3.6 电能 同步练习（含解析）

3.6电能-浙教版九年级科学上册同步练习
一、选择题
1．某同学在做“调节灯泡亮度”的电学实验时，电路如图所示，电源电压恒为4.5 V，电压表量程“0～3 V”，滑动变阻器规格“20 Ω 1 A”，灯泡L标有“2.5 V 1.25 W”字样（忽略灯丝电阻变化），在不损坏电路元件的情况下，下列判断正确的是（ ）
A．电路中电流变化的范围是0.18～0.5 A
B．滑动变阻器阻值变化的范围是2.5～10 Ω
C．灯泡的最小功率是0.162 W
D．该电路的最大功率是2.25 W
2．某理物兴趣小组的同学用几个完全相同的灯泡，设计如图甲、乙、丙三种电路，电源电压相同且恒定不变，电路消耗的总功率大小关系是（　　）
A．P甲> P乙> P丙 B．P甲< P乙< P丙 C．P甲= P乙= P丙 D．P甲= P乙> P丙
3．如图a所示,相同的烧杯甲和乙装了相同质量的纯净水,在家庭电路中并联接入不同的加热器1（电阻R1）和加热器2(电阻R2)加热,忽略散失的热量,得到图b所示的水温与加热时间的图形,则（　　）
A．若吸收相同的热量，则甲杯的水升温比乙杯的多
B．加热器1的实际功率小于加热器2的实际功率
C．电阻R1小于电阻R2
D．加热相同的时间，甲、乙杯吸收的热量是相等的
4．甲、乙两只灯泡，其I﹣U关系图象如图所示．现将甲、乙两灯串联在电路中，当甲灯两端的电压为2V时，乙灯消耗的功率是（　　）
A．1.2W B．0.8W C．2W D．3W
5．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，这时电流表的示数为0.4安，则电源电压和元件B的电功率分别是 ( )
A．2.0伏，0.8瓦 B．2.5伏，l.0瓦
C．4.5伏，l.0瓦 D．4.5伏，l.8瓦
6．某同学在做“调节灯泡亮度”的电学实验时，电路如图所示，电源电压恒为4.5伏，电压表量程“0-3伏”，滑动变阻器规格“20欧 1安”， 灯泡L标有“2.5V 1.25W”字样（忽略灯丝电阻变化）。在不损坏电路元件的情况下，下列判断正确的是（??? ）
A．电路中电流变化的范围是0.1A～0.5A
B．滑动变阻器阻值变化的范围是2.5Ω～10Ω
C．灯泡的最小功率是0.162W
D．该电路的最大功率是2.25W
7．在如图所示的电路中，发现通过电流表的示数减少0.3安时，电压表的示数从9伏变为6伏，那么该定值电阻所消耗的功率的变化量为（　　）
A．1.2W B．1.5W C．4.5W D．5.0W
8．如下图所示的四个电路中，标明了每个小灯泡的额定电压和额定功率，则其中两个灯泡都能正常发光的是 ( )
A． B．
C． D．
9．如图甲所示的两个电流表均为学校实验室里常用的电流表（如图乙所示）.闭合开关后，两灯泡均正常发光，两电流表的指针都正常偏转且偏转角度相同，此时灯L1和L2的所消耗的电功率P1和P2的比值为（　　）
A．4：1 B．1：4 C．5：1 D．1：5
10．LED灯具有节能、环保特点。“22V 8.5W”LED灯泡和“220V 60W”白炽灯泡正常发光的亮度相当。与白炽灯泡相比，LED灯泡可以节能约为（ ）
A．14.2% B．85.8% C．16.5% D．83.5%
二、填空题
11．“西电东送”是将我国西部发电厂发出的电输送到我国东部，由发电厂输出的电功率是一定的，它决定于发电机组的发电能力。根据P＝UI中发电机的功率不变效应，若提高输电线路中的电压U，那么线路中的电流I一定会减小，反之亦然。输电线路的电能损耗主要是输电线电流热效应，输电线损失的热功率P＝I2R，所以采用输电线的电阻要尽量小。如果线路中电流降低到原来的1/2，那么线路中损失的热功率就减少为原来的1/4，因此提高电压可以很有效地降低输电线路中的热功率损失。
设发电厂的输出电功率P0＝1.1×108W，输电线路上的总电阻为10Ω。
（1）若采用110kV的超高压输送电能，输电线路的电流I1＝_____A，输电线路损失的热功率P1＝_____W，其与发电厂输出电功率P0之比P1∶P0为多少？_____
