第18课时 电能电功率
一、选择题
1.(多选)[2018·聊城]小明同学家的电能表上标有“3000 revs/(kW·h)”的字样,他将家中的其他用电器都与电源断开,仅让电水壶在额定电压下工作,观察1 min内电能表的转盘转了45 revs,则下列说法正确的是 ( )
A.电水壶是利用电流的热效应来工作的
B.烧水过程中消耗的电能为5.4×105 J
C.电水壶的额定功率为900 W
D.当实际电压只有额定电压的90%时,电水壶的实际功率为729 W
2.[2018·北京]有两个额定电压相同的电热水壶甲和乙,甲的额定功率为1800 W,乙的额定功率为1200 W。两个电热水壶都正常工作时,下列说法中正确的是 ( )
A.甲电热水壶两端的电压较高
B.电流通过甲电热水壶做功较快
C.通过两个电热水壶的电流相等
D.相同时间内,两个电热水壶消耗的电能一样多
3.[2018·泸州]小明家有额定电压相同的微波炉和电视机各一台,按照每度电0.55元的计费标准,将这两个用电器正常工作1 h所用的电费绘制成了如图18-14所示的柱状图,对小明家的这两个用电器,下列判断正确
的是 ( )
图18-14
A.微波炉正常工作时的电压大于电视机正常工作时的电压
B.微波炉正常工作时的电流等于电视机正常工作时的电流
C.微波炉正常工作时的电功率大于电视机正常工作时的电功率
D.每月在微波炉上用的电费一定比在电视机上用的电费多
4.[2018·株洲]智能手机耗电达到一定量时,会自动提示用户采用“省电模式”,在这种模式下,可延长电池的供电时间,原因是 ( )
A.降低了电池的输出电压
B.减小了电池的输出电流
14
C.减小了电子线路的电阻
D.增大了电池的输出功率
5.[2018·南充]如图18-15所示的电路,电源电压为3 V,R1=15 Ω,R2=5 Ω,当开关S闭合时,下列分析正确的是 ( )
图18-15
A.R1、R2两端电压之比为3∶1
B.通过R1、R2电流之比为3∶1
C.R1、R2消耗的电功率之比为1∶3
D.R1消耗的电功率为1.8 W
6.将灯L1接在电压为6 V的电路中,功率为6 W。若保持电路电压U不变,再在电路中连入电灯L2,其灯泡上标示的数字如图18-16所示,使电路的总功率为9 W。在下图所示的四个电路中,连接正确的是 ( )
图18-16
7.[2018·淄博]如图18-17所示,电源电压不变,只闭合开关S1,灯泡L发光,电压表有示数;再闭合开关S2,电路中出现的情况是 ( )
图18-17
A.电压表的示数变小 B.电路的总电阻不变
C.灯泡L的亮度不变 D.电路的总功率变大
8.[2018·内江]图18-18是电阻甲和乙的U-I图像,由图像可知下列判断正确的是 ( )
14
图18-18
A.甲乙都是定值电阻
B.当乙两端电压为1 V时,其电阻值为10 Ω
C.将甲和乙串联,若通过甲的电流为0.4 A,电路的总功率为1.2 W
D.将甲和乙并联,若甲两端电压为1 V,干路上的电流为0.4 A
9.(多选)[2018·滨州]如图18-19甲所示电路中,电源电压保持不变,R1是定值电阻。当开关S闭合,滑动变阻器R2的滑片P由a端移动到b端时,两电表示数变化关系如图乙所示,则下列说法中正确的是 ( )
图18-19
A.电源电压为14 V
B.R2的最大阻值为30 Ω
C.滑片P由a向b恰好移动三分之一长度时,R1的电功率为1.25 W
D.滑片P在a端时,2 min内R2消耗的电能是144 J
