浙教版九年级科学中考复习课件：电能
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课件118张PPT。 电能分块讲解一 电功【知识回顾】
电功
(1)电流通过用电器所做的功,称为电功。电流做功的
实质:电能转化为_________的能。电功是_________
的量度。其他形式电能转化(2)电功的计算公式为W=____=Pt(适用于任何用电器
的电功计算)。根据欧姆定律可以推导出:W=I2Rt或
W= (适用于将电能完全转化为内能的用电器电功
的计算)。电功的国际单位是焦耳,符号为“J”,
常用的单位还有千瓦时,1千瓦时=3.6×106焦耳。
(3)测量电功的仪表:电能表(又称电度表、千瓦时计)。UIt【基础落实】
1.(2017·台州)如图是小柯连接的电路,开关闭合后,
发现L2比L1亮。关于该电路分析正确的是 ( )BA.通过L2电流比L1的电流大
B.L2的电阻比L1的电阻大
C.L2两端电压比L1两端电压小
D.L2的实际功率比L1的实际功率小解析 由题图可知,两个灯泡组成串联电路,串联电路中电流处处相等,所以通过两灯电流相等;灯泡亮度由灯泡的实际功率决定,L2比L1亮,所以L2的实际功率比L1的实际功率大;两灯电流相等,且L2的实际功率比L1的实际功率大,由P=I2R可知,L2的电阻比L1的电阻大;由U=IR知,L2两端电压比L1两端电压大。故选B。2.(2015·湖州)如图所示的电路中,闭合开关S,滑动
变阻器的滑片P向右滑动时,则 ( )AA.R1的电功率一定减小
B.R2的电功率一定增大
C.电流表的示数增大
D.电压表的示数减小解析 由电路图可知,滑动变阻器滑片P向右滑动,R2阻值变大,R1与R2串联,电路中总电阻变大,电流变小,则电流表示数变小,C错误;电压表测的是R2两端电压,R2阻值变大,根据串联电路分压特点,电压表示数变大,故D错误;电路中电流变小,根据P=I2R,R1的电功率减小,故A正确;而R2的电功率不一定增大,故B错误。【要点精讲】
要点 电能的利用
【重要提示】应用电功和电功率的公式计算时要注意各物理量的统一,找出可用的物理量,灵活运用各个公式。熟练应用电功率公式及其变形公式即可正确解题。【例】(2017·金华)空气净化器能有效改善室内空气质量。如图是某四层塔式空气净化器的原理图。相关参数如表所示:请回答下列问题:
(1)该净化器在2挡正常工作时的电流为多少?
(2)该净化器在4挡正常工作时,净化45 m3的空气需要多长时间?
(3)晚上可将净化器调至1挡,以减弱噪音对睡眠质量的影响。请计算该净化器在1挡连续正常工作8小时共消耗多少电能?解析 (1)由表格数据可知,该净化器在2挡正常工作
时的功率为44 W,
由P=UI可知电流为:I= =0.2 A。
(2)该净化器在4挡正常工作时每小时净化500 m3的
空气,则净化45 m3的空气需要的时间为:t=
=0.09 h。(3)净化器调至1挡时的功率为23 W,则净化器在1挡
连续正常工作8小时共消耗的电能为:W=P′t′=
23 W×8×3 600 s=6.624×105 J。
答案 (1)0.2 A (2)0.09 h (3)6.624×105 J【变式训练】(2017·湖州)在我们使用电器的时候,按下遥控器的待机键,电器即进入等待开机的状态,即为待机模式。有的电器虽然没有待机按钮,可如果没有切断电源,也相当于处在待机状态。表中是常用家用电器在220 V电压下的工作功率和待机功率。请回答:
(1)在家庭电路中,机顶盒和电视机________(选填“串”或“并”)联在火线和零线上。?
(2)根据表中数据,电视机的工作电流为________安。(精确到0.01安)?
(3)若机顶盒每天处于待机状态的时间为20小时,计算1个月(以30天计)机顶盒在待机状态下消耗的电能。解析 (1)机顶盒和电视机可以独立工作,互不影响,
因此机顶盒和电视机是并联的。
(2)由P=UI可知电视机工作时的电流为:
I= =0.68 A。
(3)机顶盒在待机状态下消耗的电能为:W=P′t=
0.015 2 kW×20 h×30=9.12 kW·h.
答案 (1)并 (2)0.68 (3)9.12 kW·h分块讲解二 电功率【知识回顾】
电功率
(1)电功率是电流在单位时间内所做的功。用符号P
表示。电功率是描述电流做功快慢的物理量。
(2)用电器的额定功率和实际功率。用电器在_____
_____下工作时消耗的电功率叫做额定功率。用电器
在_________下工作时消耗的电功率叫做实际功率。
用电器的实际工作电压与其额定电压不一定相等,
这时它的实际功率也就与其额定功率不一定相等。额定电压实际电压(3)电功率的计算公式及单位
定义式:P= ,计算式:P=___。电功率的单位是瓦特
(W),1 W=1 J/s。常用单位还有千瓦(kW),1 kW=
1 000 W。UI(4)电功率的测定。
电功率测定的原理是_____,即测量出用电器两端的电压和通过用电器的电流,再根据公式,间接求得用电器的电功率。其电路图如图所示。P=UI【基础落实】
1.(2016·温州)某台灯铭牌上标有“9 W”字样,
“9 W”表示该台灯的 ( )
A.额定功率 B.实际功率
C.额定电流 D.实际电流
解析 9 W表示额定功率。A2.(2017·苏州)如图所示,电源电压4.5 V,定值电
阻R0为10 Ω,滑动变阻器R规格为“20 Ω 2 A”,
电流表和电压表量程分别选择“0～0.6 A”“0～
3 V”。闭合开关S,电路正常工作时,下列叙述正确
的是 ( )CA.电流表示数最大值为0.6 A
B.电压表示数范围为1～3 V
C.滑动变阻器的功率可达0.5 W
D.滑动变阻器阻值变化范围为5～10 Ω解析 由电路图可知,当电压表的示数 =3 V时,电
路中的电流I= =0.3 A,因串联电路中各处的
电流相等,且滑动变阻器允许通过的最大电流为2 A,
电流表的量程为0～0.6 A,所以,电路中的最大电流
I大=0.3 A,故A错误;此时滑动变阻器接入电路中的电
阻最小,电路消耗的总功率最大,此时电路中的总电
阻:R总= =15 Ω,因串联电路中总电阻等于
各分电阻之和,所以,滑动变阻器接入电路中的最小阻值:R滑小=R总-R0=15 Ω-10 Ω=5 Ω,则滑动变阻器
阻值变化范围5～20 Ω,故D不正确;此时滑动变阻器
的功率P滑=1.5 V×0.3 A=0.45 W;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,电压表的示
数最小,则电路中的最小电流:I小=
=0.15 A,电压表的最小示数: =I小 R0=0.15 A×
10 Ω=1.5 V,所以,电压表示数变化范围1.5～3 V,故B不正确,此时滑动变阻器的功率P滑=3 V×0.15 A
=0.45 W,滑动变阻器的功率:P=( )2·R滑,
当R0=R滑时,有最大值,即P=( )2×10 Ω=
>0.5 W,故滑动变阻器的功率可达0.5 W。故选C。3.(2016·宁波)如图所示,干路上的电流I恒为1 A不
变,滑动变阻器规格为“15 Ω 1 A”,小灯泡L上标
有“6 V 3 W”字样。忽略温度对小灯泡阻值的影
响,则 ( )CA.小灯泡L正常发光时,滑动变阻器接入电路的电阻为6 Ω
B.当滑片P移到最左端时,通过小灯泡的电流为1 A
C.在滑片P向左移动过程中,并联电路两端电压会减小
D.在滑片P向左移动过程中,并联电路消耗的总功率会增大 解析 因并联电路中各支路两端的电压相等,且小灯
泡L正常发光,所以,电源的电压U=UL=6 V,由P=UI可得,
通过灯泡的电流:IL= =0.5 A,根据并联电路
中电流特点,通过滑动变阻器的电流:I滑=I-IL=1 A-
0.5 A=0.5 A,则滑动变阻器接入电路中的阻值:R滑=
=12 Ω,故A错误;当滑片P移到最左端时,
滑动变阻器接入电路中的电阻为零,会造成电源短路,
则通过小灯泡的电流为0 A,故B错误;在滑片P向左移动过程中,根据并联电路中总电阻特点,并联部分的总电阻变小,因干路上的电流I恒为1 A不变,所以,由U=IR可知,并联电路两端电压会减小,故C正确;由P=UI可知,并联电路消耗的总功率减小,故D错误。4.(2017·绍兴)用如图电路测定小灯泡的功率,所用
电源的电压应_____(选填“大于”“等于”或“小
于”)灯泡的额定电压,要使滑动变阻器滑片向左移
动时,电流表示数变小,导线e端应连接在滑动变阻器
的______接线柱上。?大于d解析 由题图可知,测定小灯泡的功率时,串联一个滑动变阻器,根据串联分压的原理,所用电源应大于小灯泡的额定电压;要使滑动变阻器滑片向左移动时,电流表示数变小,说明接入电路的电阻变大,即向左移动远离下接线柱,故应将d接入电路。【要点精讲】
要点1 电功率的计算
【重要提示】掌握串联电路中电压、电流以及功率、滑动变阻器接入电路电阻的计算,关键是滑动变阻器处于不同位置时电路图的辨别和电表量程的判断,并且会灵活运用欧姆定律。【例1】(2016·杭州)如图为某型号玩具电动机的工作电路图,电动机铭牌上标有“6 V, 6 W,线圈电阻
2 Ω”字样。当开关闭合的瞬间,电动机尚未转动,此时通过电动机的电流称为启动电流。为了保护电动机,启动电流不得超过2 A。求:(1)启动时,变阻箱R的阻值至少多大?
