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(共59张PPT)
模块五 电学部分
电能与电功率
模块五 电学部分
教材链接
人教:九全第十八章P86-P95　
教科:九上第六章P85-P93
数据聚焦 考点梳理
电能与电功率
电能和电能表
电能的计量——电能表
计算公式
额定功率与实际功率
概念
电能
单位及其换算
概念
区别
联系
影响灯泡亮暗的因素
电功和电功率
说明
电能和电能表
考点 1
1.电能
(1)电能的转化:电能可以转化为其他形式的能量,用电器工作的过程就是把电能转化为其他形式能的过程。
(2)单位:　　　　。其他常用单位:千瓦时(kW·h),俗称度。
(3)单位换算:1度=1 kW·h=　　　　　 J。
J
3.6×106
2.电能的计量——电能表
作用 测量用电器在一段时间内　　　　　 　
参数 220 V 在220 V的电路中使用
注意:最后一位表示
小数点后第一位
10(20)A 标定电流为10 A,额定最大电流为20 A 50 Hz 在频率为50 Hz的交流电路中使用 2 500 r/kW·h 每消耗1 kW·h的电能,电能表上的转盘转过2 500转 读数 (1)较大的电能可以利用表盘示数测量,消耗的电能为两次示数之　　　　,即W=　　　　 (2)较小的电能利用转盘转过的圈数或指示灯闪烁的次数计算,消耗的电能为 W=　　　　kW·h(n为某段时间内转盘转过的圈数或指示灯闪烁的次数,N为表上的参数) W2-W1
消耗的电能
差
电功 电功率
概念 电流做功是电能转化为其他形式能的过程,有多少电能发生了转化,就说电流做了多少功。用符号W表示 电功率等于　　　　与
　　　　之比,是表示电流
　　　　　的物理量。用符号P表示
单位 及其 换算 单位 国际单位:焦耳(J) 其他常用单位:度[千瓦时(kW·h)] 国际单位:瓦特(W)
其他常用单位:兆瓦(MW)、千瓦(kW)、毫瓦(mW)
换算关系 1度=1 kW·h=　　　　　 J 1 MW= 　　　　 W,
1 kW= 　　　　W,
1 mW= 　　　　 W
电功和电功率
考点 2
电功
时间
做功快慢
3.6×106
106
103
10－3
计算公式 定义式 　　　　　(普遍适用)
　　　　　(普遍适用)
推导公式 W=I2Rt=t(适用于纯电阻电路) 注意:纯电阻电路将电能全部转化为内能 P=UI(普遍适用)
P=I2R=(适用于纯电阻电路)
说明 无论串联还是并联,电流所做的功(或总功率)都等于电流通过各用电器所做功(或功率)之和,表示为W总=W1+W2+…+Wn(或P总=P1+P2+…+Pn)
W=UIt
P=
知识链接 常考电功率的估测:计算器的电功率约为0.5 mW;手电筒的电功率约为0.5 W;液晶电视机的电功率约为100 W;台式计算机的电功率约为200 W;电吹风机的电功率约为500 W;吸尘器的电功率约为800 W;家用空调、电热水壶的电功率约为1 000 W。
易错提示 做功多的用电器电功率不一定大,电功率大的用电器做功不一定多。须考虑其中一个重要因素——时间。
额定功率与实际功率
考点 3
额定功率P额 实际功率P实
概念 用电器在 　　　　(正常工作时两端的电压)下工作时的电功率。例如,标有“220 V　9 W”的灯泡的额定电压为220 V,额定功率为9 W 用电器在 　　　　(实际工作时两端的电压)下工作时的电功率
区别 是唯一的,不随实际电压的改变而改变 不是唯一的,不同的电压值对应的实际功率不同
联系 (1)当U实=U额时,P实=P额,用电器正常工作 (2)当U实>U额时,P实>P额,用电器不能正常工作,有可能损坏用电器 (3)当U实实际功率
实际电压
实际功率
易错速判
1.用电器通过电流做功把电能转化为其他形式的能。 (　　)
2.电功和电能的单位都是瓦特。 (　　)
3.电功率是表示消耗电能多少的物理量。 (　　)
4.电流通过用电器所做的功越多,电功率越大。 (　　)
5.额定功率越大的灯泡一定越亮。 (　　)