10.[2018·山西]如图18-20所示是创新小组设计的汽车油量显示仪的电路原理图,其中电源电压恒定为6 V,定值电阻R0为5 Ω,油量表实质上是量程为0~3 V的电压表。R为压敏电阻,其电阻值与油箱中油量的关系如下表所示。下列说法中正确的是 ( )
油量V/L
0
10
20
30
40
50
压敏电阻R/Ω
25
20
15
10
5
2.5
图18-20
A.油箱中油量增多时,压敏电阻R的阻值变大
B.电压表示数为3 V时,油箱中的油量为50 L
C.油箱中油量为20 L时,R0两端的电压为1.5 V
14
D.油箱中油量减少时,电路消耗电能的总功率变大
二、实验题
11.[2018·玉林]在测量“小灯泡电功率”的实验中,已知电源电压为3 V,小灯泡额定电压为2.5 V,图18-21甲是未连接完整的实验电路。
图18-21
(1)请你用笔画线代替导线将实物电路图甲连接完整。(要求:滑片P向右移动时小灯泡变亮)
(2)闭合开关后,缓慢移动滑动变阻器的滑片P,当电压表的示数如图乙所示时,其示数为 V。
(3)改变滑片P的位置,获得多组对应的电压、电流值,如下表所示。由表可知,随着电压的增大,小灯泡的电功率 (选填“增大”“不变”或“减小”)。
数据序号
1
2
3
4
5
6
7
发光情况
熄灭
熄灭
微光
较暗
不很亮
较亮
明亮
电压U/V
0.2
0.5
1.0
1.3
1.7
2.0
2.5
电流I/A
0.10
0.20
0.38
0.42
0.48
0.52
0.56
(4)根据上表中数据,请在图丙中画出I-U关系图像。
(5)根据图丙中画出的图线可求得,当小灯泡两端电压为2.2 V时,小灯泡的实际功率为 W。(结果保留一位小数)
12.[2018·泰州]在“比较两个灯泡的亮暗”的活动中,如图18-22(a)所示。(电源由四节干电池串联,每节电压恒为1.5 V,灯L1额定电压为3.8 V,灯L2额定电压为2.5 V)
(1)请用笔画线代替导线,将图中的实物电路连接完整,使滑片在最右端时滑动变阻器连入电路的阻值最大。
14
图18-22
(2)灯L1、L2应选择电阻 (选填“相同”或“不同”)的白炽灯泡,连接电路后闭合开关,调节滑动变阻器,应比较两灯泡亮暗和 。总结发现:两灯串联时,通过灯泡的电流相等,电压越高,相同时间内 越多,灯泡就越亮。
(3)小明为测出灯L1的额定功率,在原电路中串联一只电流表如图(b)所示,正确连接电路后闭合开关,读出甲电压表示数为2.8 V,乙电压表示数为1.8 V,电流表示数为0.14 A,当滑片移动到阻值最小处时,甲电压表示数如图(c)所示为 V。小明对电路进行改进,取走灯L2和乙电压表,正确连接电路后,发现还是无法测量灯L1的额定功率,小明思考后,在不增加电路元件的情况下又对实验进行改进,顺利完成了实验,他的做法是 。
三、计算题
13.[2018·长沙] L1、L2是规格分别为“6 V 6 W”“3 V 2.7 W”的小灯泡,将它们连在如图18-23所示的电路中,电源电压恒定不变,当只闭合S时,L2正常发光。求:(不计温度对灯丝电阻的影响)
(1)电源电压。
(2)灯泡L1的电阻R1。
(3)当S、S1都闭合时,10 s内电流做的总功。
图18-23
14
14.某同学家的电子式电能表上个月月初、月末的表盘如图18-24所示。表盘上“1600 imp/(kW·h)”表示每用电1 kW·h指示灯闪烁1600次。根据表盘上的信息,回答下列问题:
(1)该同学家上个月共用电多少?
(2)该同学家同时使用的用电器总功率不得超过多少?