（2）若采用1100kV超高压输送电能，输电线路损失的热功率P2＝_______W，其与高压输送电能损失的热功率P1之比P2∶P1＝____。所以采用超高压远距离输电可以大大降低输电线路的_____的损失。
（3）若想使输电线路中的热功率损耗为零，还可以采用_____作为输电线材料。
12．如图所示，电源电压不变，灯泡L标有“6V 3W”（灯泡电阻不变），开关S闭合．当S1、S2断开，滑片P从b端滑到某一位置时，变阻器的电阻减小6Ω，电流表的示数变化0.1A，灯泡恰好正常发光，此时电路的电流为______A；保持滑片P位置不变，闭合S1、S2，电流表的示数又变化了1.5A．当S1、S2都闭合时，调节滑片P，电路消耗的最小功率为______W。
三、探究题
13．小华在做“测量小灯泡电功率”的实验中，实验室有如下器材：电源（电压恒为6V），小灯泡1（额定电压为2.5V，灯丝电阻约为10Ω），电流表、电压表、开关、规格分别为“10Ω1A”的滑动变阻器R1和“50Ω0.5A”的滑动变阻器R2各一个，导线若干。

（1）请用笔画线代替导线，帮小华同学将图甲中的电路连接完整；
（____）
（2）为了顺利完成实验，小华应选用规格为_____（填“R1”或“R2”）的滑动变阻器；
（3）连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数，原因可能是_____。
（4）排除故障后，移动滑动变阻器滑片P的位置，获得多组对应的电压值和电流值，绘制小灯泡U-I图像如图乙所示，小灯泡的额定功率为_____W。分析乙中图像发现小灯泡电阻是变化的，影响其变化的主要原因是_____；
（5）小华打算增加一个阻值为150的定值电阻R0 ， 只利用一只电表，通过操作图中单刀双掷开关（单刀双掷开关分别接“a”、b”各一次）测量小灯泡的额定电功率，图丙、图丁是他设计的两种不同方案的电路图，则以下判断正确的是_____。
A．两种方案都能 B．两种方案都不能 C．丙方案能，丁方案不能 D．丙方案不能，丁方案能
四、简答题
14．如图所示，直流电动机通过电流做功提升重物，但在电能转化成机械能的过程中，有部分电能变成内能．已知线圈电阻1.5Ω，电动机正常工作时，通过线圈电流2A，物体质量540g，以10m/s匀速上升，不计绳的重力和一切摩擦．物体上升20s的过程中．(g取10N/Kg)，求：
（1）电压表读数；
（2）电流通过线圈产生的热量；
（3）提升物体的有用功；
（4）电动机工作效率．
15．小金对玩具汽车的电动机很感兴趣，他拆下电动机，测得它的内阻为1.5Ω。为测量电动机工作时的电流，利用身边现有器材，设计了如图所示的电路（符号表示数值可读的变阻器）。已知电源电压为12V，当变阻器的阻值为6Ω时，电压表的读数为3V。计算此时：
（1）通过电动机的电流。________
（2）电动机消耗的电功率。__________
参考答案
1．D
【详解】
A．由电路图可知，灯泡与滑动变阻器串联，电压表测滑动变阻器两端的电压。灯泡正常发光时的电压为2.5V，功率为1.25W，根据串联电路的总电压等于各分电压之和，此时电压表的示数
U滑=U-=4.5V-2.5V=2V
电路中的电流
I===0.5A
此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小
Rmiin
当电压表的示数最大为3V时，电路中电流最小，滑动变阻器连入电路中的电阻最大，灯泡的电阻为
灯泡两端的电压
4.5V-3V=1.5V
电路中的最小电流
故电流变化范围为：0.3A～0.5A，故A错误；
B．滑动变阻器的最大阻值
Rmax
故滑动变阻器的变化范围是4，故B错误；
C．灯泡的最小功率为
1.5V
故C错；
D．电路中的最大电流是0.5A,则该电路的最大功率是
4.5V0.5A=2025W
故D正确。
故选D。
2．B
【解析】
