第15章电能与电功率　一．选择题（共10小题，满分30分，每小题3分）1．如图是一个油量表的示意图，滑动变阻器规格为“20Ω1A”。闭合开关，当浮球最低时滑片P滑到a端，电流表示数为0.3A，当浮球最高时，滑片P滑到b端，电流表示数为0.5A．下列说法错误的是（　　）A．电阻R1的阻值为30ΩB．电源电压为15VC．在加满油后，1min内电阻R1产生的热量为450JD．电阻R1最小功率为7.5W2．如图所示，电源电压恒为6V，定值电阻R1=10Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为20Ω，电压表接入电路的量程为0～3V，电流表接入电路的量程为0～0.6A；当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P从b端向a端移动过程中，在保证电压表和电流表安全的情况下，下列说法不正确的是（　　）A．电压表的示数变小，电流表的示数变大B．电流表的示数变化范围为0.2A～0.3AC．电阻R2的两端电压由4V减小到3VD．电阻R1消耗的功率的变化范围为0.4W～0.9W3．为了防止甲醛超标的危害，如图甲所示是我校创新小组的同学们设计的甲醛监测设备的原理图。电源电压恒为3V，R0为10Ω的定值电阻，R为可以感知甲醛污染指数的可变电阻，其阻值随污染指数变化的情况如图乙所示。用电压表示数反映污染指数，污染指数在50以下为轻度污染，50﹣100之间为中度污染，100以上为重度污染，以下分析正确的是（　　）A．污染指数越小，电压表示数越大B．电压表示数为1V时，属于重度污染C．污染指数越大，电路中消耗的总功率越小D．污染指数为50时，电压表的示数为2.5V4．如图所示为保温电饭锅的电路示意图，R1和R215\n为两发热体电阻丝，S为温控开关，A、B两点接在稳压电源上，R1：R2=10：1，加热状态时电路的功率为1100W，则下列说法正确的是（　　）A．S断开时，两发热体R1、R2均发热是加热状态B．加热状态时10分钟消耗1.1×104J电能C．保温状态时R2的功率为110WD．保温状态时电路的总功率为100W5．LED灯是一种高效的节能光源，其核心元件是发光二极管。发光二极管的主要材料是（　　）A．半导体材料B．超导材料C．隐形材料D．纳米材料6．在如图所示的电路中，电源电压不变。闭合开关S，电路正常工作，一段时间后，发现其中一个电压表示数变大，则下列说法正确的是（　　）A．灯L可能变亮B．只可能电阻R断路C．电阻R可能断路、灯L可能短路D．电阻R可能短路、灯L可能断路7．如图所示电路，电源电压恒定，R为光敏电阻，其阻值随着光照的增强而减小，R0为定值电阻，当光照减弱时（　　）A．V与A1示数的比值减小B．V与A2示数的比值不变C．A2与A1示数之差变大D．电路消耗的总功率减小8．如图所示电路中，电源电压保持不变，闭合开关S后，将滑动变阻器R的滑片P向左移动，在此过程中（　　）A．电压表V1示数变小，电压表V2示数变大B．电流表A示数变小，电压表V1示数不变C．电流表A示数不变，灯泡L亮度变亮D．电压表V1示数不变，灯泡L亮度变暗15\n9．小金同学用一只标有“3.0V”字样的小灯泡练习测定小灯泡的电功率。按照电路图连接好电路后，闭合开关，发现灯泡不亮，电压表有示数，电流表无示数，任意移动滑动变阻器的滑片，电压表示数不变。经检查电路连接无误，且导线无接触不良之处，排除故障后，小金同学还想利用这套实验装置测量一段电炉丝的电阻R，可是连接电路时发现电流表已烧坏。根据以上信息，下列说法错误的是（　　）A．闭合开关前滑动变阻器的滑片P应置于左端B．产生这种故障原因是灯泡处断路C．发生故障时，电压表测量的是电源电压D．小金同学认为利用现有器材不能测出电炉丝的电阻10．如图甲所示，L上标有“6V　3W”字样，电流表量程为0～0.6A，电压表量程为0～15V，变阻器R的最大电阻为100Ω．