第4课时 家庭电路和安全用电
【基础练习】
知识点
1 家庭电路的组成
1.分析如图13所示的家庭电路,请填写图中各部分的名称。
图13
① ② ③ ?
④ ⑤ ?
2.以下有关熔丝的说法中正确的是( )
A.熔丝的特点是电阻比较大,熔点比较高
B.应根据电路具体情况,选用相应规格(额定电流大小)的熔丝
C.家庭中选用的熔丝越粗越保险
D.在熔丝熔断后,可以用铜丝、铁丝等代替熔丝
3.下列有关家庭电路的说法正确的是( )
A.空气开关“跳闸”后,立即重新合上
B.为了使用方便,将三脚插头改成两脚插头使用
C.家庭电路中各个用电器应该是并联的
D.控制用电器的开关要连接在零线和用电器之间
4.如图14所示,插座和电灯(带开关)是组成家庭电路的常用器件,请你用笔画线代替导线将它们分别接入电路中。
图14
5.[2020·武汉]
如图15所示是现在一般标准住宅户内配电系统方框图。下列说法正确的是( )
图15
A.电能表用来计量家中所有用电器的总功率
B.空调正常工作时,吊灯一定发光
C.如果插座短路,“漏电保护器”就会切断电路
D.空气开关“跳闸”,可能是电路发生短路引起的
知识点
2 测电笔的使用
6.如图16所示为测电笔的结构及使用方法,下列说法错误的是( )
图16
A.在两种使用测电笔的方法中,甲是错误的,乙是正确的
B.笔尖、电阻和氖管是导体,外壳、弹簧和笔卡是绝缘体
C.若氖管发光,说明人体成为电流的通路
D.测电笔可以辨别相线和零线
知识点
3 安全用电
7.电工维修电路有时需要带电操作,如图17所示操作中不会发生触电事故的是
( )
图17
A.甲站在绝缘凳上同时接触相线和零线
B.乙站在绝缘凳上仅接触相线
C.丙站在地上仅接触相线
D.丁站在地上同时接触相线和零线
8.下列关于家庭电路和安全用电常识的说法,正确的是( )
A.当人的两只手分别接触相线和零线而发生触电事故时,家里的漏电保护器一定会自动断电
B.当通过相线的电流和通过零线的电流不同时,漏电保护器会“跳闸”切断电路
C.使用测电笔判断相线、零线时,手要按住笔尖金属体
D.使用三脚插头和三孔插座的目的,是将用电器的金属外壳与零线相连
【能力提升】
9.[2019·湖州]
如图18所示是家庭电路中的某一部分,电工师傅按下面的顺序进行检测:①闭合S1,灯L1亮;②断开S1,闭合S2,灯L2不亮;③用测电笔测A、B、C、D四个接线点,发现只有测C点时氖管不发光。若电路中只有一处故障,则是( )
图18
A.灯L2短路
B.灯L2所在支路开路
C.C、D两点间开路
D.C点左侧的零线开路
10.将如图19所示完好的接线板连入家庭电路中,闭合接线板控制开关S,其对应指示灯发光。再将台灯插头插入该插座,台灯与指示灯能同时发光。则( )
图19
A.该接线板的内部连接线只有相线和零线两根导线
B.图中B、C两孔间电压为0V
C.若图中指示灯损坏,则台灯不亮
D.将测电笔插入图中A孔,测电笔氖管不发光
11.[2020·随州]
某家庭电路如图20所示,以下说法中不正确的是( )
图20
A.若保险丝熔断,则可能是短路引起的
B.三孔插座的连接方式符合安全用电的原则
C.若仅b、c间断路,开关S闭合,灯泡L不会发光
D.若在a、b间接入一个灯泡L1,则它与灯泡L是并联关系
12.如图21所示的家庭电路中,下列说法正确的是( )
图21
A.使用测电笔辨别相线和零线时,要注意安全,手不能触碰测电笔的任何金属部位
B.本来正常发光的灯泡L1、L2同时熄灭,保险丝却完好,用测电笔检测插座的两孔,发现氖管均发光,说明插座短路
C.把台灯插头插入插座后,室内电灯全部熄灭,可能是因为插头短路
D.用灯泡L0取代保险丝接入电路,只闭合S1,若L0正常发光而L1不亮,说明电路正常
13.如图22所示是空调的三脚插头与三孔插座,请回答下列问题:
图22
(1)三脚插头中较长的脚F与空调的什么部位相连? 。?
(2)针对日常生活中浪费电能的现象及用电习惯,说出两种节约电能的方法: ; 。?
14.如图23所示是安装了漏电保护器的家庭电路。当漏电保护器检测到通过图中A、B两处的电流不相等(即发生漏电)时,就会迅速切断电路,从而起到保护作用。当家电维修人员在图中C处不慎触电时,漏电保护器 (填“会”或“不会”)切断电路。若人体电阻为10kΩ,触电时通过人体的电流为 mA。?
