甲、乙两表为电压表时,两表示数之比U甲∶U乙= ,R1、R2消耗的电功率之比为P1∶P2= .
第7题图
8.如图所示是定值电阻R和小灯泡L中电流随电压变化的图象,其中 (选填“甲”或“乙”)是小灯泡的I-U图象,定值电阻的阻值为 Ω;若将它们串联接在5 V的电源上,电路的总功率为 W.
9.某型号电饭煲有加热和保温功能,图甲为其内部电路原理图,当开关S接触点2时,该电饭煲处于 (选填“保温”或“加热”)状态,电阻R1的阻值是 Ω.图乙是该电饭煲一次做饭过程中电功率与时间的关系图象,则这次做饭消耗的电能是 J.
甲
乙
考点三 测量小灯泡的电功率
10.(2023·南通)如图所示,灯泡L标有"6 V
3 W"的字样,定值电阻R=10 Ω,滑动变阻器R1的最大阻值为20 Ω,闭合开关S.将开关S1拨至2,滑片P移至a端,灯泡正常发光.
(1)求灯泡正常发光时的电流;
(2)滑片P移至b端,开关S1拨至1,求定值电阻R工作10 min产生的热量;
(3)接着将开关S1拨回2,电流表示数为0.24 A,求此时灯泡的功率.
11.小王用如图甲所示的实验装置测量额定电压为2.5 V的小灯泡电功率时,电源电压为3 V,若所用器材均能满足实验需要.
甲
乙
丙
(1)用笔画线替代导线,将实物电路连接完整:
(2)连接电路时,开关要 (选填“断开”或“闭合”);滑动变阻器滑片应该移到连入电路阻值 位置;
(3)实验过程中,当电压表示数为2.5 V时小灯泡正常发光,由图乙可知,此时电流表的示数为 A,小灯泡正常发光时的电阻为 Ω(结果保留2位小数),小灯泡的额定功率为 W;
乙
(4)小王受此实验启发,想测定电动自行车上用作照明的LED(发光二极管)额定功率.在老师的帮助下通过实验得到该LED的I-U图象如图丙所示.由图象可知LED灯的电阻随电压的增大而 (选填“增大”“不变”或“减小”).查阅资料知道该LED的额定电压为3 V,结合图象可得该LED的额定功率为 W.
丙
考点四 焦耳定律
12.某款家用电热取暖器有两个挡位,它正常工作时,下列说法正确的是( )
A.取暖器的电热丝是由电阻率小、熔点高的材料制成
B.“高温”挡一定比“低温”挡产生的热量多
C.“高温”挡一定比“低温”挡的工作电阻大
D.连接电热丝的导线比电热丝的电阻小
13.(2023·仙桃)某款电热杯有高、中、低三挡,简化电路如图所示,S1、S2不能同时闭合,R1的阻值为2.5 Ω.只闭合S3时,电路中的电流为2 A.下列说法正确的是( )
第13题图
A.电源电压为10 V
B.只闭合S1、S3时,电热杯处于低温挡
C.只闭合S3时,电热杯工作1 min产生的热量为600 J
D.加热100 g水,水温由25 ℃升高到35 ℃,水吸收的热量为420 J
14.(2023·泰州)小华将电阻丝R1和R2(R1>R2)分别浸没在质量和初温均相同的煤油中,按如图所示接入电路,开关闭合后,通过两电阻丝的 相等,根据温度计示数的变化可比较电阻丝产生 的多少,通电一段时间,发现甲瓶中温度计的示数上升 .
第14题图
15.(2023·哈尔滨)如图所示,电源电压3 V,R1=R2=5 Ω,先闭合开关S1,再闭合开关S2,电流表示数将 (选填“变大”或“变小”);当S1闭合,S2断开时,通电10 s,电流通过R1产生的热量是 J.
16.(2023·聊城)熔断器是根据电流超过规定值一定时间后,以本身产生的热量使其熔断的原理制成的.测得某熔断器在不同电流下的熔断时间如下表.若通过的电流为2.0 A,熔断器的电阻为1 Ω,则通电时间为 s时熔断器熔断,此过程中熔断器产生的热量是 J.