(3)若只让一个标有“220 V 484 W”的电热器工作3 min,观察到电能表的指示灯闪烁了32次,则该同学家的实际电压是多大?(设电热器的电阻不变)
图18-24
14
15.[2018·淄博]如图18-25甲所示电路中,电源电压保持不变,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。闭合开关S,移动滑片P,滑动变阻器消耗的电功率与电流关系的图像如图乙所示。求:
(1)滑动变阻器的最大阻值。
(2)R0的阻值和电源电压。
图18-25
14
16.[2018·衡阳]现有一个可调电压电源,一个滑动变阻器R(铭牌上标有“50 Ω 2 A”的字样),一个电压表,A、B、C三盏小灯泡,规格分别为:A灯“6 V 3 W”、B灯“6 V 4.8 W”、C灯“6 V 6 W”,三盏小灯泡的电流与电压的关系如图18-26甲所示,即三个灯的电阻随实际功率变化而变化,在保证电路安全的情况下,进行以下实验:
(1)若将A、B、C三盏小灯泡并联接在可调电压电源两端,电源电压调节为6 V,求经过2.5 min,三盏小灯泡消耗的总电能。
(2)若将A、B、C三盏小灯泡串联接在可调电压电源两端,调节电源电压,使A灯正常发光,求此时C灯的实际电功率。
(3)若将电路元件按如图乙所示连接,电源电压调节为20 V,当滑动变阻器滑片在某个点时,电压表示数为15 V,求将滑动变阻器滑片从这个点开始向左滑动的过程中,滑动变阻器阻值变化范围。
图18-26
14
17.[2018·包头]如图18-27所示为模拟调光灯电路,电路中电源电压不变,灯泡L标有“6 V 3 W”字样,且灯丝电阻随温度的变化而变化,定值电阻R1的阻值为6 Ω。将滑动变阻器R2的滑片P置于最右端,闭合开关,电压表和电流表示数分别为6 V和0.2 A。移动滑片P至某一位置,电压表和电流表示数分别为3 V和0.5 A。
(1)求灯泡L正常发光时的电阻。
(2)当R2的滑片P在最右端时,闭合开关,求此时灯泡L的实际功率。
(3)为使灯泡安全工作,R2的滑片能自由滑动,且滑片P滑到某一端时灯泡能正常发光,应采取怎样的保护措施?请计算说明。
图18-27
14
四、综合题
18.为了响应国家节能减排的号召,鼓励市民节约用电,我市从2012年7月1日起,居民用电实行“一户一表”的“阶梯电价”,分三个档次收费:第一档是用电量不超过180千瓦时实行“基本电价”,第二、三档实行“提高电价”,具体收费情况如图18-28所示折线图。请根据图像回答下列问题。
(1)当用电量是180千瓦时时,电费是 元。
(2)第二档的用电量范围是 。
(3)“基本电价”是 元/千瓦时。
(4)小明家8月份的电费是328.5元,请计算他家8月份的用电量是多少千瓦时?
图18-28
参考答案
1.ACD [解析] 电水壶是利用电流的热效应将电能转化为水的内能来工作的,故A正确。转盘转动45 revs消耗的电能
14
W=45revs3000revs/(kW·h) =5.4×104 J,故B错误。电水壶的额定功率P额=Wt=5.4×104J60s=900 W,故C正确。由公式P=U2R可知在电阻不变的情况下,实际电压是额定电压的90%时,实际功率是额定功率的81%,即P实=81%P额=81%×900 W=729 W,故D正确。
2.B 3.C 4.B
5.C [解析] 由电路图可知,电阻R1与R2并联,因并联电路中各支路两端电压相等,所以R1、R2两端电压之比为1∶1,故A错误。由I=UR可知,通过R1、R2的电流之比:I1I2=UR1:UR2=R2R1=5Ω15Ω=13,故B错误。由P=UI可知,R1、R2消耗的电功率之比:P1P2=UI1UI2=I1I2=13,故C正确。R1消耗的电功率为P1=U2R1=(3V)215Ω=0.6 W,故D错误。
6.B 7.D