图23
答案
1.①电能表 ②总开关
③保险盒(或熔丝盒)
④两孔插座 ⑤用电器(或灯泡)
2.B
3.C [解析]
电路发生短路或总功率过大时,空气开关会“跳闸”,“跳闸”后应先检查原因,检查没有问题后再重新合上空气开关。相比两脚插头,三脚插头多出的一个脚是与家用电器的金属外壳相连的,防止外壳带电时发生触电事故,因此不能将三脚插头改成两脚插头使用。在家庭电路中,各用电器互不影响,因此它们是并联连接的。控制电路的开关应该接在火线和用电器之间,这样在开关断开时,用电器不带电,不会造成触电事故。
4.如图所示
[解析]
螺口灯泡接法:相线进入开关,再进入灯泡顶端的金属点,零线直接接入灯泡的螺旋套。这样在断开开关时能切断相线,接触灯泡不会发生触电事故,既能控制灯泡,又能更安全。三孔插座的接法:上孔接地线,左孔接零线,右孔接相线。
5.D [解析]
电能表是用来计量家中所有用电器消耗电能多少的仪器;家庭电路中各用电器之间是并联的,互不影响,空调正常工作时,吊灯不一定发光;如果插座短路,电路中的电流过大,此时漏电保护器不工作,只有进户线的火线与零线的电流不相等,且差值达到一定值时,漏电保护器才会切断电路;空气开关“跳闸”的原因是干路中的电流过大,可能是电路发生短路引起的,也可能是总功率过大引起的。
6.B [解析]
使用测电笔时,人体必须与尾部的金属体(笔卡)接触,才能保证它正常工作,那么甲方法错误,乙方法正确;在测电笔工作时,笔尖接触待测点,电流经过笔尖、电阻、氖管、弹簧、笔卡和人体形成通路,因此它们都是导体,而外壳是绝缘体;根据上面的分析可知,若氖管发光,那么人体成为电流的通路;测电笔的主要作用就是辨别相线和零线。
7.B [解析]
甲站在绝缘凳上同时接触相线和零线,电流会从人体流过,会发生触电事故;乙站在绝缘凳上仅接触相线,不能形成回路,不会触电;丙站在地上仅接触相线,电流会通过人体流入大地,会发生触电事故;丁站在地上同时接触相线和零线,会有电流流过人体,发生触电事故。
8.B [解析]
当发生漏电现象时,例如当家中的冰箱外壳带电,且恰好有人接触外壳时,会有一部分电流经过人体流入大地,使家庭电路中相线和零线中的电流不相等,此时漏电保护器工作,切断电路,从而达到保护的功能;但当人的两只手分别接触相线和零线而发生触电事故时,此时人体相当于用电器(与其他用电器并联),此时流过相线和零线的电流相等,则家里的漏电保护器不会自动断电。使用测电笔时,手必须接触笔尾金属体,笔尖接触导线,若氖管发光,则导线是火线;若氖管不发光,则导线是零线。三孔插座中有一个孔是用来连接地线的,通过三脚插头,使有金属外壳的用电器的外壳接地,可以防止因漏电导致金属外壳带电而发生触电事故。
9.C
10.D [解析]
根据图示可知,该接线板中有三孔插座,因此该接线板的内部连接线有相线、零线和地线;由图知,B、C两孔分别接相线、零线,所以图中B、C两孔间的电压为220V;台灯和指示灯在工作时互不影响,所以若图中指示灯损坏,则台灯仍然能亮;只有相线能使测电笔的氖管发光,由图知,A孔与地线相连,则将测电笔插入图中A孔,测电笔氖管不发光。
11.C [解析]
家庭电路中的保险丝熔断,可能是家庭电路中发生了短路,也可能是电路中总功率过大;三孔插座的接法是左零右火(相)上接地;通过灯L的电流没有通过bc段导线,所以若bc段断路,灯L能发光;若在a、b间接入一个灯泡L1,则它与灯L是并联的。
12.C [解析]
使用测电笔时,手必须接触笔尾的金属体;两盏电灯全部熄灭但保险丝完好,说明电路中干路上有断路,用测电笔测试插座的两孔,氖管都发光,说明两孔与火线是连通的,故只可能是进户零线断了。由生活常识可知,台灯的功率一般比较小,因此造成保险丝熔断的原因不会是台灯的功率过大;由台灯插头插入插座后,室内电灯全部熄灭可知,原因是台灯的插头处短路。用灯泡L0取代保险丝接入电路,只闭合开关S1,L0与L1串联,若L0正常发光而L1不亮,说明L0接通且两端电压为220V,故电路故障是L1短路。
13.(1)空调的外壳(2)人走灯灭 夏天把空调温度设置得高一些
14.会 22
[解析]
当家电维修人员在图中C处不慎触电时,电流就会从C处通过人体流向大地,导致通过B处的电流比A处的小,因此漏电保护器会切断电路;家庭电路的电压U=220V,人体电阻R=10kΩ=104Ω,因此通过人体的电流为I===0.022A=22mA。第3课时 电能表
【基础练习】
知识点
