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- 人教版九年級(jí)物理全一冊(cè)通關(guān)講義 第十八章 第二節(jié) 電功率(分層作業(yè))(原卷版+解析版) 試卷 1 次下載
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人教版九年級(jí)全冊(cè)第十八章 電功率第2節(jié) 電功率練習(xí)
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這是一份人教版九年級(jí)全冊(cè)第十八章 電功率第2節(jié) 電功率練習(xí),共47頁。試卷主要包含了電能 電功,電功率,測(cè)量小燈泡的電功率,焦耳定律等內(nèi)容,歡迎下載使用。
一、電能 電功(W)
1.電能的產(chǎn)生:其他形式的能轉(zhuǎn)化為 的過程。
2.電能的單位:國(guó)際單位制——焦耳(J) 常用單位——千瓦時(shí)(kW.h),又叫度。
1度=1 kW.h 1 kW.h= J
kW h
SINGLE PHASE TYPE DD17
220V 10(20)A 50Hz
600Revs/ kW h SER NO23
3.電能表——測(cè)量用電器在一段時(shí)間內(nèi) 。
(1)參數(shù)意義:
“220 V”表示 ;
“10(20 A)”表示這個(gè)電能表的 為10A, 為20 A;
“50 Hz”表示 ;
“600 revs/kW·h”表示 。
(2)表盤上的數(shù)字表示已經(jīng)消耗的電能,單位是千瓦時(shí),計(jì)數(shù)器的最后一位是 。用 ,就表示這段時(shí)間內(nèi)用電的度數(shù)。
如:某用電器單獨(dú)工作電能表(2500 revs/kW·h)在10min內(nèi)轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn),則10min內(nèi)用電器消耗的電能是 kW·h,合 J。
4.電功: 轉(zhuǎn)化為 的過程,有多少電能發(fā)生轉(zhuǎn)化就說電流做了多少功,即電功是多少。
5.電功定義式: 推導(dǎo)公式: ;只適用于純電阻電路的推導(dǎo)式 , 。
二、電功率(P)
1.意義:表示電流做功的 。
2.電功率單位:國(guó)際單位—— , 其他單位—— 、
1kW= W 1W= mW
3.定義式: 推導(dǎo)公式: ; (純電阻電路) 、
4.串、并聯(lián)電路常用比例關(guān)系式:
(1)串聯(lián)電路: (電流)、 (電壓)、 (功率)(比較各用電器功率常用P= I2R)
(2)并聯(lián)電路: (電壓) (電流)、 (功率)(比較各用電器功率常用)
5.額定電壓(U額):用電器 時(shí)的電壓叫額定電壓。額定功率(P額):用電器 叫額定功率。
6.用電器實(shí)際工作時(shí)的三種情況:
(1)U實(shí)U額 ,P實(shí) P額——用電器不能正常工作,有可能燒壞(如果是燈泡,則表現(xiàn)為燈光極亮或迅速燒斷燈絲);
(3)U實(shí)=U額 , P實(shí) P額——用電器正常工作。我們使用各種用電器一定要注意它的額定電壓,只有在額定電壓下用電器才能正常工作。
7.由燈泡上標(biāo)有“PZ220-40”字樣可以獲取信息:
(1)燈泡額定電壓 ;
(2)燈泡額定功率 ;正常工作時(shí)的電流 ;
(3)燈泡正常工作時(shí)的電阻 或 。
(4)若接入110V的電路中,該燈實(shí)際功率為 。
三、測(cè)量小燈泡的電功率
1、伏安法測(cè)燈泡的額定功率:
(1) 原理:
(2) 電路圖:
(3) 選擇和連接實(shí)物時(shí)須注意:
電源——其電壓要 燈泡的額定電壓。
滑動(dòng)變阻器——(變阻、最大位置)根據(jù) 選擇滑動(dòng)變阻器。
電壓表——(并聯(lián)、“+” “-”接線柱)根據(jù) 選擇電壓表量程。
電流表——(串聯(lián)、“+” “-”接線柱)根據(jù) 或 選擇電流表量程。
2.燈泡的亮度是由 決定的,與 和額定功率無關(guān)。
3.額定電壓相同的燈泡,額定功率越大的燈絲越 ,電阻越 。
4.亮度與小燈泡亮度相當(dāng)?shù)陌l(fā)光二極管,小燈泡燈絲發(fā)熱消耗大量電能,發(fā)光二極管發(fā)熱少,電功率較 。
5. 測(cè)量家用電器的電功率——器材:電能表、秒表
(1) 原理:
(2)方法一:關(guān)閉家庭電路中所有用電器,記下電能表示數(shù)W1,再讓待測(cè)用電器工作一段時(shí)間t,記下電能表示數(shù)W2,則用電器在這段時(shí)間內(nèi)消耗的電能 。則該用電器的實(shí)際功率為: 。
(3)方法二:關(guān)閉家庭電路中其他用電器,只讓待測(cè)用電器工作,記錄t時(shí)間內(nèi)電能表的鋁盤轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)n,電能表參數(shù)N(=3000revs/kW﹒h),則該用電器的實(shí)際功率為: (單位:n——revs,N——revs/kW﹒h,t——h,P——kW)
四、焦耳定律
1.電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化為 ,這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。
2.探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)
(1)原理:透明容器中封閉等量空氣,根據(jù)U型管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化(也可以通過其他途徑),從而判斷電流通過電阻絲產(chǎn)生電熱的多少,這種方法叫 。
(2)實(shí)驗(yàn)方法: 。
(3)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)及現(xiàn)象分析。
① 在電流相同,通電時(shí)間相同的情況下,電阻越大,產(chǎn)生的熱量越 ;
② 在電阻相同,通電時(shí)間相同的情況下,通過電流大時(shí),產(chǎn)生的熱量越 。
3.焦耳定律:
(1)內(nèi)容: 。
(2)電熱定義式:
4.純電阻電路,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(Q=W),除了用Q=I2Rt計(jì)算電熱外,下列公式Q=W =UIt = =Pt都可計(jì)算電熱(也是消耗的電能);非純電阻電路,電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。求Q時(shí)只能用Q=I2Rt。
5.利用電熱的例子:熱水器、電飯鍋、電熨斗、電熱孵化器等。防止電熱的例子:電視機(jī)外殼的散熱窗;計(jì)算機(jī)內(nèi)的散熱風(fēng)扇、電動(dòng)機(jī)外殼的散熱片等。
專題突破
專題一.電功和電能
(一)解讀:
電能的獲取與利用是靠能的轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的,中考常以生產(chǎn)生活中相關(guān)現(xiàn)象為載體,以填空題和選擇題的形式考查使用相關(guān)設(shè)備過程中能的轉(zhuǎn)化情況,試題難度較小。
(二)典例突破
例1.(2022·山東青島·中考真題)下列電流做功的過程中,電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是( )
A.電風(fēng)扇吹風(fēng)B.電燈發(fā)光C.電飯鍋煮飯D.電解水制氧
例2.(2022·廣西河池·中考真題)現(xiàn)代社會(huì)生活和生產(chǎn)幾乎處處離不開電,用電,實(shí)際上用的是電能。下列關(guān)于電能和電功的說法正確的是( )
A.用電器通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能
B.發(fā)電站把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能
C.電功和電能的單位都是瓦特
D.電功和電能是同一個(gè)物理量
專題二.分析動(dòng)態(tài)電路
(一)解讀:
中考常以填空題和選擇題的形式考查對(duì)動(dòng)態(tài)電路的分析,電路中電流表和電壓表示數(shù)變化、電阻功率的變化是常見的考查點(diǎn),試題難度較大。
(二)典例突破
例3.(2022·內(nèi)蒙古呼和浩特·中考真題)如圖所示電路,電源電壓恒定。下列說法正確的是( )
A.只閉合K2時(shí)電流表示數(shù)大于只閉合K1、K3時(shí)電流表示數(shù)
B.只閉合K2時(shí)電壓表示數(shù)大于只閉合K1、K3時(shí)電壓表示數(shù)
C.只閉合K1、K3,當(dāng)R2滑片向左移動(dòng)時(shí),R1的功率逐漸變大
D.只閉合K1、K3,當(dāng)R2滑片向右移動(dòng)時(shí),電源總功率逐漸變大
例4.(2022·黑龍江齊齊哈爾·中考真題)如圖所示,閉合開關(guān)S,向右調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P,忽略溫度對(duì)燈絲電阻的影響,下列說法正確的是( )
A.電壓表示數(shù)變大,電壓表與電流表示數(shù)的比值不變
B.電流表示數(shù)變小,電壓表與電流表示數(shù)的比值變大
C.小燈泡亮度變亮,電路總電阻變大
D.小燈泡亮度變暗,電路總功率變小
專題三、實(shí)驗(yàn)探究
(一)專題解讀:
1.測(cè)量小燈絕的電功率是初中階段最重要的實(shí)驗(yàn)之一,多數(shù)地區(qū)中考題必考。考查方式一般以綜合性實(shí)驗(yàn)的形式出現(xiàn),有時(shí)也會(huì)與測(cè)量電阻的實(shí)驗(yàn)通過對(duì)比的形式出現(xiàn)。