(2)当电动机启动后,再次调节变阻箱R,使电动机进入正常工作状态,此时R消耗的电功率为多大?解析 (1)启动时,电动机尚未转动,没有对外输出机
械能,此时的电路为纯电阻电路,线圈电阻和电阻箱串
联,由I= 得电路总电阻:R= =6 Ω,变阻箱
电阻R变=R-R线=6 Ω-2 Ω=4 Ω。
(2)电动机正常工作,由P=UI得电路中电流:I′=
=1 A,变阻箱两端电压U变=U-U额=12 V-6 V=
6 V,变阻箱消耗电功率:P′=U变I′=6 V×1 A=6 W。
答案 (1)4 Ω (2)6 W【变式训练1】(2017·鄂州)已知A灯标着“6 V
3 W”,B灯标着“6 V 6 W”,滑动变阻器R规格
“50 Ω 2 A”。 A灯和B灯中电流随两端电压变化关系的图象如图甲所示。则:(1)将A、B两灯并联接在6 V电源两端,求30 min内电路消耗的电能。
(2)将A、B两灯串联接在某电源两端,使A灯恰好正常发光,求此时B灯电阻。
(3)将A灯与滑动变阻器R串联接在12 V电源两端,如图乙所示。调节滑动变阻器,当滑动变阻器的功率是A灯功率的2倍时,求滑动变阻器的功率。解析 (1)将A、B并联接在6 V电源两端时,因并联电
路中各支路两端的电压相等,且额定电压下灯泡的实
际功率和额定功率相等,所以,电路的总功率:P=PA+PB=3 W+6 W=9 W,由P= 可得,30 min内电
路消耗的电能:W=Pt=9 W×30×60 s=16 200 J。
(2)当A灯正常发光,I=0.5 A时,由图知IB=I=0.5 A,
UB=2 V,此时B灯电阻RB= (3)当A与滑动变阻器串联接在6 V电源两端时,两者电流相等,当滑动变阻器的功率是A灯功率的2倍时,由P=UI可知,变阻器的电压为A灯电压的2倍,即U变=2UA ,
根据串联电路的电压特点可知,电源电压
U=U变+UA=2UA+UA=3UA ,
所以此时A灯两端的电压:UA= 由图甲可知,此时A灯的电流(即串联电路的电流):
I=IA=0.4 A,
变阻器两端的电压:U变=2UA=2×4 V=8 V,
此时滑动变阻器的功率:
P变=U变I=8 V×0.4 A=3.2 W
答案 (1)16 200 J (2)4 Ω (3)3.2 W要点2 电能、电功率的实际应用
【重要提示】考查了电功率公式、串联电路的特点、欧姆定律、电功公式的综合应用,分清电路的连接方式和一个周期的时间是关键。【例2】(2017·绍兴)某兴趣小组设计的“温度控制器”工作时有加热和恒温两种状态。电路如图甲所示,S为开关,双金属开关在温度低时闭合、温度到达一定值时自动断开,降温后再闭合,循环工作,起到调节温度作用,指示灯的额定电压为200 V,且亮起即正常工作,发热电阻阻值为40 Ω。求:(1)当指示灯亮时,温度控制器处于________状态。?
(2)指示灯的电阻值。
(3)加热状态时,温度控制器所消耗的电功率。
(4)温度控制器正常工作时,记录灯泡在一段时间内,规律性亮灭情况如图乙,则温度控制器1小时所消耗的电能。解析 (1)当指示灯亮时,指示灯与发热电阻串联,电
路中的总电阻最大,由P=UI= 可知,电路的总功率
最小,温度控制器处于恒温状态。(2)当指示灯亮时,两端的电压UL=200 V,因串联电路
中总电压等于各分电压之和,
所以,发热电阻两端的电压:
UR=U-UL=220 V-200 V=20 V,
因串联电路中各处的电流相等,所以,电路中的电流:
I=
则 ,解得:RL=400 Ω。(3)双金属开关闭合时,电路为发热电阻的简单电路,则温度控制器所消耗的电功率:
P加热= =1 210 W。(4)由图乙可知,一个周期的时间为3 min,恒温时间为150 s,加热时间为30 s,
则一个周期内温度控制器消耗的电能:
W=
=52 800 J,
温度控制器1小时所消耗的电能:
W总=20W=20×52 800 J=1.056×106 J。答案 (1)恒温 (2)400 Ω (3)1 210 W
(4)1.056×106 J【变式训练1】(2017·齐齐哈尔)如图甲所示是一款超市用的透明玻璃门冷饮展示冰柜,该冰柜的玻璃门采用的是防雾玻璃,玻璃夹层中有电热丝用来加热玻璃,可以有效防止水蒸气凝结在玻璃上,电热丝与冰柜中的电动压缩机连接的简化电路如图乙所示,其相关参数如表所示。求:(1)冰柜的电动压缩机正常工作时的电流为多少?
(2)冰柜正常工作时防雾电热丝的电阻为多少?