6.灯泡上标有“220 V　40 W”字样,该灯泡每秒消耗的电能是40 J。 (　　)
7.日常使用的白炽灯灯丝烧断后,重新搭上使用白炽灯将变得更亮。 (　　)
8.家庭电路中,用电器的实际总功率越大,电路中的总电流越大。(　　)
×
×
√
√
√
×
×
×
数据剖析 题型突破
2
题型 一 电能和电能表
题型 二 结合简单电路计算电功率
题型 三 电功率的比值问题
题型 四 结合动态电路计算电功率
题型 五 结合图象计算电功率
题型 一 对欧姆定律的理解及计算
方法总结
1.电功是用电器将电能转化为其他形式能的过程。电能表是测量电功的仪表。
2.解答与电能表相关的计算题,关键是明确电能表上各参数的含义。例如,3 600 imp/(kW·h)表示每消耗1 kW·h的电能,指示灯闪烁3 600次。
1
2
A.电能表是测量电功率的仪表
B.这个电能表的额定功率为2 200 W
C.他家在这段时间内消耗的电能为903 kW·h
D.若只让一个标有“220 V　1 000 W”的电热水器正常工作10 min,则该表转盘转了600转
1.(2022·南通)小明家上次查看电能表示数为 ,本次查看时电能表示数如图所示,则下列说法正确的是(　　)
D
2.(2022·原创)小张家的电能表上标有“220 V 10 A”字样,为了保障这只电能表正常工作,他家的电器工作时的总功率应不超过　　　　W。他家有一台标有“220 V　1 000 W”的电热水器,若只让电热水器正常工作15 min,则消耗的电能是　　　　kW·h,小张发现电热水器正常工作15 min电能表的指示灯闪烁了300次,这只电能表上应标有“　　　　imp/(kW·h)”字样。
2 200
1
2
1 200
0.25
题型 二 结合简单电路计算电功率
方法总结
先利用额定电压和额定功率求出电阻,再利用串、并联电路的特点及P=、P=UI解题。
3.(2022·贵阳)(多选)如图所示的电路,电源电压恒为6 V。闭合开关S,滑动变阻器R接入电路的阻值为10 Ω时,电流表的示数为1.8 A。下列说法正确的是(　　)
A.通过R0的电流是1.2 A
B.R0的阻值是5 Ω
C.当R为20 Ω时,其电功率是7.2 W
D.当R为30 Ω时,电路总功率是8.4 W
ABD
3
4
4.(2022·原创)将一只“220 V　100 W”的灯泡(设灯丝电阻不变)接在照明电路中,正常发光时,通电30 min灯泡消耗的电能为　　　　kW·h;若用输电线把该灯泡由电源处引到学校运动场时,发现灯泡亮度较暗,测得灯泡的实际功率只有81 W,则输电线上消耗的功率为　　　　W。
0.05
9
3
4
题型 三 电功率的比值问题
方法总结
熟练掌握串、并联电路电压、电流的比例关系,结合串联电路中P1：P2=R1：R2,并联电路P1：P2=R2：R1进行计算。
5.(2022·齐齐哈尔)如图所示,甲、乙是实验室常用电流表或电压表的位置,电源电压恒定。在甲、乙位置分别接入某种电表,闭合开关S1、S2,两灯均发光,甲、乙两个电表示数之比为1：5;断开S1、S2,在甲、乙位置分别接入另一种电表,然后再只闭合开关S1,两灯均发光,则此时甲、乙两电表示数之比为　　　　,灯泡L1与L2的电功率之比为　　　　。(忽略温度对灯丝电阻的影响)
5:4
4:1
5
6
6.(2022·广安)灯泡L1、L2分别标有“12 V　9.6 W”和“12 V　6 W”的字样,通过L1、L2的电流随其电压变化的图象如图甲所示。若将L1、L2并联在12 V的电路中,则电路消耗的总功率为　　　　W。若将L、L2与滑动变阻器R连接在如图乙所示的电路中,电源电压恒为24 V,当开关S接1时,调节滑片,使滑动变阻器的电功率是L1的2倍,L1的电功率为P1;当开关S接2时,调节滑片,使滑动变阻器的电功率是L2的3倍,L2的电功率为P2,则P1：P2=　　　___。
15.6
7:3
5
6
题型 四 结合动态电路计算电功率
方法总结
