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第26讲　电学基础知识(二)
命题分析　
广东省近五年中考物理命题分析
考点 2023 2022 2021 2020 2019
电能　电功 省题23 省题23 省题6、16、19 省题20 省题16、20、23
电功率 省题14、20 省题20、23 省题6、19 省题20、22 省题23
焦耳定律 ___ ___ 省题13 省题12 省题14
【课程标准】
3．4.5　结合实例，了解电功和电功率。知道用电器的额定功率和实际功率。
例　调查常见用电器的铭牌，比较它们的电功率。
3．4.6　通过实验，了解焦耳定律。能用焦耳定律说明生产生活中的有关现象。
考点一　电能　电功
定义及公式 电流所做的功叫电功，实质：电能转化为其他形式的能。W＝UIt，W＝Pt
单位及换算 焦耳(J)，度，千瓦时( kW·h)。1度＝1 kW·h＝3.6×106 J
推导公式 U＝，I＝，t＝ 　(只适用于纯电阻电路)
测量工具和使用方法 测量工具：电能表(电度表) 方法一：某段时间所消耗的电能为电能表计数器后、前两次的读数之差 方法二：若电能表接入某一电路，给出一定时间电能表转盘转过的转数，计算用电器消耗的电能，常见的计算方法是：W＝×3.6×106 J
(1)电流做功是电能转化为内能的过程。(　×　)
(2)电能表上标有“220 V　10 A”的字样表示：该表使用时必须接在电流为10 A的电路中。(　×　)
例1　(2023·佛山模拟)某家用电器的能量流向图如图所示，该用电器可能是(　　)
A．电视机 B．电风扇 C．电饭煲 D．电水壶
分析　由题图可知，该用电器工作时，将电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能。电视机工作时，主要将电能转化为光能、声能和部分内能；电风扇工作时，主要将电能转化为机械能，并产生少部分内能；电饭煲和电水壶工作时，主要将电能转化为内能。
答案　B
例2　(2021·广东)小明家的电能表月初示数如图所示，月底示数为941.4 kW·h，若用电价格为0.7元/度，则小明家该月电费为________元。
答案　140
解析　电能表是测量电能的仪表，需要记录月初示数和月底示数，月底示数减去月初示数即为消耗的电能，结合用电价格可计算电费。消耗的电能为941.4 kW·h－741.4 kW·h＝200 kW·h＝200度，则小明家该月的电费为200度×0.7元/度＝140元。
例3　(2020·深圳)如图所示，电源电压恒定，小灯泡L标有“6 V　3 W”的字样(灯丝的电阻不随温度变化而变化)。当只闭合开关S1时，小灯泡恰好正常发光；当同时闭合S1和S2时，电流表的示数为0.8 A。求：
(1)只闭合S1时，电流表的示数；
(2)R0的阻值；
(3)同时闭合S1和S2时，通电1 min电路产生的总热量。
解：(1)当只闭合开关S1时，电路为小灯泡L的简单电路，电流表测电路中的电流，
因小灯泡恰好正常发光，所以电源的电压U＝UL＝6 V，
由P＝UI可得，电流表的示数I＝IL＝＝＝0.5 A。
(2)当同时闭合S1和S2时，灯泡L与电阻R0并联，电流表测干路电流，
由I＝可得，电路的总电阻R＝＝＝7.5 Ω，
灯泡的电阻RL＝＝＝12 Ω，
因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，所以＝＋，即＝＋，
解得R0＝20 Ω。
(3)同时闭合S1和S2时，通电1 min电路产生的总热量Q＝W＝UI′t＝6 V×0.8 A×60 s＝288 J。
答：(1)只闭合S1时，电流表的示数为0.5 A。
(2)R0的阻值为20 Ω。
(3)同时闭合S1和S2时，通电1 min电路产生的总热量为288 J。
易错提醒　电流通过导体消耗的电能W＝UIt＝I2Rt＝t＝Pt，这些公式只适用于计算纯电阻电路(不考虑导线的分压)中用电器消耗的电能，在计算线圈型电动机消耗的电能时，要考虑电动机的机械能和线圈上产生的热量，此时W＞Q，计算电动机消耗的电能只用W＝UIt。