8.C [解析] 电阻甲的U-I图像是直线,说明它是定值电阻,电阻乙的U-I图像是曲线,说明它是非定值电阻,故A错误。从图中可知,当乙两端电压为1 V时,通过的电流为0.4 A,此时它的电阻R=UI=1V0.4A=2.5 Ω,故B错误。将甲、乙串联,若通过甲的电流为0.4 A,则通过乙的电流也为0.4 A,从图像中可分别读出对应的电压分别为2 V、1 V,则总电压为3 V,电路的总功率P=U总I串`=3 V×0.4 A=1.2 W,故C正确。若将甲、乙并联,则其两端电压相等,甲两端电压为1 V时,乙两端电压也为1 V,从图像中读出对应的电流分别为0.2 A、0.4 A,则干路电流I总=I甲+I乙=0.2 A+0.4 A=0.6 A,故D错误。
9.BCD [解析] 由图甲可知电路为电阻R1与滑动变阻器R2串联,电压表测电阻R1两端的电压。由图乙可知,当电流表的示数为0.5 A时,电压表的示数为10 V,此时电路中的电流最大,则滑动变阻器连入电路中的电阻为0,电路中只有电阻R1,故此时电压表的示数即电源电压,为10 V,R1=UI大=10V0.5A=20 Ω,故A错误。当电流表的示数为0.2 A时,电压表的示数为4 V,此时电路中的电流最小,则滑动变阻器全部连入电路,电源电压为10 V不变,由串联电路电压规律及欧姆定律可得R2=UI小-R1=10V0.2A-20 Ω=30 Ω,即滑动变阻器的最大阻值为30 Ω,故B正确。若滑片P由a向b恰好移动三分之一长度时,R2连入电路中的电阻为其总电阻的三分之二,即R2'=23R2=23×30 Ω=20 Ω,此时电路中的总电阻R总=R1+R2'=20 Ω+20 Ω=40 Ω,则此时电路中的电流I=UR总=10V40Ω=0.25 A,则R1的电功率P1=I2R1=(0.25 A)2×20 Ω=1.25 W,故C正确。滑片P在a端时,滑动变阻器全部连入电路,此时电路中的电流为0.2 A,R2两端的电压为U2=U-U1=10 V-4 V=6 V,则2 min内R2消耗的电能W=U2I小t=6 V×0.2 A×120 s=144 J,故D正确。
10.C [解析] 由表格知,当油量增加时,压敏电阻R阻值变小,故A错误;当电压表示数为3 V时,电路中的电流I=U0R0=3V5Ω=0.6 A,压敏电阻两端分得的电压为3 V,此时R=URI=3V0.6A=5 Ω,对应表格知油量为40 L,故B错误;油箱中油量为20 L时,压敏电阻的阻值为15 Ω,电阻中的总电阻R总=R0+R'=5 Ω+15 Ω=20 Ω,此时电路中的电流I'=U总R总=6V20Ω=0.3 A,则R0两端的电压为U0'=I'R0=0.3 A×5 Ω=1.5 V,故C正确。当油箱中油量减少时,压敏电阻阻值增大,总电阻增大,电路中电流变小,根据公式P=UI知,电源电压不变,电流变小,则总功率变小,故D错误。
11.(1)如图所示
14
(2)2 (3)增大
(4)如图所示
(5)1.2
12.(1)如图所示
(2)不同 电压表示数 电流做功
(3)3.5 将甲电压表与滑动变阻器并联,改接小量程,调节滑动变阻器,使甲电压表示数为2.2 V
13.解:(1)当只闭合S时,电路中只有灯泡L2接入电路中且正常发光,则电源电压U=U2额=3 V。
(2)灯泡L1的电阻R1=U1额2P1额=(6V)26W=6 Ω。
(3)S、S1都闭合时,两灯泡并联,灯泡L1的实际功率P1=U2R1=(3V)26Ω=1.5 W,
电路的总功率P=P1+P2额=1.5 W+2.7 W=4.2 W,
10 s内电流做的总功W=Pt=4.2 W×10 s=42 J。
14.解:(1)该同学家上个月共用电:W=3265.4 kW·h-3246.8 kW·h=18.6 kW·h。
(2)“220 V”表示这个电能表的额定电压,“10 A”表示电能表的标定电流,则电能表正常工作时的最大功率为P=UI=220 V×10 A=2200 W。
(3)因为电能表的指示灯闪烁了32次,所以电热器消耗的电能为W'=321600 kW·h=0.02 kW·h=7.2×104 J,
时间t=3 min=180 s,
14
则电热器的实际功率为P实=W't=7.2×104J180s=400 W,