解题的关键是正确分析电路,可以将电流表看成是导线,将电压表看成是断路,先根据开关的断开和闭合情况判断电路的连接方式,再根据欧姆定律和电功率公式判断电流和电功率的变化并计算。
7.(2022·岳阳)如图所示,电源电压不变,定值电阻R1=20 Ω,小灯泡L标有“8 V　4 W”字样(灯丝电阻不变),电流表量程为0~3 A。当只闭合开关S,滑动变阻器R2的滑片P从b端滑动到某一位置时,滑动变阻器连入电路中的阻值减小了16 Ω,电流表示数增大了0.2 A,此时小灯泡恰好正常发光。在保证电路安全的情况下,都正确且无漏选的一组是(　　)
①电源电压为12 V。
②R2的最大阻值为24 Ω。
③开关都闭合时,R2的最大功率为28.8 W。
④在电流表有示数的情况下,电路消耗的总功率最小值为3.6 W。
A.①② B.①②④ C.①③④ D.①②③④
D
7
8
8.(2022·武汉)如图所示的电路中,电源电压U保持不变。
①只闭合开关S和S3,调节滑动变阻器的滑片,当电流表的示数为0.2 A时,电压表V2的示数为1 V。
②只闭合开关S和S2,电压表V1和V2的示数分别为U1和U2,电流表的示数为I1。
③只闭合开关S、S1和S3,将滑片移动到最左端时,电流表的示数为I2,此时电路的功率为P1;保持滑片位置不变,再闭合开关S2,电流表的示数变化了0.2 A,此时电路的功率为P2。
已知I1：I2=1 ：9,U1 ： U2=1 ：2,下列说法正确的是(　　)
A.U=6 V　　　　
B.I1=0.1 A
C.R2=10 Ω
D.P1 ：P2=7 ：9
B
7
8
题型 五 结合图象计算电功率
方法总结
分析U-I图象、P-U图象或P-I图象,从图象中找出解题的相关信息是解此类题的关键。例如,从每一组对应的信息中能计算出哪些物理量,与电路变化后的数据之间有哪些内在的联系,都可以在图象中找到。
9
10
11
A.图甲是定值电阻的图象
B.对R1、R2的电阻值分别取平均值可以使测量结果更准确
C.将R1和R2并联时,R1、R2的电功率可能相等
D.将R1和R2串联接在5 V的电源两端,R1、R2的电阻之比为3：2
9.(2022·湖北)(多选)某兴趣小组用“伏安法”对小灯泡和定值电阻的阻值进行了测量,根据实验数据作出它们的U-I图象,如图所示。以下是小组成员的交流内容,其中正确的是(　　)
ACD
10.(2022·大庆)如图甲所示,电源电压保持不变,闭合开关S,调节电阻箱。电压表示数与电流表示数关系图象如图乙所示,其中I0是电阻箱阻值为零时的电流,则下列说法正确的是(　　)
A.定值电阻R0的阻值大小为
B.电阻箱两端电压随电流的增大而增大
C.电路消耗的总功率最大值在数值上等于图形S3与S4的面积之和
D.电阻箱消耗的电功率最大值在数值上等于图形S1的面积
D
9
10
11
11.(2022·海南)如图甲所示的电路中,电源电压保持不变。闭合开关后,调节电阻箱的阻值,记录多组数据,得到电流随电阻箱阻值变化的图象如图乙所示,电源电压为　　　V;当电流I=0.5 A时,通电10 s电阻箱消耗的电能为　　　J。
6
5
9
10
11
（2013~2022）
数据链接 真题试做
3
命题点 1 电能和电能表相关的计算
命题点 2 动态电路类
命题点 3 图象信息类
命题点 4 比例类
命题点 5 电路安全类
（10年5考）
1.(2012·河北,25)小明家有额定功率均为40 W的电风扇和白炽灯,它们正常工作相同的时间,　　　　产生的热量多。小明家还有一个“220 V　1 500 W”的电热水器,将其单独连接在电路中,发现电能表(如图所示)上的铝盘在121 s内转了125转,电热水器消耗了　　　　 J的电能,他家的实际电压为　　　　 V。(电热水器内电阻丝的阻值不变)
1
2
3
4
命题点 1 电能和电能表相关的计算
白炽灯
1.5×105
200
2.(2018·河北,23)小明一家外出旅游,出门时电能表的示数为
回来时为 ，这期间消耗了　　　　度电。这些电能可使标有“220V　25 W”的灯泡正常工作　　　h。