2.探究電熱的影響因素的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法和轉(zhuǎn)換法。探究 Q 與R 的關(guān)系時(shí),為了控制I、t 一定,常將不同阻值的電熱絲串聯(lián)起來;探究 Q 與I的關(guān)系時(shí),為了控制R、 t一定,常用三個(gè)阻值相同的電阻進(jìn)行混聯(lián),利用了并聯(lián)分流的知識(shí)。實(shí)驗(yàn)中,一般是通過被加熱對(duì)象溫度或體積的變化來判斷產(chǎn)生電熱的多少。
(二)典例突破:
例5.(2022·四川遂寧·中考真題)小志同學(xué)在“測(cè)量小燈泡電功率”實(shí)驗(yàn)中,用到的器材有:新干電池兩節(jié)、小燈泡(標(biāo)有0.3A)1只、電流表1只、電壓表1只、滑動(dòng)變阻器1只、開關(guān)1支,導(dǎo)線若干。
(1)請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線,在圖甲中將實(shí)驗(yàn)電路連接完整(要求滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)電流表的示數(shù)變?。? );
(2)連接好電路,閉合開關(guān),發(fā)現(xiàn)燈不亮,電流表無示數(shù),電壓表示數(shù)接近3V,造成這一現(xiàn)象的原因可能是___________(選填序號(hào));
①小燈泡短路; ②小燈泡開路; ③滑動(dòng)變阻器短路; ④滑動(dòng)變阻器開路
(3)排除故障,進(jìn)行實(shí)驗(yàn),當(dāng)電流表的示數(shù)如圖乙時(shí),為了測(cè)量小燈泡的額定功率,應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向___________(選填“A”或“B”)端移動(dòng),當(dāng)電流表示數(shù)達(dá)到0.3A時(shí),電壓表的示數(shù)如圖丙,則小燈泡的額定功率為___________W;
(4)小剛用相同的器材進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓表損壞,他找來一只阻值為R0的定值電阻,設(shè)計(jì)了如圖丁所示的電路,也可測(cè)出小燈泡的額定功率,主要的操作步驟如下:
①把電流表接在a處,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑片P,使電流表的示數(shù)為I額;
②保持滑片P的位置不變,斷開開關(guān),把電流表接在b處,閉合開關(guān),讀出電流表的示數(shù)為I;
③計(jì)算得出小燈泡的額定功率P額=___________(用R0、I額、I表示)。
例6.(2022·湖北宜昌·中考真題)小杰和小芳在探究“電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,在兩個(gè)透明容器中密封等量的空氣,各放置一段電阻絲,并連接一個(gè)裝水的U形管,通過U形管中水面的高度差來判斷電阻產(chǎn)生熱量的多少。裝置的密封性能良好,電源電壓為6V。
(1)小杰根據(jù)圖甲觀察到的現(xiàn)象得到“在通電時(shí)間和電阻相同時(shí),______,電阻產(chǎn)生的熱量越多”的結(jié)論。
(2)小芳猜想電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小有關(guān),下列能支持她猜想的現(xiàn)象是( )
A.正常工作時(shí),“36V 54W”的燈泡比“12V 6W”的燈泡亮
B.接線板上接入的用電器越多,導(dǎo)線越容易發(fā)熱
C.電熨斗工作時(shí)發(fā)熱明顯,而與之相連的導(dǎo)線卻不怎么熱
(3)為了驗(yàn)證猜想,小芳選用了5Ω和100Ω的電阻絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn),如圖乙所示,請(qǐng)你用筆畫線把電路連接完整。______閉合開關(guān),她發(fā)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間后兩個(gè)U形管的高度差均不明顯,原因是______,請(qǐng)你提出改進(jìn)辦法:______。
專題四.綜合應(yīng)用
(一)解讀:
公式法是解答電功、電功率和電熱計(jì)算題的基本方法,常用的公式有:
1.電功:W=Pt、W=UIt、、(后兩個(gè)公式為純電阻電路適用)。
2.電功率:
(1)公式P=eq \f(W,t),可推導(dǎo)出公式W=Pt和t=eq \f(W,P),一般適用于結(jié)合電功率的計(jì)算。
(2)公式P=UI,可推導(dǎo)出公式U=eq \f(P,I)和I=eq \f(P,U) 。
(3)由P=UI=IR·I得公式P=I2R,可推導(dǎo)出公式R=eq \f(P,I2)和I=eq \r(\f(P,R)),一般適用于串聯(lián)電路中P與R的定性判斷。
(4)由P=UI=U ? eq \f(U,R)得公式P=eq \f(U2,R),可推導(dǎo)出公式R=eq \f(U2,P)和U=eq \r(PR),一般適用于并聯(lián)電路中P與R的定性判斷。
3.電熱:
(1)純電阻電路:,可以用計(jì)算電功的公式計(jì)算電熱;
(2)非純電阻電路:。
(二)典例突破
例7.(2022·湖北黃岡·中考真題)圖甲是某型號(hào)能設(shè)定加熱溫度的家用空氣炸鍋,其簡(jiǎn)化電路如圖乙所示,它是通過電熱絲R1來加熱空氣,從而加熱食物,達(dá)到設(shè)定加熱溫度后,斷開開關(guān)。求:
(1)將5×10-3kg的空氣從20℃加熱到200℃需要吸收的熱量。c空氣取1.0×103J/(kg·℃);
(2)工作電路中電熱絲Rt與指示燈支路并聯(lián)。已知R1的額定電壓為220V,額定功率為1210W。正常工作時(shí),工作電路的總電流為5.55A,此時(shí)指示燈支路消耗的功率;
(3)控制電路電源電壓恒定,通過調(diào)節(jié)變阻器R3接入電路的阻值來設(shè)置加熱溫度,電阻R2置于溫度監(jiān)測(cè)區(qū)域,它的阻值隨溫度變化的關(guān)系如圖丙所示。當(dāng)加熱溫度設(shè)定為150℃,即R3的阻值調(diào)為100?時(shí),閉合開關(guān)S,電磁繼電器(不計(jì)線圈的電阻)的銜鐵被吸下,工作電路接通,開始加熱;直到溫度達(dá)到150℃時(shí),銜鐵向上彈起,停止加熱。則當(dāng)R3的阻值調(diào)為80?時(shí),對(duì)應(yīng)的加熱溫度設(shè)定為多少?
例8.(2022·山東泰安·中考真題)如圖所示,物理科技小組設(shè)計(jì)的具有防干燒功能的空氣加濕器裝置模型,由控制器和加熱器組成,可在水量不足時(shí)自動(dòng)停止加熱。加熱器有高、低兩個(gè)檔位,由開關(guān)和加熱電阻絲、組成,,;控制電路電壓恒定,,為壓敏電阻,下方固定一個(gè)輕質(zhì)絕緣形硬質(zhì)桿,水箱注水后圓柱形浮體豎直上浮,通過形桿對(duì)壓敏電阻產(chǎn)生壓力,所受壓力每增加,電阻減小。浮體體積為,質(zhì)量為??萍夹〗M對(duì)加濕器進(jìn)行測(cè)試:向水箱內(nèi)緩慢注水,當(dāng)液面上升至浮體體積的浸入水中時(shí),電磁鐵線圈中電流為,此時(shí)銜鐵恰好被吸下,加熱器開始工作;當(dāng)液面上升至浮體體積的浸入水中時(shí),電磁鐵線圈中電流為;當(dāng)水箱注水量達(dá)到最大值時(shí),電磁鐵線圈中電流為。形硬質(zhì)桿的質(zhì)量和電磁鐵線圈電阻忽略不計(jì),取,水的密度為,水的比熱容為。
(1)當(dāng)加熱器處于高檔位時(shí),加熱所產(chǎn)生的熱量全部被的水吸收,水溫升高了25℃。求加熱器的高檔功率和低檔功率;
(2)求浮體體積的浸入水中時(shí)受到的浮力和此時(shí)壓敏電阻受到的壓力;
(3)求水箱注水量達(dá)到最大值時(shí),浮體浸入水中的體積。
例9.(2022·湖南婁底·中考真題)如圖所示為大疆航拍無人機(jī),由于體積小,操控安全方便,拍攝效果好,深受攝影愛好者喜歡,下表是它的部分技術(shù)參數(shù)。
(1)該無人機(jī)重為多少牛頓;
(2)無人機(jī)四腳著地平放在地面上時(shí),對(duì)地面的壓強(qiáng)為多少;
(3)無人機(jī)以最大水平飛行速度勻速飛行420米所用時(shí)間是多少;
(4)電池充滿后儲(chǔ)存的電能是多少焦耳;
(5)某次航拍過程中,無人機(jī)以8m/s的速度勻速豎直上升,正常工作時(shí)它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為80%,則該過程中無人機(jī)電池工作電流多大。(不計(jì)空氣阻力)
例10.(2022·廣東深圳·中考真題)小明設(shè)計(jì)了如圖甲的模擬智能測(cè)溫報(bào)警電路:電源電壓調(diào)為12V,報(bào)警器(電阻不計(jì))通過的電流超過10mA時(shí)就會(huì)報(bào)警,熱敏電阻RT其阻值隨溫度T的變化關(guān)系如圖乙所示。要求:當(dāng)所測(cè)溫度達(dá)到或超過37.3℃時(shí),系統(tǒng)報(bào)警。
(1)計(jì)算R0;
(2)38℃時(shí)電流約為多少?
(3)36℃到40℃的過程中,電路最大總功率。
例11..(2022·黑龍江綏化·中考真題)如圖甲所示的電路,電源電壓可調(diào),R為標(biāo)有“1A”字樣的滑動(dòng)變阻器,a、c為其兩個(gè)端點(diǎn),電流表量程為0~3A,電壓表量程為0~15V,L1、L2是額定電壓均為6V的小燈泡,其電流與電壓的關(guān)系如圖乙所示。求:
(1)L1正常發(fā)光時(shí)的電阻;
(2)閉合開關(guān)S,斷開S1、S2,在不損壞電路的情況下,使其中一盞燈正常發(fā)光,電壓表示數(shù)是多少?
(3)閉合開關(guān)S、S2,斷開S1,將電源電壓調(diào)至14V,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P在b點(diǎn)時(shí),小燈泡正常發(fā)光,此時(shí)Rab:Rbc=1:2,則滑動(dòng)變阻器的最大阻值是多少歐姆?
