中考满分——第3节 电能

第3节 电能
考点梳理
从能量转化的角度来讲，电流做功的本质是：电能转化为其它形式的能
比较项目
电功
电功率
作用
表示电流做功的多少
表示电流做功的快慢
定义
电流所做功的多少
电流在单位时问内所做的功
计算公式
普遍适用公式：W=UIt=Pt
但在电热器中还可通过欧姆定律推导出
以下公式：W=I2Rt=
普遍适用公式：P==UI
但在电热器中还可根据欧姆定律推导出
以下公式：P=I2R=
单位
国际单位制单位：焦。
日常常用单位：千瓦时。
1千瓦时=3.6×106焦
国际单位制单位：千瓦、瓦
1千瓦=l03瓦
测量方法
照明电路中可用“电能表”测量
可用“伏安法”测量
额定电压：用电器正常工作时的电压。当用电器两端的实际电压超过其额定电压时，用电器容易损坏。
额定功率：用电器在额定电压下的电功率。
额定电压和额定功率都能在用电器铭牌上找到。
灯泡的亮暗由其实际功率决定。
2．电流的热效应
电流通过各种导体时都会发热，这叫电流的热效应。其产生热量的多少可由焦耳定律算出：Q=I2Rt。
3．特例：电热器
(1)原理：利用电流的热效应。
(2)能量转化：电能 热能。
(3)所产生的热量计算：Q=W=Pt=I2Rt=
4．伏安法测用电器的额定功率
(1)原理：P=UI
(2)电路如右图。
(3)各元件的选择：电源电压应大于电灯的额定电压：电压表量程应大于电灯的额定电压；电流表量程应大于电灯的额定电流。
【思考】你知道两个导体并联或串联时，其实际电功率大小与电阻值之间有什么关系吗?
高频考点及真题演练 电灯亮度变化的判断
考题一 (2011·宁波)小科做作业时，电灯突然变暗，其原因可能是 ( )
A．电灯的实际电压变大
B．电灯的额定电压变小
C．电灯的实际功率变小
D．电灯的额定功率变小
解析：同一盏电灯亮度的变化由其实际功率决定。电灯突然变暗是由其实际功率变小引起的。额定功率只是用电器正常工作下的电功率，因此一盏电灯造好后，在使用过程中其额定功率不会改变。
答案C
真题演练1 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，则 ( )
A．电流表示数变小，灯L仍然正常发光
B．电流表示数变大，灯L变亮
C．电压表示数变大，灯L的实际功率变小
D．电压表示数不变，电路的总功率变大
【尝试自解】
高频考点二 电功率的测量
考题二 (2011·金华)小金、小丽在进行“测定小灯泡额定功率”的实验时，电源电压为3伏恒定不变，他们设计的实验电路图如图甲所示。
(1)小金实验时使用的小灯泡的额定电压为2．5伏。
①根据电路图连接好电路后，闭合开关，发现小灯泡较暗，移动滑动变阻器金属滑片，小灯泡亮度不变。如果实验中所用的滑动变阻器如图乙所示，你认为造成上述现象的原因是将滑动变阻器的_________ (用字母表示)两接线柱连入到电路所引起的。
②正确连接后，小金通过实验得到的数据如下表，请分析数据回答：
实验序号
1
2
3
4
5
6
小灯泡两端
的电压U(伏)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
2.8
通过小灯泡
的电流I(安)
0.08
0.10
0.14
0.18
0.20
0.22
小灯泡的发
光亮度
不发光
很暗
较暗
较亮
正常发光
很亮
则：小灯泡的额定功率为_________瓦；依据表中的数据，可知滑动变阻器的最大阻值至少为_________欧。
(2)小丽使用的小灯泡的额定电压为2．0伏。根据电路图正确连接好电路后，调节滑动变阻器滑片过程中，小灯泡灯丝突然烧断了，她立即观察电压表和电流表的示数，其示数分别为_________和_________。
