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专项素养综合全练(三)
电功率的有关计算及实验
1.(2022甘肃兰州中考)如图所示,电源电压保持不变,滑动变阻器R标有“30 Ω　1 A”,定值电阻R0的阻值为10 Ω,小灯泡L标有“6 V　0.6 A”,电流表的量程为0~3 A。不考虑灯丝电阻的变化,只闭合S,滑片P移到R的中点时,小灯泡恰好正常发光。在保证电路安全的前提下,下列说法错误的是 (　　)
A.小灯泡的电阻为10 Ω
B.电源电压为15 V
C.小灯泡发光最暗时的功率约为1.4 W
D.电路消耗总功率的最小值与最大值之比是1∶8
2.(2022河北中考)(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,电流表示数为1 A;再闭合开关S2、S3,移动滑片P,电流表示数始终为1 A。已知灯泡电阻随温度升高而增大。下列说法正确的是 (　　)
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
3.【跨学科·数学】在如图甲所示的电路中,电阻R的阻值为8欧姆,灯泡L标有“6 V　3 W”的字样,通过灯泡的电流与灯泡两端的电压关系如图乙所示。在a、b间接入电源,为保证通过电阻R的电流不超过0.5安且灯泡L不损坏,则允许接入的最大电源电压为　　　　伏,闭合开关S,此时通过电流表A1的电流为　　　安。
4.小金用如图甲所示的电路来探究滑动变阻器消耗的电功率与变阻器接入电路电阻之间的关系。已知电源电压恒为3 V,定值电阻R0的阻值为3 Ω,滑动变阻器R1上标有“2 A　10 Ω”字样。实验数据如表所示。
实验次数 1 2 3 4 5 6
电流表 示数/A 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 ①
电压表 示数/V 2.1 1.8 1.5 1.2 0.6 0
变阻器 电功率/W 0.63 0.72 0.75 0.72 0.48 0
甲
乙
丙
(1)用笔画线代替导线,完成图乙的电路连接。
(2)表中第6次实验时,电流表示数如图丙所示,则表中数据①是　　　　。
(3)根据实验数据可知,此电路中,滑动变阻器消耗的电功率随着变阻器接入电路电阻变化的规律是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
5.(2021浙江绍兴中考)在“测量小灯泡的功率”实验中,电源为2节干电池,小灯泡标有“2.5 V”字样。
图甲
图乙
(1)按图甲方式连接好电路,小敏刚要闭合开关时,同组同学提醒他的操作有一个不妥之处,请你帮他指出:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)闭合开关后,无论怎样调节滑动变阻器, 小敏发现小灯泡始终不发光,电压表示数接近3 V保持不变,电流表示数始终为零,则故障原因可能是　　　　　　　　。
(3)排除故障后,小敏闭合开关进行实验,当电压表示数为2.5 V时,电流表示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为　　　　W。
(4)实验结束后,小组同学对测量结果进行误差分析,考虑到电压表中也有电流通过,该电路所测小灯泡的额定功率与真实值相比　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。
6.(2022浙江舟山中考)寒冷的冬天,人们经常会使用油汀取暖器,如图为小舟家油汀取暖器的工作原理示意图,R1和R2为发热体,其部分参数如表所示,试回答问题:
产品类型 油汀取暖器
额定电压 220 V
发热体R1规格 48.4 Ω
发热体R2规格 96.8 Ω
操作挡位 三挡
(1)取暖器的工作原理:导热油是一种易导热但不易　　　的液体。接通电路,发热体放热,导热油吸热,温度升高,　　　变小,在油管内上升,同时向周围的空气散热,到达顶端后从边上管道下降到油箱重新加热。