试题分析：灯泡完全相同说明它们的电阻相等，根据串并联电路电阻特点可知，两电阻并联时总电阻最小，两电阻串联时总电阻最大；根据P=可知，电压不变时，电阻越小，电路消耗的电功率越大，反之越大．
两个电阻串联时，总电阻等于各分电阻之和，即总电阻越串越大，大于任何一个分电阻；并联时，总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，即总电阻越并越小，小于任何一个分电阻；
∴R甲＞R乙＞R丙，
∵电源的电压相同且不变，
∴由P=可知，P甲＜P乙＜P丙．
考点：电功率的计算；电阻的串联；电阻的并联
点评：本题考查了利用串并联电路电阻特点和电功率公式解决简单问题的能力．掌握电阻的串联，相当于导体的长度变长，电阻变大；电阻的并联，相当于增大横截面积，减小电阻是解决本题的关键．
3．C
【详解】
A．根据Q=cm△t可知，相同质量甲、乙两杯纯净水，吸收相同的热量，升高的温度相同，故A错误；
B．根据图b可知，加热2min，甲杯中水的温度高，表明甲杯水吸收的热量多，根据W=Pt可知，甲杯中电加热器的功率大，即加热器1的实际功率大于加热器2的实际功率，故B错误；
C．加热器1的实际功率大于加热器2的实际功率，电压相同，根据P=可知电阻R1小于电阻R2；故C正确；
D．加热相同的时间，功率不同，根据W=Pt可知，甲、乙杯吸收的热量是不同的，故D错误。
4．A
【解析】
试题分析：两灯串联时，通过它们的电流是相等的；由图示可知，当甲灯两端的电压为2 V时，通过甲灯的电流为0．4A，则通过乙灯的电流也是0．4A，根据图示可知，灯泡乙两端的电压为3V，所以可知乙灯消耗的功率是1．2W，故应选A。
考点：欧姆定律；电功率
5．C
【详解】
两个电路元件A和B串联在电路中，电流表的示数为0.4A，A对应的电压是2V，B对应的电压是2.5V，串联电路两端的总电压等于各串联导体两端的电压之和，U＝UA+UB＝2V+2.5V＝4.5V。PB＝UBI＝2.5V×0.4A＝1W。
故选：C。
6．D
【详解】
∵UL=2.5V，PL=1.25W
∴
IL===0.5A，
滑动变阻器允许通过的最大电流为1A，根据串联电路电流的特点，
所以电路中的最大电流：
I大=I=IL=0.5A，
由于此时电流最大，所以滑动变阻器接入电路中的电阻最小，
R总===9Ω，
RL===5Ω，
R小=R总-RL=9Ω-5Ω=4Ω；
∵当电压表的示数最大为U大=3V时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，电流最小，
∴
UL′=U-U大=4.5V-3V=1.5V，
据欧姆定律得：
I小===0.3A，
R大===10Ω；
所以电路中电流的变化范围是0.3A-0.5A，滑动变阻器阻值的变化范围是4Ω-10Ω；
灯泡的最小功率为：
P小L=I小2RL=（0.3A）2×5Ω=0.45W；
电路中的最大功率为：
P总大=UI大=4.5V×0.5A=2.25W．
故ABC错误，D正确．
7．C
【详解】
定值电阻的阻值不变，由欧姆定律可得：当电压表的示数U1=9V时，电路中的电流：
I1==，
当电压表的示数U2=6V时，电路中的电流：
I2==，
因该过程中通过电流表的示数减少了0.3安培，所以，△I=I1?I2=?==0.3A，
解得：R=10Ω；
则该定值电阻所消耗的功率的变化量：
△P=P1?P2=?==4.5W，
故C正确，ABD错误。
8．A
【详解】
A． “12V6W”“12V3W”的两灯泡，额定电压都是12V，且并联在12V的电源上，两灯泡的实际电压都等于额定电压，所以两灯泡都能正常发光，故A符合题意；
B． “6V4W”灯泡的电阻：
R1===9Ω,
“6V8W” 灯泡的电阻：
R2===4.5Ω;
R1：R2=2:1，两个灯泡串联接在12V电源上，电压比为2:1，即“6V4W”的电压都为8V，“6V8W” 的电压都为4V，所以两灯泡都不能正常发光，故B不符合题意；
C．“6V4W”“6V4W”的两灯泡并联接在12V电源上，每个灯泡两端的电压都为12V，都大于额定电压，所以两灯泡都不能正常发光，故C不符合题意；
