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第十七章　电流做功与电功率
时间：70分钟　　满分：70分
一、填空题(每题2分，共20分)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．如图甲所示，图中阴影部分的面积在数值上等于物体在2 s内通过的路程。某用电器的电功率与时间的关系如图乙所示，联系甲、乙两图，则该用电器80 s消耗的电能是　120　J。
甲　　乙
2．将“6 V　3 W”的灯L1与“6 V　6 W”的灯L2串联接在电路中(不计温度对灯丝电阻的影响)，要使其中一个灯正常发光且另一个灯不损坏，则电源电压应为　9　V，灯L2的实际功率是　1.5　W。
3．某电饭锅内有R0＝44 Ω、R＝156 Ω的两根电热丝，将它接入电路如图所示，当S置于　1　(选填“1”或“2”)挡时，电饭锅处于保温状态，此时通电100 s电路产生的热量是　2.42×104　J。
第3题图　　第4题图　　第5题图
4．如图所示，电源电压为7 V保持不变，灯L2的规格为“6 V　3.6 W”，当开关S闭合，两灯发光，使用一段时间后L1突然熄灭，L2更亮，则故障可能是L1　短路　，此时灯L2的实际电功率为　4.9　W。(假设灯丝电阻不变)
5．如图所示，电源电压保持不变，灯泡L标有“12 V　12 W”字样(忽略灯丝电阻的变化)。闭合开关S1，断开S2，灯泡L正常发光；闭合开关S1、S2，电流表示数为1.5 A，则电源电压为　36　V；闭合开关S1，断开开关S2，通电30 s定值电阻R产生的热量是　720　J。
6．李芳家的电子式电能表表盘上标有“3 000 imp/(kW·h)”的字样，其含义是电路每消耗1 kW·h的电能，电能表上的指示灯闪烁3 000次。她把家中的其他用电器都与电源断开，仅让一个用电器工作3 min，发现电能表指示灯闪烁了60次，该用电器在上述时间内消耗的电能为　0.02　kW·h。
7．有两个电路元件A和B，流过元件的电流与其两端电压的关系如图甲所示，把它们串联在电源电压为3 V的电路中，如图乙所示。闭合开关S，这时电流中流过元件A的电流是　0.2　A，元件B在1 min 内消耗的电能是　24　J。
第7题图　第8题图　第10题图
8．小明家的电能表如图所示，如果他家目前正在工作的用电器总功率为3 200 W，那么　不能　(选填“能”或“不能”)将额定功率1 500 W的空调再接入电路。若只让该空调单独正常工作2 min，电能表的转盘会转过　30　r。
9．某学校共有40 W的日光灯1 000盏，平均每天用电4 h。如果都改用20 W的节能灯(发光亮度大致相同)，一个学期按100天计算，改装后可节约用电　8 000　kW·h；若节约的能量由烟煤完全燃烧提供，则最少可节约烟煤　960　kg。(烟煤的热值约为3×107 J/kg)
10．如图所示的电路中，电源电压恒为15 V，R1＝6 Ω，R3＝3 Ω，R2是规格为“30 Ω　1 A”的滑动变阻器。闭合开关S，在保证电路安全的情况下，滑片P在a、b间滑动(a、b都不是端点)，滑动变阻器消耗的功率为P2，电阻R1消耗的功率为P1，则P2－P1最大值为　3.75　W。
二、选择题(每题2分，共14分)
11．一物理兴趣小组用图甲所示的电路来测量一个软性材质的电阻R的阻值，电源电压恒定，闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片，把每次实验中得到的电压表和电流表示数点在U－I图像中，然后连接这些点得到如图乙所示的U－I图像，则由图可知( C )
A．定值电阻R的阻值为20 Ω