电流I/A 1.2 2.0 2.5 3.0 4.0
熔断时间 t/s 不会 熔断 40 8 4.5 2.5
17.(2023·云南)实验小组在老师的指导下探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”.同学们在烧瓶内安装一根电阻丝,装入适量的煤油,插入一支温度计,设计了如图甲所示的电路.
甲
乙
(1)用笔画线代替导线,将图甲的电路连接完整.要求滑动变阻器的滑片向右移动时,电流表示数变大,且导线不交叉;
甲
(2)闭合开关后,发现电流表指针未偏转,经检查仅电阻丝R有故障,则电阻丝R (选填“短路”或“断路”).排除故障后进行实验,实验中通过观察 来比较相同时间内不同电流产生热量的多少;
(3)调节滑动变阻器改变电流的大小,经过多次实验发现:电阻丝阻值和通电时间一定时,电流I越大,通电导体产生的热量Q越多.小明猜想:当电阻和通电时间一定时,Q可能与I成正比.随后在老师帮助下,实验小组测出了多组Q与I的数据.请提出一种判断小明猜想是否正确的方法: ;
(4)同学们进一步学习了解到:物理学家焦耳1840年就确定了当电阻和通电时间一定时,电流产生的热量跟电流的二次方成正比的关系.生活中利用电热工作的家用电器有 (请举一例);
(5)若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系,可选择图乙中 (选填“A”或“B”)烧瓶中的电阻与图甲烧瓶中的电阻 (选填“串”或“并”)联进行实验;
甲 乙
(6)本实验应用的研究方法有转换法和 法.
18.(2023·金昌)如图甲所示为小艺同学家的电中药壶,有“猛火”和“文火”两个挡位,工作电路简化为图乙所示,其中S'为挡位开关,R1、R2为发热电阻(假定工作时电阻不变),A、B为阻值可忽略不计的指示灯.当电中药壶处于猛火挡时,红灯亮;处于文火挡时,绿灯亮.已知电中药壶额定电压为220 V,猛火挡的额定功率为2 420 W,R2的阻值为180 Ω.
甲
乙
丙
(1)判断A灯是 (选填“红灯”或“绿灯”),你的判断依据是什么?
(2)求电中药壶“文火”挡的额定功率?
(3)某天用电高峰时,小艺用电中药壶帮奶奶熬药,为了计算家里电路的实际电压,她关了家里其他用电器,只将电中药壶调到猛火挡上,电中药壶工作1 min,电能表(如图丙所示)的电能表表盘转了100转,由此她计算出家庭电路的实际电压是多少?第十八章 电功率 总结与复习
@思维导图
@知识对比
1.串、并联电路的关系
电路 串联 并联
电流 I总=I1=I2 I总=I1+I2
电压 U总=U1+U2 U总=U1=U2
电阻 R总=R1+R2 =+
续表:
分配 规律 分压:= 分流:=
2.电功和电功率
概念 电功W 电功率P
理解 电流对外做的功,是电能转化为其他形式的能的多少的量度 电功率等于电功与时间之比,表示电流做功快慢的物理量
续表:
国际 单位 焦耳(J) 瓦特(W)
其他 单位 千瓦时(kW·h),也称“度” 千瓦(kW)、兆瓦(MW)、毫瓦(mW)
单位 换算 1度=1 kW·h=3.6×106 J 1 kW=103 W, 1 MW=106 W, 1 mW=10-3 W
公式 定义式 W=UIt, 其中t的单位是秒(s) P= ,W的单位是J(或kW·h),t的单位s(或h),P的单位是W(或kW)
推导式 W =UIt→P =UI(适用于任何电路) ; W =UIt =IR·It =I2Rt→P =I2R (适用于纯电阻电路) ; W =UIt =Ut· =t→P = (适用于纯电阻电路)
@教材图片解读
命题点一 电能表的理解及相关计算
1.电能表是用来测量电路中消耗 电能 多少的仪表.小明家月初和月末电能表的示数如图所示,则该月小明家用了 136.2 度电.