只闭合开关S1，滑片置于a点时，变阻器连入电路中的电阻为Ra，电流表示数为Ia；只闭合开关S2，移动滑片P，变阻器两端电压与其连入电路的电阻关系如图乙所示，当滑片P置于b点时，电压表示数Ub=8V，电流表示数为Ib．已知Ra：R0=12：5，Ia：Ib=3：5（设灯丝电阻不随温度变化）．则下列选项正确的是（　　）A．Ib=0.5AB．只闭合S1时，电源电压U与I、R的关系式是U=0.5A×（Ra+12Ω）C．电源电压U=9VD．只闭合开关S1时，在电表的示数不超过量程，灯泡两端的电压不超过额定电压的情况下，电路消耗的功率范围为4.5～9W　二．填空题（共10小题，满分25分）11．（2分）在如图所示电路中，定值电阻R0的阻值为20Ω，电动机线圈电阻为2Ω，闭合开关，电流表A1、A2的示数分别为0.8A，0.3A，则该电路电源电压为　　V，1min内电流通过电动机产生的热量为　　J。12．（2分）在学习了动物的呼吸作用之后，科学兴趣小组设计了如图装置来研究昆虫是否进行呼吸作用。O点是一固定点，活塞连接金属滑片，活塞运动，滑动变阻器阻值会随之改变，闭合开关后小灯泡发光（碱石灰可以吸收二氧化碳）．实验预测与分析：15\n（1）如果昆虫进行呼吸作用，活塞最终将停留在a的　　位置（选填“原来”、“偏左”或“偏右”）。（2）随着昆虫不断地呼吸，小灯泡的亮度将　　。（3）装置中指针设计成AO段比OB段短，这对实验现象起到了　　作用。13．（2分）一只电烙铁标有“220V、75W”字样，其中“220V”表示　　，“75W”表示　　，该电烙铁正常工作时通过的电流强度是　　，电阻是　　。14．（3分）在测定小灯泡额定功率的实验中，小薇同学连接的实物电路如图甲所示，其中小灯泡的额定电压为2.5V，额定功率小于1W。（1）同组的小明在检查线路时，发现有一根导线连接错误，若此时闭合开关，可观察到的现象是：（写出两个即可）①　　；②　　。（2）排除故障后，实验数据记录如上表。①此表格设计不妥之处是　　；②当电压表的示数为2.5V时，电流表的示数如图乙所示，故小灯泡的额定功率是　　W。次数U/VI/AP/W12.000.160.3222.5033.000.270.81小灯泡电功率的平均值P额=W15．（3分）无水箱式电热水器具有体积小、加热快的优点，图甲是它的工作原理图。15\n（1）温控器：水温传感器测量到出水温度并将信息传给微电脑芯片，微电脑芯片将测量到的水温和预先设定的温度进行比较，然后即时控制温控器内的两个开关的状态，从而让喷头喷出预先设定温度的热水。请在图乙虚线框中补齐温控器内的两个开关。（2）水压控制开关：当热水器内没有水或水压过低时，图丙所示的水压控制开关能确保电热水器停止工作。图中顶杆必须具有很好的　　性才能防止漏电。（3）家庭电路中该电热水器在正常电压下工作，当喷头喷出水的流量为4.5L/min时，5℃的冷水经过加热后温度最高可达38℃，已知通过电热水器的电流为52.5A，则该电热水器的加热效率多少？如果此时还要进一步提高水温，应该怎样调节冷水的流量的大小？16．（3分）小林家新买的一台快速电水壶，这台电水壶的铭牌如下表。为了测量该电水壶烧水时的实际功率，小林所学知识和爸爸合作进行了如下实验；关掉家里所用电器，将该电水壶装满水，接入家庭电路中，测得壶中水从25℃上升到35℃所用的时间是50s，这壶水吸收的热量　　J，同时观察到家中“220V10A（40A）3200imp/（kw•h）”的电子式电能表耗电指示灯闪烁了80次，电水壶加热的效率是　　。[C水=4.2×103J/（kg•℃）]。17．（3分）电冰箱是间断式工作的（即工作一段时间停止一段时间，再工作再停止，如此循环）。某电冰箱铭牌有关参数如表所示。在家庭电路中只有电冰箱在标定耗电量下工作时，一天实际工作　　h；若电冰箱每次从启动到停止工作的时间都为12min，每消耗1kW•h电能，电能表转盘转1500转，则该电冰箱每天启动　　次，每工作一次电能表转盘转　　转。