3.(2017·河北,23)一天小明家中的IC电能表上的余额用完了,电能表便切断了电路,小明的父亲将存有300元的IC卡插入电能表,电路又接通了,此时电能表的示数为 ，小明家所在地每度电的电费是0.6元,300元电费可用电　　　　kW·h,为防止电能表再次切断电路,小明家应在电能表的示数为 ， 前为IC卡电能表充值。
3
120
500
1 0 1 8 0
1
2
3
4
4.(2020·河北,37)小明家在不远处施工,临时用导线将电水壶和电水龙头(打开几秒钟就能流出热水)接入家中电能表[3 000 r/(kW·h)],如图所示。电水壶的规格为“220 V　1 210 W”,电水龙头的规格为“220 V　2 420 W”。当电路中单独使用电水壶烧水时,铝盘转动110 r,用时120 s。在电路中单独使用电水龙头洗漱时,用了180 s。导线、电水壶和电水龙头的电阻不随温度变化。求:
1
2
3
4
(1)电水壶和电水龙头的电阻。
解：电水壶的电阻R电水壶===40 Ω,
电水龙头的电阻R水龙头===20 Ω。
1
2
3
4
(2)导线的电阻。
解：当电路中单独使用电水壶烧水时,消耗的电能W= kW·h= kW·h,此时电路的总功率P实===1.1 kW=1 100 W,此时电水壶和导线的总电阻R总===44 Ω,由于导线与电水壶串联接入电路中,因此导线的电阻R线=R总-R电水壶=44 Ω-40 Ω=4 Ω。
1
2
3
4
(3)在洗漱时,导线上产生的热量。
解：电水龙头和导线的总电阻R=R线+R水龙头=20 Ω+4 Ω=24 Ω,此时导线和电水龙头的功率P=== W,根据P=I2R可知,I2=,则导线上产生的热量Q=I2R线t=×4 Ω×180 s=60 500 J。
1
2
3
4
5.(2022·河北,22)(多选)如图所示的电路中,电源电压不变,小灯泡L上标有“12 V　12 W”字样,滑动变阻器R0的最大阻值为20 Ω,a、b为电流表、电压表其中之一,且不相同。只闭合开关S1,滑片P置于左端,电流表的示数为1 A;再闭合开关S2、S3,移动滑片P,电流表的示数始终为1 A。已知灯泡电阻随温度的升高而增大。下列说法正确的是(　　)
命题点 2 动态电路类
（10年7考）
A.a为电压表
B.电源电压为12 V
C.只闭合开关S1,若电流表的示数为0.5 A,则滑动变阻器接入电路的阻值为12 Ω
D.将a与R0互换,开关均闭合,移动滑片P,滑动变阻器功率的最小值为7.2 W
ABD
5
6
7
8
6.(2021·河北,22)(多选)如图所示的电路,电源电压不变,滑动变阻器R2的最大阻值与R1的阻值均为R0,a、b、c分别为电阻(阻值均为R0)、电流表、电压表其中之一,且不相同。当S1、S3闭合时,移动滑片P,电路中消耗的功率始终为R0,下列有关说法正确的是(　　)
A.b一定是电流表,c一定是电压表
B.开关都闭合时,电路消耗的功率为2R0
C.只闭合S1,若b为电压表,P向右移动,b的示数可能变小
D.将a、c互换,开关都闭合时,电路中的电流可能为3I0
BD
5
6
7
8
7.(2019·河北,22)(多选)如图所示,电源电压不变,R1、R2为定值电阻,R为滑动变阻器,a、b是电流表或电压表。当只闭合开关S、S1时,a、b的指针均明显偏转,将位于中点的滑片P向左移动,a的示数不变,b的示数有变化。以下说法正确的是(　　)
A.b是电流表
B.只闭合S、S2,移动滑片P,则a示数的变化量与b示数的变化量的比值可能等于R1+R2
C.若将b换成另一种电表,只闭合S、S2,将滑片P向右移动,R2消耗的功率一定变大
D.若将a与b的位置互换,只闭合S、S2,则a的示数与b的示数的比值可能等于R2
AD
5
6
7
8
8.(2018·河北,22)(多选)如图所示,电源电压不变,a、b、c为电流表或电压表。只闭合S1时,a表无示数,b表有示数。S1、S2都闭合时,滑片P向右滑动,c表的示数不变,下列判断正确的是(　　)
A.a表是电压表
B.先闭合开关S1,再闭合S2,电路中的总电流变大