(3)该冰柜的玻璃门的质量是5 kg,若不计热量损失,电热丝正常工作使门玻璃升高20 ℃需要多长时间?[玻璃的比热容为0.84×103 J/(kg·℃)]解析 (1)由P=UI可得,冰柜的电动压缩机正常工作时
的电流:I= =0.5 A;(2)由P= 可得,冰柜
正常工作时防雾电热丝的电阻:R=
=484 Ω;(3)门玻璃升高20 ℃吸收的热量,
Q吸=cmΔt=0.84×103 J/(kg·℃)×5 kg×20 ℃
=8.4×104 J;不计热量损失,则W=Q吸=8.4×104 J,由P= 可得,电热丝正常工作使门玻璃升高20 ℃
需要的时间:t= =840 s。
答案 (1)0.5 A (2)484 Ω (3)840 s分块讲解三 电流的热效应及其计算【知识回顾】
电流的热效应及其计算
(1)当导体中有电流通过时,导体发热的现象。电热
器:利用电流的热效应制成的加热设备。
(2)焦耳定律:电流通过导体产生的热量,跟电流的
平方成___比,跟导体的电阻成___比,跟通电时间成
___比,即Q=____。它适用于任何用电器电热的计算。正正正I2Rt【基础落实】
1.(2017·扬州)下列用电器工作时,将电能全部转
化为内能的是 ( )B解析 电水壶主要是电能转化为内能。2.(2017·扬州)如图,电源电压恒定不变,R1=20 Ω,
闭合开关S、S1,电流表示数为0.3 A,则电源电压为
______V,10 s内电流通过R1产生的热量为_______J;
再闭合开关S2,调节R2,使电流表示数为0.6 A,则此
时变阻器R2的阻值为_______Ω。?61820解析 (1)闭合开关S、S1,电路为只有R1的简单电路,根据欧姆定律I= 可得,电源电压U=U1=IR1=
0.3 A×20 Ω=6 V。
(2)10 s内电流通过R1产生的热量为Q=I2R1t=
(0.3 A)2×20 Ω×10 s=18 J。(3)再闭合开关S2,电阻R1、R2并联,电流表测干路的电
流,调节R2,使电流表示数为0.6 A,根据并联电路的电
流关系,通过R2的电流I2=0.6 A-0.3 A=0.3 A,所以
R2= =20 Ω。3.(2015·金华)夏天来临,为了避免蚊虫的侵扰,许多家庭都会使用电热灭蚊器。图甲为某品牌电热灭蚊器的简化电路,其中指示灯的电阻不随温度变化。(1)电热灭蚊器是根据_____________原理制成的。
(2)某次使用时,通过热敏发热体的电流与使用时间
的关系如图乙所示,则热敏发热体两端电压的变化
情况为_____________。电流的热效应先变大后不变解析 (1)电热灭蚊器通电时,消耗电能得到内能,是根据电流的热效应来工作的。(2)由甲图可知,指示灯与热敏发热体串联,由乙图,通过热敏发热体的电流与使用时间的关系是先变小后不变,当热敏发热体的电流变小时指示灯电流也变小,由U=IR可知指示灯两灯电压变小,由串联电路的电压特点可知热敏发热体电压变大;当热敏发热体电流不变时,电路中电流不变,其两端电压也不变。所以热敏发热体两端电压先变大后不变。【要点精讲】
要点1 电功与热量的综合计算
【重要提示】电和热综合题,有关质量的计算、吸热公式的运用、效率的求解,属于综合性较强的题目,但难度不大,注意单位处理。 【例1】(2017·安顺)如图甲是一种恒温调奶器,可以自动调试好加水的奶粉,然后加热到最适合宝宝饮用的温度40 ℃,还可以自动保温,特别适合夜间使用。图乙是机器的参数表及电路简图(R1、R2为电热丝,S为双触点自动开关)。求:(1)调奶器处于保温状态时的工作电流?(结果保留两位小数)?
(2)电阻R2的阻值?
(3)若把200 g调好的奶粉从20 ℃加热到40 ℃所用时间为32 s,则调好的奶粉的比热容是多少?(不计热损失)解析 (1)由P=UI可得,调奶器处于保温状态时的工
作电流:I= ≈0.07 A。(2)由题意可知,
当S接“2”时,电路为R1的简单电路,调奶器处于保
温状态;当S接“3”时,电路为R1、R2并联,调奶器处
于加热状态,因电路中的总功率等于各用电器功率之
和,所以,R2的电功率:P2=P加热-P保温=500 W-16 W=
484 W,由P= 可得,电阻R2的阻值:R2=
=100 Ω。(3)由P= 可得,调奶器消耗的电能:W=P加热t′=
500 W×32 s=16 000 J,不计热损失,调好奶粉吸收
的热量:Q吸=W=16 000 J,由Q吸=cm(t-t0)可得,调好
奶粉的比热容:c=
=4×103 J/(kg·℃)。
答案 (1)0.07 A (2)100 Ω
(3)4×103 J/(kg·℃)
【变式训练1】(2016·台州)小晨以某种PTC电阻作为发热部件,制作了一个恒温孵化箱。 图甲是恒温孵化箱的电路图,R1、R2是两个相同的 PTC电阻,电源电压220伏。 图乙为单个这种 PTC电阻与温度变化的关系图。(1)当温度为40 ℃时,电路中的电流为多少安?
(2)恒温孵化箱的最大发热功率是多少瓦?
(3)当温度保持40 ℃不变时,恒温孵化箱的产热和散热达到了________关系。 如果仅仅从产热方面分析,当温度超过40 ℃时,恒温孵化箱是怎样自动实现温度下降的??
____________________________________________
____________________________________________解析 (1)由图乙可知,当温度为40 ℃时,相同PTC电
阻R1=R2=500 Ω,根据串联电路中总电阻等于各分电
阻之和,电路中的电流:I=
=0.22 A。
(2)由图乙可知,相同PTC电阻R1、R2的最小阻值均为
100 Ω,
则恒温孵化箱的最大发热功率:P大= (3)当温度保持40 ℃不变时,恒温孵化箱的产热和散
热平衡,否则温度会发生变化,由图乙可知,温度超过
40 ℃时,两电阻阻值变大,由P= 可知,电路的总功
率变小,产热减少,自动实现温度下降。
答案 (1)0.22 A (2)242 W
(3)平衡 温度升高时,电阻变大,由P= 可知,
电路的总功率变小,产热减少要点2 探究电流通过导体产生的热的多少跟哪些
因素有关
【重要提示】探究电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关的实验,在研究电流产生的热量与什么因素有关时,要用好控制变量法, 考查电流表的读数方法、控制变量法的使用,以及分析实验数据得出结论的能力。【例2】(2017·湖州)如图装置,在两相同烧瓶内装满等量煤油,瓶塞上各插入一根粗细相同的玻璃管,瓶内装入粗细、材料相同的电阻丝R甲和R乙,R甲长度大于R乙。闭合开关,经过一段时间t1后,甲玻璃管液面上升高度h甲__________(选填“大于”或“小于”)乙玻璃管液面上升高度h乙,断开开关,当两根玻璃管液面回到原来高度后,向右移动滑片,再闭合开关,则甲玻璃管液面上升高度h甲所需时间t2__________(选填“大于”或“小于”)t1。?解析 粗细、材料相同的电阻丝R甲和R乙,R甲长度大于R乙,则R甲>R乙;两电阻丝串联,通过的电流和通电时间相同,因为甲瓶中电阻丝的电阻大于乙瓶中电阻丝的电阻,电流通过甲瓶中电阻丝产生的热量多,使甲瓶中的煤油温度上升得高,由此得出,当通过的电流和通电时间相同时,导体的电阻越大、电流产生的热量越多,故甲玻璃管液面上升高度h甲大于乙玻璃管液面上升高度h乙;向右移动滑片,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电流减小,在电阻相同、放出热量相同的情况下,电流越小,根据焦耳定律可知,所用的时间越长,即t2大于t1。
答案 大于 大于【变式训练2】(2016·温州)某兴趣小组利用图甲装置探究电流热效应的影响因素,实验步骤如下: ①将阻值为10欧和20欧的电阻丝分别置于A、B两个盛满煤油的烧瓶中,按图甲所示连接电路。②闭合开关,将滑动变阻器的滑片移至某一位置,记录此时电流表的读数I。通电一段时间,记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh1、Δh2。
③断开开关,直至玻璃管中的液面降回各自初始位置。④闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使电流表的读数为2I,当通电时间与步骤②相同时,记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh3、Δh4,实验数据如表。(1)步骤②中的电流表示数如图乙所示,此时电流为__________安。?