考点二　电功率
1．电功率及测量
定义及公式 电功与时间的比，表示电流做功的快慢，P＝＝UI
单位及换算 瓦特(W)，千瓦(kW)，1 kW＝103 W
推导公式 　P＝＝I2R(只适用于纯电阻电路)
测量工具和 使用方法 工具：电压表、电流表，方法：伏安法测电功率
测量装置图
在串联电路 中的特点 (1)总电功率等于各个用电器实际电功率之和，即P总＝P1＋P2＋…＋Pn (2)各个用电器的实际电功率与各用电器的电阻成正比，即＝
在并联电路 中的特点 (1)总电功率等于各个用电器的电功率之和，即P总＝P1＋P2＋…＋Pn (2)各支路用电器的实际电功率与各个支路的电阻成反比，即＝
2．额定功率与实际功率
(1)用电器在额定电压下的功率为额定功率，此时U实＝U额，当U实＞U额时P实＞P额，当U实＜U额时P实＜P额。
(2)灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率。
(1)额定功率只有一个，实际功率有无数多个。(　√　)
(2)额定电压大的灯泡工作时会更亮。(　×　)
例4　(2021·广东)如图中，灯泡L1、L2分别标有“6 V　3 W”“6 V　6 W”字样，电源电压不变，开关S闭合。①只闭合S1，灯泡L1、L发光；②只闭合S2，灯泡L2、L发光。灯泡L在②中比在①中(设灯丝电阻不变)(　　)
A．电功率较大，亮度较亮 B．电功率较小，亮度较暗
C．电功率相同，亮度相同 D．电功率较大，亮度较暗
分析　根据电功率公式P＝分别计算灯泡L1和灯泡L2的电阻，并比较两灯的电阻大小；在开关S闭合的前提下，①只闭合S1，灯泡L1、L串联接入电路，②只闭合S2，灯泡L2、L串联接入电路；根据串联电路电阻规律可知电路①和电路②的总电阻的大小关系，根据欧姆定律可得通过两电路的电流的大小关系，根据电功率公式P＝I2R可知灯泡L在②中与在①中的电功率的大小关系，灯泡的亮度是由灯泡的实际功率决定的，据此解答。
答案　A
例5　(2020·广东)小明家的台灯是通过电位器来调节亮度的。他猜想：台灯变亮时电位器消耗电能的功率会变小，为此他设计了图甲所示的电路进行探究。已知电源电压为4 V并保持不变，电压表(0～3 V)2个，电流表(0～0.6 A)，滑动变阻器规格为“20 Ω　1 A”，小灯泡L标有“2.5 V　1.25 W”字样(忽略温度对灯丝电阻的影响)。
(1)电路中a是________表，b是________表。
(2)实验中，小灯泡正常发光时电流表的示数为________ A。
(3)根据实验数据，绘制出滑动变阻器的电功率PR与小灯泡的电功率PL的关系如图乙所示。由图可知：小灯泡的电功率(亮度)变大时，滑动变阻器的电功率________________。
(4)假设实验所用的小灯泡能承受的最大电压可以高出其额定电压的，在确保电路中各元件安全的情况下，移动滑动变阻器的滑片，小灯泡的电功率变化范围是从________ W至________ W。
分析　本题考查电功率的计算、欧姆定律的应用。
(1)根据电流表与待测电路串联，电压表与待测电路并联分析回答。
(2)小灯泡L标有“2.5 V　1.25 W”字样的含义，根据P＝UI求出小灯泡正常发光时电流表的示数。
(3)根据题图乙绘制出的滑动变阻器的电功率PR与小灯泡的电功率PL的关系回答。
(4)根据P＝得出小灯泡正常发光时的电阻，小灯泡与滑动变阻器串联，电压表分别测滑动变阻器和小灯泡的电压，电流表测电路的电流，根据实验所用的小灯泡能承受的最大电压可以高出其额定电压的，可知小灯泡的最大电压，由欧姆定律求出小灯泡的最大电流，结合电流选用小量程确定电路的最大电流，根据P大＝I2RL得出小灯泡的最大功率；滑动变阻器连入电路的电阻越大，滑动变阻器的电压越大，根据已知条件确定滑动变阻器的最大电压，由串联电路电压的规律求出小灯泡的最小电压，根据P＝求出小灯泡的最小功率。
答案　(1)电流　电压　(2)0.5　(3)先变大后变小　(4)0.2　1.8