C.只闭合S1,P向右移动,R2两端的电压变化量与电流变化量的乘积大于其电功率的变化量
D.开关均闭合,电路的总功率为P1;若将c表换成另一种电表,再闭合S1、S2,电路的总功率为P2,则P2>P1
BD
5
6
7
8
（10年4考）
9.(2016·河北,38)如图所示,电源电压可调,灯泡L的规格为“15 V　45 W”,且灯丝电阻不随温度变化。电流表量程为“0~0.6 A”和“0~3 A”,滑动变阻器的规格分别为“25 Ω　2 A”和“10 Ω　3 A”。
命题点 3 图象信息类
9
10
11
(1)将电源电压调到18 V,闭合开关,移动P,使灯泡正常发光。求灯泡的电阻和灯泡消耗的最小功率。
解：由P=可得,RL===5 Ω;由P=UI可得,灯泡正常发光时,灯泡的额定电流I额===3 A,通过滑动变阻器的电流大于2 A,所以使用的滑动变阻器的规格是“10 Ω　3 A”;当滑动变阻器连入的电阻最大阻值为10 Ω时,电路中的电流最小,灯泡消耗的电功率最小,总电阻R总=RL+R滑=5 Ω+10 Ω=15 Ω,I===1.2 A,PL小=I2RL=(1.2 A)2×5 Ω=7.2 W。
9
10
11
(2)将电源电压调到15 V,用定值电阻R0替换灯泡,P置于中点A,闭合开关,电流表指针指到满偏刻度的三分之二位置(可能重新选择了电流表量程和变阻器R),然后将P从A移到最左端B,两表示数的I-U关系如图所示。通过计算判断所用滑动变阻器的规格。
解：由题意和图象可知,UB=15 V,当滑动变阻器的滑片P置于中点A时,
UA=10 V,IA为2 A或0.4 A,U滑=15 V-10 V=5 V,当IA1=2 A时,
R1=2×=2×=5 Ω;当IA2=0.4 A时,R2=2×=2×=25 Ω。
根据题意可知,滑动变阻器的规格为“25 Ω　2 A”。
9
10
11
10.(2014·河北,38)实验室里有两只额定电压分别为4 V和6 V的小灯泡L1和L2,将它们连接到如图甲所示的电源电压可调的电路中,其中通过L2的电流与电压的关系如图乙所示。闭合开关S1、S2,断开S3,滑片P置于最左端时,一只小灯泡正常发光,电路消耗的功率为5.2 W;只闭合S3,滑片P置于最右端时,也有一只小灯泡正常发光,且L2的电阻与变阻器连入电路中的电阻之比为R2 ：R1=1：4。求:
9
10
11
(1)L2正常工作时的电阻。
(2)L1正常工作时的电流。
解：根据图象可得,=6 V,=1 A,根据I=可得,L2正常工作时的电阻===6 Ω。
解：闭合开关S1、S2,断开S3,滑片P置于最左端时,L1和L2并联,L1正常发光,电源电压U==4 V,I总===1.3 A,由图象可知,I2=0.9 A,则L1正常工作时的电流I1=I总-I2=1.3 A-0.9 A=0.4 A。
9
10
11
(3)在一只小灯泡正常发光的条件下,电源电压的调节范围。
解：只闭合S3,滑片P置于最右端时,小灯泡L1和L2及变阻器R串联,正常发光的一只小灯泡为L1,电路中的电流I总=I1=0.4 A,由图象可知,此时U2=1 V,则由I=可得,L1的电阻R1===10 Ω,L2的电阻R2===2.5 Ω,由于R2：R=1：4,则变阻器的电阻R=4R2=4×2.5 Ω=10 Ω,电源电压U=I总R总=0.4 A×(R1+R2+R)=0.4 A×(10 Ω+2.5 Ω+10 Ω)=9 V,则电源电压的调节范围为4~9 V。
9
10
11
11.(2013·河北,38)如图甲所示,L上标有“6 V　3 W”字样,电流表的量程为0~0.6 A,电压表的量程为0~15 V,变阻器R的最大电阻为100 Ω。只闭合S1,滑片置于a点时,变阻器连入电路中的电阻为Ra,电流表的示数为Ia。只闭合S2,移动滑片,变阻器两端的电压与其连入电路的电阻关系如图乙所示;当滑片置于b点时,电压表的示数Ub=8 V,电流表的示数为Ib。已知Ra ： R0=12：5,Ia ： Ib=3 ： 5。(灯丝电阻不随温度变化)求:
9
10
11
(1)小灯泡的电阻。
(2)定值电阻R0和电源电压.