(4)若不限制電路中各開關(guān)的狀態(tài),滑動(dòng)變阻器滑片P的移動(dòng)范圍為中點(diǎn)位置至最大阻值處;現(xiàn)移動(dòng)滑片P的同時(shí)調(diào)節(jié)電源電壓,使電路中有小燈泡正常發(fā)光,其它各元件均安全,每種電路對(duì)應(yīng)的總功率變化范圍。
當(dāng)堂檢測(cè):
1.如圖所示電路中,電源電壓保持不變。當(dāng)開關(guān)S閉合,滑動(dòng)變阻器的滑片P從中點(diǎn)向右移動(dòng)時(shí),下列說法正確的是( )
A.小燈泡變暗B.電壓表示數(shù)變大
C.電流表示數(shù)變小D.電壓表與電流表的示數(shù)之比不變
2.如圖所示電路,電源電壓保持不變,當(dāng)閉合開關(guān) S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值從最大變化到最小,兩個(gè)電阻的“U-I”關(guān)系圖像如圖所示,則下列判斷正確的是( )
A.電源電壓為 8V
B.定值電阻 R1 的阻值為 20Ω
C.滑動(dòng)變阻器 R2的阻值變化范圍為 0~10Ω
D.此電路的最小總功率為 1.2W
3.如圖甲所示,電源電壓保持不變,滑動(dòng)變阻器R1標(biāo)有“50Ω 0.5A”的字樣,R2=10Ω,燈泡 L上標(biāo)有“5V”的字樣,電壓表量程為 0~15V,電流表量程為 0~0.6A。將 R1的滑片 P 移至 b 端,閉合開關(guān) S、S1,調(diào)節(jié) R1的滑片P,并繪制出電流表示數(shù)與電壓表示數(shù)的變化關(guān)系圖像如圖乙所示。在保證電路安全的前提下,下列說法正確的是( )
A.滑動(dòng)變阻器接入電路中的最小阻值是 5Ω
B.電路總功率的變化范圍是0.5W~1.5W
C.若將電壓表量程換為 0~3V,閉合開關(guān) S、S2,電流表示數(shù)的變化范圍是0.1A~0.5A
D.若將電壓表量程換為 0~3V,閉合開關(guān) S、S2,R2的功率變化范圍是 0.1W~0.9W
4.將標(biāo)有“12V 6W”的燈泡 L1 和“6V 3W”的燈泡 L2(不考慮燈絲電阻隨溫度的變化)串聯(lián)在 12V 的電源上,閉合開關(guān)后,L1、L2 的實(shí)際功率之比 P1 : P2 =______。若將它們并聯(lián)使用,在電路安全的情況下,電路的最大總功率為______W。
5.如圖甲所示,燈泡L標(biāo)有“6V 3W”的字樣,電源電壓及燈絲電阻保持不變,滑動(dòng)變阻器最大阻值為100Ω,電流表的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~15V。只閉合開關(guān)S、S2,移動(dòng)滑片P的過程中,電流表示數(shù)與滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值變化關(guān)系如圖乙所示,當(dāng)滑片P在某一位置時(shí),電流表的示數(shù)為I1,電壓表示數(shù)為3V;只閉合開關(guān)S、S1,滑片P移動(dòng)到另一位置時(shí),電流表示數(shù)比I1減小了0.2A,滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值是定值電阻R0阻值的倍,求:
(1)燈泡正常工作時(shí)的電阻為___________;
(2)電源電壓___________;
(3)只閉合開關(guān)S、S1,在保證電流表、電壓表和燈泡都安全的情況下,求滑動(dòng)變阻器連入電阻中的最小阻值___________。
6.小鵬同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室找到兩個(gè)額定電流均為0.3A、額定電壓標(biāo)識(shí)模糊不清的燈泡。從實(shí)驗(yàn)老師處得知兩燈的額定電壓分別為“2.5V”和“3V”,但由于標(biāo)識(shí)模糊不清,無法區(qū)分。小鵬同學(xué)想通過如圖甲所示的電路,根據(jù)已學(xué)的電學(xué)知識(shí),區(qū)分這兩個(gè)小燈泡。
(1)用筆畫線代替導(dǎo)線,將圖甲中的器材連接成完整電路;______
(2)連接電路并閉合開關(guān),小鵬發(fā)現(xiàn)燈泡不亮,電流表和電壓表都有較小的示數(shù),無論怎樣移動(dòng)滑片,燈泡都不發(fā)光,兩表示數(shù)均無變化,其原因可能是______
A.燈泡短路 B.燈泡斷路 C.滑動(dòng)變阻器接的是下端兩接線柱
(3)故障排除后,移動(dòng)滑片到某一位置,電流表的示數(shù)如圖乙所示,此時(shí)通過燈泡的電流為______A;要使該燈泡正常發(fā)光,應(yīng)將圖甲中滑動(dòng)變阻器的滑片向______(選填“A”或“B”)端移動(dòng),且眼睛注視______(選填“電壓表”或“電流表”)的示數(shù)達(dá)到額定值。
(4)小鵬繼續(xù)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,記下多組數(shù)據(jù),并繪制成圖丙所示小燈泡的I-U圖像,確定該燈泡的額定電壓,并計(jì)算出該燈泡的額定功率為______W。
(5)同組的小鑫同學(xué)認(rèn)為采用圖丁所示的方法也可分辨這兩個(gè)小燈泡:閉合開關(guān)后,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,使電流表的示數(shù)為0.3A,這時(shí)他發(fā)現(xiàn)L1比L2更亮一些,則L1的額定電壓為______V。
(6)小鵬利用(4)問中已測(cè)量的燈泡,接入如圖戊所示的電路中,從而測(cè)出未知電阻Rx的阻值。具體步驟如下:
①只閉合開關(guān)S0、S1,斷開S2,移動(dòng)滑片,使電壓表示數(shù)為1V;
②保持滑片位置不變,斷開S1,閉合S0、S2,讀出電壓表示數(shù)為2.6V;
③根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得:Rx的阻值為______Ω。
7.探究“影響電流熱效應(yīng)的因素”實(shí)驗(yàn)中:
(1)為了探究電流通過電阻產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系,小明設(shè)計(jì)了甲圖裝置,在燒瓶?jī)?nèi)安裝一根電阻絲,并插入一支溫度計(jì),實(shí)驗(yàn)中燒瓶?jī)?nèi)液體選擇了煤油而不是水,這樣選擇的理由是___________;
(2)小明先測(cè)量燒瓶?jī)?nèi)液體的溫度后,閉合開關(guān),通電30s再測(cè)量燒瓶?jī)?nèi)液體的溫度,得到溫度的升高量填入表中;然后移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片改變電流大小,重復(fù)上述操作,獲得第二組數(shù)據(jù)(見表):
由此得出:同一導(dǎo)體,在___________相等時(shí),___________越大,其產(chǎn)生的熱量越多;
(3)若要探究電流通過電阻產(chǎn)生熱量與電阻的關(guān)系,可選擇乙圖中___________(選填“A”或“B”)燒瓶中的電阻與甲圖中的燒瓶電阻___________(串/并)聯(lián);
(4)小明提議利用上述實(shí)驗(yàn)裝置改做“比較水和煤油的吸熱能力”的實(shí)驗(yàn),則他應(yīng)選擇乙圖中___________(選填“A”或“B”)燒瓶與甲圖中的燒瓶并聯(lián),并將其中一燒瓶中的液體換成___________相同的水,實(shí)驗(yàn)時(shí)水和煤油吸熱的多少是通過___________(溫度升高量/加熱時(shí)間)來間接反映的,這種研究物理問題的方法叫___________。
8.小紅在家煲湯時(shí)使用的電飯煲的部分參數(shù)如表所示,其簡(jiǎn)化電路如圖乙所示,R1、R2均是發(fā)熱電阻(阻值不隨溫度變化),欲將質(zhì)量為1.2kg,初溫為20℃的湯加熱至100℃,設(shè)此湯的比熱容為c湯=4.0×103J/(kg·℃),求:
(1)湯需要吸收的熱量;
(2)利用電飯煲高溫?fù)蹯覝珪r(shí),將湯由20℃的湯加熱至100℃需要16分鐘,則電飯煲的效率是多少?
(3)計(jì)算R1和R2的電阻分別是多少?(寫出開關(guān)位置和電路處于高溫檔還是低溫檔)
9.超高壓水刀是一種新技術(shù)產(chǎn)品,一般由水泵、射流發(fā)生裝置、工作機(jī)構(gòu)等組成。它將普通水經(jīng)過多級(jí)增壓后,通過一個(gè)極細(xì)的噴嘴噴出一道高速“水箭’、可以對(duì)堅(jiān)硬物體實(shí)施切割,如圖所示。某超高壓水刀噴嘴橫截面積,噴水速度,高速“水箭”對(duì)該切割面的壓強(qiáng)。已知水泵電機(jī)功率,水的密度。求:
(1)水刀正常工作1min消耗的電能;
(2)高速“水箭”對(duì)切割面的壓力;
(3)一分鐘從噴嘴噴出的水的質(zhì)量;
(4)水刀的效率。
第18章 電功率
知識(shí)清單
一、電能 電功(W)
1.電能的產(chǎn)生:其他形式的能轉(zhuǎn)化為 的過程。
2.電能的單位:國(guó)際單位制——焦耳(J) 常用單位——千瓦時(shí)(kW.h),又叫度。
1度=1 kW.h 1 kW.h= J
kW h
SINGLE PHASE TYPE DD17
220V 10(20)A 50Hz
600Revs/ kW h SER NO23
3.電能表——測(cè)量用電器在一段時(shí)間內(nèi) 。
(1)參數(shù)意義:
“220 V”表示 ;
“10(20 A)”表示這個(gè)電能表的 為10A, 為20 A;
“50 Hz”表示 ;
“600 revs/kW·h”表示 。
(2)表盤上的數(shù)字表示已經(jīng)消耗的電能,單位是千瓦時(shí),計(jì)數(shù)器的最后一位是 。用 ,就表示這段時(shí)間內(nèi)用電的度數(shù)。
如:某用電器單獨(dú)工作電能表(2500 revs/kW·h)在10min內(nèi)轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn),則10min內(nèi)用電器消耗的電能是 kW·h,合 J。
4.電功: 轉(zhuǎn)化為 的過程,有多少電能發(fā)生轉(zhuǎn)化就說電流做了多少功,即電功是多少。
5.電功定義式: 推導(dǎo)公式: ;只適用于純電阻電路的推導(dǎo)式 , 。
二、電功率(P)
1.意義:表示電流做功的 。
2.電功率單位:國(guó)際單位—— , 其他單位—— 、
1kW= W 1W= mW
3.定義式: 推導(dǎo)公式: ; (純電阻電路) 、
4.串、并聯(lián)電路常用比例關(guān)系式:
(1)串聯(lián)電路: (電流)、 (電壓)、 (功率)(比較各用電器功率常用P= I2R)
(2)并聯(lián)電路: (電壓) (電流)、 (功率)(比較各用電器功率常用)
5.額定電壓(U額):用電器 時(shí)的電壓叫額定電壓。額定功率(P額):用電器 叫額定功率。
6.用電器實(shí)際工作時(shí)的三種情況:
(1)U實(shí)U額 ,P實(shí) P額——用電器不能正常工作,有可能燒壞(如果是燈泡,則表現(xiàn)為燈光極亮或迅速燒斷燈絲);
(3)U實(shí)=U額 , P實(shí) P額——用電器正常工作。我們使用各種用電器一定要注意它的額定電壓,只有在額定電壓下用電器才能正常工作。
7.由燈泡上標(biāo)有“PZ220-40”字樣可以獲取信息:
(1)燈泡額定電壓 ;