命题点二 额定功率与实际功率
2.小明家中有两只如图所示的白炽灯泡,甲灯标有“PZ220 V 40 W”字样,乙灯标有“PZ220 V 100 W”字样,其中“220 V”表示 额定 电压,“40 W”表示 额定 功率(以上两空均选填“额定”或“实际”);当两灯泡均正常发光时,最亮的灯是 乙 灯;若两灯泡串联在原电路中,最亮的是 甲 灯(后两空均选填“甲”或“乙”).
甲
乙
命题点三 测量小灯泡的电功率
3.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( C )
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.滑动变阻器接线柱的连接
D.开关没有串联接入电路中
命题点四 焦耳定律的应用及计算
4.如图所示,两个透明容器中密闭着等量的空气,且里面都有一段电阻丝.用一个电阻与其中一个容器内的电阻丝并联,将透明容器与装有适量红墨水的U形管相连,利用U形管中液面 高度差 的变化来反映密闭容器中空气温度的变化.由图可知,在 电阻 和通电时间相同的情况下, 电流 越大,产生的热量越多.
@全国真题视野
考点一 电能和电功
1.如图所示是一只电能表的一些参数,下列说法错误的是( C )
A.“220 V”表示这个电能表应该在220 V的电路中使用
B.这个电能表读数的单位是kW·h
C.这个电能表工作的电压一定为220 V,电流一定为10 A
D.“600 r/(kW·h)”表示每消耗1 kW·h电能,电能表的转盘转过600转
2.甲、乙两个灯泡的铭牌分别是“PZ220-25”、“PZ220-100”,关于这两个灯泡正常工作时描述正确的是( D )
A.甲灯亮,电阻大 B.甲灯暗,电阻小
C.乙灯暗,电阻大 D.乙灯亮,电阻小
3.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( C )
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
考点二 电功率
4.如图所示的电路中,电源电压保持不变,灯泡L上标有“6 V 0.6 W”的字样,不考虑温度对灯丝电阻的影响.闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P移动到中点时,灯泡L正常发光,电压表示数为4 V;当滑片P移到阻值最大处时,灯泡L与滑动变阻器的电功率之比为( A )
A.3∶4 B.4∶3 C.3∶2 D.2∶3
5.(2023·天津)某节能灯标有“220 V 22 W”字样,当它正常工作时,电功率为 22 W,通过它的电流为 0.1 A.
6.如图所示是某家用电子式电能表的表盘,该表盘上显示已用电 5 546.7 kW·h.若将某用电器单独接在该电能表上正常工作3 min,电能表指示灯闪烁了32次.该用电器消耗的电能为 0.02 kW·h,它的实际电功率是 400 W.
第6题图
7.在如图所示的电路中,电源电压保持不变,当开关S1闭合S2断开,甲、乙为电流表时,两表示数之比是I甲∶I乙=2∶5,则当开关S1、S2闭合,甲、乙两表为电压表时,两表示数之比U甲∶U乙= 5∶3 ,R1、R2消耗的电功率之比为P1∶P2= 2∶3 .
第7题图
8.如图所示是定值电阻R和小灯泡L中电流随电压变化的图象,其中 甲 (选填“甲”或“乙”)是小灯泡的I-U图象,定值电阻的阻值为 10 Ω;若将它们串联接在5 V的电源上,电路的总功率为 2 W.
9.某型号电饭煲有加热和保温功能,图甲为其内部电路原理图,当开关S接触点2时,该电饭煲处于 保温 (选填“保温”或“加热”)状态,电阻R1的阻值是 60.5 Ω.图乙是该电饭煲一次做饭过程中电功率与时间的关系图象,则这次做饭消耗的电能是 6×105 J.