(2)本实验设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响,可以控制哪些变量相同?
__________________________________________。?(3)小明认为:只要选择“Δh1、Δh2、Δh3、Δh4”四个量中的某两个量进行比较,就能说明“对电流产生热量多少的影响,电流比电阻更大”,请比较这两个量的大小关系:______________。?解析 (1)由题图可知,电流表选用的是0～0.6 A量程,分度值为0.02 A,根据指针位置可得电流I=0.24 A。
(2)本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响,可以控制电流和通电时间相同。(3)由第一行数据可知,通过的电流相同,使电阻变为原来的2倍,观察玻璃管内液面的变化Δh2可得吸收热量的变化;由第二列数据可知,电阻相同,使通过的电流变为原来的2倍,观察玻璃管内液面的变化Δh3可得吸收热量的变化;电流和电阻都是变为原来的二倍,通过比较得出Δh2<Δh3,可以得出对电流产生热量多少的影响,电流比电阻更大。答案 (1)0.24 (2)电流和通电时间
(3)Δh3>Δh2分块讲解四 综合提升
【综合运用】
电功率与电能、时间的关系
【重要提示】考查学生对电磁感应现象、电功率的计算、电功公式、效率公式、功的公式以及二力平衡条件等知识的掌握和应用,涉及到的知识点较多,综合性强,同时考查图析法,欧姆定律和电功率计算公式的应用,根据P=UI的变形公式即可求出灯泡正常发光时的电流, 据图示得出当E=3 cd时光敏电阻的阻值,然后根据欧姆定律的应用求出电路的总电阻,再根据串联电路电阻的特点求出此时灯泡的阻值;求出光敏电阻的阻值,然后根据图乙得出光敏电阻接收到光敏的光强,关键是能从图中读出有用信息。【例】(2016·金华)“光强”是表示光的强弱程度的科学量。照射光越强,光强越大。光强符号用E表示,国际单位为坎德拉(cd)。如图甲为光敏电阻的实物和元件符号,图乙为某种光敏电阻的阻值R与光强E间的关系图,图丙为小金利用这种光敏电阻所设计的电路。已知电源电压为6 V,小灯泡L标有“6 V 6 W”字样,灯丝的电阻随温度的变化而变化。(1)求小灯泡正常发光时的电流。
(2)光敏电阻接收光强为3坎德拉的光照射时,闭合开关,测得电路中的电流为0.6 A,求此时小灯泡的电阻。
(3)某次实验中测得小灯泡两端电压为1.5 V,光敏电阻消耗的功率为2.25 W,求此时光敏电阻接收到光的光强。解析 (1)由P=UI可得:IL=
(2)由图乙可知,E=3 cd时,R=6 Ω,由I= 可得,
电路中的总电阻:R总=
串联电路的总电阻等于各部分电阻之和,所以此时灯泡的阻值:
RL′=R总-R=10 Ω-6 Ω=4 Ω。(3)由P= 可得,光敏电阻的阻值:
R′= =(6 V-1.5 V)2/2.25 W=9 Ω;
由图乙可知,当光敏电阻的阻值为9 Ω时,接收到光敏的光强为2 cd。
答案 (1)1 A (2)4 Ω (3)2 cd【变式训练】(2017·随州)小洋妈妈在国外旅游时买了一台家用智能电热马桶盖(如图甲),小洋从此立志学好物理,长大后创新设计推进“中国制造”。图乙是小洋设计的便座加热电路,R1和R2是两个定值电阻(表示两个电热丝),单刀双掷开关S2可接a或b,该电路通过开关S1和S2的不同接法组合,实现“高温挡、中温挡、低温挡”三种加热功能(见表)。(1)求R1和R2的阻值。
(2)求出表中的“P3”。
(3)老年人在冬天坐上冰冷的马桶是很难受的,假设小洋想让马桶圈的温度升高4 ℃,则用“中温挡”加热的方式需要多长时间?[设电热丝发热全部被马桶圈吸收,马桶圈的质量m=500 g,马桶圈材料的比热容c=0.44×103 J/(kg·℃)]解析 (1)由题中图、表可知,电路功率为P1时,R1和R2串联;功率为P2时,只有R1接入电路;功率为P3时,R1和R2并联。
解得R1=1 100 Ω,R2=1 100 Ω。(2)P3=
解得P3=88 W
(3)由Q=cmΔt,Q=W=P2t
即44t=0.44×103×0.5×4,解得t=20 s
答案 (1)1 100 Ω 1 100 Ω (2)88 W (3)20 s【实验探究】
测定小灯泡电功率
【重要提示】考查小灯泡额定功率的测定,串联电路的特点,电功率的计算,电表的读数。考查了电阻的计算、图象的分析、实验现象分析、故障分析等知识。【例】(2017·丽水)小科连接好如图所示电路,闭合开关,按一定操作来测量“小灯泡的电阻”,获得实验数据如表:(1)表中第2次实验时,小灯泡电阻为________欧。?
(2)将表中电流、电压数据转换为I-U图像,正确的是________。?(3)小科发现第3、4两次实验小灯泡不发光,出现这种现象的原因是______。?
(4)小君按小科的方法连接好电路,闭合开关后发现小灯泡不发光,电流表指针不偏转,电压表指针偏转,若此电路只有一处故障,你认为故障是_________。?解析 (1)表中第2次实验时,小灯泡的电压U=2.0 V,
电流I=0.20 A,灯泡的电阻为:R=
(2)随电压的增大,灯丝的温度升高,而灯丝的电阻随温度的升高而增大,所以小灯泡的电流随两端电压变化的图象不是直线,故A正确。(3)灯泡的亮度是由灯泡的实际功率决定的,第3、4两次实验电压低,电流小,灯泡的实际功率太小,达不到灯泡的发光功率,所以第3、4两次实验小灯泡不发光。
(4)灯不发光,电流表指针不偏转,说明电路存在断路;电压表有示数,说明电压表与电源两极相连,电压表并联部分之外的电路不存在断路,综合分析可知,电路故障是小灯泡断路。答案 (1)10 (2)A (3)小灯泡的实际功率太小
(4)小灯泡断路【易错警示】
电能和电路的连接
【例】(2016·宁波)甲车两侧远光灯的规格均为
“12 V 60 W”,供电的蓄电池电压为12 V,最大容
量为60 Ah。某天晚上,该车熄火时忘记关闭远光灯,
则车上蓄电池最多能供两个远光灯正常工作_____h。
第二天由于蓄电池的电能耗尽,甲车无法启动,需要
借用乙车的蓄电池“搭电”启动,如图所示。“搭电”时,先用电线将甲车蓄电池的正极与乙车蓄电池的______极相连,再将另两个电极用电线连通(如果误接,蓄电池会被短路)。?