(2)燈泡額定功率 ;正常工作時(shí)的電流 ;
(3)燈泡正常工作時(shí)的電阻 或 。
(4)若接入110V的電路中,該燈實(shí)際功率為 。
三、測(cè)量小燈泡的電功率
1、伏安法測(cè)燈泡的額定功率:
(1) 原理:
(2) 電路圖:
(3) 選擇和連接實(shí)物時(shí)須注意:
電源——其電壓要 燈泡的額定電壓。
滑動(dòng)變阻器——(變阻、最大位置)根據(jù) 選擇滑動(dòng)變阻器。
電壓表——(并聯(lián)、“+” “-”接線柱)根據(jù) 選擇電壓表量程。
電流表——(串聯(lián)、“+” “-”接線柱)根據(jù) 或 選擇電流表量程。
2.燈泡的亮度是由 決定的,與 和額定功率無關(guān)。
3.額定電壓相同的燈泡,額定功率越大的燈絲越 ,電阻越 。
4.亮度與小燈泡亮度相當(dāng)?shù)陌l(fā)光二極管,小燈泡燈絲發(fā)熱消耗大量電能,發(fā)光二極管發(fā)熱少,電功率較 。
5. 測(cè)量家用電器的電功率——器材:電能表、秒表
(1) 原理:
(2)方法一:關(guān)閉家庭電路中所有用電器,記下電能表示數(shù)W1,再讓待測(cè)用電器工作一段時(shí)間t,記下電能表示數(shù)W2,則用電器在這段時(shí)間內(nèi)消耗的電能 。則該用電器的實(shí)際功率為: 。
(3)方法二:關(guān)閉家庭電路中其他用電器,只讓待測(cè)用電器工作,記錄t時(shí)間內(nèi)電能表的鋁盤轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)n,電能表參數(shù)N(=3000revs/kW﹒h),則該用電器的實(shí)際功率為: (單位:n——revs,N——revs/kW﹒h,t——h,P——kW)
四、焦耳定律
1.電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化為 ,這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。
2.探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)
(1)原理:透明容器中封閉等量空氣,根據(jù)U型管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化(也可以通過其他途徑),從而判斷電流通過電阻絲產(chǎn)生電熱的多少,這種方法叫 。
(2)實(shí)驗(yàn)方法: 。
(3)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)及現(xiàn)象分析。
① 在電流相同,通電時(shí)間相同的情況下,電阻越大,產(chǎn)生的熱量越 ;
② 在電阻相同,通電時(shí)間相同的情況下,通過電流大時(shí),產(chǎn)生的熱量越 。
3.焦耳定律:
(1)內(nèi)容: 。
(2)電熱定義式:
4.純電阻電路,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(Q=W),除了用Q=I2Rt計(jì)算電熱外,下列公式Q=W =UIt = =Pt都可計(jì)算電熱(也是消耗的電能);非純電阻電路,電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。求Q時(shí)只能用Q=I2Rt。
5.利用電熱的例子:熱水器、電飯鍋、電熨斗、電熱孵化器等。防止電熱的例子:電視機(jī)外殼的散熱窗;計(jì)算機(jī)內(nèi)的散熱風(fēng)扇、電動(dòng)機(jī)外殼的散熱片等。
參考答案
一、1.電能 2. 3.6×106 3.消耗的電能 (1)這個(gè)電能表應(yīng)該在220V的電路中使用 標(biāo)定電流 額定最大電流 這個(gè)電能表在50 Hz的交流電中使用 接在這個(gè)電能表上的用電器,每消耗1千瓦時(shí)的電能,電能表上的表盤轉(zhuǎn)過600轉(zhuǎn) (2)小數(shù) 電能表起始和結(jié)束時(shí)計(jì)數(shù)器的示數(shù)之差 0.02 7.2×104 4.電能 其他形式能 5.W=UIt W=Pt W=I2Rt
二、1.快慢 2.瓦特(W) 千瓦(kW) 毫瓦(mW) 103 103 3. P=UI P= I2R 4.(1)I1:I2=1:1 (2)U1:U2=1:1 5.正常工作 在額定電壓下的功率 6.(1) < (2) > (3) = 7.(1)U額=220V (2)P額=40W (3) (4)
三、1.(1) P=UI (3)高于 能否調(diào)到燈泡的額定電壓 額定電壓 2.其所消耗的實(shí)際電功率 額定電壓 3.粗 小 4 .小 5.(1) (2)W=W2-W1 (3)
四、1.內(nèi)能 2.(1)轉(zhuǎn)換法 (2)控制變量法 (3)① 多 ②多 3.(1)電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比,跟導(dǎo)體的電阻成正比,跟通電時(shí)間成正比 (2)Q=I2Rt
專題突破
專題一.電功和電能
(一)解讀:
電能的獲取與利用是靠能的轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的,中考常以生產(chǎn)生活中相關(guān)現(xiàn)象為載體,以填空題和選擇題的形式考查使用相關(guān)設(shè)備過程中能的轉(zhuǎn)化情況,試題難度較小。
(二)典例突破
例1.(2022·山東青島·中考真題)下列電流做功的過程中,電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是( )
A.電風(fēng)扇吹風(fēng)B.電燈發(fā)光C.電飯鍋煮飯D.電解水制氧
【答案】A
【解析】A.電風(fēng)扇吹風(fēng),將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能,轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的部分較多,故A符合題意;
B.電燈發(fā)光,將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能,故B不符合題意;
C.電飯鍋煮飯,將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故C不符合題意;
D.電解水制氧,將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,故D不符合題意。
故選A。
例2.(2022·廣西河池·中考真題)現(xiàn)代社會(huì)生活和生產(chǎn)幾乎處處離不開電,用電,實(shí)際上用的是電能。下列關(guān)于電能和電功的說法正確的是( )
A.用電器通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能
B.發(fā)電站把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能
C.電功和電能的單位都是瓦特
D.電功和電能是同一個(gè)物理量
【答案】A
【解析】A.根據(jù)電功的實(shí)質(zhì)可知,電流做了多少功,就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,故A正確;
B.發(fā)電站是把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能,故B錯(cuò)誤;
C.電功和電能的單位都是焦耳,故C錯(cuò)誤;
D.電流做功的過程,是將電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過程,所以電功不是電能,故D錯(cuò)誤。
故選A。
專題二.分析動(dòng)態(tài)電路
(一)解讀:
中考常以填空題和選擇題的形式考查對(duì)動(dòng)態(tài)電路的分析,電路中電流表和電壓表示數(shù)變化、電阻功率的變化是常見的考查點(diǎn),試題難度較大。
(二)典例突破
例3.(2022·內(nèi)蒙古呼和浩特·中考真題)如圖所示電路,電源電壓恒定。下列說法正確的是( )
A.只閉合K2時(shí)電流表示數(shù)大于只閉合K1、K3時(shí)電流表示數(shù)
B.只閉合K2時(shí)電壓表示數(shù)大于只閉合K1、K3時(shí)電壓表示數(shù)
C.只閉合K1、K3,當(dāng)R2滑片向左移動(dòng)時(shí),R1的功率逐漸變大
D.只閉合K1、K3,當(dāng)R2滑片向右移動(dòng)時(shí),電源總功率逐漸變大
【答案】D
【解析】AB.只閉合K2時(shí),電路為R1與R2的串聯(lián)電路,電壓表測(cè)量定值電阻兩端的電壓,電流表測(cè)量電路中的電流;只閉合K1、K3時(shí),電路為R1與R2的并聯(lián)電路,電流表測(cè)量干路中的電流,電壓表測(cè)量電源電壓;根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可知,電壓表示數(shù)會(huì)變大;根據(jù)并聯(lián)電路的電流規(guī)律可知,電流表示數(shù)變大,故AB錯(cuò)誤;
C.只閉合K1、K3,當(dāng)R2滑片向左移動(dòng)時(shí),根據(jù)并聯(lián)電路各支路互不影響可知,R1的功率不變,故C錯(cuò)誤;
D.只閉合K1、K3,當(dāng)R2滑片向右移動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻變小,通過滑動(dòng)變阻器的電流變大;由于并聯(lián)電路互不影響,通過定值電阻的電流不變,所以干路中的電流變大,根據(jù)可知,電源總功率逐漸變大,故D正確。
故選D。
例4.(2022·黑龍江齊齊哈爾·中考真題)如圖所示,閉合開關(guān)S,向右調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P,忽略溫度對(duì)燈絲電阻的影響,下列說法正確的是( )
A.電壓表示數(shù)變大,電壓表與電流表示數(shù)的比值不變
B.電流表示數(shù)變小,電壓表與電流表示數(shù)的比值變大
C.小燈泡亮度變亮,電路總電阻變大
D.小燈泡亮度變暗,電路總功率變小
【答案】D
【解析】AB.由電路圖知道,燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián),電壓表測(cè)燈泡兩端的電壓,電流表測(cè)電路中的電流,由歐姆定律知道,電壓表與電流表示數(shù)的比值等于燈泡的電阻值,由于忽略溫度對(duì)燈絲電阻的影響,所以,閉合開關(guān)S,向右調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P時(shí),電壓表與電流表示數(shù)的比值不變;但接入電路中的電阻變大,電路中的總電阻變大,由知道,電路中的電流變小,即電流表的示數(shù)變??;由U=IR知道,燈泡兩端的電壓變小,即電壓表的示數(shù)變小,故AB錯(cuò)誤;
CD.閉合開關(guān)S,向右調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P時(shí),電路中的總電阻變大,電路中的電流變小,由知道,燈泡功率減小,亮度變暗;由于電源電壓不變,由知道,電路總功率變小,故C錯(cuò)誤,D正確。
故選D。
專題三、實(shí)驗(yàn)探究
(一)專題解讀:
1.測(cè)量小燈絕的電功率是初中階段最重要的實(shí)驗(yàn)之一,多數(shù)地區(qū)中考題必考。考查方式一般以綜合性實(shí)驗(yàn)的形式出現(xiàn),有時(shí)也會(huì)與測(cè)量電阻的實(shí)驗(yàn)通過對(duì)比的形式出現(xiàn)。