名师点拨　(1)若给出了一个用电器的额定电压及额定功率，在电路中如果指明了正常发光，此时有四个物理量均可以作已知条件并可以运用这些已知条件进行相关的其他计算：如上述小灯泡如果正常发光，此时小灯泡的工作电压为2.5 V，工作时的电功率为1.25 W；此时电阻R＝＝5 Ω也可作为已知，此时灯泡的工作电流可由I＝求出，亦可作为已知条件。 (2)如上述小灯泡工作时并没有指明正常工作或正常发光，且指明了灯丝的电阻不受温度影响，此时可由R＝求出小灯泡的电阻作已知，其他的物理量则不能作为已知条件。
考点三　焦耳定律
定义及公式 电流通过用电器所产生的热量等于电流的二次方、电阻和通电时间三者的乘积，即Q＝I2Rt
单位及换算 千瓦(kW)，瓦特(W)，1 kW＝103 W
推导公式 纯电阻电路Q＝W＝Pt＝UIt
(1)对于所有的电热计算，均可用公式Q＝I2Rt。(　√　)
(2)若电能全部转化为内能，那么电流产生的热量Q＝UIt。(　√　)
例6　(2023·无锡)如图所示是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图，电源电压为5 V，电热丝R阻值为1 Ω。闭合开关S，电热丝温度升高，利用电流的_______效应实现高温封口，3 s内产生的热量为________ J，若使用时总把塑料袋烫坏，可以________(选填“增大”或“减小”)电热丝的阻值。
答案　热　75　增大
解析　电流通过电阻，因为电流的热效应，电阻发热产生热量，温度升高，实现高温封口；
电阻产生的热量为Q＝t＝×3 s＝75 J；由公式Q＝t可知，电压不变，要减小电阻产生的热量，应增大R的阻值。
例7　(2023·娄底)如图甲是一款采用增压技术的挂烫机，简化电路如图乙，电源电压为220 V，R1、R2是电热丝，R1＝55 Ω，R2＝110 Ω。开关S接2、3时处于慢热挡；开关S接3、4时处于速热挡。求：
(1)挂烫机慢热过程中，电路中的电流；
(2)挂烫机慢热工作1 min，电热丝产生的热量；
(3)挂烫机速热过程中的总电功率。
解：(1)由电路图可知，开关S接2、3时处于慢热挡，只有电热丝R1接入电路中，则电路中的电流为：I＝＝＝4 A。
(2)t＝1 min＝60 s，
电热丝产生的热量为：Q＝I2R1t＝(4 A)2×55 Ω×60 s＝5.28×104 J。
(3)开关S接3、4时处于速热挡，两电热丝并联，
R1的电功率为：P1＝UI1＝＝＝880 W；
R2的电功率为：P2＝UI2＝＝＝440 W；
挂烫机速热过程中的总电功率为：P＝P1＋P2＝880 W＋440 W＝1 320 W。
答：(1)挂烫机慢热过程中，电路中的电流为4 A；
(2)挂烫机慢热工作1 min，电热丝产生的热量为5.28×104 J；
(3)挂烫机速热过程中的总电功率为1 320 W。
考点一　电能　电功
1.(科学思维)(2023·广州白云区二模)“磁悬浮电灯”如图所示，该灯泡内部没有电池，灯泡本身没有导线与接在家庭电路的底座接通，但能够发光。当灯泡发光并“悬浮”静止时，关于这个“磁悬浮电灯”的说法中，正确的是(　　)
A．灯泡发光，不需要消耗能量
B．灯泡不掉下来，是它受到的浮力等于重力
C．灯泡受到竖直向上的磁场力大于它受到的重力
D．灯泡发光所需要的能量一定需要通过某种方式获取
答案　D
2．(2019·广东)如图所示，电能表的示数为________ kW·h，在某段时间内，转盘转过1 800圈，则此段时间内用了________度电。
答案　201.9　0.5
3.(2023·重庆)如图所示的电路中，电源电压恒为2 V，R1的阻值为10 Ω，R2的阻值为20 Ω，闭合开关S。求：
(1)通过R1的电流；
(2)通电50 s，R2消耗的电能。
解：(1)由题图可知，R1、R2并联，根据并联电路的电压特点可知，R1、R2两端的电压U1＝U2＝U＝2 V，
通过R1的电流I1＝＝＝0.2 A。
(2)通电50 s，R2消耗的电能W2＝t＝×50 s＝10 J。