电能表
1.[2020·温岭模拟]
如图9所示是电能表上的一些信息,请选出下列选项中与科学意义不相符的是( )
图9
A.kW·h:表示电能表上的数字以千瓦时为单位
B.512.8:表示该月该电能表消耗的电功率为512.8kW·h
C.600r/(kW·h):表示电路每消耗1kW·h的电能,电能表的转盘转过600转
D.10(20)A:表示该电能表的额定电流为10A,短时间内允许通过的最大电流为20A
2.如图10所示为某家庭中的电能表的表盘图片,下列说法正确的是( )
图10
A.电能表的转盘转得越快,表明用电器的电功率越大
B.该电能表所在家庭电路短时间内允许的最大总电功率为2200W
C.到目前为止该家庭电路已消耗电能13457kW·h
D.若转盘转了1600转,则这段时间内消耗的电能为2度
3.为测量某电热杯的电功率,小明同学把家中其他用电器均从电源上断开,只将该电热杯接入电路,观察电能表,发现在1min内电能表转盘转过15圈。电能表的部分技术参数如下表所示,该电热杯的电功率是( )
电压
220V
电流规格
10(20)A
电流频率
50Hz
每千瓦时的转数
3000r
A.300W
B.30W
C.150W
D.200W
【能力提升】
4.小明利用电能表测量某一家用电器的电功率。当电路中只有这一个用电器连续工作时,测得在1h内它消耗的电能为0.8kW·h,那么该用电器可能是图11中的( )
图11
5.如图12所示是用来测量消耗电能多少的电能表,这只电能表此时的读数是 kW·h。只将一个电饭煲接入电路中正常工作12min,发现此电能表的转盘转过了500圈,则这个电饭煲的额定功率是 W。?
图12
6.如图13所示电能表接在家庭电路中是为了测量 ,它应该在 V的电路中使用,允许通过的最大电流为 A,可用在最大功率是 W的电路上,若该电路全部用来装“220V 40W”的灯泡,则最多可装 盏。小红家中电能表5月初的示数如图所示,5月份她家交了48.8元电费,若电费价格为0.8元/(kW·h),则小红家电能表5月底的示数为 kW·h。?
图13
7.某电吹风工作6min,能使如图14所示的电能表的转盘转过120圈,则该电吹风消耗的电能为 kW·h,电功率为 W,这些电能可供一只“220V 10W”的LED灯正常工作 h;一只这样的LED灯与一只“220V 100W”的白炽灯正常发光时的亮度相当,若LED灯正常发光时的效率为80%,则白炽灯正常发光时的效率为 。?
图14
8.某电能表的表盘上标有“1600imp/(kW·h)”的字样,将铭牌上标有“220V 1210W”字样的电热水器接在家庭电路中,只让它单独工作6min,这段时间内电能表的指示灯闪烁了160次,则该电热水器在上述时间内实际消耗的电能为 kW·h,实际功率为 W,该电路的实际电压为 V。?
9.如图15所示是威威家的电能表,由表盘上的信息可知,他家同时使用的用电器总功率不能超过 W。威威家有一台烤面包机,铭牌上标有“220V 900W”的字样,某次烤面包机单独正常工作时,电能表的转盘转了45圈,则此次烤面包机工作了 min;若在用电高峰期,实际电压低于220V,烤面包机的实际功率将 (填“变大”“变小”或“不变”)。?
图15
10.
小滨对家中的豆浆机非常感兴趣,他收集了如下信息:如图16甲所示是豆浆机的工作原理图,其中电动机是用来带动刀头将原料进行粉碎打浆的,额定功率P1=200W;R是加热电阻,额定功率P2=1100W。图乙是此豆浆机做一次豆浆时的工作信息。请你根据信息求解以下问题。
(1)豆浆机正常工作,打浆时的工作电流是多大?
(2)豆浆机加热电阻的阻值是多大?
(3)豆浆机正常工作做一次豆浆,总共消耗的电能是多少?
(4)一次妈妈做豆浆时,小滨对豆浆机的实际加热功率产生了怀疑,他用所学知识和妈妈进行了如下实验:关掉家里的其他用电器,只让豆浆机单独工作,豆浆机在加热过程中,他观察到家中的电子式电能表[220V 10(40)A 1800imp/(kW·h)]的耗电指示灯1min闪烁了30次。请你帮助小滨计算豆浆机的实际加热功率,并分析产生这种情况的可能原因。
图16
自|我|提|升
11.【例题】
小明家的电冰箱铭牌如下表所示,用电器中只有冰箱工作的情况下,观察可知冰箱从启动到停止工作用了6min,电能表转盘转了18
圈,则该冰箱以标定的耗电量工作时,一天实际工作 h,启动 次,每消耗1度电电能表转盘转 圈。?