解析：如果小灯泡较暗，且移动变阻器滑片时灯泡亮度不变，说明变阻器起不到变阻的作用且将全部电阻都接入电路中；要想计算小灯泡的额定功率应让灯泡在额定电压下根据公式“P=UI”来计算。表中各实验序号的数据相比，序号1情况下灯泡不发光，说明此时变阻器接入的阻值最大，此时变阻器两端电压值U变=U—U灯=3伏一0．5伏=2．5伏，变阻器阻值R变=U变／I=2．5伏／0．08安=31．25欧；当灯丝烧断后，电路成为开路，电流表示数为零，电压表仍接在电源两端，此时示数等于电源电压。
答案：(1)①A、B、②0．5 31．25 (2)3伏
真题演练2 (2011·常州)小明家的电能表如图所示，则家中同时工作的用电器的总功率不能超过_______瓦。当小明家只有一盏电灯工作时，3分钟内转盘正好转过5圈，则该电灯消耗的电能是_______焦，它的电功率为_______瓦。
【尝试自解】
高频考点三 电流做功的相关计算
考题三 (2011·丽水)如图是一种多功能蒸汽电熨斗，其说明书的部分内容如下：
技术参数：
自身质量：1.6千克
熨烫温度：90±15℃一200±20℃
额定功率：880瓦 额定电压：220伏
在额定电压下工作时能达到的最大喷气量：15
克／分
使用注意：
本产品是I类电器，请确认您使用的电源接地
良好
请勿在同线路上使用大功率电器
请认真阅读后解答下列问题：
(1)为了安全用电，该电熨斗的电源线插头应选图中的_______ (选填“A”、“B”)。
(2)该电熨斗正常工作时的电流是多少安?
(3)该电熨斗正常工作l0分钟消耗多少电能?
解析：与二脚插头相比，三脚插头能将用电器外壳接地，防止使用时发生触电危险。
答案：(1)B
(2)由于已知正常工作时电功率P=880瓦，两端电压U=220伏，则此时电流I=P／U=880瓦／220伏=4安
答：该电熨斗正常工作时的电流是4安；
(3)正常工作l0分钟消耗的电能就是电流所做的功W=Pt=880瓦×l0×60秒=5．28×105焦
答：该电熨斗正常工作10分钟消耗5．28×105焦电能。
真题演练3 (2011·杭州)在计算电动机工作时所消耗的电功率时，小杰和小施产生了不同意见。小杰利用公式P=UI计算电动机所消耗的电功率，小施利用P=I2R来计算电动机所消耗的电功率。(已知：电动机线圈电阻为R，电动机工作时两端的电压为U，通过电动机的电流强度为I）
(1)请你判断这两位同学计算电动机所消耗的电功率的方法是否正确，并说明理由。
(2)求这台电动机在时间内，电动机线圈产生的热量。
(3)求电动机在时间内所做的机械功。
【尝试自解】
中考命题方向及模拟
电能这部分内容是初中的重点，每年中考必考，且题目综合性较强，难度较大，分值较高，各类题型中都会涉及到，与日常生活联系较紧密，并且常与用电器的效率计算相结合。
模拟预测题l 现有功率相同的电视机、电烙铁、电风扇，工作相同时间，消耗的电能是 ( ) 产生的热量是 ( )
A．电视机最多 B．电风扇最多
C．电烙铁最多 D．一样多
模拟预测题2 甲、乙、丙三只白炽灯泡，规格分别是“220V 40W”、“110V 40W”、“36V 40W”，当它们各自正常发光时．其亮度 ( )
A．甲灯最亮 B．乙灯最亮
C．丙灯最亮 D．三盏灯一样亮
模拟预测题3 太阳能路灯是目前大力推广的高效节能路灯。只要将我国总数l亿盏路灯中的6000万盏改成太阳能路灯，每年就可节省相当于一个三峡水电站的发电量。图甲是某小区安装的太阳能路灯及其能量流程图，图乙是这种路灯中LED发光二极管的伏安特性曲线。
(1)LED发光二极管的额定电压为3．5伏，请根据曲线汁算它的额定功率。
