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第十七讲·电能 电功率
考点一 电能 电功
1.电能及其测量
单位:__________,符号:__________。
常用单位:千瓦时(kW·h),也叫度,1度=__________ kW·h=__________ J。
测量工具:__________,作用是测量用电器在某一段时间内消耗的电能。
焦耳
J
1
3.6×106
电能表
电能表 转盘式电能表 频闪式电能表
示意图
主要 参数 ①“220 V”指电能表应接在电压为__________ V的　电路中使用; ②“10(20)A”表示这个电能表的标定电流是__________ A,额定最大电流是__________ A 600 r/(kW·h)指用电器每消耗__________的电能,电能表转盘转过600转 600 imp/(kW·h)指用电器每消耗1 kW·h的电能,电能表指示灯闪烁600次
读数 电能表最右边的格子显示的是消耗电能的小数部分,其前面的格子显示的是整数部分 220
10
20
1 kW·h
　　2.电功
定义 电能转化为其他形式能的过程,也可以说是电流做功的过程
单位 焦耳(J)
大小 通过用电器的电流做功的多少等于用电器消耗的电能
影响 因素 电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间的长短有关
计算 公式 W=Pt=UIt(普遍适用)
W= t=I2Rt(纯电阻电路)
考点二 电功率
意义 表示电流做功的__________
单位 __________,符号:__________;1 kW=__________W
定义 电功与时间之比
公式 ____________________(普遍适用)P= =I2R(纯电阻电路)
常见电 功率估 测 家用空调的电功率约为1 000 W;电吹风机的电功率约为500 W;洗衣机的电功率约为300 W;台式计算机的电功率约为200 W;液晶电视机的电功率约为100 W;日光灯的电功率约为40 W
快慢
瓦特
W
103
　　2.额定电压、额定功率
额定电压(具有唯一性) 额定功率(具有唯一性)
概念 用电器正常工作时的电压 用电器在额定电压下工作时的功率
铭牌 灯泡标有“220 V　40 W”的字样,是指灯泡的__________为220 V,__________为40 W 额定电压
额定功率
考点三 测量小灯泡的电功率
实验原理 __________
电路图
滑动变阻器的作用 ①__________;
②改变_______________和_________________,从而实现多次测量
P=UI
保护电路
小灯泡两端电压
通过小灯泡的电流
实验记录
结论 同一用电器两端电压不同,电功率就不同
小灯泡两端电压越高,功率越大,灯泡越亮
灯丝温度越高,灯丝电阻越大
注意 ________(选填“能”或“不能”)将多次测得的电功率求平均值
>
=
<
不能
课堂练习
1.下列关于电功、电功率的说法,正确的是 ( )
A.电流做功越多,电功率越大
B.电流做功越快,电功越大
C.用电器消耗电能越多,电功越大
D.用电器消耗电能越多,电功率越大
2.一度电可供25 W的灯泡正常发光的时间是 ( )
A.4 h B.25 h C.15 h D.40 h
C
D
3.(2022·怀化)如图所示的串联电路中,定值电阻R1=2R2,开关闭合后,电阻R1、R2两端电压分别为U1、U2,通过的电流分别为I1、I2,电功率分别为P1、P2,相同时间内做的功分别为W1、W2,以下比值正确的是 ( )
A.I1∶I2=2∶1
B.U1∶U2=1∶1
C.P1∶P2=2∶1
D.W1∶W2=1∶2
C
4.(2022·百色)在如图所示的电路中,电源电压保持不变,R1为定值电阻。开关S闭合后,将滑动变阻器R2的滑动触头向右移动时,下列说法正确的是 ( )
A.电压表V的示数减小
B.电流表A的示数增小
C.电流表A1的示数减小