耗电量
0.72kW·h/24h
额定电压
220V
冷冻量
4kg
输入功率
120W
制冷剂
R600a
气候类型
N·ST
【提示】
由表可知电冰箱一天消耗的电能和功率,由公式P=可计算出工作时间t;从启动到停止工作用了6min,即由n=可算出每天启动的次数;根据W=Pt可求出从启动到停止工作一次需要消耗的电能,此时对应的电能表转盘转了18圈,据此可求每消耗1度电电能表转盘转过的圈数。
【变式】
一款节能电炖锅的有关技术参数如下表(设电炖锅不同挡位的电阻和加热效率均不变)。
额定电压
电炖锅挡位
电炖锅功率/W
220V
低温
200
220V
中温
400
220V
高温
600
在用电高峰期,关掉家里的其他用电器,只让处于中温挡状态的电炖锅工作,观察到标有“1800r/(kW·h)”的电能表转盘在121s内转了20圈,则此时的实际电压是 。?
答案
1.B
2.A [解析]
电功率是表示电流做功(消耗电能)快慢的物理量,电能表的转盘转得越快,则表明用电器的电功率越大;由电能表表盘可知,短时间内允许的最大电流为40A,则该电能表允许接入用电器的最大电功率P=UI=220V×40A=8800W;电能表的最后一位数是小数,单位为kW·h,由图示电能表可知,电能表示数是1345.7kW·h,说明到目前为止该家庭电路已消耗电能1345.7kW·h;电能表表盘转1600转消耗的电能:W==0.5kW·h=0.5度。
3.A
4.D [解析]
根据题意得,P===0.8kW=800W,
四种家用电器中功率接近800W的只有电饭锅。
5.231.6 1000
[解析]
图中电能表的示数为231.6kW·h;电饭煲正常工作12min,即0.2h,这段时间内电能表转盘转动500圈,表示电饭煲消耗的电能:W=kW·h=0.2kW·h,则这个电饭煲的额定功率:P===1kW=1000W。
6.电路消耗电能的多少 220 5 1100 27 179.5
[解析](1)电能表接在家庭电路中是为了测量电路消耗电能的多少。
(2)220V表示该电能表应该在220V的电路中使用,5A表示电能表允许通过的最大电流是5A。
电能表允许接入的最大功率:P=UI=220V×5A=1100W。
(3)电能表允许接入的最大功率是1100W,灯泡的额定功率是40W,能接入的灯泡盏数为n==27.5,即27盏。
(4)5月份她家交了48.8元电费,电费价格为0.8元/(kW·h),则5月份耗电量为W==61kW·h,所以电能表5月底的示数为W'=61kW·h+118.5kW·h=179.5kW·h。
7.0.1 1000 10 8%
[解析]
“1200r/(kW·h)”表示每消耗1kW·h的电能,电能表的转盘转过1200r,当电能表的转盘转过120r时,电吹风消耗的电能:W=kW·h=0.1kW·h,电吹风的功率:P===1kW=1000W;由P=可得,这些电能可供“220V 10W”的LED灯正常工作的时间:t'===10h;灯的发光效率等于转化为光能的功率与消耗电能的功率(灯的电功率)之比,即η=,因10W的LED灯与100W的白炽灯在正常工作时亮度相当,所以两灯泡获得光能的功率相等,则:P白η白=P节η节,即100W×η白=10W×80%,则该白炽灯的发光效率:η白=8%。
8.0.1 1000 200
9.4400 1 变小
[解析]
由电能表参数可知,他家同时使用的用电器的最大总功率:P大=UI=220V×20A=4400W。
烤面包机消耗的电能为W=kW·h=0.015kW·h;
根据W=Pt可知烤面包机工作的时间为t===h=1min。
若在用电高峰期,实际电压低于220V,由于电阻不变,根据公式P=可知,烤面包机的实际功率会变小。
10.解:(1)打浆时功率为P1=200W,所以电流为I1==≈0.91A。
(2)加热时功率为P2=1100W,所以加热电阻的阻值为R===44Ω。