答：(1)通过R1的电流为0.2 A。
(2)通电50 s，R2消耗的电能为10 J。
考点二　电功率
4．(2023·中山一模)下列物理量的估测中，最接近实际的是(　　)
A．声音传播的速度为30 m/s
B．初中物理课本的质量约为5 kg
C．空调正常工作一小时消耗电能约为10 kW·h
D．家用手电筒功率约为0.5 W
答案　D
5.(2023·梅州一模)如图所示，闭合开关后，灯泡L1比L2亮，且均正常发光，电压表V2示数为12 V，下列说法正确的是(　　)
A．灯泡L1的额定电压较大 B．灯泡L2的实际功率较小
C．V1表的示数大于12 V D．V表的示数等于24 V
答案　B
解析　闭合开关后，两灯泡并联，三个电压表均测量电源电压，已知电压表V2示数为12 V，则V、V1的示数均为12 V，故C、D错误；实际功率越大，灯泡越亮，则灯泡L2的实际功率较小，故B正确；根据并联电路的电压特点可知，两灯泡两端的电压相等，两灯泡均正常发光，则两灯泡的额定电压均等于实际电压，两灯泡的额定电压相等，故A错误。
6．(2023·佛山禅城区模拟)小强妈妈买了一个新的电饭煲，小强从说明书中得知下表中的信息，工作电路图如图甲所示，S1为温控开关，加热电阻R1和R2的阻值不随温度变化。求：
额定电压 220 V
额定蒸煮功率 1 210 W
额定保温功率 88 W
频率 50 Hz
容积 5 L
(1)电饭煲在“保温”状态下正常工作时，通过电饭煲的电流；
(2)电阻R1的阻值；
(3)某周末做晚饭时，小强想利用自家电能表(如图乙)测量电饭煲的实际功率。于是他关闭了家中其他所有用电器，只让电饭煲在“蒸煮”状态下工作，观察到电能表的转盘在1 min内转了50转，求电饭煲的实际功率。
解：(1)由表中数据可知，保温功率为88 W，由P＝UI可得，在“保温”状态下正常工作时的电流I＝＝＝0.4 A。
(2)由电路图知，只闭合S2时两电阻串联，电路中电阻较大，功率较小，为保温状态，当两开关都闭合时，只有R1接入电路中，电阻较小，功率较大，为蒸煮状态，由表中数据知，蒸煮状态时功率为1 210 W，由P＝可得，电阻R1＝＝＝40 Ω。
(3)“3 000 r/(kW·h)”表示每消耗1 kW·h电能，电能表转盘转3 000圈，只让电饭煲在“蒸煮”状态下工作，转盘在1 min内转了50转，消耗的电能为W＝＝ kW·h＝×3.6×106 J＝6×104 J；
电饭煲在“蒸煮”状态下的实际功率为P实＝＝＝1 000 W。
答：(1)电饭煲在“保温”状态下正常工作时，通过电饭煲的电流为0.4 A。
(2)电阻R1的阻值为40 Ω。
(3)电饭煲的实际功率为1 000 W。
考点三　焦耳定律
7．(生活实际)图中，用电器工作时，将电能全部转化为内能的是(　　)
答案　B
8.(2020·广东)如图所示为“探究电流通过导体产生的热量跟____________的关系”的实验装置。实验中用U形管内液面高度差的大小来反映电流通过导体产生热量的多少，这种方法叫________(选填“控制变量”或“转换”)法。通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量比右侧的________(选填“多”或“少”)。
答案　电阻　转换　少
解析　由电路图可知两电阻串联，通过两个电阻的电流和通电时间相同，电阻不同，所以探究的是电流通过导体产生的热量跟电阻的关系；电热丝对空气盒内的空气加热，空气受热膨胀，会推动U形管内的液柱，通过液柱的变化可以判定电阻产生热量的多少，这是转换法的应用；由Q＝I2Rt可知，在电路和通电时间相同时，右侧电阻较大，产生的热量较多，左侧U形管的液面高度差小于右侧U形管。
9．(2022·广州改编)汽车启动时，蓄电池向启动电动机M供电，设M两端电压为U，通过M的电流为I，测得U－t和I－t图象如图甲。
(1)求t1时M的电功率。
(2)M仅通过导线a、b接入电路，如图乙所示，a的电阻为0.001 Ω。若通过M的电流为200 A，持续0.5 s，求此过程