解：只闭合S2,R与R0串联,滑片P置于b点时,Ub=8 V,由题图乙可知,电阻Rb=16 Ω,则电流Ib===0.5 A,电源电压U=Ib(Rb+R0)=0.5 A×(16 Ω+R0)①;只闭合S1,R与L串联,当滑片P置于a点时,由于Ia ： Ib=3 ： 5,则Ia=0.3 A,电源电压U=Ia(Ra+RL)=0.3 A×(Ra+12 Ω)②。已知Ra ： R0=12：5,由①②可得,R0=20 Ω,U=18 V。
解：小灯泡的电阻RL===12 Ω。
9
10
11
(3)在电表的示数不超过量程,灯泡两端的电压不超过额定值的情况下,只闭合S1时,变阻器连入电路的最小电阻为多少;只闭合S2时,电路消耗的最小功率为多少。
解：只闭合S1,电流表的量程大于小灯泡的额定电流,则电路中的最大电流等于小灯泡的额定电流0.5 A,由I===0.5 A可得,变阻器接入电路的最小电阻R最小=24 Ω;只闭合S2,变阻器两端的电压为15 V时,连入电路中的电阻最大。由于=,则变阻器接入电路的最大电阻R最大=100 Ω,电路消耗的最小功率P最小===2.7 W。
9
10
11
12.如图甲所示,电源电压不变,小灯泡L的额定电压为10 V,滑动变阻器R1的规格为“10 Ω　1 A”。闭合开关,当滑片P置于距左端三分之一处,小灯泡正常发光,电流表指针满偏,电表表盘如图乙所示。
命题点 4 比例类
(1)求小灯泡的额定功率和电源电压。
解：由电路图可知,闭合开关时,L与滑动变阻器R1串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路中的电流,P在距左端处(连入电路的阻值为R1)时,小灯泡正常发光,电流表满偏,因为滑动变阻器允许通过的最大电流为1 A,所以电流表使用的是0~0.6 A量程,此时IL=I1=0.6 A,由P=UI可得,小灯泡的额定功率P额=U额IL=10 V×0.6 A=6 W;由欧姆定律可得,滑动变阻器R1两端的电压U1=I1×R1=0.6 A××10 Ω=2 V,则电源电压U=U额+U1=10 V+2 V=12 V。
(2)用定值电阻R2替代小灯泡,再将另一电压表V2接入电路,其他部分电路连接不变。闭合开关,当滑片P置于某一位置时,两个电压表指针偏转的角度相同,且表V2示数大于表V1的示数,两种电表指针偏转角度之比为2：1。求R2可能的阻值。

解：用定值电阻R2替代小灯泡,R2与滑动变阻器R1串联,其他部分电路连接不变。①若电压表V2并联在R2两端,如图甲所示,两个电压表指针偏转的角度相同,且表V2示数大于表V1的示数,所以V2使用0~15 V量程,V1使用0~3 V量程,且U2=5U1,所以,U1=U=×12 V=2 V,U2=5×2 V=10 V,若电流表偏转是电压表的2倍,不可能,则应为电压表偏转是电流表的2倍,则电流表的示数为0.2 A,所以R2===50 Ω。
②若电压表V2并联在电源两端,如图乙所示,则U2=12 V,U1=U2=×12 V=2.4 V,电压表的指针偏转了24小格,若电流表偏转是电压表偏转的2倍,即电流表偏转48小格,不可能,若电压表偏转是电流表偏转的2倍,即电流表偏转12格,则电流表的示数为12×0.02 A=0.24 A,由串联电路的特点和欧姆定律可得R2===40 Ω
13.如图所示,电源电压为18 V,R0为定值电阻,R为滑动变阻器,电流表量程为“0~0.6 A”,电压表量程为“0~15 V”。闭合开关S,移动滑片,当滑片移至滑动变阻器中点时,电流表的示数为0.36 A,电压表的示数为3.6 V。
命题点 5 电路安全类
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(1)求R0的阻值。