(3)由图乙可知,做一次豆浆,打浆时间:t1=2min=120s,加热时间:t2=11min=660s,所以消耗的电能为W=P1t1+P2t2=200W×120s+1100W×660s=7.5×105J。
(4)豆浆机在加热1min的时间内消耗的电能:W'==kW·h,实际功率为P实===1kW=1000W。实际加热功率小于额定加热功率的原因可能是实际电压小于额定电压。
11.【例题】
6 60 1500
【变式】
200V
[解析]
电炖锅在中温挡工作时实际消耗的电能为W=kW·h=×3.6×106J=4×104J;实际功率为P实===×104W;中温挡电炖锅的电阻为R中===121Ω;此时的实际电压为U实===200V。2 电能的量度
第1课时 电功和电功率
【基础练习】
知识点
1 电功
1.下列说法中正确的是( )
A.加在导体两端的电压越大,通过导体的电流越大,电流做功就越多
B.电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程
C.电功的单位是焦耳或伏·安
D.电吹风通电时把电能全部转化为内能
2.如图1所示的电路中,定值电阻R1=40Ω,R2=20Ω,闭合开关后,电压表示数为10V。求:
(1)通过R2的电流。
(2)通电300s,电流通过R1所做的功。
图1
知识点
2 电功率
3.关于电功率,下列说法中正确的是( )
A.电流做的功越多,电功率越大
B.电流做功的时间越短,电功率越大
C.电流做同样多的功,用的时间越长,电功率越大
D.在相同的时间内,电流做功越多,电功率越大
4.图2中的几种用电器正常工作时,每秒钟做功最接近1000J的是( )
图2
5.如图3所示电路,电源电压不变,R1的电阻为20Ω。只闭合开关S1时,电流表的读数为0.3A;S1、S2都闭合时,电流表的读数为0.5A。求:
(1)电源电压。
(2)S1、S2都闭合时R2的电功率。
图3
【能力提升】
6.某兴趣小组的同学用几个完全相同的灯泡,设计了如图4甲、乙、丙所示三种电路,电源电压相同且恒定不变,电路消耗的总功率的大小关系是( )
图4
A.P甲>P乙>P丙
B.P甲
C.P甲=P乙=P丙
D.P甲=P乙>P丙
7.如果定值电阻两端的电压从9V减小到6V,通过的电流相应地变化了0.3A,那么该电阻消耗的电功率减小了( )
A.0.9W
B.1.8W
C.4.5W
D.3.6W
8.如图5所示是某电器内部的电路结构图,R1、R2为阻值相同的电热丝,不同的连接方式(如图6所示)其发热功率不同,下列说法中不正确的是( )
图5
图6
A.甲的发热功率与丙的发热功率相等
B.丁的发热功率是丙的发热功率的2倍
C.丙的发热功率是乙的发热功率的2倍
D.丁的发热功率是乙的发热功率的4倍
9.[2020·襄阳]
如图7所示,只闭合开关S时灯L1的功率为9W;断开开关S,闭合S1、S2时,灯L1的功率为16W。电源电压不变,且灯丝电阻不受温度的影响,则L1、L2两灯灯丝电阻之比是( )
图7
A.1:3
B.4:3
C.3:1
D.3:4
10.现有两个电阻A和B,通过它们的电流与其两端电压的关系如图8甲所示。若把它们串联成如图乙所示的电路,闭合开关S后,电流表的示数为0.4A,则电阻A的电功率为 W,A、B两个电阻在1min内共消耗 J的电能。?
图8
11.家用电风扇的电动机线圈电阻为2Ω,正常工作时,通过的电流为2A,通电10min,电风扇消耗的电能为 J,线圈产生的热量为 J。?
12.如图9所示的电路,电源电压恒为3V,闭合开关S,电流表A1示数为0.5A,A2示数为0.3A,通过电阻R2的电流是 A,该电路的总电阻是 Ω,在10min内整个电路消耗的电能是 J。?
图9
自|我|提|升
13.【例题】[2018·宁波]
如图10甲所示,电源电压保持不变,闭合开关S,滑动变阻器的滑片从b点滑到a点的过程中,两个电压表的示数随电流表示数变化的图像如图乙所示。
图10
(1)图乙中 (填“dc”或“ec”)是电压表V2的示数随电流表示数变化的图线。?
(2)该过程中电路消耗的总功率最大值为 W。?