B．当电压表示数为2 V时，电路中消耗的总功率为0.4 W
C．若将R均匀拉长两倍以后，再重新进行实验，则描出的图线应在U－I图像中的Ⅰ区
D．当滑片P向左移时，电路总功率变小
第11题图　　　　第12题图
12．小明同学在家中拍到一张电能表照片，如图所示，他仔细观察照片后，得到了以下结论，你认为正确的是( C )
A．电能表的标定电流是20 A
B．电能表工作时的允许最大电流是10 A
C．电能表的转盘转过3 000 r，表明接在这个电能表上的用电器消耗了1 kW·h的电能
D．拍照片时，家中已消耗的电能为2 818.5 J
13．标有“6 V　3 W”的小灯泡，通过它的电流与电压的关系如图所示，若把它与一只阻值为8 Ω的电阻并联接在电压为4 V的电路中，则整个电路消耗的功率为( B )
A．3.2 W 　B．3.6 W 　C．4 W D．5 W
第13题图　　第14题图　　第15题图
14．如图所示为某小组设计的多挡位电热器电路，U不变，R1、R2为电阻丝且R1>R2，电热器功率最大时开关状态为( A )
A．S1闭合，S2接a B．S1闭合，S2接b
C．S1断开，S2接a D．S1断开，S2接b
15．如图所示的电路中，不考虑温度对灯丝电阻的影响，电源电压保持不变，R是一个定值电阻，阻值为10 Ω，若在a、b间接入一个标有“4 V　4 W”灯泡L1，闭合开关S，它恰好能正常发光，若在a、b间接入一个标有“4 V”的灯泡L2，闭合开关S，它比正常发光时要稍亮一些，则下列判断不正确的是( B )
A．电源电压为14 V B．R的实际功率变大
C．整个电路的实际功率变小 D．灯泡L2的额定功率小于4 W
16．小宇学习了电路知识后，想利用发光二极管设计一个带有指示灯开关的照明电路，晚间关闭照明灯后，利用二极管发出的光指示开关所在的位置。他共设计了四个电路，如图所示，其中L为节能灯，规格为“220 V　15 W”，D为发光二极管，规格为“1.2 V　0.002 A”，S为单刀双掷开关，R为限流电阻。图中能够满足要求的电路是( B )
A B C D
17．在如图甲所示的电路中，电源电压U0保持不变，R0为定值电阻，移动滑动变阻器R的滑片P，电压表和电流表示数的部分U－I关系图像如图乙所示，则下列说法正确的是( B )
①电压表示数为5 V时，R消耗的电功率最大；②滑动变阻器的总阻值为20 Ω；③电压表示数为5 V和4 V时，R消耗的总功率相等；④电压表示数为4 V时，R0消耗的电功率最小。
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
三、实验探究题(共16分)
18．(6分)小明同学在家研究不同种类灯泡的发光效率(电能转化为光能的效率)，可选用的灯泡有：白炽灯①“220 V　40 W”、②“220 V　15 W”各一只；普通节能灯③“220 V　30 W”、④“220 V　15 W”各一只；LED灯⑤“220 V　15 W”、⑥“220 V　7 W”各一只。他从每种灯泡中各选出一只接入家庭电路进行对比实验，用温度计分别测出通电前和通电20 min后每种灯泡的表面温度，记录如下表：
灯泡的种类 白炽灯 普通节能灯 LED灯
通电前 24 ℃ 24 ℃ 24 ℃
通电20 min后 大于100 ℃ 76.2 ℃ 48.4 ℃
忽略其他因素的影响，认为三种灯泡每升高1 ℃吸收的热量都相同。回答下列问题：
(1)如果你是小明，对比实验中你选择的三只灯泡是　②④⑤　(填灯泡前面的序号)。
(2)根据实验数据，可以判断发光效率最高的灯泡是　LED灯　(填灯泡的种类)。