2.探究電熱的影響因素的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法和轉(zhuǎn)換法。探究 Q 與R 的關(guān)系時(shí),為了控制I、t 一定,常將不同阻值的電熱絲串聯(lián)起來;探究 Q 與I的關(guān)系時(shí),為了控制R、 t一定,常用三個(gè)阻值相同的電阻進(jìn)行混聯(lián),利用了并聯(lián)分流的知識(shí)。實(shí)驗(yàn)中,一般是通過被加熱對(duì)象溫度或體積的變化來判斷產(chǎn)生電熱的多少。
(二)典例突破:
例5.(2022·四川遂寧·中考真題)小志同學(xué)在“測(cè)量小燈泡電功率”實(shí)驗(yàn)中,用到的器材有:新干電池兩節(jié)、小燈泡(標(biāo)有0.3A)1只、電流表1只、電壓表1只、滑動(dòng)變阻器1只、開關(guān)1支,導(dǎo)線若干。
(1)請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線,在圖甲中將實(shí)驗(yàn)電路連接完整(要求滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)電流表的示數(shù)變?。? );
(2)連接好電路,閉合開關(guān),發(fā)現(xiàn)燈不亮,電流表無示數(shù),電壓表示數(shù)接近3V,造成這一現(xiàn)象的原因可能是___________(選填序號(hào));
①小燈泡短路; ②小燈泡開路; ③滑動(dòng)變阻器短路; ④滑動(dòng)變阻器開路
(3)排除故障,進(jìn)行實(shí)驗(yàn),當(dāng)電流表的示數(shù)如圖乙時(shí),為了測(cè)量小燈泡的額定功率,應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向___________(選填“A”或“B”)端移動(dòng),當(dāng)電流表示數(shù)達(dá)到0.3A時(shí),電壓表的示數(shù)如圖丙,則小燈泡的額定功率為___________W;
(4)小剛用相同的器材進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓表損壞,他找來一只阻值為R0的定值電阻,設(shè)計(jì)了如圖丁所示的電路,也可測(cè)出小燈泡的額定功率,主要的操作步驟如下:
①把電流表接在a處,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑片P,使電流表的示數(shù)為I額;
②保持滑片P的位置不變,斷開開關(guān),把電流表接在b處,閉合開關(guān),讀出電流表的示數(shù)為I;
③計(jì)算得出小燈泡的額定功率P額=___________(用R0、I額、I表示)。
【答案】 ② A 0.75
【解析】(1)[1]因電源為兩節(jié)新干電池,則電源電壓為3V,故電壓表選擇小量程,要求滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)電流表的示數(shù)變小,則此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值應(yīng)變大,故滑動(dòng)變阻器應(yīng)接入左下接線柱,電路連接如下圖所示
(2)[2]閉合開關(guān),發(fā)現(xiàn)燈不亮,電流表無示數(shù),則電路中可能存在開路,而電壓表示數(shù)接近3V,故可知電壓表與電源接通,則與電壓表并聯(lián)的部分出現(xiàn)開路,即小燈泡開路,故選②。
(3)[3]因電流表選擇小量程,故電流表的分度值為0.02A,由圖乙可知,電流表的示數(shù)為0.14A,因小燈泡的額定電流為0.3A,故為了測(cè)量小燈泡的額定功率,應(yīng)增大通過小燈泡的電流,故應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值,則應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向A端移動(dòng)。
[4]因電壓表選擇小量程,分度值為0.1V,故由圖丙可知,電壓表的示數(shù)為U=2.5V,由P=UI可得,小燈泡的額定功率為
P=UI=2.5V×0.3A=0.75W
(4)③[5]由電路圖可知,小燈泡L與定值電阻R0并聯(lián),由步驟①可知,把電流表接在a處,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑片P,使電流表的示數(shù)為I額,則此時(shí)小燈泡正常工作,電流表的示數(shù)為流過小燈泡支路的電流,此時(shí)定值電阻兩端電壓等于小燈泡的額定電壓,由步驟②可知,保持滑片P的位置不變,斷開開關(guān),把電流表接在b處,閉合開關(guān),讀出電流表的示數(shù)為I,此時(shí)電流表測(cè)干路電流,故由并聯(lián)電路的電流規(guī)律可得,流過定值電阻R0的電流為
I0=I-I額
此時(shí)定值電阻兩端電壓等于小燈泡的額定電壓,由歐姆定律可得
U額=U0=I0R0=(I-I額)R0
故由P=UI可得,小燈泡的額定功率為
P額=U額I額=(I-I額)R0I額
例6.(2022·湖北宜昌·中考真題)小杰和小芳在探究“電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,在兩個(gè)透明容器中密封等量的空氣,各放置一段電阻絲,并連接一個(gè)裝水的U形管,通過U形管中水面的高度差來判斷電阻產(chǎn)生熱量的多少。裝置的密封性能良好,電源電壓為6V。
(1)小杰根據(jù)圖甲觀察到的現(xiàn)象得到“在通電時(shí)間和電阻相同時(shí),______,電阻產(chǎn)生的熱量越多”的結(jié)論。
(2)小芳猜想電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小有關(guān),下列能支持她猜想的現(xiàn)象是( )
A.正常工作時(shí),“36V 54W”的燈泡比“12V 6W”的燈泡亮
B.接線板上接入的用電器越多,導(dǎo)線越容易發(fā)熱
C.電熨斗工作時(shí)發(fā)熱明顯,而與之相連的導(dǎo)線卻不怎么熱
(3)為了驗(yàn)證猜想,小芳選用了5Ω和100Ω的電阻絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn),如圖乙所示,請(qǐng)你用筆畫線把電路連接完整。______閉合開關(guān),她發(fā)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間后兩個(gè)U形管的高度差均不明顯,原因是______,請(qǐng)你提出改進(jìn)辦法:______。
【答案】 電流越大 C 電路中電流太?。ɑ蛘唠娮杼蠡蛘唠妷禾停? 將100Ω的電阻絲換為阻值更小的電阻絲(或增大電源電壓)
【解析】(1)[1]由圖甲可知,兩容器內(nèi)的電阻大小相等,右側(cè)兩根電阻絲并聯(lián),然后與左側(cè)的電阻絲串聯(lián),根據(jù)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路特點(diǎn)可知,左側(cè)容器內(nèi)的電阻絲的電流大于右側(cè)容器內(nèi)電阻絲的電流,在通電時(shí)間相同的情況下,左側(cè)U型管內(nèi)液體的高度差大于右側(cè),說明左側(cè)電阻絲產(chǎn)生的熱量多,所以可以得出:在通電時(shí)間和電阻相同時(shí),電流越大,電阻產(chǎn)生的熱量越多。
(2)[2]要探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小有關(guān),要控制電流和通電時(shí)間相同。
A.正常工作時(shí),“36V 54W”的燈泡的電流為
“12V 6W”的燈泡的電流為
電流不同,故A不符合題意;
B.接線板上接入的用電器越多,總功率越大,在電壓不變時(shí),根據(jù)歐姆定律可知,電流越大,沒有控制電流相同,故B不符合題意;
C.電熨斗工作時(shí),內(nèi)部的電熱絲和與之相連的導(dǎo)線串聯(lián),電流和工作時(shí)間相同,由于電熱絲的電阻遠(yuǎn)大于導(dǎo)線電阻,電熱絲產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)大于導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量,說明電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小有關(guān),故C符合題意。
故選C。
(3)[3]要探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小有關(guān),在電阻不同時(shí),要控制電流和通電時(shí)間相同,應(yīng)該把電源、開關(guān)和兩段電阻絲串聯(lián)起來,如圖所示
[4][5]較長(zhǎng)時(shí)間后兩個(gè)U形管的高度差均不明顯,可能是電路的電流太小,導(dǎo)致電阻絲產(chǎn)生的熱量較少,根據(jù)歐姆定律,可以把其中較大的100Ω的電阻換成一個(gè)阻值較小的電阻絲(不能為5Ω),也可以增大電源電壓。
專題四.綜合應(yīng)用
(一)解讀:
公式法是解答電功、電功率和電熱計(jì)算題的基本方法,常用的公式有:
1.電功:W=Pt、W=UIt、、(后兩個(gè)公式為純電阻電路適用)。
2.電功率:
(1)公式P=eq \f(W,t),可推導(dǎo)出公式W=Pt和t=eq \f(W,P),一般適用于結(jié)合電功率的計(jì)算。
(2)公式P=UI,可推導(dǎo)出公式U=eq \f(P,I)和I=eq \f(P,U) 。
(3)由P=UI=IR·I得公式P=I2R,可推導(dǎo)出公式R=eq \f(P,I2)和I=eq \r(\f(P,R)),一般適用于串聯(lián)電路中P與R的定性判斷。
(4)由P=UI=U ? eq \f(U,R)得公式P=eq \f(U2,R),可推導(dǎo)出公式R=eq \f(U2,P)和U=eq \r(PR),一般適用于并聯(lián)電路中P與R的定性判斷。
3.電熱:
(1)純電阻電路:,可以用計(jì)算電功的公式計(jì)算電熱;
(2)非純電阻電路:。
(二)典例突破
例7.(2022·湖北黃岡·中考真題)圖甲是某型號(hào)能設(shè)定加熱溫度的家用空氣炸鍋,其簡(jiǎn)化電路如圖乙所示,它是通過電熱絲R1來加熱空氣,從而加熱食物,達(dá)到設(shè)定加熱溫度后,斷開開關(guān)。求:
(1)將5×10-3kg的空氣從20℃加熱到200℃需要吸收的熱量。c空氣取1.0×103J/(kg·℃);
(2)工作電路中電熱絲Rt與指示燈支路并聯(lián)。已知R1的額定電壓為220V,額定功率為1210W。正常工作時(shí),工作電路的總電流為5.55A,此時(shí)指示燈支路消耗的功率;
(3)控制電路電源電壓恒定,通過調(diào)節(jié)變阻器R3接入電路的阻值來設(shè)置加熱溫度,電阻R2置于溫度監(jiān)測(cè)區(qū)域,它的阻值隨溫度變化的關(guān)系如圖丙所示。當(dāng)加熱溫度設(shè)定為150℃,即R3的阻值調(diào)為100?時(shí),閉合開關(guān)S,電磁繼電器(不計(jì)線圈的電阻)的銜鐵被吸下,工作電路接通,開始加熱;直到溫度達(dá)到150℃時(shí),銜鐵向上彈起,停止加熱。則當(dāng)R3的阻值調(diào)為80?時(shí),對(duì)應(yīng)的加熱溫度設(shè)定為多少?