解析 (1)甲车两侧远光灯并联,总功率P=2×60 W
=120 W,由P=UI可得,总电流:I= =10 A,
由I= 可得,车上蓄电池最多能供两个远光灯正常
工作的时间:t= =6 h。
(2)因甲、乙两车正负极依次串联时会造成电源短路,
烧坏电源,所以,两车“搭电”启动时,先用电线将甲
车蓄电池的正极与乙车蓄电池的正极相连,再将另两
个电极用电线连通。错解原因 甲车两侧远光灯并联,甲、乙两车正负极依次串联时会造成电源短路,烧坏电源,据此判断两车“搭电”启动时的连接方式。学生不理解原理而做错。
答案 6 正
电功
(1)电流通过用电器所做的功,称为电功。电流做功的
实质:电能转化为_________的能。电功是_________
的量度。其他形式电能转化(2)电功的计算公式为W=____=Pt(适用于任何用电器
的电功计算)。根据欧姆定律可以推导出:W=I2Rt或
W= (适用于将电能完全转化为内能的用电器电功
的计算)。电功的国际单位是焦耳,符号为“J”,
常用的单位还有千瓦时,1千瓦时=3.6×106焦耳。
(3)测量电功的仪表:电能表(又称电度表、千瓦时计)。UIt【基础落实】
1.(2017·台州)如图是小柯连接的电路,开关闭合后,
发现L2比L1亮。关于该电路分析正确的是 ( )BA.通过L2电流比L1的电流大
B.L2的电阻比L1的电阻大
C.L2两端电压比L1两端电压小
D.L2的实际功率比L1的实际功率小解析 由题图可知,两个灯泡组成串联电路,串联电路中电流处处相等,所以通过两灯电流相等;灯泡亮度由灯泡的实际功率决定,L2比L1亮,所以L2的实际功率比L1的实际功率大;两灯电流相等,且L2的实际功率比L1的实际功率大,由P=I2R可知,L2的电阻比L1的电阻大;由U=IR知,L2两端电压比L1两端电压大。故选B。2.(2015·湖州)如图所示的电路中,闭合开关S,滑动
变阻器的滑片P向右滑动时,则 ( )AA.R1的电功率一定减小
B.R2的电功率一定增大
C.电流表的示数增大
D.电压表的示数减小解析 由电路图可知,滑动变阻器滑片P向右滑动,R2阻值变大,R1与R2串联,电路中总电阻变大,电流变小,则电流表示数变小,C错误;电压表测的是R2两端电压,R2阻值变大,根据串联电路分压特点,电压表示数变大,故D错误;电路中电流变小,根据P=I2R,R1的电功率减小,故A正确;而R2的电功率不一定增大,故B错误。【要点精讲】
要点 电能的利用
【重要提示】应用电功和电功率的公式计算时要注意各物理量的统一,找出可用的物理量,灵活运用各个公式。熟练应用电功率公式及其变形公式即可正确解题。【例】(2017·金华)空气净化器能有效改善室内空气质量。如图是某四层塔式空气净化器的原理图。相关参数如表所示:请回答下列问题:
(1)该净化器在2挡正常工作时的电流为多少?
(2)该净化器在4挡正常工作时,净化45 m3的空气需要多长时间?
(3)晚上可将净化器调至1挡,以减弱噪音对睡眠质量的影响。请计算该净化器在1挡连续正常工作8小时共消耗多少电能?解析 (1)由表格数据可知,该净化器在2挡正常工作
时的功率为44 W,
由P=UI可知电流为:I= =0.2 A。
(2)该净化器在4挡正常工作时每小时净化500 m3的
空气,则净化45 m3的空气需要的时间为:t=
=0.09 h。(3)净化器调至1挡时的功率为23 W,则净化器在1挡
连续正常工作8小时共消耗的电能为:W=P′t′=
23 W×8×3 600 s=6.624×105 J。
答案 (1)0.2 A (2)0.09 h (3)6.624×105 J【变式训练】(2017·湖州)在我们使用电器的时候,按下遥控器的待机键,电器即进入等待开机的状态,即为待机模式。有的电器虽然没有待机按钮,可如果没有切断电源,也相当于处在待机状态。表中是常用家用电器在220 V电压下的工作功率和待机功率。请回答:
(1)在家庭电路中,机顶盒和电视机________(选填“串”或“并”)联在火线和零线上。?
(2)根据表中数据,电视机的工作电流为________安。(精确到0.01安)?
(3)若机顶盒每天处于待机状态的时间为20小时,计算1个月(以30天计)机顶盒在待机状态下消耗的电能。解析 (1)机顶盒和电视机可以独立工作,互不影响,
因此机顶盒和电视机是并联的。
(2)由P=UI可知电视机工作时的电流为:
I= =0.68 A。
(3)机顶盒在待机状态下消耗的电能为:W=P′t=
0.015 2 kW×20 h×30=9.12 kW·h.
答案 (1)并 (2)0.68 (3)9.12 kW·h分块讲解二 电功率【知识回顾】
电功率
(1)电功率是电流在单位时间内所做的功。用符号P
表示。电功率是描述电流做功快慢的物理量。
(2)用电器的额定功率和实际功率。用电器在_____
_____下工作时消耗的电功率叫做额定功率。用电器
在_________下工作时消耗的电功率叫做实际功率。
用电器的实际工作电压与其额定电压不一定相等,
这时它的实际功率也就与其额定功率不一定相等。额定电压实际电压(3)电功率的计算公式及单位
定义式:P= ,计算式:P=___。电功率的单位是瓦特
(W),1 W=1 J/s。常用单位还有千瓦(kW),1 kW=
1 000 W。UI(4)电功率的测定。
电功率测定的原理是_____,即测量出用电器两端的电压和通过用电器的电流,再根据公式,间接求得用电器的电功率。其电路图如图所示。P=UI【基础落实】
1.(2016·温州)某台灯铭牌上标有“9 W”字样,
“9 W”表示该台灯的 ( )
A.额定功率 B.实际功率
C.额定电流 D.实际电流
解析 9 W表示额定功率。A2.(2017·苏州)如图所示,电源电压4.5 V,定值电
阻R0为10 Ω,滑动变阻器R规格为“20 Ω 2 A”,
电流表和电压表量程分别选择“0～0.6 A”“0～
3 V”。闭合开关S,电路正常工作时,下列叙述正确
的是 ( )CA.电流表示数最大值为0.6 A
B.电压表示数范围为1～3 V
C.滑动变阻器的功率可达0.5 W
D.滑动变阻器阻值变化范围为5～10 Ω解析 由电路图可知,当电压表的示数 =3 V时,电
路中的电流I= =0.3 A,因串联电路中各处的
电流相等,且滑动变阻器允许通过的最大电流为2 A,
电流表的量程为0～0.6 A,所以,电路中的最大电流
I大=0.3 A,故A错误;此时滑动变阻器接入电路中的电
阻最小,电路消耗的总功率最大,此时电路中的总电
阻:R总= =15 Ω,因串联电路中总电阻等于
各分电阻之和,所以,滑动变阻器接入电路中的最小阻值:R滑小=R总-R0=15 Ω-10 Ω=5 Ω,则滑动变阻器
阻值变化范围5～20 Ω,故D不正确;此时滑动变阻器
的功率P滑=1.5 V×0.3 A=0.45 W;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,电压表的示
数最小,则电路中的最小电流:I小=
=0.15 A,电压表的最小示数: =I小 R0=0.15 A×
10 Ω=1.5 V,所以,电压表示数变化范围1.5～3 V,故B不正确,此时滑动变阻器的功率P滑=3 V×0.15 A
=0.45 W,滑动变阻器的功率:P=( )2·R滑,
当R0=R滑时,有最大值,即P=( )2×10 Ω=
>0.5 W,故滑动变阻器的功率可达0.5 W。故选C。3.(2016·宁波)如图所示,干路上的电流I恒为1 A不
变,滑动变阻器规格为“15 Ω 1 A”,小灯泡L上标
有“6 V 3 W”字样。忽略温度对小灯泡阻值的影
响,则 ( )CA.小灯泡L正常发光时,滑动变阻器接入电路的电阻为6 Ω
B.当滑片P移到最左端时,通过小灯泡的电流为1 A
C.在滑片P向左移动过程中,并联电路两端电压会减小
D.在滑片P向左移动过程中,并联电路消耗的总功率会增大 解析 因并联电路中各支路两端的电压相等,且小灯
泡L正常发光,所以,电源的电压U=UL=6 V,由P=UI可得,
通过灯泡的电流:IL= =0.5 A,根据并联电路
中电流特点,通过滑动变阻器的电流:I滑=I-IL=1 A-
0.5 A=0.5 A,则滑动变阻器接入电路中的阻值:R滑=
=12 Ω,故A错误;当滑片P移到最左端时,
滑动变阻器接入电路中的电阻为零,会造成电源短路,
则通过小灯泡的电流为0 A,故B错误;在滑片P向左移动过程中,根据并联电路中总电阻特点,并联部分的总电阻变小,因干路上的电流I恒为1 A不变,所以,由U=IR可知,并联电路两端电压会减小,故C正确;由P=UI可知,并联电路消耗的总功率减小,故D错误。4.(2017·绍兴)用如图电路测定小灯泡的功率,所用
电源的电压应_____(选填“大于”“等于”或“小
于”)灯泡的额定电压,要使滑动变阻器滑片向左移
动时,电流表示数变小,导线e端应连接在滑动变阻器
的______接线柱上。?大于d解析 由题图可知,测定小灯泡的功率时,串联一个滑动变阻器,根据串联分压的原理,所用电源应大于小灯泡的额定电压;要使滑动变阻器滑片向左移动时,电流表示数变小,说明接入电路的电阻变大,即向左移动远离下接线柱,故应将d接入电路。【要点精讲】
要点1 电功率的计算
【重要提示】掌握串联电路中电压、电流以及功率、滑动变阻器接入电路电阻的计算,关键是滑动变阻器处于不同位置时电路图的辨别和电表量程的判断,并且会灵活运用欧姆定律。【例1】(2016·杭州)如图为某型号玩具电动机的工作电路图,电动机铭牌上标有“6 V, 6 W,线圈电阻
2 Ω”字样。当开关闭合的瞬间,电动机尚未转动,此时通过电动机的电流称为启动电流。为了保护电动机,启动电流不得超过2 A。求:(1)启动时,变阻箱R的阻值至少多大?
