2019秋浙教版九年级科学上册同步测试：第6节 电能 专题五 有关电学的实验探究与计算（试题和答案没有分开）

专题五　有关电学的实验探究与计算[学生用书A48]
类型之一　掌握电功、电功率的分析计算
1．[2018·衢州]小柯家新添了一台变频空调，部分参数如表所示。当室温和空调的设定温度相差较大时，变频空调一开机，即以最大功率工作，使室温迅速达到设定温度；当室温达到设定温度后，空调的制冷(热)功率随之减小，以维持室温基本不变。该空调另设电辅热功能，可以辅助制热，以弥补单靠空调压缩机工作制热不足的问题。
型号
×××
功能
冷暖(辅助电加热)
制冷功率P冷(W)
变化范围180～1600
制热功率P热(W)
变化范围200～1900
电辅热功率P辅热(W)
1000
电源电压(V)
220
(1)空调接入家庭电路后，与其他用电器__并__联。
(2)假设该空调开机后以最大制冷功率工作0.5h，使室温降至设定温度。然后，空调又以某一恒定的功率工作了2.5h，全过程空调消耗的电能为1.9kW·h，求：
①前0.5h空调消耗的电能。
②后2.5h通过空调的电流。
【答案】 (2)①由表格数据可知，最大制冷功率为1600W，所以前0.5h消耗的电能W1＝P最大制冷t1＝1.6kW×0.5h＝0.8kW·h。
②全过程空调消耗的电能为1.9kW·h，所以后2.5h消耗电能W2＝W－W1＝1.9kW·h－0.8kW·h＝1.1kW·h，
功率P2＝＝＝0.44kW＝440W，
由P＝UI，I＝可得，后2.5h通过空调的电流I2＝＝＝2A。
2．随着生活水平的提高，扫地机器人逐步进入普通家庭。扫地机器人具有主动躲避障碍物、自动吸尘、自动返回充电座充电等诸多智能功能。某款扫地机器人及铭牌上的部分参数如图、表。请回答下列有关问题：
图1
(1)机器人吸尘的工作原理是通过电机转动使内部压强__减小(或降低)__，从而使杂物进入吸尘器。
(2)电池容量“2000mAh”是指当工作电流为2000mA时，电池能持续供电1h。若充满电后所有电量用于扫地，则可供机器人持续正常工作多少时间？
(3)机器人的供电系统设有自动充电功能，当检测到电池容量低至10%时会自动返回充电。若返回过程中受到的阻力为20N，为确保机器人能顺利返回充电，需要充电时离充电座最远为多少米？(剩余电池容量的40%用于克服阻力做功)
【答案】 (2)电池的容量W＝UIt＝15V×2A×3600s＝1.08×105J，
则可供机器人持续正常工作的时间t＝＝＝3600s＝1h。
(3)克服摩擦力做功W＝UIt＝15V×2A×3600s×10%×40%＝4320J，则离充电座最远s＝＝＝216m。
类型之二　测定小灯泡的功率
3. [2018·金华丽水]小科想知道标有“3.8V”字样的小灯泡正常工作时的电功率，于是连接了如图所示的实验电路。电源电压6V恒定不变，滑动变阻器规格为“50Ω　1A”。
　图2
(1)请你用笔画线代替导线，将电路连接完整。
(2)正确连接电路，闭合开关，发现小灯泡不亮，小科观察到两电表的示数情况是__电压表有示数，电流表无示数(或电压表示数为6V，电流表示数为0)__，由此判断故障是小灯泡断路。
(3)排除故障后，小科进行了正确操作，观察到的现象和测得的数据见表：
实验次数
1
2
3
4
5
发光情况
很暗
较暗
较亮
亮
很亮
电压U(V)
1
2
3
3.8
4.5
电流I(A)
0.2
0.22
0.25
0.30
0.34
由表中数据可得，小灯泡的额定功率是__1.14__W。
(4)小科根据表中数据，计算了各次实验的灯丝电阻，分析后认为，闭合开关前灯丝的阻值小于5Ω，小科的理由是__小灯泡的电阻随温度的升高而增大，实验中很暗时灯丝电阻为5Ω，没有通电时，温度更低，所以电阻会更小__。
【答案】 (1)如答图所示。
第3(1)题答图
4．[2018·南京]两只铭牌模糊的小灯泡L1、L2，仅能看清分别标有“0.3A”和“0.5A”字样。
图3
(1)图甲是小明测量小灯泡L1额定功率时连接的实物图。
①图中有一根线连接错误，请在这根线上打“×”，并在图中改正。
②闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应位于__B__(选填“A”或“B”)端。