【答案】(1) 900J ;(2)11W;(3)200℃
【解析】解:(1)需要吸收的熱量
(2)工作電路中電熱絲R1與指示燈支路并聯(lián),R1的電流為
指示燈支路電流為
指示燈支路消耗的功率
(3)如圖乙所示,R2、R3串聯(lián)在電路中,當(dāng)溫度達(dá)到150℃時(shí),如圖丙,R2阻值為30Ω,此時(shí)總電阻為
此時(shí)電流為I′,銜鐵向上彈起,當(dāng)R3調(diào)為80Ω時(shí),要使銜鐵向上彈起,則電流為I′,則總電阻為130Ω
R2阻值為
查圖丙可得,加熱溫度設(shè)定為200℃。
答:(1)需要吸收的熱量為900J;
(2)指示燈支路消耗的功率為11W;
(3)加熱溫度設(shè)定為200℃。
例8.(2022·山東泰安·中考真題)如圖所示,物理科技小組設(shè)計(jì)的具有防干燒功能的空氣加濕器裝置模型,由控制器和加熱器組成,可在水量不足時(shí)自動(dòng)停止加熱。加熱器有高、低兩個(gè)檔位,由開關(guān)和加熱電阻絲、組成,,;控制電路電壓恒定,,為壓敏電阻,下方固定一個(gè)輕質(zhì)絕緣形硬質(zhì)桿,水箱注水后圓柱形浮體豎直上浮,通過形桿對(duì)壓敏電阻產(chǎn)生壓力,所受壓力每增加,電阻減小。浮體體積為,質(zhì)量為。科技小組對(duì)加濕器進(jìn)行測(cè)試:向水箱內(nèi)緩慢注水,當(dāng)液面上升至浮體體積的浸入水中時(shí),電磁鐵線圈中電流為,此時(shí)銜鐵恰好被吸下,加熱器開始工作;當(dāng)液面上升至浮體體積的浸入水中時(shí),電磁鐵線圈中電流為;當(dāng)水箱注水量達(dá)到最大值時(shí),電磁鐵線圈中電流為。形硬質(zhì)桿的質(zhì)量和電磁鐵線圈電阻忽略不計(jì),取,水的密度為,水的比熱容為。
(1)當(dāng)加熱器處于高檔位時(shí),加熱所產(chǎn)生的熱量全部被的水吸收,水溫升高了25℃。求加熱器的高檔功率和低檔功率;
(2)求浮體體積的浸入水中時(shí)受到的浮力和此時(shí)壓敏電阻受到的壓力;
(3)求水箱注水量達(dá)到最大值時(shí),浮體浸入水中的體積。
【答案】(1)900W,200W;(2)1.5N;(3)
【解析】解:(1)的水吸收的熱量為
當(dāng)加熱器處于高檔位時(shí),加熱所產(chǎn)生的熱量全部被的水吸收,則高溫?fù)醍a(chǎn)生的熱量為
加熱器的高檔功率
根據(jù)可知,電源電壓一定時(shí),電阻越大,電功率越小,故當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),、并聯(lián),總電阻較小,電功率較大,此時(shí)為加熱擋,加熱擋的功率為900W,當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),只有工作,電阻較大,處于低溫?fù)酰蜋n功率
(2)浮體體積的浸入水中時(shí)受到的浮力
物體A所受的重力為
物體A受到了向下的重力為0.5N,向上的浮力為2N,故桿對(duì)A的力是向下的,桿對(duì)A的壓力為
(3)設(shè)控制電路的電壓為U控,當(dāng)桿對(duì)A的壓力為1.5N時(shí),對(duì)應(yīng)壓敏電阻的阻值為,則根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律可以列等式
①
浮體體積的浸入水中時(shí)受到的浮力
物體A受到了向下的重力為0.5N,向上的浮力為5N,故桿對(duì)A的力是向下的,桿對(duì)A的壓力為
根據(jù)所受壓力每增加,電阻減小,此時(shí)壓敏電阻的阻值為
此時(shí)對(duì)應(yīng)的控制電路的電流為
根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律可以列等式
②
聯(lián)立①②可知
當(dāng)水箱注水量達(dá)到最大值時(shí),電磁鐵線圈中電流為,則此時(shí)總電阻為
壓敏電阻的阻值為
當(dāng)壓敏電阻為50歐姆時(shí),對(duì)應(yīng)的壓力為1.5N,此時(shí)壓敏電阻的阻值為30Ω,則對(duì)應(yīng)的壓力為
此時(shí)物體A的浮力為
此時(shí)物體A浸入水中的體積
答:(1)加熱器的高檔功率為900W和低檔功率為200W;
(2)浮體體積的浸入水中時(shí)受到的浮力為2N和此時(shí)壓敏電阻受到的壓力為1.5N;
(3)水箱注水量達(dá)到最大值時(shí),浮體浸入水中的體積為。
例9.(2022·湖南婁底·中考真題)如圖所示為大疆航拍無人機(jī),由于體積小,操控安全方便,拍攝效果好,深受攝影愛好者喜歡,下表是它的部分技術(shù)參數(shù)。
(1)該無人機(jī)重為多少牛頓;
(2)無人機(jī)四腳著地平放在地面上時(shí),對(duì)地面的壓強(qiáng)為多少;
(3)無人機(jī)以最大水平飛行速度勻速飛行420米所用時(shí)間是多少;
(4)電池充滿后儲(chǔ)存的電能是多少焦耳;
(5)某次航拍過程中,無人機(jī)以8m/s的速度勻速豎直上升,正常工作時(shí)它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為80%,則該過程中無人機(jī)電池工作電流多大。(不計(jì)空氣阻力)
【答案】(1)9N;(2);(3)20s;(4);(5)6A
【解析】解:(1)該無人機(jī)重力為
(2)四腳著地總面積為
無人機(jī)四腳著地平放在地面上時(shí),對(duì)地面的壓強(qiáng)為
(3)以最大水平飛行速度勻速飛行420米所用時(shí)間是
(4)電池充滿后儲(chǔ)存的電能是
(5)上升時(shí)克服重力做功的功率為
則可知
則電功率為
根據(jù)可知,此時(shí)無人機(jī)工作的電流為
答:(1)該無人機(jī)重為9N;
(2)無人機(jī)四腳著地平放在地面上時(shí),對(duì)地面的壓強(qiáng)為;
(3)無人機(jī)以最大水平飛行速度勻速飛行420米所用時(shí)間是20s;
(4)電池充滿后儲(chǔ)存的電能是;
(5)某次航拍過程中,無人機(jī)以8m/s的速度勻速豎直上升,正常工作時(shí)它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為80%,則該過程中無人機(jī)電池工作電流為6A。
例10.(2022·廣東深圳·中考真題)小明設(shè)計(jì)了如圖甲的模擬智能測(cè)溫報(bào)警電路:電源電壓調(diào)為12V,報(bào)警器(電阻不計(jì))通過的電流超過10mA時(shí)就會(huì)報(bào)警,熱敏電阻RT其阻值隨溫度T的變化關(guān)系如圖乙所示。要求:當(dāng)所測(cè)溫度達(dá)到或超過37.3℃時(shí),系統(tǒng)報(bào)警。
(1)計(jì)算R0;
(2)38℃時(shí)電流約為多少?
(3)36℃到40℃的過程中,電路最大總功率。
【答案】(1)800Ω;(2)0.011A;(3)0.144W
【解析】解:(1)如圖甲,兩個(gè)電阻串聯(lián),當(dāng)所測(cè)溫度達(dá)到或超過37.3℃時(shí),系統(tǒng)報(bào)警,此時(shí)電路中的電流為10mA;由圖乙可知, 此時(shí)熱敏電阻RT的阻值為400Ω;熱敏電阻RT兩端的電壓為
電阻R0兩端的電壓為
R0的阻值為
(2)由圖乙可知,38℃時(shí)熱敏電阻RT的阻值為300Ω;則電路中的電流為
(3)由圖乙可知,溫度在36℃到40℃的過程中熱敏電阻RT的阻值在變小,當(dāng)溫度在40℃時(shí),阻值最小為200Ω;此時(shí)電路中的電功率最大為
答:(1)R0的阻值為800Ω;
(2)38℃時(shí)電流約為0.011A;
(3)36℃到40℃的過程中,電路最大總功率為0.144W。
例11..(2022·黑龍江綏化·中考真題)如圖甲所示的電路,電源電壓可調(diào),R為標(biāo)有“1A”字樣的滑動(dòng)變阻器,a、c為其兩個(gè)端點(diǎn),電流表量程為0~3A,電壓表量程為0~15V,L1、L2是額定電壓均為6V的小燈泡,其電流與電壓的關(guān)系如圖乙所示。求:
(1)L1正常發(fā)光時(shí)的電阻;
(2)閉合開關(guān)S,斷開S1、S2,在不損壞電路的情況下,使其中一盞燈正常發(fā)光,電壓表示數(shù)是多少?
(3)閉合開關(guān)S、S2,斷開S1,將電源電壓調(diào)至14V,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P在b點(diǎn)時(shí),小燈泡正常發(fā)光,此時(shí)Rab:Rbc=1:2,則滑動(dòng)變阻器的最大阻值是多少歐姆?
(4)若不限制電路中各開關(guān)的狀態(tài),滑動(dòng)變阻器滑片P的移動(dòng)范圍為中點(diǎn)位置至最大阻值處;現(xiàn)移動(dòng)滑片P的同時(shí)調(diào)節(jié)電源電壓,使電路中有小燈泡正常發(fā)光,其它各元件均安全,每種電路對(duì)應(yīng)的總功率變化范圍。
【答案】(1)5Ω;(2)8V;(3)30;(4)16W~25.6W或14.4W~24W
【解析】解:(1)由圖像乙可知正常發(fā)光時(shí)的電流,則L1正常發(fā)光時(shí)的電阻為
(2)閉合開關(guān)S,斷開、,、與R串聯(lián),此時(shí)電壓表測(cè)兩燈串聯(lián)后總電壓,若不損壞電路,只能正常發(fā)光,由圖像乙可知串聯(lián)電路電流。此時(shí)兩燈泡電壓分別為,。則電壓表的示數(shù)為
(3)閉合開關(guān)S、,斷開,被短路,與R串聯(lián),正常發(fā)光,此時(shí)串聯(lián)電路電流。根據(jù)串聯(lián)電路得此時(shí)滑動(dòng)變阻器電壓為
滑動(dòng)變阻器接入電路阻值
因?yàn)镽ab:Rbc=1:2,故,則滑動(dòng)變阻器總阻值
(4)解法一
滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流為1A,由圖像乙可知L1的額定電流為1.2A,大于滑動(dòng)變阻器允許通過最大電流1A,所以不能正常發(fā)光。只能讓正常發(fā)光,此時(shí)對(duì)應(yīng)電路有兩種情況。
情況一:
閉合開關(guān)S,斷開、,、與R串聯(lián),若不損壞電路,只能正常發(fā)光,由圖像乙可知串聯(lián)電路電流,兩燈泡電壓分別為、。此時(shí)電阻
的電阻
最小電功率為
最大電功率為
電路總功率變化范圍16W~25.6W。
情況二:
閉合開關(guān)S、,斷開,,被短路,與R串聯(lián),正常發(fā)光,此時(shí)串聯(lián)電路電流。最小電功率
最大電功率
電路總功率變化范圍14.4W~24W。
解法二
滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流為1A,由圖像乙可知額定電流為1.2A大于滑動(dòng)變阻器允許通過最大電流1A,所以不能正常發(fā)光。只能讓正常發(fā)光,此時(shí)對(duì)應(yīng)電路有兩種情況。
情況一:
閉合開關(guān)S,斷開、,、與R串聯(lián),若不損壞電路,只能正常發(fā)光,由圖像乙可知串聯(lián)電路電流,、兩端電壓。滑動(dòng)變阻器最小電壓
電源電壓
電路最小總功率
變阻器兩端最大電壓
電源電壓
電路最大總功率
電路總功率變化范圍為16W~25.6W。
情況二:
閉合開關(guān)S、斷開,被短路,與R串聯(lián),正常發(fā)光,此時(shí)串聯(lián)電路電流,。電源電壓
電路最小總功率
電源電壓
電路最大總功率