(2)从LED发光二极管的伏安特性曲线可知，当它的电压在2．5伏～3．6伏之间发生微小变化时，LED的电功率大约要变化几百倍，设计者在电路中接入了 PWM控制器。请你猜想：PWM控制器在电路中的作用是通过_________让路灯稳定发光的。
(3)与太阳能电池板配套的蓄电池，既要防止阴雨期容量不足，达不到供电需求，又要求避免容量过大，造成浪费。现有5支2瓦的LED发光二极管由同一蓄电池供电，每天照明8小时，为保证3个连续阴雨天的供电，根据表中信息．请通过计算选择最佳的蓄电池。(注：为了延长蓄电池寿命。连续阴雨天的用电量不能超过蓄电池容量的50％)
蓄电池
容量(注：Ah表示安·小时)
甲
“12V 25Ah”
乙
“12V 45Ah”
丙
“12V 65Ah”
（系统复习，全面提升自我，请完成同步训练）
同步训练 电能
1．下列常见的四种家用电器中，正常工作时的电功率最接近60瓦的是 ( )
A．空调 B．电风扇 C．电饭煲 D．微波炉
2．某同学将标有“220V 25W”的灯L1和标有“220V 100W”的灯L2相互串联，发现L1发光而L2没有发光，这是由于 ( )
A．L2中没有电流通过
B．L2中的电流远小于L1中的电流
C．L2的额定功率远小于L1
D．L2的实际功率远小于L1
3．电熨斗通电一段时间后变得很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这主要是因为 ( )
A．导线的绝缘皮隔热
B．通过导线的电流小于通过电熨斗的电流
C．导线散热比电熨斗快
D．导线的电阻远小于电熨斗电热丝的电阻
4．家用电能表的表盘面上，标有“3200imp／kW·h”的字样，表示每记录l千瓦时电能，表盘上指示灯闪烁3200次。当接入一个用电器正常工作时，l分钟内电能表的表盘指示灯闪烁了16次，则该用电器消耗的实际功率为 ( )
A．5瓦 B．500瓦 C．300瓦 D．3000瓦
5．2011年3月，日本大地震发生后，我国向日本援助了大量的包括抗震帐篷在内的各种救灾物资，帐篷内标有“220V 100W”字样的电灯在日本110伏电路电压下的实际电功率为(设电灯电阻不变) ( )
A．200瓦 B．100瓦 C．50瓦 D．25瓦
6．如果加在某定值电阻两端的电压从6V升高到10V，通过该电阻的电流变化了0．1A，则该电阻的电功率变化了 ( )
A．1．6W B．4．0W C．0．4W D．3．4W
7．小明家中一标有“220V 800W”的取暖器中的电热丝在靠近接线柱处断了，小明想对取暖器修理一下，使它的额定功率仍保持为800瓦。则下列措施可行的是 ( )
A．断了的电热丝较短的一段拿掉，将留下的较长一段直接接在接线柱上
B．将原先电热丝去掉，另外找来“220V 400W”的电热丝取其一半来代替原电热丝
C．将原先电热丝去掉，另外找来两根“220V 400W”的电热丝串联后代替原电热丝
D．将原先电热丝去掉，另外找来两根“220V 400W”的电热丝并联后代替原电热丝
8．目前，节能灯在市场上大受欢迎，据专家测算：如果以额定功率为llW的节能灯代替额定功率为60W的白炽灯，既可以省电，又能提高亮度。根据我国的使用实际，节能灯的额定电压应为_________伏；在此条件下，假设每天开灯5h，采用上述措施每盏灯每月(以30天计)能节电_________千瓦时。
9．如图所示电路连接正确，电源电压为6V保持不变，灯L1标有“6V 3W”字样，灯L2标有“6V 6W”字样。当开关S闭合时，甲、乙两表指针均偏转，则甲表示数为_________，乙表示数为_________。
10．在做“测定小灯泡的电功率”实验时，选用的器材有电压为6V的电源，额定电压为2．5V的小灯泡，以及滑动变阻器、电流表、电压表、开关和导线等。下图是没有连接完的实物电路。