(2)取暖器有高、中、低三挡,小舟选择中挡在房间内取暖。使用一段时间后发现一个规律,取暖器工作25分钟后,温控开关断开停止加热,5分钟后温控开关又自动闭合,取暖器再次工作,如此循环,维持室温的基本恒定。则选择中挡使用时,取暖器每小时消耗多少电能
(3)某次使用时,取暖器突然不工作了,于是小舟和父亲一起寻找故障。接入电源,闭合所有开关,用测电笔检测a~i各处,发现只有a、b两处测电笔的氖管能发光,根据此现象,可以推测取暖器发生的故障是　　　　　　。
7.(2021广东广州中考)小明探究小灯泡、LED两端的电压随电流变化的情况,连接了如图甲的实物图,其中电源可以提供不同的电压。
甲
乙
丙
数据序号 1 2 3 4 5
电流表示 数I/A 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
数字电压表 V1示数U1/V 2.88 2.97 3.04 3.10 3.15
数字电压表 V2示数U2/V 0.15 0.26 0.72 1.30 1.98
(1)请根据实物图,在图乙的虚线框中画出电路图(用“”“”表示数字电压表V1和V2)。
(2)求电流为0.10 A时,小灯泡的阻值。
(3)求:电流为0.30 A时,LED的功率;LED在此状态下持续工作100 s消耗的电能。
(4)小明利用两节干电池(约3 V)和图甲中的小灯泡检测一批与上述实验规格一样的LED,为保护被测LED,设计了如图丙所示的电路。根据表中数据,推断检测时,通过LED的电流是否能达到0.3 A 　　　　,理由是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案全解全析
1.D　由I=可知,小灯泡的电阻RL===10 Ω,故A不符合题意;只闭合S,小灯泡与滑动变阻器串联,由于小灯泡正常发光,根据串联电路的特点可知,通过滑动变阻器R的电流IR=IL=0.6 A,由欧姆定律可知,滑动变阻器R两端的电压UR=IRR'=0.6 A××30 Ω=9 V,根据串联电路的电压特点可知,电源电压U=UL+UR=6 V+9 V=15 V,故B不符合题意;当滑动变阻器滑片P移到最右端时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,为R=30 Ω,此时电路中的电流最小,为Imin====0.375 A,小灯泡发光最暗时的功率Pmin=RL=(0.375 A)2×10 Ω≈1.4 W,故C不符合题意;要保证电路安全,分析电路可得,当闭合开关S、S1和S2,且通过滑动变阻器的电流为1 A时,干路电流最大,因并联电路中各支路两端电压相等,所以此时通过R0的电流I0===1.5 A,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以干路的最大电流Imax=1 A+1.5 A=2.5 A,电路消耗的最大功率Pmax=UImax=15 V×2.5 A=37.5 W;当S闭合,S1、S2都断开时,灯泡与滑动变阻器串联,滑片P位于最右端,电路中电流最小,因串联电路总电阻等于各分电阻之和,所以电路最小电流Imin===0.375 A,电路消耗的最小功率Pmin'=UImin=15 V×0.375 A=5.625 W;则电路消耗总功率的最小值与最大值之比Pmin'∶Pmax=5.625 W∶37.5 W=3∶20,故D符合题意。故选D。
2.ABD　只闭合开关S1,滑片P置于左端,电路为灯泡L的简单电路;开关都闭合,移动滑片P,电流表示数始终为1 A,说明b为电流表,把滑动变阻器短路了,导致滑动变阻器失去调节作用,则a为电压表,故A正确;灯泡的额定电流I额===1 A;只闭合开关S1,滑片P置于左端,电路为灯泡的简单电路,而电流表示数为1 A,则灯泡正常发光,电源电压为12 V,故B正确;只闭合开关S1,若电流表示数为0.5 A,则灯泡未正常工作,灯丝电阻未知,则无法计算滑动变阻器接入电路的阻值,故C错误;将a与R0互换,开关均闭合,则滑动变阻器和灯泡并联,互不影响,根据P=可知,移动滑片P,滑动变阻器接入电路的阻值最大时,功率最小,为Pmin===7.2 W,故D正确。故选A、B、D。
3.4　0.9