電路總功率變化范圍為14.4~24W。
綜上所述,每種電路對(duì)應(yīng)的總功率變化范圍為16W~25.6W或14.4W~24W。
答:(1)L1正常發(fā)光時(shí)的電阻5Ω;
(2)電壓表示數(shù)是8V;
(3)滑動(dòng)變阻器的最大阻值是30Ω;
(4)每種電路對(duì)應(yīng)的總功率變化范圍為16W~25.6W或14.4W~24W。
當(dāng)堂檢測(cè):
1.如圖所示電路中,電源電壓保持不變。當(dāng)開關(guān)S閉合,滑動(dòng)變阻器的滑片P從中點(diǎn)向右移動(dòng)時(shí),下列說法正確的是( )
A.小燈泡變暗B.電壓表示數(shù)變大
C.電流表示數(shù)變小D.電壓表與電流表的示數(shù)之比不變
【答案】D
【解析】ABC.由電路圖可知,閉合開關(guān)S,燈泡與滑動(dòng)變阻器并聯(lián),電壓表測(cè)電源兩端的電壓,電流表測(cè)通過小燈泡的電流;因電源電壓保持不變,所以,滑片移動(dòng)時(shí),電壓表的示數(shù)不變,因并聯(lián)電路中各支路獨(dú)立工作、互不影響,所以,滑片移動(dòng)時(shí),小燈泡兩端的電壓和通過燈泡的電流都不變,由P=UI可知燈泡的實(shí)際功率不變,則燈泡亮度不變,電流表的示數(shù)不變,故ABC錯(cuò)誤;
D.由于電壓表和電流表的示數(shù)都不變,所以電壓表與電流表的示數(shù)之比不變,故D正確。
故選D。
2.如圖所示電路,電源電壓保持不變,當(dāng)閉合開關(guān) S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值從最大變化到最小,兩個(gè)電阻的“U-I”關(guān)系圖像如圖所示,則下列判斷正確的是( )
A.電源電壓為 8V
B.定值電阻 R1 的阻值為 20Ω
C.滑動(dòng)變阻器 R2的阻值變化范圍為 0~10Ω
D.此電路的最小總功率為 1.2W
【答案】D
【解析】A.分析電路可知,定值電阻R1和滑動(dòng)變阻器R2串聯(lián),電壓表V1測(cè)R1的電壓,電壓表V2測(cè)R2的電壓,電流表測(cè)電路中的電流,當(dāng)滑動(dòng)變阻器電阻變小時(shí),電路中的電流變大,定值電阻的電壓變大,滑動(dòng)變阻器的電壓變小,所以甲圖像是R2的電壓和電流的關(guān)系的圖像,乙圖像是R1的電壓和電流關(guān)系的圖像,由圖像可知,當(dāng)電流為0.2A時(shí),R1和R2的電壓分別為2V和4V,根據(jù)串聯(lián)電路中電壓的規(guī)律可知,電源電壓為
故A錯(cuò)誤;
B.由圖可知,當(dāng)R1的電流為0.2A時(shí),電壓為2V,則定值電阻R1的阻值為
故B錯(cuò)誤;
C.當(dāng)電路中電流最小為0.2A時(shí),滑動(dòng)變阻器的電阻最大,此時(shí)R2的電壓為4V,所以滑動(dòng)變阻器的最大電阻為
所以滑動(dòng)變阻器 R2的阻值變化范圍為 0~20Ω,故C錯(cuò)誤;
D.整個(gè)電路的電壓一定,根據(jù)公式可知,當(dāng)電流最小時(shí)電路功率最小,由圖可知,最小電流為0.2A,所以最小功率為
故D正確。
故選D。
3.如圖甲所示,電源電壓保持不變,滑動(dòng)變阻器R1標(biāo)有“50Ω 0.5A”的字樣,R2=10Ω,燈泡 L上標(biāo)有“5V”的字樣,電壓表量程為 0~15V,電流表量程為 0~0.6A。將 R1的滑片 P 移至 b 端,閉合開關(guān) S、S1,調(diào)節(jié) R1的滑片P,并繪制出電流表示數(shù)與電壓表示數(shù)的變化關(guān)系圖像如圖乙所示。在保證電路安全的前提下,下列說法正確的是( )
A.滑動(dòng)變阻器接入電路中的最小阻值是 5Ω
B.電路總功率的變化范圍是0.5W~1.5W
C.若將電壓表量程換為 0~3V,閉合開關(guān) S、S2,電流表示數(shù)的變化范圍是0.1A~0.5A
D.若將電壓表量程換為 0~3V,閉合開關(guān) S、S2,R2的功率變化范圍是 0.1W~0.9W
【答案】D
【解析】A.閉合開關(guān)S和S1,滑動(dòng)變阻器R1與燈泡串聯(lián)在電路中,電壓表測(cè)燈泡兩端的電壓,電流表測(cè)電路中的電流。由圖乙知,燈泡正常工作,即兩端電壓為5V時(shí),通過的電流為0.25A。電路中的最小電流為0.1A,電源電壓保持不變,據(jù)歐姆定律知,此時(shí)電路中的電阻最大,變阻器接入電路的阻值最大為50Ω。則變阻器兩端的電壓
U1=I小R1大=0.1A×50Ω=5V
燈泡兩端的電壓為1V,所以電源電壓
U=U1+U燈=5V+1V=6V
要保證電路的安全,則當(dāng)燈泡正常工作時(shí),通過電路的電流最大,此時(shí)電路中的電阻最小,變阻器接入電路的阻值最小。此時(shí)變阻器兩端的電壓
U1′=U-U燈額=6V-5V=1V
變阻器接入電路的最小阻值
故A錯(cuò)誤;
B.通過的電流最小時(shí),電路的總功率最小為
P小=UI小=6V×0.1A=0.6W
通過的電流最大時(shí),電路的總功率最大為
P大=UI額=6V×0.25A=1.5W
故B錯(cuò)誤;
CD.閉合開關(guān)S和S2,變阻器與R2串聯(lián)在電路中,電壓表測(cè)R2兩端的電壓,電流表測(cè)電路中的電流。電壓表的量程為0~3V時(shí),R2兩端的電壓最大,此時(shí)電路中的電流
所以電路中的最大電流為0.3A,R2的功率最大為
P2=U2I2=3V×0.3A=0.9W
當(dāng)變阻器接入電路的阻值最大時(shí),電路中的總阻值最大為
R總=R1大+R2=50Ω+10Ω=60Ω
電路中的最小電流
所以電流表的示數(shù)變化范圍是0.1A~0.3A。R2的最小功率
P2小=I2小R2=(0.1A)2×10Ω=0.1W
所以R2的功率變化范圍是0.1W~0.9W。
故C錯(cuò)誤,D正確。
故選D。
4.將標(biāo)有“12V 6W”的燈泡 L1 和“6V 3W”的燈泡 L2(不考慮燈絲電阻隨溫度的變化)串聯(lián)在 12V 的電源上,閉合開關(guān)后,L1、L2 的實(shí)際功率之比 P1 : P2 =______。若將它們并聯(lián)使用,在電路安全的情況下,電路的最大總功率為______W。
【答案】 2∶ 1 4.5
【解析】[1]不考慮燈絲電阻所溫度的變化,所以根據(jù)公式變換所得的,得
當(dāng)兩燈泡串聯(lián)在12V的電源上閉合開關(guān)后,由串聯(lián)電路各用電器的相關(guān)物理量的比例關(guān)系
P1 : P2 = U1I : U2I = U1 : U2 = IR1 : IR2 = R1 : R2 = 24Ω : 12Ω = 2 : 1
[2]若將二者并聯(lián)使用,在電路安全的情況下,二者兩端電壓只能等于兩者中較小的額定電壓,也就是6V,根據(jù)并聯(lián)電路規(guī)律和歐姆定律,得
代入數(shù)據(jù)U = 6V,R1 = 24Ω,R2 = 12Ω,得
所以I1 = 0.25A,I2 = 0.5A,I = 0.75A,所以電路最大的總功率
P = UI = 6V × 0.75A = 4.5W
5.如圖甲所示,燈泡L標(biāo)有“6V 3W”的字樣,電源電壓及燈絲電阻保持不變,滑動(dòng)變阻器最大阻值為100Ω,電流表的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~15V。只閉合開關(guān)S、S2,移動(dòng)滑片P的過程中,電流表示數(shù)與滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值變化關(guān)系如圖乙所示,當(dāng)滑片P在某一位置時(shí),電流表的示數(shù)為I1,電壓表示數(shù)為3V;只閉合開關(guān)S、S1,滑片P移動(dòng)到另一位置時(shí),電流表示數(shù)比I1減小了0.2A,滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值是定值電阻R0阻值的倍,求:
(1)燈泡正常工作時(shí)的電阻為___________;
(2)電源電壓___________;
(3)只閉合開關(guān)S、S1,在保證電流表、電壓表和燈泡都安全的情況下,求滑動(dòng)變阻器連入電阻中的最小阻值___________。
【答案】 12Ω 18V 24Ω
【解析】(1)由得,小燈泡正常工作時(shí)的電阻為
(2)由電路圖可知,只閉合開關(guān)S、S2,變阻器R與R0串聯(lián),電壓表測(cè)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓,電流表測(cè)電路中電流,當(dāng)滑片P在某一位置時(shí),由圖像乙可知,當(dāng)電流表示數(shù)為I1時(shí),滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值為6Ω,則此時(shí)電流表的示數(shù)為
只閉合開關(guān)S、S1,變阻器R與L串聯(lián),滑片P移動(dòng)到另一位置時(shí),已知電流表示數(shù)比I1減小了0.2A,則此時(shí)的電流為
根據(jù)串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和以及歐姆定律可得,電源電壓為
……①
只閉合開關(guān)S、S2,變阻器R與R0串聯(lián)時(shí),電源電壓為
……②
聯(lián)立①②解得R0=30Ω,U=18V。
(3)由P=UI可得,燈泡的額定電流為
因串聯(lián)電路中各處的電流相等,且燈泡的額定電流為0.5A,電流表的量程為0~0.6A,所以,電路中的最大電流為
由歐姆定律得,此時(shí)電路中的總電阻為
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,所以,滑動(dòng)變阻器接入電路中的最小阻值為
6.小鵬同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室找到兩個(gè)額定電流均為0.3A、額定電壓標(biāo)識(shí)模糊不清的燈泡。從實(shí)驗(yàn)老師處得知兩燈的額定電壓分別為“2.5V”和“3V”,但由于標(biāo)識(shí)模糊不清,無法區(qū)分。小鵬同學(xué)想通過如圖甲所示的電路,根據(jù)已學(xué)的電學(xué)知識(shí),區(qū)分這兩個(gè)小燈泡。
(1)用筆畫線代替導(dǎo)線,將圖甲中的器材連接成完整電路;______
(2)連接電路并閉合開關(guān),小鵬發(fā)現(xiàn)燈泡不亮,電流表和電壓表都有較小的示數(shù),無論怎樣移動(dòng)滑片,燈泡都不發(fā)光,兩表示數(shù)均無變化,其原因可能是______
A.燈泡短路 B.燈泡斷路 C.滑動(dòng)變阻器接的是下端兩接線柱
(3)故障排除后,移動(dòng)滑片到某一位置,電流表的示數(shù)如圖乙所示,此時(shí)通過燈泡的電流為______A;要使該燈泡正常發(fā)光,應(yīng)將圖甲中滑動(dòng)變阻器的滑片向______(選填“A”或“B”)端移動(dòng),且眼睛注視______(選填“電壓表”或“電流表”)的示數(shù)達(dá)到額定值。
(4)小鵬繼續(xù)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,記下多組數(shù)據(jù),并繪制成圖丙所示小燈泡的I-U圖像,確定該燈泡的額定電壓,并計(jì)算出該燈泡的額定功率為______W。