【提示】
滑动变阻器R和电阻R0串联,电压表V1测R0两端电压,V2测R两端电压,电流表测电路中电流。
(1)滑片P从b点滑到a点的过程中,滑动变阻器连入电路的电阻变小,电路中的电流变大,R0两端的电压变大,根据串联电路的分压原理可知:滑动变阻器两端的电压变小;据此可判断V1和V2的示数随电流表示数变化的图线。
(2)从图像可以看出,滑片P在b点、a点的电压表示数与电流值,根据串联电路的电压特点求出电源的电压,利用P=UI求出总功率最大值。
【变式】[2020·大连]
如图11所示的电路,电源电压保持不变。闭合开关S,在滑动变阻器的滑片从a端向b端移动的过程中,不计温度对灯丝电阻的影响,则图12中电路总功率P与电压表示数U之间的关系图像为( )
图11
图12
答案
1.B [解析]
电流做功大小与电压大小、电流大小和通电时间三个因素有关;电流做功的过程实质是电能转化为其他形式的能的过程;电功的单位是焦耳或伏·安·秒;
电吹风通电时把电能转化为机械能和内能。
2.解:(1)由电路图可知,两电阻串联,电压表测R2两端的电压。根据欧姆定律可得,通过R2的电流:I2===0.5A。
(2)串联电路中各处的电流相等,则通过R1的电流I1=I2=0.5A,
通电300s,电流通过R1所做的功:W1=Q1=R1t=(0.5A)2×40Ω×300s=3000J。
3.D 4.D
5.解:(1)只闭合S1时,只有R1接入电路,电源电压为U=I1R1=0.3A×20Ω=6V。
(2)S1、S2都闭合时,R1、R2并联,通过R2的电流:I2=I-I1=0.5A-0.3A=0.2A,
R2的电功率:P2=UI2=6V×0.2A=1.2W。
6.B
7.C
8.A
9.C [解析]
只闭合开关S时,两灯串联,灯L1的功率为9W;断开开关S,闭合S1、S2时,两灯并联,灯L1的功率为16W。根据P=可知,在R不变时,功率与电压的平方成正比,对灯L1而言有:=,即=,则电源电压与串联电路中L1两端电压之比为==,根据串联电路电压的规律,=,则=,即串联电路中,L2两端电压与L1两端电压之比为1:3,由分压原理,L1、L2两灯灯丝电阻之比是3:1。
10.0.8 72
[解析]
由图像可知,当电流为0.4A时,A和B两端的电压分别为UA=2.0V,UB=1.0V,则PA=UAI=2.0V×0.4A=0.8W。由串联电路两端的总电压等于各串联导体两端的电压之和可知:U=UA+UB=2.0V+1.0V=3.0V,则A、B两个电阻在1min内共消耗的电能为W=UIt=3.0V×0.4A×60s=72J。
11.2.64×105 4.8×103
[解析](1)家用电风扇正常工作时的电压U=220V,电流I=2A,通电时间t=10min=600s,则电风扇消耗的电能:W=UIt=220V×2A×600s=2.64×105J。
(2)通过线圈的电流I=2A,线圈电阻R=2Ω,通电时间t=10min=600s,
线圈产生的电热:Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×600s=4.8×103J。
12.0.2 6 900
[解析](1)由题意知,干路电流I=0.5A,流过R1的电流为0.3A,由并联电路的电流关系知通过电阻R2的电流是I2=I-I1=0.5A-0.3A=0.2A。
(2)由公式I=得该电路的总电阻:R===6Ω。
(3)在10min内整个电路消耗的电能:W=UIt=3V×0.5A×600s=900J。
13.【例题】
(1)dc
(2)36
[解析]
由电路图知,滑动变阻器R和电阻R0串联,电压表V1测R0两端电压,V2测R两端电压,电流表测电路中的电流。(1)闭合开关,滑动变器的滑片P从b点滑到a点的过程中,滑动变阻器R连入电路的电阻变小,电路中的电流变大,R0两端的电压变大,根据串联电路的分压原理可知:滑动变阻器两端的电压变小;所以图乙中dc是电压表V2的示数随电流表示数变化的图线,ec是电压表V1的示数随电流表示数变化的图线。(2)由电路图知,滑片P在a点时,电路中总电阻最小,电流最大,电源电压不变,则此时电路总功率最大。由图像知,此时Ia=3A、U1=6V、U2=6V,则电源电压:U=U1+U2=6V+6V=12V,所以电路消粍的总功率最大值为P=UIa=12V×3A=36W。
【变式】
A [解析]
滑动变阻器R和灯L串联接入电路,电压表测量滑动变阻器R两端的电压,设电压表示数为U,电源电压为U',由串联电路电压的规律及欧姆定律可得,通过灯L的电流即电路中的电流:I=,则电路的总功率:P=U'I=U'×=-×U,该式中U'和RL均为定值,故电路的总功率随电压表示数变化的图像是一次减函数关系图像。2 电能的量度
第2课时 用电器的额定功率及计算
【基础练习】
知识点 用电器的额定功率和实际功率
1.一只小灯泡标有“4V 0.5A”字样,“4V”表示 ,如果把它接在3V的电路中使用,测得通过它的电流是0.375A,则这只小灯泡的实际功率为 W,额定功率为 W。?