(1)请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整。
(2)连好电路闭合开关，发现电压表指针偏转很小，其原因可能是_______(写出一种即可)。
(3)经适当调整后，闭合开关，移动滑片P到某处，发现电压表的示数为2．2V，要测量小灯泡达到额定功率，应将滑片P向 _______端滑动。
(4)通过移动滑片P，测得多组数据，绘制成U一I图像如图所示。发现通过电灯的电流与其两端电压不成正比。原因是______________，据此可计算出小灯泡正常发光时，滑动变阻器消耗的功率是_______ W (设电源电压保持不变)。
11．在“探究影响电流做功多少的因素”活动中，同学们设计了如图甲、乙、丙三个电路。
(1)经过讨论。认为不应该选择图甲电路，原因是_____________________。
(2)为研究电流做功与电压的关系，应该选择图_______所示的电路。
(3)学习电功率知识后，小明想测灯泡的额定功率，将标有“l2V 6W”的灯泡L1和“6V 6W”的灯泡L2按图丙电路连接，再接入电流表。经分析，能通过测量验证灯泡_______的额定功率。
12．小明家的厨房中有电饭煲、电磁炉和微波炉。他为了比较这三种电器在加热水时的效率高低情况进行实验，步骤如下：
(一)量取500毫升水，测出水的初温，关闭其它用电器，将电饭煲单独接入电路给水加热。当电能表的转盘转动l00圈时，立即切断电路，测出电饭煲内水的末温。再把电饭煲换为电磁炉、微波炉重复实验，结果如下表：
电器类型
水量(毫升)
初温(℃)
末温(℃)
电能表盘转数(圈)
电饭煲
500
20
54
100
微波炉
500
20
45
100
电磁炉
500
20
59
100
(二)增加水量和电能表的转数，重复上述实验，结果如下表：
电器类型
水量(毫升)
初温(℃)
末温(℃)
电能表盘转数(圈)
电饭煲
1000
20
58
200
微波炉
1000
20
48
200
电磁炉
1000
20
65
200
(1)除电能表外，本实验还需要的测量工具是________。
(2)本实验通过观察________________________来比较三种电器内水的吸热多少。
(3)本实验可得出的初步结论有________________________________________________。
二极管是电子电路的重要元件，它的电路符号为“A B”，当电流从A端流入时，二极管的电阻很小，可视为二极管短路。当电流从B端流入时，二极管的电阻很大，可视为二极管断路。
(1)综上所述，二极管具有________(选填“单向”或 “双向”)导电性能。
(2)如图甲所示电路，当开关S闭合后，L2________ (选填“亮”或“不亮”)。
(3)如图乙，两电源电压相同且保持不变，L1、L2规格相同，均标有“6V 3W”字样，当只闭合S2时L1恰好正常发光；若只闭合Sl，L1的实际电功率是________。
14．如图所示的电路中，电源电压保持不变。R为定值电阻。当电路中的A、B两点间接入一个标有“6V 3W”的甲灯泡时，闭合开关S，它恰好能正常发光；若在A、B间接一个标有“6V
2W”的乙灯泡，它实际消耗的电功率将________(选填“大于”、“小于”或“等于”)2瓦。
15．现有两个电阻R和RO，R为标准电阻(阻值不变)，R0的阻值会随温度的升高而减小。它们的电流随电压的变化曲线如图甲所示。小明将两个电阻连接成如图乙所示的电路进行实验研究，实验过程中电源电压保持不变。
(1)据图甲可知，电阻R的阻值是________欧。
(2)实验过程中，当RO的温度升高时，电压表的示数会如何改变?_______。
(3)实验过程中，当电压表的示数为4伏时，电阻RO消耗的电功率是多少瓦?