(5)同組的小鑫同學(xué)認(rèn)為采用圖丁所示的方法也可分辨這兩個(gè)小燈泡:閉合開關(guān)后,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,使電流表的示數(shù)為0.3A,這時(shí)他發(fā)現(xiàn)L1比L2更亮一些,則L1的額定電壓為______V。
(6)小鵬利用(4)問中已測(cè)量的燈泡,接入如圖戊所示的電路中,從而測(cè)出未知電阻Rx的阻值。具體步驟如下:
①只閉合開關(guān)S0、S1,斷開S2,移動(dòng)滑片,使電壓表示數(shù)為1V;
②保持滑片位置不變,斷開S1,閉合S0、S2,讀出電壓表示數(shù)為2.6V;
③根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得:Rx的阻值為______Ω。
【答案】 C 0.28 B 電流表 0.75 3 8
【解析】(1)[1]滑動(dòng)變阻器接入電路的接線柱要求“一上一下”,圖中右下接線柱已經(jīng)接入電路,故只需要將上接線柱接入電路即可,同時(shí)滑動(dòng)變阻器應(yīng)當(dāng)與燈泡串聯(lián)從而改變燈泡兩端電壓,而燈泡的左端已經(jīng)接入電路,所以將燈泡右端和滑動(dòng)變阻器的上接線柱相連即可,如圖所示。
(2)[2]電流表和電壓表都有較小的示數(shù),說明電路是完全接通的,且燈泡沒有發(fā)生短路。又由于無論怎樣移動(dòng)滑片,燈泡都不發(fā)光,說明流經(jīng)燈泡的電流較弱,從而說明電路總電阻較大,由此可判定,滑動(dòng)變阻器接入的是下端的兩個(gè)接線柱,故選C。
(3)[3]圖乙中電流表的“0.6A”接線柱接入電路中,所以電流表的示數(shù)是0.28A。
[4]由于兩個(gè)燈泡的額定電流均為0.3A,而此時(shí)電流表的示數(shù)是0.28A,所以應(yīng)增大電路中的電流,所以應(yīng)減小電路中的電阻,而滑動(dòng)變阻器的B端接入了電路,當(dāng)滑片向B端移動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電路電阻變小,故應(yīng)將圖甲中滑動(dòng)變阻器的滑片向B端移動(dòng)。
[5]由于兩個(gè)燈泡的額定電流是0.3A,因此為了使燈泡正常發(fā)光,流經(jīng)燈泡的電流必須是0.3A,所以應(yīng)確保電流表的示數(shù)是0.3A,所以眼睛應(yīng)注視電流表的示數(shù)。
(4)[6]根據(jù)圖丙中的I-U關(guān)系圖象可知,當(dāng)I = 0.3A時(shí)U = 2.5V,由此可知該燈泡的額定電壓是2.5V,所以該燈泡的額定功率
P = UI = 2.5V × 0.3A = 0.75W
(5)[7]圖丁中兩燈泡串聯(lián),而兩燈泡的額定電流均為0.3A,所以只需調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表示數(shù)為0.3A就可以使兩燈泡正常工作,根據(jù)燈泡實(shí)際功率越大亮度越大,由L1比L2更亮一些可得,L1的功率更大,又根據(jù)P = UI得,當(dāng)電流一定時(shí),電壓越大,功率越大,所以L1兩端的電壓大于L2兩端的電壓,因?yàn)閮蔁舻念~定電壓分別為“2.5V”和“3V”,所以L1的額定電壓是3V。
(6)[8]當(dāng)開關(guān)S0、S1閉合,S2斷開時(shí),燈泡L與電阻Rx串聯(lián),電壓表測(cè)量燈L兩端電壓且示數(shù)為1V,所以燈泡兩端電壓UL = 1V,根據(jù)圖丙可知,通過燈泡L和電阻Rx中的電流I = 0.2A;由于滑片位置不變,開關(guān)S1斷開,S0、S2閉合,所以燈泡L與電阻Rx仍然串聯(lián)且二者兩端電壓不變,電壓表測(cè)量燈泡L與電阻Rx兩端電壓,所以UL = 1V,UL + Ux = 2.6V,所以Ux = 1.6V,所以根據(jù)歐姆定律,得
7.探究“影響電流熱效應(yīng)的因素”實(shí)驗(yàn)中:
(1)為了探究電流通過電阻產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系,小明設(shè)計(jì)了甲圖裝置,在燒瓶?jī)?nèi)安裝一根電阻絲,并插入一支溫度計(jì),實(shí)驗(yàn)中燒瓶?jī)?nèi)液體選擇了煤油而不是水,這樣選擇的理由是___________;
(2)小明先測(cè)量燒瓶?jī)?nèi)液體的溫度后,閉合開關(guān),通電30s再測(cè)量燒瓶?jī)?nèi)液體的溫度,得到溫度的升高量填入表中;然后移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片改變電流大小,重復(fù)上述操作,獲得第二組數(shù)據(jù)(見表):
由此得出:同一導(dǎo)體,在___________相等時(shí),___________越大,其產(chǎn)生的熱量越多;
(3)若要探究電流通過電阻產(chǎn)生熱量與電阻的關(guān)系,可選擇乙圖中___________(選填“A”或“B”)燒瓶中的電阻與甲圖中的燒瓶電阻___________(串/并)聯(lián);
(4)小明提議利用上述實(shí)驗(yàn)裝置改做“比較水和煤油的吸熱能力”的實(shí)驗(yàn),則他應(yīng)選擇乙圖中___________(選填“A”或“B”)燒瓶與甲圖中的燒瓶并聯(lián),并將其中一燒瓶中的液體換成___________相同的水,實(shí)驗(yàn)時(shí)水和煤油吸熱的多少是通過___________(溫度升高量/加熱時(shí)間)來間接反映的,這種研究物理問題的方法叫___________。
【答案】 煤油的比熱容小,吸收相同的熱量時(shí),溫度的變化比較大 通電時(shí)間 電流 B 串 A 質(zhì)量 加熱時(shí)間 轉(zhuǎn)換法
【解析】(1)[1]煤油比水的比熱容小,吸收相同的熱量時(shí),煤油的溫度變化比較大,溫度計(jì)示數(shù)變化明顯,實(shí)驗(yàn)效果比較好。
(2)[2][3]由表格數(shù)據(jù)知,同一導(dǎo)體,通電時(shí)間相同,第2次實(shí)驗(yàn)電流較大,溫度升高量較大,故得出:同一導(dǎo)體,在通電時(shí)間相等時(shí),電流越大,其產(chǎn)生的熱量越多。
(3)[4][5]探究電流產(chǎn)生熱量多少跟電阻的關(guān)系時(shí),應(yīng)控制電流和通電時(shí)間不變,改變電阻的大小。由于串聯(lián)電路中電流處處相等,通電時(shí)間相同,所以選擇乙圖中的B電阻與甲圖中的燒瓶電阻串聯(lián)。
(4)[6][7]“比較水和煤油比熱容的大小”時(shí),可使相同質(zhì)量的水和煤油吸收相同的熱量,比較溫度的變化,溫度變化小的吸熱能力強(qiáng)。根據(jù)并聯(lián)電路各支路電壓相等和
①
可知,要使相同質(zhì)量的水和煤油相同時(shí)間吸熱相同,故要控制兩電阻絲的阻值大小相等,故應(yīng)選擇乙圖中A燒瓶與甲圖中的燒瓶并聯(lián),并將其中一燒瓶中的液體換成質(zhì)量相同的水。
[8][9]根據(jù)①,實(shí)驗(yàn)時(shí)水和煤油吸熱的多少是通過加熱時(shí)間來間接反映的,這種研究物理問題的方法叫轉(zhuǎn)換法。
8.小紅在家煲湯時(shí)使用的電飯煲的部分參數(shù)如表所示,其簡(jiǎn)化電路如圖乙所示,R1、R2均是發(fā)熱電阻(阻值不隨溫度變化),欲將質(zhì)量為1.2kg,初溫為20℃的湯加熱至100℃,設(shè)此湯的比熱容為c湯=4.0×103J/(kg·℃),求:
(1)湯需要吸收的熱量;
(2)利用電飯煲高溫?fù)蹯覝珪r(shí),將湯由20℃的湯加熱至100℃需要16分鐘,則電飯煲的效率是多少?
(3)計(jì)算R1和R2的電阻分別是多少?(寫出開關(guān)位置和電路處于高溫檔還是低溫檔)
【答案】(1)3.84×105J;(2)80%;(3)96.8Ω、903.2Ω
【解析】解:(1)湯吸收的熱量
Q吸=c湯m(t-t0)=4.0×103J/(kg·℃)×1.2kg×(100℃-20℃)=3.84×105J
(2)電飯煲高溫?fù)醯墓β适?00W,它在16min內(nèi)消耗的電能為
W=P高t=500W×16×60s=4.8×105J
電飯鍋的效率為
(3)由電路圖可知,當(dāng)開關(guān)S接1時(shí),R1、R2串聯(lián),當(dāng)開關(guān)S接2時(shí),R2被斷路,電路只有R1的簡(jiǎn)單電路,根據(jù)串聯(lián)電路的電阻特點(diǎn)可知,當(dāng)開關(guān)S接1時(shí),R1、R2串聯(lián),此時(shí)電路總電阻最大,根據(jù)可知,此時(shí)電路功率最小,處于低溫?fù)酰划?dāng)開關(guān)S接2時(shí),電路只有R1工作,此時(shí)電路總電阻最小,根據(jù)可知,此時(shí)電路功率最大,此時(shí)為高溫?fù)?,電阻R1的阻值
電路中的總電阻
根據(jù)串聯(lián)電路的電阻特點(diǎn)可知,電阻R2阻值
R2=R-R1=1000Ω-96.8Ω=903.2Ω
答:(1)湯需要吸收的熱量為3.84×105J;
(2)利用電飯煲高溫?fù)蹯覝珪r(shí),將湯由20℃的湯加熱至100℃需要16分鐘,則電飯煲的效率是80%;
(3)R1和R2的電阻分別是96.8Ω、903.2Ω。
9.超高壓水刀是一種新技術(shù)產(chǎn)品,一般由水泵、射流發(fā)生裝置、工作機(jī)構(gòu)等組成。它將普通水經(jīng)過多級(jí)增壓后,通過一個(gè)極細(xì)的噴嘴噴出一道高速“水箭’、可以對(duì)堅(jiān)硬物體實(shí)施切割,如圖所示。某超高壓水刀噴嘴橫截面積,噴水速度,高速“水箭”對(duì)該切割面的壓強(qiáng)。已知水泵電機(jī)功率,水的密度。求:
(1)水刀正常工作1min消耗的電能;
(2)高速“水箭”對(duì)切割面的壓力;
(3)一分鐘從噴嘴噴出的水的質(zhì)量;
(4)水刀的效率。
【答案】(1);(2)15N;(3)0.72kg;(4)60%
【解析】解:(1)水刀正常工作1min消耗的電能
(2)由 可知,高速“水箭”對(duì)切割面的壓力
(3)每秒鐘噴出水的體積為
每秒鐘噴出水的質(zhì)量為
則一分鐘從噴嘴噴出的水的質(zhì)量
(4)水刀的功率為
則水刀的效率為
答:(1)水刀正常工作1min消耗的電能;
(2)高速“水箭”對(duì)切割面的壓力15N;
(3)一分鐘從噴嘴噴出的水的質(zhì)量0.72kg;
(4)水刀的效率60%。
總質(zhì)量(含電池及槳)
900g
四腳著地總面積
5cm2
最大上升速度
8m/s
電池容量
5000mAh
最大水平飛行速度
21m/s
正常工作電壓
15V
最大上升高度
8000m
飛行時(shí)間
約46min
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
電流/A
通電時(shí)間/s
電阻/Ω
溫度升高量/℃
1
0.3
30
10
1.5
2
0.6
30
10
6.0
額定電壓
220V
額定功率
低溫檔
48.4W
高溫檔
500W
總質(zhì)量(含電池及槳)
900g
四腳著地總面積
5cm2
最大上升速度
8m/s
電池容量
5000mAh
最大水平飛行速度
21m/s
正常工作電壓
15V
最大上升高度
8000m
飛行時(shí)間
約46min
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
電流/A
通電時(shí)間/s
電阻/Ω
溫度升高量/℃
1
0.3
30
10
1.5
2
0.6
30
10
6.0
額定電壓
220V
額定功率
低溫檔
48.4W
高溫檔
500W
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