D.滑动变阻器R2消耗的电功率变大
B
5.(2021·黑龙江)将“220 V 60 W”的灯泡L1和“220 V 40 W”的灯泡L2串联在220 V的电源上,组成闭合电路(设灯丝电阻不变),则下列说法正确的是 ( )
A.灯泡L1比灯泡L2亮
B.灯泡L2比灯泡L1亮
C.两灯泡的总功率大于40 W
D.两灯泡的实际功率都变为其额定功率的一半
B
6.(2021·齐齐哈尔)在如图所示的电路中,电源电压保持不变。当闭合开关S,滑动变阻器R2的滑片P向右移动时,下列说法正确的是( )
A.电流表示数减小,电压表示数增大
B.电流表示数减小,电压表示数不变
C.电路总电阻减小,电路总功率增大
D.电流表示数不变,电压表示数不变
D
7.(2021·绥化)如图甲所示的是通过小灯泡L的电流与其两端电压的关系图象。现将小灯泡L与电阻R连入如图乙所示的电路中。闭合开关S,小灯泡的实际功率为1.8 W,电压表示数为3 V。下列结果中 ( )
①电源电压为9 V
②电阻R的阻值为10 Ω
③电路消耗的总功率为2.7 W
④通过电阻R的电流为0.6 A
A.只有①②③正确 B.只有②③④正确
C.只有①③正确 D.只有②④正确
A
8.如图所示的是小马家安装的电能表。
(1)若他家上月末电能表的示数为1 228.8 kW·h,本月末示数如图所示,则他家本月用电_______度。
(2)若电能的价格为0.5元/(kW·h),他家这个月要交电费______元。
46
23
(3)他家部分用电器的额定功率如下表所示,若这些用电器都同时正常工作,______(选填“可以”或“不可以”)再使用一台1 500 W的空调。
(4)当他家某一用电器单独接入电路正常工作时,小马发现该电能表1 min内转盘转过了50转,则他家这段时间内消耗的电能是______ kW·h,此用电器可能是_________(选填“台灯”“电风扇”或“电热水壶”)
电器名称 额定功率/W
笔记本电脑 100
电视机 90
所有照明灯 200
洗衣机 210
电冰箱 150
不可以
0.02
电热水壶
9.(2022·怀化)小华同学进行“测量小灯泡的电功率”实验,小灯泡的额定电压为2.5 V,实物图如图甲所示。
(1)连接电路时,开关应处于_________状态。
(2)请你用笔画线代替导线,将图甲中的电路连接完整。(要求:滑片P往左移时灯泡变暗)
断开
甲
(3)某次实验中,移动滑片使电压表示数为2 V时,电流表的指针位置如图乙所示,则电流表的示数为______ A,小灯泡的实际功率为______ W。
(4)小华同学多次改变滑动变阻器滑片的位置,并根据实验数据画出了小灯泡的U-I关系图象,如图丙所示。由图象可知:小灯泡的额定功率P额=_________ W。
0.22
0.44
0.625
10.(2022·齐齐哈尔)小琪同学在做“测量小灯泡的电功率”的实验时,实验器材有:电源(三节新的干电池)、额定电压为2.5 V的小灯泡、规格不同的滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线。图甲是没有连接完整的电路。
(1)请用笔画线代替导线按要求将电路(图甲)连接完整(要求:向左移动滑动变阻器的滑片使电流表示数变大,导线不交叉)。
(2)正确连接电路后,闭合开关,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡始终不亮,且电压表有示数,电流表无示数,则故障原因可能是______________。
(3)排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片到某位置,电压表示数如图乙所示,此时电压为_____ V;若想测量小灯泡的额定功率,应将滑片向_____(选填“A”或“B”)端移动,直到电压表的示数为2.5 V。
小灯泡断路
2.2
A
(4)小琪在进行实验数据处理时,计算出了小灯泡的平均电功率(如下表),你认为她这样处理数据是________(选填“合理”或“不合理”)的,理由是________________________________________________________。