参考答案
第3节 电能
真题演练l 答案：A
解析：由图知定值电阻与电灯并联，S2控制定值电阻，电流表测量干路电流，电压表测量电源电压示数不变。当S断开时，其中一个支路断开，所以干路电流减小，但灯两端电压未变，所以仍正常发光。
真题演练2 答案：2200 7200 40
解析：由电能表盘上数据知，其额定电流为10安，每记录l千瓦时电能转盘转过2500转。
家中用电器最大总功率P总=UI总=220伏×l0安=2200瓦
电灯消耗电能W=(I／2500)×5×3．6×106焦=7200焦
电灯电功率P灯=W／t=7200焦／l80秒=40瓦
真题演练3 答案：(1)小杰方法正确，小施的方法不正确 (2)I2Rt (3)UIt—I2Rt
解析：(1)由于电动机不是电热器，使用时所消耗的电能多少与电流所做的功W相等，但它们与电流通过时产生的热量Q之间不相等，W>Q。而W=UIt，所以电动机所消耗的电功率P=W／t=UI；但产生的热量Q=I2Rt，因此P=I2R=Q／t只是发热功率。所以这二位同学中小杰的方法是对的，而小施的方法是错的。
(2)根据焦耳定律，在时间t内电动机线圈产生的热量Q=I2Rt
(3)在时间t内所做的机械功W机=W总一Q=UIt一I2Rt
模拟预测题1 答案：D C
解析：由于三种用电器实际电功率相同，所以当工作相同时间后，消耗的电能总量相同；但由于电烙铁将电能全部转化为热能，所以产生的热量最多。
模拟预测题2 答案：D
解析：同种类型的灯泡亮度由其实际功率决定。每盏灯额定功率相同，当它们都正常发光时，其实际功率与额定功率都相等，所以亮度相同。
模拟预测题3 答案：(1)2．1瓦 (2)稳定电压 (3)选乙
解析：(1)由曲线图像知，当电压为3．5伏时，其电流值为600毫安=0．6安，额定功率P额=U额I额=3．5伏×0．6安=2．1瓦
(2)如果发光二极管两端电压不稳定，其实际功率变化太大易损坏。
(3)发光二极管消耗的电能：W=Pt=5×2瓦×8时×3=240瓦时
蓄电池的电能W=240瓦时／50％=480瓦时
蓄电池的容量=W／U=480瓦时／12伏=40安时
应选用蓄电池乙
同步训练
1．答案：B
解析：一般情况下，空调、电饭煲、微波炉正常工作时电功率接近或超过l000瓦，电风扇正常工作时电功率只有几十瓦。
2．答案：D
解析：由于两灯串联，则两灯电流一定相等，L1能发光所以电路中有电流。灯的亮度由实际功率决定，额定功率只是正常工作时的电功率，是原先设计的使用要求。
3．答案：D
解析：导线与电熨斗串联，它们通过的电流一定等值，它们通电时间也一定相等。根据焦耳定律知：电流产生的热量还与导体电阻有关，由于导线用铜制成，而电熨斗的发热体电阻率要大得多。
4．答案：C
解析：消耗电能W=(16／3200)×3．6×106焦=l．8×104焦，电功率P=W／t=1．8×104焦／60秒=300瓦。
5．答案：D
解析：根据P=UI=U2／R知，对于同一普通用电器，R不变时，P与扩成正比。该电灯当电压为220伏时电功率为l00瓦，当电压减小到110伏为原来的1／2时，实际电功率减小到原来的1／4，即P=l00瓦×l／4=25瓦
6．答案：A
解析：定值电阻的阻值R=△U／△I=(10伏一6伏)／0．1安=40欧，电功率变化量△P=U／R一U／R=(10伏)2／40欧一(6伏)2／40欧=l．6瓦。
7．答案：D