③闭合开关，电流表示数为0.1A，移动滑片P，通过观察__电流__表的示数来判断小灯泡是否正常发光，小灯泡正常发光时，电压表的示数如图乙所示，则小灯泡L1的额定功率为__0.75__W。
(2)小华利用图丙所示的电路测出了小灯泡L2的额定功率，请在虚线框内补上小灯泡、电压表和定值电阻R(阻值已知)这三个元件的符号，使电路完整，实验操作方便。
【答案】 (1)①如答图所示。
第4(1)题答图
(2)如答图所示。
第4(2)题答图
类型之三　关于焦耳定律的理解和应用
5. [2018·枣庄]如图所示，是某种电热器的电路图，电源电压220V，R1、R2的阻值分别为11Ω、22Ω，通过旋转扇形开关S，接触不同触点，实现高、中、低三个挡位的转换，电热器在低温挡工作时的电功率是__2200__W，在高温挡工作1min产生的热量是__3.96×105__J。
　图4
6．[2018·怀化]探究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验。
图5
如图甲和乙所示，两个透明容器中密闭着等质量的空气，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__相等__；该实验是探究电流通过导体时产生的热量与导体__电阻__的关系。
(2)图乙是探究电流通过导体时产生的热量与导体__电流__的关系。
(3)在该实验中，我们是通过观察U形管中液面的__高度差__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__电阻__成正比，跟__通电时间__成正比。这个规律叫做焦耳定律，其表达式为__Q＝I2Rt__。
7．如图所示，电源电压为12V且保持不变，小灯泡L的规格为“6V　3W”，滑动变阻器的最大阻值为12Ω，电流表的量程为0～3A。
图6
(1)当开关S1、S2都断开时，小灯泡L恰能正常发光，R1的阻值为多大？在10min内电流通过R1所产生的热量是多少？
(2)当开关S1、S2均闭合时，要使电流表安全使用，变阻器接入电路的阻值不得小于多少？R2消耗的最大电功率是多少？
【答案】 (1)当开关S1、S2都断开时，R1与小灯泡L串联；小灯泡L恰能正常发光，则说明灯泡两端电压为额定电压6V，
电路中电流I＝＝＝0.5A，
R1两端电压U1＝U－UL＝12V－6V＝6V，
R1阻值R1＝＝＝12Ω，
则R1所产生的热量Q1＝I2R1t＝(0.5A)2×12Ω×10×60s＝1800J。
(2)当开关S1、S2均闭合时，R1与R2并联，L被短路，电流表测干路电流，
电流表的量程为0～3A，要使电流表安全使用，即干路电流最大为3A。
通过R1的电流I1＝＝＝1A，
通过R2的最大电流I2＝I－I1＝3A－1A＝2A，
R2的最小值R2＝＝＝6Ω，
R2消耗的最大电功率P2＝UI2＝12V×2A＝24W。
8．如图甲所示的电加热恒温箱电路图，由控制电路和加热电路两部分构成，其中控制电路由U1＝6V的电源、电磁继电器(线圈电阻忽略不计)、热敏电阻R1和滑动变阻器R2串接而成。加热电路由U2＝220V的电源和R0＝48.4Ω的电热丝串接而成。恒温箱内包含了图中虚线框内的电热丝R0和热敏电阻R1，图乙是热敏电阻R1的阻值随温度变化的图像。当控制电路中的电流达到0.05A时，衔铁被吸下来，触点处断开，加热电路停止工作，当控制电路中的电流小于0.05A时，衔铁被弹回，触点处接通，加热电路正常工作。根据以上信息回答下列问题：
图7
(1)当恒温箱中温度保持在60℃时，在图乙中读出对应的热敏电阻的阻值为__70__Ω。
(2)加热电路正常工作1min，电流通过电热丝R0做的功是多少？
(3)通过调节控制电路中滑动变阻器R2接入电路的电阻，就能调节恒温箱中需要设定的不同温度。如果滑动变阻器R2的最大电阻为90Ω，该恒温箱能够设定的温度范围是多少？
【答案】 (2)电流通过电热丝R0做的功W＝t＝×1×60s＝6×104J。
(3)由题意可知，当I＝0.05A时，控制电路中的电阻R＝＝＝120Ω，当滑动变阻器接入电路的电阻为0时，热敏电阻的阻值R1＝120Ω，由图乙可知，此时对应的温度为30℃；当滑动变阻器接入电路的电阻为90Ω时，热敏电阻的阻值R1＝R－R2＝120Ω－90Ω＝30Ω，此时对应的温度为130℃。所以该恒温箱能够设定的温度范围是30～130℃。