(2)当电动机启动后,再次调节变阻箱R,使电动机进入正常工作状态,此时R消耗的电功率为多大?解析 (1)启动时,电动机尚未转动,没有对外输出机
械能,此时的电路为纯电阻电路,线圈电阻和电阻箱串
联,由I= 得电路总电阻:R= =6 Ω,变阻箱
电阻R变=R-R线=6 Ω-2 Ω=4 Ω。
(2)电动机正常工作,由P=UI得电路中电流:I′=
=1 A,变阻箱两端电压U变=U-U额=12 V-6 V=
6 V,变阻箱消耗电功率:P′=U变I′=6 V×1 A=6 W。
答案 (1)4 Ω (2)6 W【变式训练1】(2017·鄂州)已知A灯标着“6 V
3 W”,B灯标着“6 V 6 W”,滑动变阻器R规格
“50 Ω 2 A”。 A灯和B灯中电流随两端电压变化关系的图象如图甲所示。则:(1)将A、B两灯并联接在6 V电源两端,求30 min内电路消耗的电能。
(2)将A、B两灯串联接在某电源两端,使A灯恰好正常发光,求此时B灯电阻。
(3)将A灯与滑动变阻器R串联接在12 V电源两端,如图乙所示。调节滑动变阻器,当滑动变阻器的功率是A灯功率的2倍时,求滑动变阻器的功率。解析 (1)将A、B并联接在6 V电源两端时,因并联电
路中各支路两端的电压相等,且额定电压下灯泡的实
际功率和额定功率相等,所以,电路的总功率:P=PA+PB=3 W+6 W=9 W,由P= 可得,30 min内电
路消耗的电能:W=Pt=9 W×30×60 s=16 200 J。
(2)当A灯正常发光,I=0.5 A时,由图知IB=I=0.5 A,
UB=2 V,此时B灯电阻RB= (3)当A与滑动变阻器串联接在6 V电源两端时,两者电流相等,当滑动变阻器的功率是A灯功率的2倍时,由P=UI可知,变阻器的电压为A灯电压的2倍,即U变=2UA ,
根据串联电路的电压特点可知,电源电压
U=U变+UA=2UA+UA=3UA ,
所以此时A灯两端的电压:UA= 由图甲可知,此时A灯的电流(即串联电路的电流):
I=IA=0.4 A,
变阻器两端的电压:U变=2UA=2×4 V=8 V,
此时滑动变阻器的功率:
P变=U变I=8 V×0.4 A=3.2 W
答案 (1)16 200 J (2)4 Ω (3)3.2 W要点2 电能、电功率的实际应用
【重要提示】考查了电功率公式、串联电路的特点、欧姆定律、电功公式的综合应用,分清电路的连接方式和一个周期的时间是关键。【例2】(2017·绍兴)某兴趣小组设计的“温度控制器”工作时有加热和恒温两种状态。电路如图甲所示,S为开关,双金属开关在温度低时闭合、温度到达一定值时自动断开,降温后再闭合,循环工作,起到调节温度作用,指示灯的额定电压为200 V,且亮起即正常工作,发热电阻阻值为40 Ω。求:(1)当指示灯亮时,温度控制器处于________状态。?
(2)指示灯的电阻值。
(3)加热状态时,温度控制器所消耗的电功率。
(4)温度控制器正常工作时,记录灯泡在一段时间内,规律性亮灭情况如图乙,则温度控制器1小时所消耗的电能。解析 (1)当指示灯亮时,指示灯与发热电阻串联,电
路中的总电阻最大,由P=UI= 可知,电路的总功率
最小,温度控制器处于恒温状态。(2)当指示灯亮时,两端的电压UL=200 V,因串联电路
中总电压等于各分电压之和,
所以,发热电阻两端的电压:
UR=U-UL=220 V-200 V=20 V,
因串联电路中各处的电流相等,所以,电路中的电流:
I=
则 ,解得:RL=400 Ω。(3)双金属开关闭合时,电路为发热电阻的简单电路,则温度控制器所消耗的电功率:
P加热= =1 210 W。(4)由图乙可知,一个周期的时间为3 min,恒温时间为150 s,加热时间为30 s,
则一个周期内温度控制器消耗的电能:
W=
=52 800 J,
温度控制器1小时所消耗的电能:
W总=20W=20×52 800 J=1.056×106 J。答案 (1)恒温 (2)400 Ω (3)1 210 W
(4)1.056×106 J【变式训练1】(2017·齐齐哈尔)如图甲所示是一款超市用的透明玻璃门冷饮展示冰柜,该冰柜的玻璃门采用的是防雾玻璃,玻璃夹层中有电热丝用来加热玻璃,可以有效防止水蒸气凝结在玻璃上,电热丝与冰柜中的电动压缩机连接的简化电路如图乙所示,其相关参数如表所示。求:(1)冰柜的电动压缩机正常工作时的电流为多少?
(2)冰柜正常工作时防雾电热丝的电阻为多少?