D． “8V4W”灯泡的电阻
R1== =16Ω,
“6V2W”灯泡的电阻：
R2== =18Ω，
两灯泡串联在12V电源上，分得电压之比等于电阻之比为8:9，两灯泡的实际电压都不等于额定电压，所以两灯泡都不能正常发光，故D不符合题意。
9．A
【详解】
观察电路图，两盏灯是并联关系，测量的是总电流也就是，测量的电流是，两个读数不可能相同，而偏转角度相同，说明他们的量程选择不同，分别为0—0.6A和0-3A，量程比为0.6:3=1:5，即：=1:5，得到：=4:1。并联电路电压相等，根据电功率计算公式可知道电压相等时电功率之比等于电流比，所以
P1：P2=：=4:1
故选A。
10．B
【解析】
由于LED灯的功率为8.5W，白炽灯的功率为60W，故LED灯泡所节省的能量为60W－8.5W=51.5W，与白炽灯泡相比，LED灯泡的节能效率为=85.8%。
考点：节能效率的计算。
11．1000 1×107 1∶11 1×105 1∶100 热功率 超导材料
【解析】
（1）采用110kV的超高压输送电能，即；
由P=UI得输电线路的电流为：
；
此时输电线路的热功率：
此功率与输出电功率P0之比为：
；
（2）若采用1100kV超高压输送电能，即；
此时输电线路的电流为
则输电线路的热功率为
该功率与高压输送电能损失的热功率P1之比为
可见采用超高压远距离输电可以大大降低输电线路的热功率损失；
（3）若想使输电线路中的热功率损耗为零，根据可知，只能是导线的电阻为零，所以还可以采用超导体做为输电线材料。
12．0.5 20
【分析】
先画出出三种情况的等效电路图：（1）灯泡正常发光时的功率和额定功率相等，根据串联电路的电流特点和P＝UI求出电路中的电流；（2）根据欧姆定律可知图1电阻大于图2中的电阻时图1的电流为图2电流减去0.1A，根据电阻越并越小可知图3中的电阻最小，电流表的示数为图2电流加1.5A，利用欧姆定律求出灯泡的电阻，根据串联电路的特点和欧姆定律表示出图1、图2的电源，利用电源的电压不变建立等式求出滑动变阻器的最大阻值，进一步求出电源的电压；根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出图3中通过滑动变阻器的电流，利用并联电路的电流特点求出通过R0的电流，利用欧姆定律求出R0的阻值；当三个开关S、S1、S2都闭合且滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路消耗的电功率最小，利用并联电路的电压特点和P＝求出R与R0消耗的电功率，两者之和即为电路消耗总功率的最小值．
【详解】
开关S闭合：当S1、S2断开，滑片P在b端时，等效电路图如图1所示；滑片滑到某一位置时，等效电路图如图2所示；保持滑片P位置不变,闭合S1、S2，等效电路图如图3所示。
(1)图2中：∵串联电路中各处的电流相等，且灯泡正常发光，∴根据P＝UI可得，电路中的电流：I2＝IL＝＝0.5A，(2)∵变阻器的电阻减小6Ω后电路中的电流为I2，∴图1中的电流I1＝I2?0.1A＝0.5A?0.1A＝0.4A，图3中电流表的示数I3＝I2+1.5A＝0.5A+1.5A＝2A，根据欧姆定律可得，灯泡的电阻：RL＝＝12Ω，∵电源的电压不变，∴U＝I1(RL+Rab)＝I(RL+Rab?6Ω),即0.4A×(12Ω+Rab)＝0.5A×(12Ω+Rab?6Ω)，解得：Rab＝18Ω，电源的电压U＝0.4A×(12Ω+Rab)＝0.4A×(12Ω+18Ω)＝12V，图3中：∵并联电路中各支路两端的电压相等，∴通过滑动变阻器的电流：I滑＝?6Ω＝?6Ω＝1A，∵并联电路中干路电流等于各支路电流之和，∴通过R0的电流：I0＝I3?I滑＝2A?1A＝1A，R0＝＝12Ω，当三个开关S、S1、S2都闭合且滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路消耗的电功率最小，电路消耗总功率的最小值：Pmin＝++＝20W，
故答案为：0.5；20.