解析：对于选项A，由于电阻变小，造成额定功率大于800瓦；对于选项B，虽然额定功率能够保持在800瓦，但由于电热丝材料粗细是按400瓦功率设计的，所以使用时很快会损坏；对于选项C，由于串联后电阻增大，额定功率会减小到200瓦；对于选项D，相当于两个取暖器同时并联使用，既不会损坏，又能使总功率保持在800瓦。
8．答案：220 7．35
解析：由于我国照明电路电压为220伏，节能灯要想正常工作，其额定电压也应为220伏。每月节电△W=△Pt=(0．06千瓦一0．011千瓦)×150小时=7．35千瓦时。
9．答案：l安 6伏
解析：分析电路知：两灯并联，甲为电流表测量L2的电流值，乙为电压表测量电源电压。由于电源电压为6伏，乙表示数为6伏；两灯均正常工作，L2电流I2=P2／U2=6瓦／6伏=l安，则甲表示数为l安。
10．答案：(1)将电压表“3”接线柱与灯座右端的接线柱相连。 (2)滑动变阻器阻值太大(或电压表所选择的量程太大等) (3)右 (4)灯泡两端电压增加时，实际电功率增大，灯丝温度升高引起电阻增大 0．7
解析：(3)电压表示数2．2伏说明电灯两端电压太小，变阻器两端电压太大，由于串联电路各导体两端电压与其电阻成正比，所以只要减小变阻器阻值，变阻器两端电压值就下降，电灯两端电压会上升至2．5伏的要求。(4)由图像知，当电灯正常发光时，电流为0．2安，此时滑动变阻器消耗的功率P变=U变I=(6伏一2．5伏)×0．2安=0．7瓦。
答案：(1)没有作对比的电灯 (2)丙 (3)L1
解析：(2)因电流做功多少与通电时间及电压、电流大小均有关，现要研究做功与电压的关系，应保证通电时间及电流大小均相等，而丙图两灯串联，电流相等。(3)由规格知，正常发光时L1的阻值是L2阻值的4倍，两灯串联时，L1两端电压值也是L2两端电压值的4倍，当L1两端电压为l2伏正常发光时，L2两端电压为3伏小于额定电压，两灯都不会损坏；而当L2正常工作时，Ll两端电压为24伏远超过额定电压，L1会损坏。而要想测量电灯额定功率必须在其正常工作时进行，所以只能验证出L1的额定功率。
12．答案：(1)温度计 (2)温度变化值 (3)用这三种电器加热食物时，电磁炉效率最高，微波炉效率最低
解析：当电能表盘转数相同时，消耗的电能相等；若相同数量的水温度升得越高，说明水吸收的热量越多，因此加热效率越高。
13．答案：(1)单向 (2)不亮 (3)0．75瓦
解析：(2)图甲中开关闭合时，L2支路上的二极管反向加压，电流为零，所以灯不亮。(3)只闭合S2时，L2被短路，L1正常发光，说明电源电压为6伏；若只闭合S1，两灯串联，由于两灯完全相同，所以L1两端的实际电压为其额定电压的一半3伏，则L1实际功率
为其额定功率的1／4，即0．75瓦。
14．答案：大于
解析：由图知，电灯与定值电阻串联，由灯的规格知乙灯的电阻比甲灯大。当A、B间接入甲灯时恰好正常发光，说明此时A、B间电压刚好为6伏，当换成乙灯后，由于A、B间电阻变大，该处电压值也变大，因此乙灯实际电功率大于其额定功率，即大于2瓦。
15．答案：(1)10 (2)增大 (3)3．2瓦
解析：(1)由甲图知，RO=UO／IO=l6伏／1．6安=l0欧 (2)当RO温度升高时，其阻值减小，由于串联电路各导体两端电压与其阻值成正比，所以RO两端电压减小，R两端电压增大。 (3)当电压表为4伏时，由甲图知，电路电流为0．4安，R。两端电压为8伏，则R消耗的电功率PO=UOIO=8伏×0．4安=3．2瓦