2.一个标有“220V 100W”的电热器,当它接入电压为230V的电路时,它的实际功率
( )
A.大于100W
B.等于100W
C.小于100W
D.条件不足,无法判断
3.小明按图1连接电路,闭合开关,观察到L1比L2亮。下列说法正确的是( )
图1
A.通过L1的电流大于L2的电流
B.L1的电阻小于L2的电阻
C.L1两端的电压大于L2两端的电压
D.如果把L1和L2的位置对调,L1会变暗
4.小李同学有一个灯泡,将该灯泡与8Ω的电阻串联,当将它们接在24V
的电源上时,灯泡恰好能正常发光,测得通过电阻的电流为1.5A。下列说法中正确的是( )
A.该灯泡的额定功率为12W
B.该灯泡的额定功率为18W,额定电压为12V
C.该灯泡的额定功率为20W,额定电压为12V
D.该灯泡的额定功率为36W,额定电压为24V
【能力提升】
5.甲灯泡标有“22V 2W”,乙灯泡标有“220V 100W”,忽略温度对灯丝电阻的影响,下列说法中正确的是( )
A.甲灯泡的功率一定小于乙灯泡的功率
B.甲灯泡消耗的电能一定小于乙灯泡消耗的电能
C.两灯泡串联在电路中,甲灯泡一定比乙灯泡亮
D.两灯泡并联在电路中,甲灯泡一定比乙灯泡亮
6.标有“6V 1.5W”的小灯泡,通过它的电流随其两端电压变化的关系如图2所示。若把这样的三只灯泡串联接在12V的电源两端,则灯泡的电阻和实际功率为( )
图2
A.24Ω 0.67W
B.20Ω 0.96W
C.24Ω 0.96W
D.20Ω 0.8W
7.[2019·温州]
小明按图3甲连接电路,闭合开关,灯泡L1的功率为P1。他将一个阻值大于L1的灯泡L2串联接入电路(如图乙所示),闭合开关后,L1、L2的功率分别为P1'、P2'(不计温度对灯泡电阻的影响,电源电压恒定)。下列关系式正确的是( )
图3
A.P2'>P1'>P1
B.P2'>P1>P1'
C.P1>P2'>P1'
D.P1>P1'>P2'
8.如图4所示电路,电源电压保持不变,灯泡L标有“6V 3W”,当开关S闭合时,灯泡L正常发光,电流表的示数为0.8A,则电阻R= Ω;若电源使用过久,其实际电压只有4.8V,则此电路中该灯泡工作的实际功率为 W。(不考虑温度对灯丝电阻的影响)?
图4
9.用发光二极管制成的LED灯具有发光效率高、使用寿命长等优点。如图5甲所示是一个定值电阻R和一个LED灯的电流与其两端电压关系的图像。
图5
(1)观察图像可知,电阻R的阻值为 Ω。?
(2)如图乙所示,将该LED灯与电阻R串联在电路中,闭合开关S,若LED灯的电功率为0.06W,则通过R的电流为 A,电路的总功率为 W。?
10.[2020·广元]
如图6所示,灯泡L标有“6V 3W”字样(不考虑灯丝电阻变化),定值电阻R1=28Ω,当开关S1、S2、S3全部闭合时,灯泡正常发光,电流表示数为0.75A。求:
(1)电源电压U。
(2)定值电阻R0的大小。
(3)当S1闭合,S2、S3断开时,电路消耗的功率。
图6
11.如图7所示,灯泡L标有“8V 4W”的字样,当开关S闭合,滑片P在中点时,电压表的示数为4V,灯泡正常发光(假定灯泡的电阻不随温度变化而变化)。求:
(1)灯泡的电阻。
(2)该电路的电源电压。
(3)此电路工作时的最小总功率。
图7
12.如图8所示电路,电源电压为18V不变,小灯泡上标有“12V”的字样,滑动变阻器的规格为“200Ω 1A”,电流表量程为“0~0.6A”,电压表量程为“0~15V”,调节滑动变阻器滑片至某一位置时再闭合开关,小灯泡L恰好正常发光,2s内电流通过小灯泡L做功12J。不考虑温度对灯丝电阻的影响,求:
(1)小灯泡L正常发光时的电流。
(2)滑动变阻器接入电路的阻值在什么范围时才能保证电路的安全。
(3)小灯泡L两端电压为何值时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率是多少。
图8
答案
1.小灯泡的额定电压为4V 1.125 2
2.A [解析]
由电热器的铭牌可知,电热器的额定电压是220V,额定功率是100W;由P=可得,电热器的电阻:R===484Ω,电热器接入230V电路中,它的实际电压是230V,其实际功率:P实==≈109W。
3.C [解析]
由电路图可知,两个灯泡组成串联电路,串联电路中电流处处相等,所以通过两灯泡的电流相等;灯泡亮度由灯泡的实际功率决定,L1比L2亮,即L1的实际功率比L2的实际功率大,而两灯泡中电流相等,由P=I2R可知,L1的电阻比L2的电阻大;由U=IR知,L1两端电压比L2两端电压大。
4.B [解析]