从表中提供的数据可以推算出该电冰箱正常工作一个月（按30天计算）耗电　　度。若该电冰箱每工作一次后的间歇时间都相等，那么它的间歇时间的可能值是　　min．（填整数位）容积（L）175功率（W）150耗电量（kW•h/24h）0.96额定电压（V）22018．（2分）在如图所示电路中，电源电压6V保持不变。只闭合开关S1，电流表示数为0.2A；再闭合开关S2，电流表示数变化了0.4A．则R2的阻值为　　Ω，S2闭合前后R1消耗的电功率相差　　W。15\n19．（3分）如图所示，弹簧下悬挂小铁块A．闭合开关，电磁铁的上端为　　极。滑片P向左滑动过程中，弹簧将　　（“伸长”或“缩短”）；保持滑片位置不变，当开关S由“1”接“2”，弹簧将　　（“伸长”或“缩短”）。20．（2分）如图所示，当开关S闭合时，灯L1、L2均不发光，电流表示数为零，但电压表指针有明显偏转，则此电路的故障是　　。三．实验探究题（共2小题，满分20分，每小题10分）21．（10分）在复习电学知识时，小明在实验室又做了“测量小灯泡电功率”和“探究电流与电压、电阻关系”的实验。实验中，所用的电源电压为6V，小灯泡的额定电压为3.8V，滑动变阻器的规格为“30Ω1A”。（1）在“测量小灯泡的电功率”的实验中，小明按图甲所示的电路图正确连接了电路。实物中少了两根导线。请用笔画线代替导线补上，将图乙中的实物电路连接完整。（2）连接电路时开关应　　，滑动变阻器滑片P应放在最　　端（选填“左”或“右”）。（3）闭合开关后，移动变阻器的滑片，当电压表的示数为3.8V时，电流表的示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为　　W。（4）移动变阻器的滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成如图丁所示的小灯泡的I﹣U图象。由图象可知：当小灯泡两端的电压增大时，小灯泡的电阻　　（选填“变大”、“不变”或“变小”），如果小灯泡两端的电压为1.9V，则小灯泡的实际功率　　0.38W（选填“大于”、“小于”或“等于”）。15\n（5）在做“探究电流与电阻关系”的实验时，小明所用的四个定值电阻的阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω．他直接利用测量小灯泡电功率时所连的电路进行实验，他把电路中的小灯泡取下，电路的其他元件连接方式不动，把四个定值电阻分别接入电路中进行探究。如果要保证电路中各元件的安全，且用四个电阻都能顺利地完成实验，则定值电阻两端的电压应该在　　范围内选择。A．U≤3VB．2.4V≤U≤3VC．U≥3VD．3V≤U≤6V。22．（10分）电流做的功跟电压、电流和通电时间三个因素都有关。李明同学要通过实验探究电功跟电压的关系，他选用的器材如图所示。其中甲、乙两容器完全相同，电阻丝R1的阻值大于电阻丝R2的阻值。（1）请你用笔画线代替导线，帮他把实验电路连接完整。（2）他在该实验中选用两根阻值不同的电阻丝，其目的是　　。（3）在这个实验中，李明是通过观察比较　　来比较电流做功多少的。电流通过电阻丝　　做的功多（填R1或R2）。（4）由这个实验可以得到的结论是：　　。　四．计算题（共3小题，满分15分，每小题5分）23．（5分）如图所示电路中电源两端电压保持不变，小灯泡L的规格为“12V12W”且电阻不随电压变化而变化，滑动变阻器的最大阻值为R3．将滑动变阻器的滑片P置于A端，只闭合开关S1时，电压表V1的示数为U1，电路中的总电流为I1，电压表V2的示数为U2，将滑动变阻器的滑片P置于B端，仍只闭合开关S1，电压表V1的示数为U1´，电路中的总电流为I2，电压表V2的示数为U2´，R1消耗的电功率为0.72W．