解:由电路图可知,R0与R串联,电压表测R0两端的电压,电流表测电路中的电流。
闭合开关S,移动滑片至中点时,电流表的示数为0.36 A,电压表的示数为3.6 V,所以R0的阻值R0===10 Ω。
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(2)求滑动变阻器的最大阻值。

解：当电压表的示数为3.6 V时,滑动变阻器R两端的电压UR=U-U0=18 V-3.6 V=14.4 V,此时滑动变阻器接入电路的阻值R===40 Ω,因为电压表的示数为3.6 V时,滑片移至滑动变阻器中点,接入电阻为总电阻的一半,所以滑动变阻器的最大阻值R总=2R=2×40 Ω=80 Ω。
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(3)在保证电路安全的情况下,电路消耗的最大功率为P1;将电压表改接在R两端,电路消耗的最小功率为P2。求P1：P2。
解：因为电流表量程为“0~0.6 A”,所以电路中的最大电流为0.6 A,此时R0两端的电压U0大=I大R0=0.6 A×10 Ω=6 V<15 V,电压表安全,此时电路消耗的最大功率P1=UI大=18 V×0.6 A=10.8 W,将电压表改接在R两端,若滑动变阻器全部接入电路,根据串联分压可知,滑动变阻器两端的电压U滑=×18 V=16 V>15 V,所以滑动变阻器不能全部接入电路。当电压表达到15 V时,滑动变阻器接入电阻最大,电路中的电流最小,最小电流I小===0.3 A,此时电路消耗的最小功率P2=UI小=18 V×0.3 A=5.4 W,所以P1 ： P2=10.8 W：5.4 W=2：1。
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14.如图所示,小灯泡L的规格为“5 V　1 W”,R0=50 Ω,电源电压不变,电流表的量程为“0~0.6 A”“0~3 A”。闭合开关,小灯泡L正常发光。

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(1)求R0的功率和电源电压。
解：闭合开关,小灯泡和电阻串联,电流表测电路中的电流。小灯泡正常发光,流过小灯泡的电流IL===0.2 A,流过R0的电流I0=IL=0.2 A,R0的功率P0=R0=(0.2 A)2×50 Ω=2 W,R0两端的电压U0=I0R0=0.2 A×50 Ω=10 V,电源电压U电=UL+U0=5 V+10 V=15 V。
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(2)拆除小灯泡L,从规格分别为“10 Ω　1 A”“100 Ω　0.5 A”的滑动变阻器中选择其中之一,以及若干导线连入电路,选择哪种规格的滑动变阻器电路消耗的功率最大 最大功率是多少
解：由题意可知,滑动变阻器和定值电阻并联时,电路消耗的功率可实现最大,当“10 Ω　1 A”的滑动变阻器接入电路时,流过滑动变阻器的最小电流Imin===1.5 A,1.5 A大于该滑动变阻器允许的最大电流1 A,该滑动变阻器会被损坏,故舍去。
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所以选择“100 Ω　0.5 A”的滑动变阻器接入电路时,电路消耗的功率可达到最大,此时流过滑动变阻器的最大电流I滑max=0.5 A,流过电阻的电流===0.3 A,干路最大电流Imax=I滑max+=0.5 A+0.3 A=0.8 A,电路最大功率Pmax=U电Imax=15 V×0.8 A=12 W。
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