电阻两端的电压:UR=IR=1.5A×8Ω=12V,此时灯泡两端的电压即为其额定电压,U灯=U-UR=24V-12V=12V,灯泡的额定功率:P=U灯I=12V×1.5A=18W。
5.D [解析]
由灯泡铭牌可知甲灯泡的额定功率小于乙灯泡的额定功率,但甲灯泡的实际功率不一定小于乙灯泡的实际功率。
由P=可知,不知道实际功率和时间,无法比较两灯泡消耗电能的多少。
由P=可得R=,两灯的电阻分别为
R甲===242Ω,
R乙===484Ω,
比较可知R甲串联电路电流处处相等,由P=I2R可知,两灯泡串联时,它们的实际功率P甲两灯泡并联在电路中时,两灯泡两端的电压相同,且R甲P乙,则甲灯泡一定比乙灯泡亮。
6.D [解析]
把三只规格为“6V 1.5W”的灯泡串联接在12V的电源两端,则每只灯泡两端的电压为4V,由图像可知,此时电路中的电流为0.2A,由欧姆定律得,灯泡的电阻:R===20Ω;则灯泡的实际功率:P实=UI=4V×0.2A=0.8W。
7.C [解析](1)甲电路中灯泡两端电压为电源电压U1,设灯泡L1、L2的电阻分别为R1、R2,灯泡L1的功率为P1=。
(2)乙电路中L1、L2两端电压U1'、U2'的和为电源电压U1,P1'=,因为U1'串联电路中电流处处相等,由于R2>R1,
根据P=I2R知,P2'>P1'。
(3)因为P1=、P2'=、U2'R1,所以P1>P2'。
综合分析:P1>P2'>P1'。
8.20 1.92
[解析]
因并联电路中各支路两端的电压相等,等于电源电压,且灯泡L正常发光,所以,电源电压U=UL=6V;由P=UI可得,通过灯泡的电流:IL===0.5A,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以通过R的电流:IR=I-IL=0.8A-0.5A=0.3A,则R===20Ω;灯泡的电阻:RL===12Ω,电源实际电压为4.8V时,该灯泡工作的实际功率:PL'===1.92W。
9.(1)50 (2)0.02 0.08
[解析](1)由图像可知,当电压为2V时,通过R的电流为0.04A,所以R===50Ω。(2)由图甲可知,当LED灯的电功率为0.06W时,LED灯两端的电压为UL=3V,通过的电流为I'=0.02A。由图像可知,I'=0.02A时,R两端的电压为1V,所以总电压为U总=4V,则P总=U总I'=4V×0.02A=0.08W。
10.解:(1)当开关S1、S2、S3均闭合时,R1短路,灯L与R0并联,电流表测干路电流,因为灯L正常发光,则有:U源=UL=U0=6V。
(2)由P=UI得,小灯泡正常发光时,通过小灯泡的电流:IL===0.5A;
根据并联电路电流的规律知,通过R0的电流为I0=I-IL=0.75A-0.5A=0.25A,
由I=可得,定值电阻R0的阻值:R0===24Ω。
(3)当开关S1闭合,S2和S3断开时,灯L与R1串联,由P=可得,灯L的电阻:RL===12Ω;电路总电阻:R总=RL+R1=12Ω+28Ω=40Ω,电路消耗的功率:P===0.9W。
11.解:(1)灯泡的电阻为RL===16Ω。
(2)滑动变阻器R与灯泡L串联,灯泡L正常发光,则UL=U额=8V,根据串联电路中的电压规律可知,电源电压为U=UL+UR=8V+4V=12V。
(3)灯泡正常发光时,通过滑动变阻器的电流为IR=I额===0.5A,此时滑动变阻器接入电路的电阻为R中===8Ω,则滑动变阻器的最大阻值为R=2R中=2×8Ω=16Ω。当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,电路中的电流最小,电路总功率最小,I小===0.375A,P小=UI小=12V×0.375A=4.5W。
12.解:(1)根据W=UIt可得,小灯泡正常发光时的电流:IL===0.5A。
(2)小灯泡的电阻:RL===24Ω;因为电流表量程为0~0.6A,IL<0.6A,所以电路中最大电流应为0.5A,则滑动变阻器接入电路的电阻最小为
R滑小===12Ω;当电压表的示数为最大值15V时,小灯泡两端的电压最小为3V,则电路中电流最小为I小===A,R滑大===120Ω。故滑动变阻器接入电路的阻值范围为12~120Ω时才能保证电路的安全。
(3)滑动变阻器的功率:P滑=I2R滑=R滑===,分析分母可知,当RL=R滑时,分母的值最小,滑动变阻器的功率最大,此时电路中的电流:I===A,小灯泡两端的电压:UL'=IRL=A×24Ω=9V,滑动变阻器的最大功率:P滑大=U滑I=(U-UL')I=(18V-9V)×A=9V×A=3.375W。