又因为U额=220 V,P额=484 W,所以电热器的电阻为:R=U额2P额=(220V)2484W=100 Ω,
由P=U2R可得,该同学家的实际电压为U实=P实R=400W×100Ω=200 V。
15.解:(1)当滑动变阻器接入电路的阻值最大时,电路中的电流最小,由图乙可知,电路中的最小电流I小=0.2 A;此时滑动变阻器的功率P=1.2 W,则根据P=I2R可得,滑动变阻器的最大阻值R大=PI小2=1.2W(0.2A)2=30 Ω。
(2)由图乙可知,当电路中的电流为I'=0.4 A时,R的电功率P'=1.6 W,此时R接入电路的阻值为R'=P'I'2=1.6W(0.4A)2=10 Ω;
根据欧姆定律可得
U=I'(R0+R')=0.4 A×(R0+10 Ω)①,
U=I小(R0+R大)=0.2 A×(R0+30 Ω)②;
①②联立得R0=10 Ω,U=0.4 A×(10 Ω+10 Ω)=8 V。
16.解:(1)A、B、C三灯与电源电压并联,电源电压U=6 V,此时三灯均正常发光,所以W总=WA+WB+WC=(PA+PB+PC)t=(3 W+4.8 W+6 W)×2.5×60 s=2070 J。
(2)A灯正常发光,由图甲中A的电流与电压的关系图可知,此时电路电流I=0.5 A,电路为串联电路,所以通过B、C两灯的电流均为0.5 A,由图甲可知,此时UB=3 V,UC=2 V,此时C灯的实际电功率为PC实=UCI=2 V×0.5 A=1 W。
(3)由图乙可知,B、C两灯和滑动变阻器串联接入电路;当电压表示数为15 V时,UBC=U'-U示=20 V-15 V=5 V;由图甲可知,此时电路电流为I'=IB'=IC'=0.5 A,此时滑动变阻器接入电路的电阻R滑=U示I'=15V0.5A=30 Ω;
滑动变阻器允许通过的最大电流为2 A,B灯允许通过的最大电流为IB额=PB额UB额=4.8W6V=0.8 A,C灯允许通过的最大电流为IC额=PC额UC额=6W6V=1 A,所以电路中允许通过的最大电流为Imax=0.8 A,由图甲可知,此时U″B=6 V,U″C=4 V,滑动变阻器两端的电压为U″R=U'-U″B-U″C=20 V-6 V-4 V=10 V,此时滑动变阻器的电阻为R'滑=U″RImax=10V0.8A=12.5 Ω,
所以滑动变阻器接入电路的阻值变化范围为12.5~30 Ω。
17.解:(1)由题意可知,灯泡正常发光时的电阻为R=U额2P额=(6V)23W=12 Ω。
(2)灯泡正常工作时的电流I额=P额U额=3W6V=0.5 A,
由题图可知,灯泡L与定值电阻R1、滑动变阻器R2串联,电压表测R2两端电压,电流表测电路中电流,移动滑片P至某一位置,电压表和电流表示数分别为3 V和0.5 V,即此时电路中的实际电流I=0.5 A=I额,灯泡恰好正常工作,灯泡两端电压U灯=U额=6 V,R2两端电压即电压表示数U2=3 V,R1两端电压U1=IR1=0.5 A×6 Ω=3 V,
则电源电压U=U1+U2+U灯=3 V+3 V+6 V=12 V,
当滑片滑至最右端时,R2两端电压即电压表示数为U2'=6 V,电路中电流I'=0.2 A,
14
则R1两端电压U1'=I'R1=0.2 A×6 Ω=1.2 V,灯泡两端电压U灯'=U-U1'-U2'=12 V-1.2 V-6 V=4.8 V,此时灯泡的实际电功率P实=U灯'I'=4.8 V×0.2 A=0.96 W。
(3)由图可知:L、R1、R2串联连接,当滑片滑到最左端时,电路为R1与L的串联电路,根据题意,灯泡两端电压最大为U大=6 V,通过的电流I大=I额=0.5 A,则此时R1的阻值应为R1'=U-U大I大=12V-6V0.5A=12 Ω,ΔR=R1'-R1=12 Ω-6 Ω=6 Ω,故可用一个12 Ω的电阻替换R1,或再串联一个6 Ω的电阻。
18.解:(1)108 (2)180
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