(5)实验提供的滑动变阻器规格为R1“5 Ω 2 A”、R2“20 Ω 1 A”、R3“100 Ω 0.1 A”,小琪选择的是_______(选填“R1”“R2”或“R3”)完成了上述实验。
不合理
实验 序号 电压U/V 电流I/A 电功率 P/W 平均电功
率P/W
1 2.0 0.26 0.52 0.71
2 2.5 0.28 0.70 3 3.0 0.30 0.90 在不同电压下小灯泡的电功率不同,计算电功率的平均值无意义
R2
11.在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4.5 V,小灯泡的额定电压为2.5 V,电阻约为10 Ω。
(1)请你用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路连接完整,要求滑动变阻器的滑片P向右移动时小灯泡变暗。
(2)测量小灯泡电功率的原理是____________。
P=UI
(3)排除电路故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P到某一位置时,电压表示数如图乙所示,为_______ V,若想测量小灯泡的额定功率,应将图甲中的滑片P向______(选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为2.5 V。
(4)移动滑片P,记下多组电压表和电流表示数,并绘制如图丙所示的I-U图象,根据图象信息,可计算出小灯泡的额定功率是_____ W,此时小灯泡的电阻是_______ Ω。
2.2
A
0.5
12.5
12.(2021·江西)【实验名称】测量小灯泡的电功率。
【实验器材】额定电压为2.5 V的小灯泡(电阻约为10 Ω),电压为6 V的电源、电流表、电压表、滑动变阻器(50 Ω 0.5 A)、开关、导线若干。
【实验步骤】
(1)用笔画线代替导线将图甲中的电路连接完整(要求滑动变阻器连入电路时阻值最大)。
(2)连接电路时开关应断开。小明同学检查电路无误后,闭合开关,发现小灯泡不亮,但电流表和电压表均有较小的示数,接下来他应该_______________________。
(3)小明同学进行实验得到部分实验数据如下表,则小灯泡的额定功率为______W。当小灯泡两端电压为1.5 V时,小灯泡的亮度________(选填“正常”“较暗”或“较亮”)。
实验 次数 电压 U/V 电流 I/A 小灯泡 亮度 电功率
P/W
1 2.5 0.30
2 1.5 0.22
3 3.0 0.32
0.75
较暗
移动滑动变阻器的滑片
【拓展】好学的小明同学又向老师要了一个R0=20 Ω的定值电阻,用来替换电路中的电流表。替换后电路如图乙所示,并设计下列方案测量小灯泡的额定功率。
(1)闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,使电压表示数等于小灯泡的额定电压。
(2)保持滑片位置不变,电压表所接的b接点不动,只断开a接点,改接到c接点上,测量定值电阻R0两端的电压U0。
(3)计算小灯泡的额定功率。
仔细分析发现此方案无法测出小灯泡的额定功率,其原因是:
①__________________________________;
②__________________________________。
灯泡两端的电压不能达到额定电压
电压表正、负接线柱接反了
13.(2021·兰州)一只标有“6 V 3 W”字样的小灯泡L与一个阻值为8 Ω的定值电阻R串联,接在电源电压恒定不变的电路中,接通电路后,小灯泡L正常发光。求:
(1)电路中的电流I;
(2)电源电压U;
(3)通电20 s,整个电路消耗的电能W。
14.如图所示,电源电压恒为8 V,小灯泡标有“6 V 3 W”字样。若不考虑温度对小灯泡电阻的影响,闭合开关S。求:
(1)小灯泡的额定电流;