(3)该冰柜的玻璃门的质量是5 kg,若不计热量损失,电热丝正常工作使门玻璃升高20 ℃需要多长时间?[玻璃的比热容为0.84×103 J/(kg·℃)]解析 (1)由P=UI可得,冰柜的电动压缩机正常工作时
的电流:I= =0.5 A;(2)由P= 可得,冰柜
正常工作时防雾电热丝的电阻:R=
=484 Ω;(3)门玻璃升高20 ℃吸收的热量,
Q吸=cmΔt=0.84×103 J/(kg·℃)×5 kg×20 ℃
=8.4×104 J;不计热量损失,则W=Q吸=8.4×104 J,由P= 可得,电热丝正常工作使门玻璃升高20 ℃
需要的时间:t= =840 s。
答案 (1)0.5 A (2)484 Ω (3)840 s分块讲解三 电流的热效应及其计算【知识回顾】
电流的热效应及其计算
(1)当导体中有电流通过时,导体发热的现象。电热
器:利用电流的热效应制成的加热设备。
(2)焦耳定律:电流通过导体产生的热量,跟电流的
平方成___比,跟导体的电阻成___比,跟通电时间成
___比,即Q=____。它适用于任何用电器电热的计算。正正正I2Rt【基础落实】
1.(2017·扬州)下列用电器工作时,将电能全部转
化为内能的是 ( )B解析 电水壶主要是电能转化为内能。2.(2017·扬州)如图,电源电压恒定不变,R1=20 Ω,
闭合开关S、S1,电流表示数为0.3 A,则电源电压为
______V,10 s内电流通过R1产生的热量为_______J;
再闭合开关S2,调节R2,使电流表示数为0.6 A,则此
时变阻器R2的阻值为_______Ω。?61820解析 (1)闭合开关S、S1,电路为只有R1的简单电路,根据欧姆定律I= 可得,电源电压U=U1=IR1=
0.3 A×20 Ω=6 V。
(2)10 s内电流通过R1产生的热量为Q=I2R1t=
(0.3 A)2×20 Ω×10 s=18 J。(3)再闭合开关S2,电阻R1、R2并联,电流表测干路的电
流,调节R2,使电流表示数为0.6 A,根据并联电路的电
流关系,通过R2的电流I2=0.6 A-0.3 A=0.3 A,所以
R2= =20 Ω。3.(2015·金华)夏天来临,为了避免蚊虫的侵扰,许多家庭都会使用电热灭蚊器。图甲为某品牌电热灭蚊器的简化电路,其中指示灯的电阻不随温度变化。(1)电热灭蚊器是根据_____________原理制成的。
(2)某次使用时,通过热敏发热体的电流与使用时间
的关系如图乙所示,则热敏发热体两端电压的变化
情况为_____________。电流的热效应先变大后不变解析 (1)电热灭蚊器通电时,消耗电能得到内能,是根据电流的热效应来工作的。(2)由甲图可知,指示灯与热敏发热体串联,由乙图,通过热敏发热体的电流与使用时间的关系是先变小后不变,当热敏发热体的电流变小时指示灯电流也变小,由U=IR可知指示灯两灯电压变小,由串联电路的电压特点可知热敏发热体电压变大;当热敏发热体电流不变时,电路中电流不变,其两端电压也不变。所以热敏发热体两端电压先变大后不变。【要点精讲】
要点1 电功与热量的综合计算
【重要提示】电和热综合题,有关质量的计算、吸热公式的运用、效率的求解,属于综合性较强的题目,但难度不大,注意单位处理。 【例1】(2017·安顺)如图甲是一种恒温调奶器,可以自动调试好加水的奶粉,然后加热到最适合宝宝饮用的温度40 ℃,还可以自动保温,特别适合夜间使用。图乙是机器的参数表及电路简图(R1、R2为电热丝,S为双触点自动开关)。求:(1)调奶器处于保温状态时的工作电流?(结果保留两位小数)?
(2)电阻R2的阻值?
(3)若把200 g调好的奶粉从20 ℃加热到40 ℃所用时间为32 s,则调好的奶粉的比热容是多少?(不计热损失)解析 (1)由P=UI可得,调奶器处于保温状态时的工
作电流:I= ≈0.07 A。(2)由题意可知,
当S接“2”时,电路为R1的简单电路,调奶器处于保
温状态;当S接“3”时,电路为R1、R2并联,调奶器处
于加热状态,因电路中的总功率等于各用电器功率之
和,所以,R2的电功率:P2=P加热-P保温=500 W-16 W=
484 W,由P= 可得,电阻R2的阻值:R2=
=100 Ω。(3)由P= 可得,调奶器消耗的电能:W=P加热t′=
500 W×32 s=16 000 J,不计热损失,调好奶粉吸收
的热量:Q吸=W=16 000 J,由Q吸=cm(t-t0)可得,调好
奶粉的比热容:c=
=4×103 J/(kg·℃)。
答案 (1)0.07 A (2)100 Ω
(3)4×103 J/(kg·℃)
【变式训练1】(2016·台州)小晨以某种PTC电阻作为发热部件,制作了一个恒温孵化箱。 图甲是恒温孵化箱的电路图,R1、R2是两个相同的 PTC电阻,电源电压220伏。 图乙为单个这种 PTC电阻与温度变化的关系图。(1)当温度为40 ℃时,电路中的电流为多少安?
(2)恒温孵化箱的最大发热功率是多少瓦?
(3)当温度保持40 ℃不变时,恒温孵化箱的产热和散热达到了________关系。 如果仅仅从产热方面分析,当温度超过40 ℃时,恒温孵化箱是怎样自动实现温度下降的??
____________________________________________
____________________________________________解析 (1)由图乙可知,当温度为40 ℃时,相同PTC电
阻R1=R2=500 Ω,根据串联电路中总电阻等于各分电
阻之和,电路中的电流:I=
=0.22 A。
(2)由图乙可知,相同PTC电阻R1、R2的最小阻值均为
100 Ω,
则恒温孵化箱的最大发热功率:P大= (3)当温度保持40 ℃不变时,恒温孵化箱的产热和散
热平衡,否则温度会发生变化,由图乙可知,温度超过
40 ℃时,两电阻阻值变大,由P= 可知,电路的总功
率变小,产热减少,自动实现温度下降。
答案 (1)0.22 A (2)242 W
(3)平衡 温度升高时,电阻变大,由P= 可知,
电路的总功率变小,产热减少要点2 探究电流通过导体产生的热的多少跟哪些
因素有关
【重要提示】探究电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关的实验,在研究电流产生的热量与什么因素有关时,要用好控制变量法, 考查电流表的读数方法、控制变量法的使用,以及分析实验数据得出结论的能力。【例2】(2017·湖州)如图装置,在两相同烧瓶内装满等量煤油,瓶塞上各插入一根粗细相同的玻璃管,瓶内装入粗细、材料相同的电阻丝R甲和R乙,R甲长度大于R乙。闭合开关,经过一段时间t1后,甲玻璃管液面上升高度h甲__________(选填“大于”或“小于”)乙玻璃管液面上升高度h乙,断开开关,当两根玻璃管液面回到原来高度后,向右移动滑片,再闭合开关,则甲玻璃管液面上升高度h甲所需时间t2__________(选填“大于”或“小于”)t1。?解析 粗细、材料相同的电阻丝R甲和R乙,R甲长度大于R乙,则R甲>R乙;两电阻丝串联,通过的电流和通电时间相同,因为甲瓶中电阻丝的电阻大于乙瓶中电阻丝的电阻,电流通过甲瓶中电阻丝产生的热量多,使甲瓶中的煤油温度上升得高,由此得出,当通过的电流和通电时间相同时,导体的电阻越大、电流产生的热量越多,故甲玻璃管液面上升高度h甲大于乙玻璃管液面上升高度h乙;向右移动滑片,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电流减小,在电阻相同、放出热量相同的情况下,电流越小,根据焦耳定律可知,所用的时间越长,即t2大于t1。
答案 大于 大于【变式训练2】(2016·温州)某兴趣小组利用图甲装置探究电流热效应的影响因素,实验步骤如下: ①将阻值为10欧和20欧的电阻丝分别置于A、B两个盛满煤油的烧瓶中,按图甲所示连接电路。②闭合开关,将滑动变阻器的滑片移至某一位置,记录此时电流表的读数I。通电一段时间,记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh1、Δh2。
③断开开关,直至玻璃管中的液面降回各自初始位置。④闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使电流表的读数为2I,当通电时间与步骤②相同时,记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh3、Δh4,实验数据如表。(1)步骤②中的电流表示数如图乙所示,此时电流为__________安。?