①a两端电压；
②a产生的热量。
解：(1)由题图甲可知电动机两端的电压为10 V，通过电动机的电流为200 A，
电动机的功率P＝UI＝10 V×200 A＝2 000 W。
(2)①a两端电压Ua＝IR＝200 A×0.001 Ω＝0.2 V；
②0.5 s产生的热量Q＝I2Rt＝(200 A)2×0.001 Ω×0.5 s＝20 J。
答：(1)M的功率为2 000 W。
(2)①a两端电压为0.2 V；
②a产生的热量为20 J。
10．(2022·广东)阅读下列短文，回答问题。
直流充电桩
直流充电桩是一种为电动汽车补给能量的装置，如图甲所示。它能够将电网中的交流电转化为直流电，再将电能充入汽车动力电池(以下简称电池)。通常，直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，因而可实现快速充电。
设电池当前储能占充满状态储能的百分比为D。充电时，充电桩的充电功率P会随着电池的D的变化而变化，同时用户还可以通过充电桩显示屏了解充电过程中的其他相关信息。
现实际测试一个直流充电桩对某辆电动汽车的充电性能。假定测试中充电桩输出的电能全部转化为电池的储能。充电前，D为30%，充电桩显示屏中充电时长、充电度数、充电费用示数均为0。开始充电后，P与D的关系如图乙所示(为方便计算，图象已作近似处理)。充满后，立即停止充电。当D达到70%时充电桩显示屏的部分即时信息如表。
充电电压/V 充电电流/A 充电时长/min 充电度数/(kW·h) 充电费用/元
400 45 24.0 28.80
(1)通常，直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，故充电功率更________。
(2)在D从30%增至70%的过程中，充电功率大致的变化规律是________________。当D为70%时，充电电流为________ A。
(3)若充电过程中充电电费单价不变，则测试全过程的充电费用为________元。
(4)设D从70%增至80%所需时间为t1，从80%增至90%所需时间为t2，且t1∶t2＝2∶3，则测试全过程的充电总时长为________ min。
答案　(1)大　(2)先变大，后不变　100　(3)50.4　(4)109
解析　(1)通常，直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，由P＝UI可知，充电功率更大。
(2)由题图乙知，D从30%增至70%的过程中，充电功率大致的变化规律是先变大，后不变；
当D达到70%时，充电功率为40 kW＝40 000 W，
由表中数据知，D达到70%时，充电电压为400 V，
由P＝UI可知，此时的充电电流I＝＝＝100 A。
(3)由表中数据知，D达到70%时，即充入充满状态储能的40%时，充电度数为24.0 kW·h，充电费用28.80元，电费单价为＝1.20元/(kW·h)，
则充满电还需充入30%，需消耗的电能为W′＝×30%＝18 kW·h，
测试全过程的充电费用为(24＋18) kW·h×1.20元/(kW·h)＝50.4元。
(4)由题意可知，充满电时储存的电能为W＝＝60 kW·h，
由题图乙知，D从80%至90%时，即D增加10%，消耗电能W2＝10%×W＝10%×60 kW·h＝6 kW·h，
此过程中充电功率P2＝15 kW保持不变，
由W＝Pt可得，此时充电的时间t2＝＝＝0.4 h＝24 min，
D从90%至100%的过程中，充电功率不变，充电时间也为24 min，由题知t1∶t2＝2∶3，
所以D从70%增至80%所需时间t1＝t2＝×24 min＝16 min，
由表中数据知，D从30%增至70%的过程中充电时长45 min，
所以测试全过程的充电总时长t＝45 min＋16 min＋24 min＋24 min＝109 min。

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