(2)小灯泡正常发光时,滑动变阻器R接入电路的阻值;
(3)移动滑动变阻器的滑片P,当电压表示数为3 V时,小灯泡的实际功率。
15.(2021·黑龙江)如图甲所示为某高、低温两挡位电烤箱的内部简化电路,S为手动开关,S1为自动控制开关,R1和R2均为电热丝,图乙是电烤箱正常工作时电流随时间变化的图象。求:
(1)高温挡工作时的功率;
(2)电热丝R2的阻值;
(3)15 min内R1消耗的电能。
16.(2021·广东)如图甲电路,电源电压不变,闭合开关S,将滑动变阻器R的滑片P由a端移动到b端时,R0的电功率和电流的P-I关系图象如图乙所示。求:
(1)电源电压;
(2)滑动变阻器的最大阻值。
17.(2020·怀化)如图甲所示为新型电饭锅,它能智能化地控制食物在不同时间段的温度,以得到最佳的营养和口感。小明了解到电饭锅的简化电路如图乙所示,R1和R2均为电热丝,S1和S2为温控开关,其中S2有A、B两个触点,可实现“高温”“中温”和“低温”三挡的转换。当S1闭合,S2连接触点A时,处于“高温”挡,高温挡功率为1 100 W。已知R1=55 Ω。求:
(1)处于“高温”挡时,电饭锅正常工作时电路中的总电流是多大;
(2)电阻R2的阻值;
(3)当S1断开,S2连接触点B时,处于
“低温”挡,此时电路的总功率;
(4)如图丙所示的是在一次煮饭过程中电饭锅功率与时间的关系图象,本次煮饭过程中电饭锅消耗的电能。
18.(2022·福建)如图所示的是某晾衣机的工作电路图,电源电压U=220 V,其中R是发热电阻。当开关S1闭合、S2断开时,晾衣机开启风干功能,其额定功率P1=44 W;当开关S1、S2均闭合时,晾衣机开启烘干功能,通过R的电流I2=1 A。求:
(1)使用风干功能时通过电动机的电流;
(2)使用烘干功能时电阻R在1 min内产生的热量;
(3)使用烘干功能1 h消耗的电能。
19.(2022·海南)小明是家务小能手,经常用挂烫机熨烫衣服。挂烫机是通过电热丝加热水箱中的水,产生水蒸气来熨烫衣服。它的正常工作电压为220 V,水箱最多装水0.2 kg,加热功率有大、小两个挡位,其工作原理图如图甲所示。其中电热丝R1=60 Ω,R2=40 Ω[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]。
(1)熔断器在电路中起到____________的作用;
(2)若将水箱中0.2 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,水吸收多少热量
(3)挂烫机在大挡位工作时的额定功率是多大
保护电路
(4)小明是一个爱思考的孩子,他把电路原理图改为乙图,也设有两个挡位。已知熔断器允许通过的最大电流为8 A,请判断乙图电路是否合理,通过计算说明原因。
20.(2022·毕节)如图甲所示的是某茶具上煮茶器的电路原理图,R1是加热电阻,R2是保温时的分压电阻,S为电源开关,S1为自动温控开关。S、S1都闭合时,煮茶器处于加热状态;当水沸腾后,S1会自动断开,转为保温状态。煮茶器工作过程中的P-t图象如图乙所示,不计电阻值随温度的变化。求:
(1)电阻R1的阻值;
(2)当煮茶器处于保温状态时,R1的电功率;
(3)当煮茶器处于保温状态时,电阻R2在100 s内消耗的电能。
21.(2022·怀化)中医诊疗在治疗流感中发挥了积极有效的作用,成为世界瞩目的“中国战法”重要组成部分。图甲为小明同学家的电中药壶,有高温和低温两个挡位,正常工作电路简化为如图乙所示,其中S'为挡位开关,R1、R2为定值电阻,A、B为阻值忽略不计的指示灯。已知电中药壶额定电压为220 V,高温挡功率为1 210 W,低温挡功率为100 W。
(1)低温挡工作时是A灯还是B灯亮 说明理由;
(2)求R2的阻值;
(3)一天晚上用电高峰期,小明用电中药壶给爷爷熬药,先用高温挡加热至沸腾后,再用低温挡慢熬,细心的小明发现在低温挡慢熬1 h的过程中,家中的电能表(如图丙所示)共转动了243转(电路中只有电中药壶工作),由此计算此过程中小明家的实际电压。