解析　由电路图可知,电阻R和灯泡L并联,电流表A1测干路电流,电流表A2测通过灯泡L的电流;因为通过电阻R的电流不超过0.5 A,则电阻R两端的最大电压U=IRR=0.5 A×8 Ω=4 V,所以最大电源电压为4 V;由图乙可知,当灯泡两端电压为4 V时,通过灯泡L的电流为IL=0.4 A;通过电流表A1的电流为I=IR+IL=0.5 A+0.4 A=0.9 A。
4.(1)如图所示　(2)1　(3)随着滑动变阻器接入电路电阻的增大,其电功率先增大后减小
解析　(1)由图甲知,电流表、定值电阻R0应串联接入电路中。(2)由图丙知,电流表量程为0~3 A,分度值为0.1 A,电流表示数为1 A,则表中数据①是1。(3)根据表中数据,由R=计算6次实验中滑动变阻器接入电路的阻值分别为7 Ω、4.5 Ω、3 Ω、2 Ω、0.75 Ω、0 Ω,在0 Ω到7 Ω的范围内,随着滑动变阻器接入电路的电阻的增大,滑动变阻器消耗的电功率先增大后减小。
5.(1)滑动变阻器滑片没有处在阻值最大处　(2)小灯泡断路　(3)1.05　(4)偏大
解析　(1)根据图甲可知,滑动变阻器的滑片在最左端时接入电路的电阻最大,则小敏的操作错误为滑动变阻器滑片没有处在阻值最大处。(2)闭合开关后,无论怎样调节滑动变阻器, 小敏发现小灯泡始终不发光,电压表示数接近3 V保持不变,电流表示数始终为零,则故障原因可能是小灯泡断路。(3)由图乙可知,电流表量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,则小灯泡的额定电流为0.42 A,小灯泡的额定功率为P=UI=2.5 V×0.42 A=1.05 W。(4)电压表与小灯泡并联,因I总=I灯+I表,测得的小灯泡的额定电流偏大,根据P=UI可知,测出的额定功率比真实值偏大。
6.(1)导电　密度　(2)3×106 J　(3)温控开关断路
解析　(1)取暖器将电能转化为内能,油是绝缘体,导热油是一种易导热但不易导电的液体。接通电路,发热体放热,导热油吸热,温度升高,质量不变,体积膨胀,根据ρ=可知,液体的密度变小,在油管内上升。(2)由表格数据知,R1电阻值小于R2电阻值,当只闭合温控开关和开关S2时,只有电阻R2工作,电路的总电阻最大,根据P=可知,电功率最小,是低挡;只闭合温控开关和开关S1时,只有电阻R1工作,电路的总电阻较大,根据P=可知,电功率较小,是中挡;开关均闭合时,R1、R2并联,电路的总电阻最小,根据P=可知电功率最大,是高挡。中挡时,电功率P中===1 000 W;中挡工作1小时,电阻R1的通电时间t=25 min+25 min=50 min=3 000 s,消耗的电能W=P中t=1 000 W×3 000 s=3×106 J。(3)取暖器突然不工作了,a、b两处测电笔的氖管能发光,说明电路不是发生短路造成空气开关断开,是电路中发生了断路;b处测电笔的氖管能发光,d、e、f处测电笔的氖管不能发光,根据此现象,可以推测取暖器发生的故障是温控开关断路。
7.(1)如图所示　(2)1.5 Ω　(3)0.945 W　94.5 J
(4)见解析
解析　(1)由图甲可知,电流从电源正极出发,依次经过小灯泡、LED、电流表、开关回到电源负极,数字电压表V1及数字电压表V2分别测量LED及小灯泡两端的电压,则将电压表V1、V2分别并联在LED、小灯泡两端。(2)由表中数据可知,当电流I=0.10 A时,小灯泡两端的电压UL=0.15 V,由欧姆定律可知,小灯泡的阻值R===1.5 Ω。(3)由表中数据可知,当电流I1=0.30 A时,LED两端的电压为ULED=3.15 V,则LED的功率P=ULEDI1=3.15 V×0.30 A=0.945 W;LED在此状态下持续工作100 s消耗的电能W=Pt=0.945 W×100 s=94.5 J。(4)由表中数据可知,当电流I1=0.30 A时,LED两端的电压为ULED=3.15 V,而图丙中两节干电池的电压约为3 V,小于电流达到0.3 A时LED两端的电压,故检测时通过LED的电流不能达到0.3 A。

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