13． R2 灯泡（或电压表）短路 0.625 小灯泡的电阻受温度的影响 B
【分析】
（1）根据灯的额定电压为2.5V确定电压表选用小量程与灯并联；灯丝电阻约为10Ω，由欧姆定律，灯泡正常发光时电路中电流确定电流表要选用小量程与灯串联；
（2）灯泡正常发光时电路中电流的为0.25A，根据串联电路的特点和欧姆定律求出变阻器的阻值至少为多大，确定选择滑动变阻器的规格；
（3）闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，电流表有示数，说明电路为通路，根据小灯泡始终不发光，电压表无示数，电路只有一处故障，分析故障原因；
（4）由图像可找出灯泡电压为2.5V时的电流，根据求出灯泡的额定功率；灯泡电阻是变化的，原因是受温度的影响；
（5）开关S接“a”、“b”各一次，根据电路图，确定能否使小灯泡正常发光，若不能，则无法测量小灯泡的额定电功率。
【详解】
（1）灯的额定电压为2.5V，故电压表选用小量程与灯并联，灯丝电阻约为10Ω，由欧姆定律，灯泡正常发光时电路中电流约为：，所以电流表要选用小量程与灯串联，如下所示：
（2）灯泡正常发光时电路中电流的为0.25A，根据串联电路电流的特点，电路中电流处处相等，变阻器应分去的电压：，由欧姆定律，变阻器的阻值至少为：，所以应选择滑动变阻器的规格为“50Ω 0.5A”；
（3）闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，电流表有示数，说明电路为通路，发现小灯泡始终不发光，电压表无示数，若电路只有一处故障，故障原因是灯泡（或电压表）短路了；
（4）由图像可知，灯泡电压为2.5V时的电流为0.25A，所以灯泡的额定功率：；灯泡电阻是变化的，原因是受温度的影响；
（5）图丙中，无论开关接a还是接b都无法得知小灯泡是否正常发光，此方案不能测定小灯泡的额定电功率；图丁中，R0、小灯泡、变阻器三者串联，S接a时，电压表测定值电阻的电压，当开关接b时测量灯和定值电阻的总电压，不能通过调节滑动变阻器使灯泡两端的电压为2.5V，所以此方案不能测出小灯的额定电功率，故选B。
故答案为：（1）如上图所示；（2）R2；（3）灯泡（或电压表）短路 （4）0.625； 小灯泡的电阻受温度的影响；（5）B。
【点睛】
此题是测量灯泡额定功率的实验，考查了电路连接、器材选择、电功率的计算、影响电阻的因素、电路故障的分析及对实验方案的评估。
14．(1) 30伏(2) 120焦耳(3) 1080焦耳(4) 90%
【详解】
(1)电动机做功的功率：
P机械= = = =mgv=0.54kg×10N/kg×10m/s=54W，
线圈的发热功率：
P线圈=I2R=(2A)2×1.5Ω=6W，
电动机的功率：
P=P机械+P线圈=54W+6W=60W，
∵P=UI，
∴电动机两端的电压即电压表的示数：
U= = =30V；
(2)电流通过线圈产生的热量：
Q=W=P线圈t=6W×20s=120J；
(3)提升物体的有用功：
W有=P机械t=54W×20s=1080J.
(4)电动机消耗的电能
W=Pt=60W×29s=1200J，
电动机工作效率：
η===90%.
答：(1)电压表读数为30V；
(2)电流通过线圈产生的热量为120J；
(3)提升物体的有用功为1080J；.
(4)电动机工作效率为90%。
15．(1)1.5A (2)4.5W
【解析】
（1）∵变阻器两端的电压为U变＝U-U机＝12V-3V＝9V,∴电流I＝＝1.5A,又∵串联电路电流处处相等，∴通过电动机的电流为1.5A;(2)电动机消耗的电功率P＝U机I＝3V1.5A＝4.5W.
点睛：1.根据串联电路的电压特点可求变阻器的电压，由欧姆定律求出变阻器的电流，即为电动机的电流；2.已知电动机的电压和通过电动机的电流，由P=UI可求电动机消耗的电功率。