课后训练
1.(2023·成都)下列估测的数据中,最符合实际的是 ( )
A.一节干电池的电压约为1.5 V
B.一个电热水壶的加热功率约为10 W
C.一台电视机正常工作的电流约为10 A
D.一盏台灯工作2小时消耗电能约为5 kW·h
A
2.(2023·兰州)小明设计的质量测量仪如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S后,下列说法中正确的是 ( )
A.不放重物时,小灯泡L的亮度最暗
B.与电流表相比,用电压表的示数表示
重物的质量,更符合人们的思维习惯
C.重物的质量越大,电流表示数越小,电压表示数也越小
D.重物的质量越小,电路消耗的总功率越小
B
3.(2023·宜昌)某品牌电动汽车的电池容量为130 Ah,额定电压为400 V,充电时它将电能转化为_________能存储起来,充满电后它存储了_______kW·h的能量。
化学
52
4.(2023·宜宾)小明家中安装的电能表如图所示,其中“3 000 r/kW·h”表示接在这个表上的用电器,每消耗1 kW·h的电能,转盘转过________转;小明关闭家里其它所有用电器,只打开空调,观察电能表转盘在1 min内刚好转动了50转,则空调的功率是_______W。
3 000
1 000
5.(2023·遂宁)小李从小养成了节约能源的良好习惯,经常观察家里面的电能表,提醒父母家里用电情况。上月末他家电能表示数为1 959.6 kW·h,本月末示数如图所示,则本月他家用电_______kW·h;他家里有一台“220 V 1 100 W”的电饭锅,该电饭锅正常工作时的电阻为________ Ω;某次小李让该电饭锅单独正常工作6分钟,电能表转盘转动了________转。
60
44
275
6.(2023·天津)某节能灯标有“220 V 22 W”字样,当它正常工作时,电功率为______ W,通过它的电流为______ A。
7.(2023·河北)通常情况下,家庭电路中各个用电器的连接方式是_____
(选填“串联”或“并联”)。已知家庭电路的电压是220 V,在额定电流为10 A的插座上,接入一台“220 V 200 W”的电冰箱后,最多还可以接入总功率为___________W的用电器。
22
0.1
并联
2 000
8.(2023·齐齐哈尔)小夏一家假期外出旅游,家中只有一个网络摄像头和一个路由器在工作,其实际功率分别为5 W和15 W。出发和回家时,电能表示数如图所示,这段时间内小夏家消耗电能_____ kW·h,小夏一家外出________ h(电路其它元件损耗电能不计)。
4.8
240
9.(2023·云南)在如图所示的电路中,电源电压6 V保持不变,电阻R1的阻值为20 Ω。当开关S闭合时,电流表的示数为0.2 A,求:
(1)R2的阻值;
(2)通电1 min,电流通过R1做的功;
(3)电路消耗的电功率。
10.(2023·贵州)如图所示是小丽设计的一款模拟调光灯电路图,电源电压恒为6 V,小灯泡标有“6 V 6 W”字样(不考虑温度对灯丝电阻的影响)。闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P使电压表的示数为3 V时,求:
(1)小灯泡的电阻;
(2)通过小灯泡的电流;
(3)滑动变阻器的功率。
11.(2023·北京)小京利用图甲所示电路获取了额定电压为2.5 V的小灯泡L在不同电压下的电流,并利用所测的数据绘制出电流I随其两端电压U变化的图象,如图乙所示。
(1)画出实物电路所对应的电路图;
(2)求小灯泡两端电压为1.0 V时的电阻;
(3)求小灯泡正常发光时的电功率。
12.(2023·广西)实践基地芒果获丰收,为筛选优质大果,设计自动筛选装置如图甲,检测装置电路图如图乙,电源电压恒为12 V,电阻R0为20 Ω,R为压敏电阻,其阻值随压力变化关系如图丙。当电路电流小于0.15 A时,不达标的芒果将被推离传送带,达标芒果继续被传送到指定位置,实现自动筛选。求:
(1)若R与R0阻值相等,R消耗的电功率;
(2)此装置能筛选出重力至少为多大的芒果;
(3)若想筛选出重力至少为2 N的芒果,有同学建议:仅适当增加R0的阻值即可。你认为他的建议可行吗 请通过计算做出判断。
13.(2023·广东)图甲是用某款3D打印笔进行立体绘画时的场景,打印笔通电后,笔内电阻丝发热使笔内绘画材料熔化;加热电路简化后如图所示,电源电压恒为6 V,R1和R2为发热电阻丝,只闭合S1时低温挡工作,S1、S2都闭合时高温挡工作,高温挡和低温挡的功率比为4∶3,R1=4 Ω,忽略电阻丝阻值随温度变化,求
(1)低温挡工作时,通过R1的电流;
(2)低温挡的功率;
(3)R2的电阻值。
14.(2023·山西)如图是某多功能电饭锅,具有加热和保温两挡功能(S1为总开关,S2为温控开关),其内部有两个加热电阻丝R1和R2(R1的电阻是198 Ω,R2的电阻是44 Ω)。某次将2 kg初温为20 ℃的米和水加热到100 ℃,然后自动转入保温状态。下表是电饭锅铭牌上的部分参数,求解下列问题。[米和水混合物的比热容为4.0×103 J/(kg·℃)]
(1)加热过程中,米和水吸收的热量;
(2)正常加热时,通过电路的电流;
(3)画出电饭锅的电路图,并结合所
画的电路图说明开关是何种状态时
电饭锅处于加热状态。
容量/kg 3.0
额定电压/V 220
加热功率/W 1 100
保温功率/W 200
15.(2023·长沙)课外实践小组设计了一个电热孵蛋箱,其电路如图所示。已知电源电压恒为220 V,R0是阻值为55 Ω的电热丝,温度对电热丝阻值的影响忽略不计。
(1)闭合开关S后,求电路中的电流;
(2)求通电100 s电热丝R0产生的热量;
(3)老师提醒,电热箱内温度太高,无法孵化鸡蛋,应使电热箱内的电功率降至P0,小组成员想出了两种方法改进电路:
方法一:在图中A点处串联接入一根电热丝RA
方法二:在图中B点处串联接入一根电热丝RB
老师发现这两种改进方法电热箱内的电功率都为P0,小组成员在这两种改进电路中,用电压表测量新接入的电热丝两端的电压,测量结果为U1和U2,U1>U2,U2=165 V,但由于粗心没有记录U1和U2分别对应哪种方法。请根据上述信息判断哪种方法更节能,并计算这种方法中新接入的电热丝的阻值。
16.(2023·成都)某品牌电吹风铭牌上标有“220 V 2 000 W”字样,有“断开、冷风、慢速中温、快速高温”四个挡位。物理兴趣小组同学把此款电吹风拆解后,发现有两条不同的电阻丝绕于支架上并置于出风筒内,经研究后画出了简化电路图(如图)。
(1)同学们研究说明书和电吹风内部结构后,有以下认识,其中不合理的是___;
A.说明书提示“请勿在手湿的情况下使用”,主要是为了防止触电或引发短路
B.说明书提示“请勿在使用过程中用手触摸出风口”,主要是为了避免烫伤
C.电吹风额定功率是指电吹风正常工作时的最大发热功率
D.绕电阻丝的支架应采用绝缘、耐高温材料制作
(2)开关S与0、1两触点接触时,电吹风处于“慢速中温”挡;开关S与2、3两触点接触时,电吹风处于“快速高温”挡。两挡相比,电动机在“快速高温”挡转得更快,原因是_________________________;
C
电动机两端的电压更大
(3)同学们进一步研究发现该电吹风具有过热自动断电保护功能,其内部有一个双金属片开关,当温度达到设定值,双金属片开关自动断开,电吹风停止工作,待温度下降到安全值后又自动接通,则双金属片开关应安装在图中的_______点(选填“a”“b”“c”或“d”);
(4)同学们在组长家中采用以下步骤测量电吹风的实际功率;
①测量开始前关闭家中所有用电器,记录智能电能表示数为2 127.23 kW·h;
②将电吹风调至“快速高温”挡工作4分钟断开开关,记录电能表示数为2 127.36 kW·h;
③根据实验数据,计算电吹风在“快速高温”挡工作的实际功率为_______W
d
1 950

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