(2)本实验设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响,可以控制哪些变量相同?
__________________________________________。?(3)小明认为:只要选择“Δh1、Δh2、Δh3、Δh4”四个量中的某两个量进行比较,就能说明“对电流产生热量多少的影响,电流比电阻更大”,请比较这两个量的大小关系:______________。?解析 (1)由题图可知,电流表选用的是0～0.6 A量程,分度值为0.02 A,根据指针位置可得电流I=0.24 A。
(2)本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响,可以控制电流和通电时间相同。(3)由第一行数据可知,通过的电流相同,使电阻变为原来的2倍,观察玻璃管内液面的变化Δh2可得吸收热量的变化;由第二列数据可知,电阻相同,使通过的电流变为原来的2倍,观察玻璃管内液面的变化Δh3可得吸收热量的变化;电流和电阻都是变为原来的二倍,通过比较得出Δh2<Δh3,可以得出对电流产生热量多少的影响,电流比电阻更大。答案 (1)0.24 (2)电流和通电时间
(3)Δh3>Δh2分块讲解四 综合提升
【综合运用】
电功率与电能、时间的关系
【重要提示】考查学生对电磁感应现象、电功率的计算、电功公式、效率公式、功的公式以及二力平衡条件等知识的掌握和应用,涉及到的知识点较多,综合性强,同时考查图析法,欧姆定律和电功率计算公式的应用,根据P=UI的变形公式即可求出灯泡正常发光时的电流, 据图示得出当E=3 cd时光敏电阻的阻值,然后根据欧姆定律的应用求出电路的总电阻,再根据串联电路电阻的特点求出此时灯泡的阻值;求出光敏电阻的阻值,然后根据图乙得出光敏电阻接收到光敏的光强,关键是能从图中读出有用信息。【例】(2016·金华)“光强”是表示光的强弱程度的科学量。照射光越强,光强越大。光强符号用E表示,国际单位为坎德拉(cd)。如图甲为光敏电阻的实物和元件符号,图乙为某种光敏电阻的阻值R与光强E间的关系图,图丙为小金利用这种光敏电阻所设计的电路。已知电源电压为6 V,小灯泡L标有“6 V 6 W”字样,灯丝的电阻随温度的变化而变化。(1)求小灯泡正常发光时的电流。
(2)光敏电阻接收光强为3坎德拉的光照射时,闭合开关,测得电路中的电流为0.6 A,求此时小灯泡的电阻。
(3)某次实验中测得小灯泡两端电压为1.5 V,光敏电阻消耗的功率为2.25 W,求此时光敏电阻接收到光的光强。解析 (1)由P=UI可得:IL=
(2)由图乙可知,E=3 cd时,R=6 Ω,由I= 可得,
电路中的总电阻:R总=
串联电路的总电阻等于各部分电阻之和,所以此时灯泡的阻值:
RL′=R总-R=10 Ω-6 Ω=4 Ω。(3)由P= 可得,光敏电阻的阻值:
R′= =(6 V-1.5 V)2/2.25 W=9 Ω;
由图乙可知,当光敏电阻的阻值为9 Ω时,接收到光敏的光强为2 cd。
答案 (1)1 A (2)4 Ω (3)2 cd【变式训练】(2017·随州)小洋妈妈在国外旅游时买了一台家用智能电热马桶盖(如图甲),小洋从此立志学好物理,长大后创新设计推进“中国制造”。图乙是小洋设计的便座加热电路,R1和R2是两个定值电阻(表示两个电热丝),单刀双掷开关S2可接a或b,该电路通过开关S1和S2的不同接法组合,实现“高温挡、中温挡、低温挡”三种加热功能(见表)。(1)求R1和R2的阻值。
(2)求出表中的“P3”。
(3)老年人在冬天坐上冰冷的马桶是很难受的,假设小洋想让马桶圈的温度升高4 ℃,则用“中温挡”加热的方式需要多长时间?[设电热丝发热全部被马桶圈吸收,马桶圈的质量m=500 g,马桶圈材料的比热容c=0.44×103 J/(kg·℃)]解析 (1)由题中图、表可知,电路功率为P1时,R1和R2串联;功率为P2时,只有R1接入电路;功率为P3时,R1和R2并联。
解得R1=1 100 Ω,R2=1 100 Ω。(2)P3=
解得P3=88 W
(3)由Q=cmΔt,Q=W=P2t
即44t=0.44×103×0.5×4,解得t=20 s
答案 (1)1 100 Ω 1 100 Ω (2)88 W (3)20 s【实验探究】
测定小灯泡电功率
【重要提示】考查小灯泡额定功率的测定,串联电路的特点,电功率的计算,电表的读数。考查了电阻的计算、图象的分析、实验现象分析、故障分析等知识。【例】(2017·丽水)小科连接好如图所示电路,闭合开关,按一定操作来测量“小灯泡的电阻”,获得实验数据如表:(1)表中第2次实验时,小灯泡电阻为________欧。?
(2)将表中电流、电压数据转换为I-U图像,正确的是________。?(3)小科发现第3、4两次实验小灯泡不发光,出现这种现象的原因是______。?
(4)小君按小科的方法连接好电路,闭合开关后发现小灯泡不发光,电流表指针不偏转,电压表指针偏转,若此电路只有一处故障,你认为故障是_________。?解析 (1)表中第2次实验时,小灯泡的电压U=2.0 V,
电流I=0.20 A,灯泡的电阻为:R=
(2)随电压的增大,灯丝的温度升高,而灯丝的电阻随温度的升高而增大,所以小灯泡的电流随两端电压变化的图象不是直线,故A正确。(3)灯泡的亮度是由灯泡的实际功率决定的,第3、4两次实验电压低,电流小,灯泡的实际功率太小,达不到灯泡的发光功率,所以第3、4两次实验小灯泡不发光。
(4)灯不发光,电流表指针不偏转,说明电路存在断路;电压表有示数,说明电压表与电源两极相连,电压表并联部分之外的电路不存在断路,综合分析可知,电路故障是小灯泡断路。答案 (1)10 (2)A (3)小灯泡的实际功率太小
(4)小灯泡断路【易错警示】
电能和电路的连接
【例】(2016·宁波)甲车两侧远光灯的规格均为
“12 V 60 W”,供电的蓄电池电压为12 V,最大容
量为60 Ah。某天晚上,该车熄火时忘记关闭远光灯,
则车上蓄电池最多能供两个远光灯正常工作_____h。
第二天由于蓄电池的电能耗尽,甲车无法启动,需要
借用乙车的蓄电池“搭电”启动,如图所示。“搭电”时,先用电线将甲车蓄电池的正极与乙车蓄电池的______极相连,再将另两个电极用电线连通(如果误接,蓄电池会被短路)。?
解析 (1)甲车两侧远光灯并联,总功率P=2×60 W
=120 W,由P=UI可得,总电流:I= =10 A,
由I= 可得,车上蓄电池最多能供两个远光灯正常
工作的时间:t= =6 h。
(2)因甲、乙两车正负极依次串联时会造成电源短路,
烧坏电源,所以,两车“搭电”启动时,先用电线将甲
车蓄电池的正极与乙车蓄电池的正极相连,再将另两
个电极用电线连通。错解原因 甲车两侧远光灯并联,甲、乙两车正负极依次串联时会造成电源短路,烧坏电源,据此判断两车“搭电”启动时的连接方式。学生不理解原理而做错。
答案 6 正