已知U1：U1´=4：7，U2：U2´=2：1，求：（1）小灯泡L的电阻；（2）I1与I2的比值；（3）电源电压；（4）若电流表的量程为0～3A，此电路的最大和最小功率。15\n24．（5分）如图所示是小明家电饭煲铭牌，有额定功率高、中、低三档，但中、低档已模糊不清。从说明书中的电路图可知，内部有两根电阻丝，每根电阻丝的阻值均为110Ω（设电阻丝阻值恒定不变），中档是一根电阻丝接入电路，低档是两根电阻丝串联接入电路。把电饭煲接在正常的家庭电路中使用。求：定电压220V频率50Hz额定功率高档900W中档低档（1）当电饭煲使用中档时，通过它的电流是多少？当电饭煲使用低档时，它消耗的电功率多大？（2）若使用高档，电饭煲正常工作20min，消耗的电能是多少？如图所示是小明家的电能表，在这过程中若小明家只使用电饭煲，则电能表转盘旋转多少圈？（3）晚上，由于是用电高峰期，该电饭煲的实际工作电压只有200V，加热效率为80%，求利用高档功率把2kg的水从20℃加热到80℃需要多长时间？25．（5分）如图甲所示的电路，灯L标有“9W”的字样，R2两端的电压随电流的变化曲线如图乙所示，滑动变阻器R1上标有“50Ω2.5A”的字样，电压表V1接入0﹣15V的量程，闭合S3，断开S1和S2，灯L恰好正常发光，电流表的示数达到半偏，且电路安全工作。求：（1）灯L的额定电压和电源电压（2）闭合S2、S3，断开S1，若用电压表V2替换定值电阻R2，标有“1A”的定值电阻R0替换灯L，移动滑片，使两电压表先后均能达到满刻度，且电路安全工作，求满足所有条件时，定值电阻R0允许的替换阻值范围是多少？整个电路总功率的最大值？15\n　15\n参考答案一．选择题1．D。2．A。3．B。4．D。5．A。6．C。7．D。8．A。9．D。10．AD。二．填空题11．6；30。12．（1）偏左；（2）变暗；（3）放大。13．额定电压为220V；额定功率为75W；0.34A；645.33Ω。14．（1）①电压表示数接近电源电压；②灯不亮，电流表示数为0；（2）①设计了小灯泡电功率的平均值一栏；②0.5。15．（1）如上图所示；（2）绝缘；（3）该电热水器的加热效率为90%；进一步提高水温的可行措施：调小进入热水器的冷水的流量。16．7.56×104；84%。17．6.4；32；45；28.8；33。18．20；3.2。19．N；伸长；缩短。20．L2断路。　三．实验探究题15\n21．（1）图见上；（2）断开；左；（3）1.52；（4）变大；大于；（5）B。22．（1）（2）使R1、R2两端的电压不同；（3）温度计示数的变化，R1；（4）在电流一定、通电时间一定时，电压越高，电流做的功越多。　四．计算题23．解：（1）根据P=可得灯泡L的电阻：RL===12Ω；（2）将滑片P置于变阻器的A端，只闭合开关S1时，等效电路如图1所示；将滑片P置于变阻器的B端，只闭合开关S1时，等效电路如图2所示；由图1、图2得电路中的电流之比：==，（3）图1、图2中，根据欧姆定律和串联电路的特点可得：15\n=，即：=，所以，=﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①，图1中，电源电压：U=I1（R1+RL），图2中，电源电压：U=I2（R1+RL+R3），因电源电压不变，则：==﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②，解①②得：R1=RL=×12Ω=8Ω；滑动变阻器的最大阻值为R3=R1=×8Ω=20Ω，由P=I2R得：I2===0.3A，所以电源电压：U总=I2（R1+RL+R3）=0.3A×（8Ω+12Ω+20Ω）=12V；（4）根据P=可知在电源电压不变的条件下，电路中的电阻越小功率越大；所以，由图可知：只闭合开关S1，将滑片P置于变阻器的B端，电阻R1、RL、R3串联时电路中的总电阻最大，功率最小，如图2所示；则最小功率为P最小=UI2=12V×0.3A=3.6W；只开关S1、S2、S3都闭合，电阻R1、RL、R3并联时电路中的总电阻最小，功率最大，如图3所示：由于电流表测量通过电阻R1和R3的电流，量程为0～3A，所以，R1和R3的电流之和I′最大为3A，灯泡的电流为IL===1A，则最大总电流I最大=I′+IL=3A+1A=4A，15\n所以最大功率为P最大=UI最大=12V×4A=48W。