甲
乙
考点三 测量小灯泡的电功率
10.(2023·南通)如图所示,灯泡L标有"6 V
3 W"的字样,定值电阻R=10 Ω,滑动变阻器R1的最大阻值为20 Ω,闭合开关S.将开关S1拨至2,滑片P移至a端,灯泡正常发光.
(1)求灯泡正常发光时的电流;
解:(1)由P=UI可得,灯泡正常发光时的电流:I额===0.5 A;
(2)滑片P移至b端,开关S1拨至1,求定值电阻R工作10 min产生的热量;
解:(2)闭合开关S,将开关S1拨至2,滑片P移至a端时,定值电阻R被短路,滑动变阻器接入电路中的电阻为零,电路中只有灯泡L工作,由灯泡正常发光,可知电源电压:
U=U额=6 V,
滑片P移至b端,开关S1拨至1,滑动变阻器接入电路的阻值为最大阻值,灯泡L被短路,电阻R与滑动变阻器R1串联,根据Q=I2Rt可得,定值电阻R工作10 min产生的热量:
Q=I2Rt=()2Rt=()2×10 Ω×10×60 s=240 J;
(3)接着将开关S1拨回2,电流表示数为0.24 A,求此时灯泡的功率.
解:(3)接着将开关S1拨回2,灯泡L与滑动变阻器R1串联,电流表测量电路中的电流,由U=IR可得,滑动变阻器两端的电压:
U1=I实R1=0.24 A×20 Ω=4.8 V,
由串联电路的电压特点可知,灯泡L两端的实际电压:
U实=U-U1=6 V-4.8 V=1.2 V,
此时灯泡的功率:
P实=U实I实=1.2 V×0.24 A=0.288 W.
11.小王用如图甲所示的实验装置测量额定电压为2.5 V的小灯泡电功率时,电源电压为3 V,若所用器材均能满足实验需要.
甲
乙
丙
(1)用笔画线替代导线,将实物电路连接完整:
答案:如图所示.
(2)连接电路时,开关要 断开 (选填“断开”或“闭合”);滑动变阻器滑片应该移到连入电路阻值 最大 位置;
(3)实验过程中,当电压表示数为2.5 V时小灯泡正常发光,由图乙可知,此时电流表的示数为 0.3 A,小灯泡正常发光时的电阻为 8.33 Ω(结果保留2位小数),小灯泡的额定功率为 0.75 W;
乙
(4)小王受此实验启发,想测定电动自行车上用作照明的LED(发光二极管)额定功率.在老师的帮助下通过实验得到该LED的I-U图象如图丙所示.由图象可知LED灯的电阻随电压的增大而 减小 (选填“增大”“不变”或“减小”).查阅资料知道该LED的额定电压为3 V,结合图象可得该LED的额定功率为 0.072 W.
丙
考点四 焦耳定律
12.某款家用电热取暖器有两个挡位,它正常工作时,下列说法正确的是( D )
A.取暖器的电热丝是由电阻率小、熔点高的材料制成
B.“高温”挡一定比“低温”挡产生的热量多
C.“高温”挡一定比“低温”挡的工作电阻大
D.连接电热丝的导线比电热丝的电阻小
13.(2023·仙桃)某款电热杯有高、中、低三挡,简化电路如图所示,S1、S2不能同时闭合,R1的阻值为2.5 Ω.只闭合S3时,电路中的电流为2 A.下列说法正确的是( C )
第13题图
A.电源电压为10 V
B.只闭合S1、S3时,电热杯处于低温挡
C.只闭合S3时,电热杯工作1 min产生的热量为600 J
D.加热100 g水,水温由25 ℃升高到35 ℃,水吸收的热量为420 J
14.(2023·泰州)小华将电阻丝R1和R2(R1>R2)分别浸没在质量和初温均相同的煤油中,按如图所示接入电路,开关闭合后,通过两电阻丝的 电流 相等,根据温度计示数的变化可比较电阻丝产生 热量 的多少,通电一段时间,发现甲瓶中温度计的示数上升 多 .
第14题图
15.(2023·哈尔滨)如图所示,电源电压3 V,R1=R2=5 Ω,先闭合开关S1,再闭合开关S2,电流表示数将 变大 (选填“变大”或“变小”);当S1闭合,S2断开时,通电10 s,电流通过R1产生的热量是 4.5 J.
16.(2023·聊城)熔断器是根据电流超过规定值一定时间后,以本身产生的热量使其熔断的原理制成的.测得某熔断器在不同电流下的熔断时间如下表.若通过的电流为2.0 A,熔断器的电阻为1 Ω,则通电时间为 40 s时熔断器熔断,此过程中熔断器产生的热量是 160 J.
电流I/A 1.2 2.0 2.5 3.0 4.0
熔断时间 t/s 不会 熔断 40 8 4.5 2.5
17.(2023·云南)实验小组在老师的指导下探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”.同学们在烧瓶内安装一根电阻丝,装入适量的煤油,插入一支温度计,设计了如图甲所示的电路.
甲
乙
(1)用笔画线代替导线,将图甲的电路连接完整.要求滑动变阻器的滑片向右移动时,电流表示数变大,且导线不交叉;
答案:如图所示.
甲
(2)闭合开关后,发现电流表指针未偏转,经检查仅电阻丝R有故障,则电阻丝R 断路 (选填“短路”或“断路”).排除故障后进行实验,实验中通过观察 温度计示数的变化 来比较相同时间内不同电流产生热量的多少;
(3)调节滑动变阻器改变电流的大小,经过多次实验发现:电阻丝阻值和通电时间一定时,电流I越大,通电导体产生的热量Q越多.小明猜想:当电阻和通电时间一定时,Q可能与I成正比.随后在老师帮助下,实验小组测出了多组Q与I的数据.请提出一种判断小明猜想是否正确的方法: 将测得的Q与I的数据描点画出Q-I图象,若Q-I图象为过原点的一条直线,则Q与I成正比,否则不成正比 ;
(4)同学们进一步学习了解到:物理学家焦耳1840年就确定了当电阻和通电时间一定时,电流产生的热量跟电流的二次方成正比的关系.生活中利用电热工作的家用电器有 电饭锅 (请举一例);
(5)若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系,可选择图乙中 B (选填“A”或“B”)烧瓶中的电阻与图甲烧瓶中的电阻 串 (选填“串”或“并”)联进行实验;
甲 乙
(6)本实验应用的研究方法有转换法和 控制变量 法.
18.(2023·金昌)如图甲所示为小艺同学家的电中药壶,有“猛火”和“文火”两个挡位,工作电路简化为图乙所示,其中S'为挡位开关,R1、R2为发热电阻(假定工作时电阻不变),A、B为阻值可忽略不计的指示灯.当电中药壶处于猛火挡时,红灯亮;处于文火挡时,绿灯亮.已知电中药壶额定电压为220 V,猛火挡的额定功率为2 420 W,R2的阻值为180 Ω.
甲
乙
丙
(1)判断A灯是 红灯 (选填“红灯”或“绿灯”),你的判断依据是什么?
解:(1)S'接N时电路中只有R1一个电阻,此时电流最大,电功率也最大,为猛火挡,故A为红灯;
(2)求电中药壶“文火”挡的额定功率?
解:(2)猛火挡的额定功率为2 420W,
根据P=UI=可知:
R1===20 Ω,
当开关S闭合,S'打至触点M时,电路为两电阻和指示灯B的串联的电路,图中药壶处于文火挡,故图中药壶文火挡的额定功率:
P文火====242 W;
(3)某天用电高峰时,小艺用电中药壶帮奶奶熬药,为了计算家里电路的实际电压,她关了家里其他用电器,只将电中药壶调到猛火挡上,电中药壶工作1 min,电能表(如图丙所示)的电能表表盘转了100转,由此她计算出家庭电路的实际电压是多少?
解:(3)猛火挡熬药时,药壶的实际功率:
P实===2 000 W,
此时家庭电路的实际电压:
U实===200 V.