答：（1）小灯泡L的电阻为12Ω；（2）I1与I2的比值为2：1；（3）电源电压为12V；（4）若电流表的量程为0～3A，此电路的最大和最小功率分别为3.6W、48W。　24．解：（1）当电饭煲使用中档时，一根电阻丝接入电路，通过的电流：I===2A，电饭煲使用低档时，两根电阻丝串联接入电路，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，消耗的电功率：P低===220W；（2）使用高档时，由P=可得，电饭煲正常工作20min消耗的电能：W=P高t=900×10﹣3kW×h=0.3kW•h，因600R/kW•h表示的是电路中每消耗1kW•h的电能，电能表的转盘转600R，所以，电能表转盘旋转的圈数：n=0.3kW•h×600R/kW•h=180R；（3）电饭煲加热时的电阻R===Ω，水吸收的热量：Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（80℃﹣20℃）=5.04×105J，由η=×100%可得，电饭煲消耗的电能：W===6.3×105J，由W=t可得，需要的加热时间：t′===847s。15\n答：（1）当电饭煲使用中档时，通过它的电流是2A；当电饭煲使用低档时，它消耗的电功率为220W；（2）若使用高档，电饭煲正常工作20min，消耗的电能是0.3kW•h；电能表转盘旋转180R；（3）利用高档功率把2kg的水从20℃加热到80℃需要847s。　25．解：（1）由图乙可知，通过R2的电流I2=0.5A时其两端的电压U2=6V，由I=可知，R2的阻值：R2===12Ω，闭合S3、断开S1和S2，R2与L串联，电压表V1测L两端的电压，电流表测电路中的电流，由电流表的示数达到半偏可知，电路中的电流可能为0.3A，也可能为1.5A，因灯泡正常发光时的功率为9W，所以，由P=UI可得，灯泡两端的电压：UL===30V或UL===6V，由电压表的量程为0～15V且电路安全工作可知，灯泡的额定电压应为6V，电路中的电流为1.5A，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，电源的电压：U=UL+IR2=6V+1.5A×12Ω=24V；（2）闭合S2、S3，断开S1，若用电压表V2替换定值电阻R2，标有“1A”的定值电阻R0替换灯L后，电路为R0与R1串联，电压表V1测R0两端的电压，电压表V2测R1两端的电压，电流表测电路中的电流，由电压表V1的示数为15V时、电压表V2的示数为9V可知，电压表V2的量程为0～15V，当电压表V2的示数为15V、且滑动变阻器的阻值最大时，电路中的电流最小，R0的阻值最大，此时电路中的最小电流：I小===0.3A，则R0的最大阻值：15\nR0大===30Ω；因滑动变阻器允许通过的最大电流为2.5A，R0允许通过的最大电流为1A，所以，电路中的最大电流为1A，当电压表V1的示数为15V，且电路中的电流最大时，R0的阻值最小，电路的总功率最大，则R0的最小阻值：R0小===15Ω，所以，定值电阻R0允许的替换阻值范围是15Ω～30Ω；整个电路的最大总功率：P大=UI大=24V×1A=24W。答：（1）灯L的额定电压为6V，电源电压为24V；（2）定值电阻R0允许的替换阻值范围是15Ω～30Ω，整个电路总功率的最大值为24W。　15