19．(10分)如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。相同的透明容器中密封着等量的空气，且都有一段电阻丝。将透明容器与U形管相连，U
形管中的液面在接通电路前相平。将1、2和3、4导线分别接到电源两端。
(1)实验中通过观察　U形管中液面高度差　的变化反映密闭空气温度的变化，乙图中两根电阻丝串联的目的是控制它们的　电流　相同。
(2)甲图装置用来探究电流通过电阻丝产生的热量与　电流　的关系，通电一段时间，　a　(选填“a”或“b”)容器中电流产生的热量较多。
(3)通过观察乙图中的实验现象，可知　d　(选填“c”或“d”)容器中电阻丝的阻值大。
四、计算题(共20分)
20．(6分)如图所示，R为定值电阻，L为标有“6 V　3 W”的小灯泡，灯丝阻值不变，电源电压恒定。闭合开关，小灯泡正常工作时，电流表读数为0.9 A。求：
(1)通过小灯泡的电流，以及小灯泡电阻。
(2)定值电阻R阻值，以及它的电功率。
解：由电路图可知，R与L并联，电流表测量干路中的电流。(1)灯泡正常发光时，灯两端的实际电压等于其额定电压，即UL＝U额＝6 V，实际功率等于其额定功率，即PL＝P额＝3 W，灯泡的电流IL＝＝0.5 A，小灯泡电阻RL＝＝12 Ω。
(2)根据并联电路的电流规律可知，通过R的电流I'＝I－IL＝0.9 A－0.5 A＝0.4 A，根据并联电路的电压规律可知，R两端的电压UR＝UL＝6 V，R的阻值R＝＝15 Ω，R的功率P'＝UI'＝6 V×0.4 A＝2.4 W。
21．(6分)如图是小明设计的多挡位电烤炉简化电路，电路中电源电压保持不变，R1、R2和R3是发热电阻(不计温度对电阻的影响)，R1上标有“12 V　9 W”的字样，R2的阻值为8 Ω。为了研究电阻的发热情况，小明将电压表接入电路，当只闭合开关S1时，电压表的示数为4 V，电流表的示数为0.5 A。
(1)R1、R3阻值和电源电压各为多少？
(2)当只闭合开关S2时，电路消耗的总功率为多少？
(3)给这个电烤炉通电10 min，该电烤炉最大的发热量是多少？
解：(1)由P＝可得，R1的阻值R1＝＝16 Ω，只闭合S1时，R1与R3串联，由I＝可得，R3的阻值R3＝＝8 Ω，R1两端的电压U1＝IR1＝0.5 A×16 Ω＝8 V，因串联电路两端电压等于各部分电压之和，所以电源电压U＝U1＋U3＝8 V＋4 V＝12 V。
(2)只闭合S2，R2与R3串联，所以电路的总电阻R总＝R2 ＋R3 ＝8 Ω＋8 Ω＝16 Ω，电路消耗的总功率P总＝＝9 W。
(3)闭合开关S1、S2、S3，R3被短路，R1与R2并联，此时电炉的发热功率最大，因为R1正常工作，则P1＝9 W，R2的电功率P2＝＝18 W，电路消耗的总功率P最大＝P1＋P2＝9 W＋18 W＝27 W，由P＝可得，电烤炉最大的发热量W＝Pt＝27 W×10×60 s＝16 200 J。
22．(8分)在如图所示的电路中，电源为恒压电源，保持9 V不变，灯泡标有“8 V　4 W”的字样，常用电流表和电压表均选用大量程，滑动变阻器R2的规格为“20 Ω　2 A”，闭合开关S和S1时，电路消耗的功率为4.05 W(不计灯丝电阻随温度的变化)，求：
(1)小灯泡L的电阻。
(2)开关S、S1、S2都闭合时，通过电流表的最小电流。
(3)在保证电路中各元件安全的条件下，只闭合开关S2时，滑动变阻器的电功率变化范围。
解：(1)灯泡标有“8 V　4 W”的字样，由P＝可得，灯泡的电阻RL＝＝16 Ω。
(2)只闭合开关S和S1时，电路为R1的简单电路，由P＝UI可得，通过R1的电流I1＝＝0.45 A，开关S、S1、S2都闭合时，R1与R2并联，电流表测干路电流，因并联电路中各支路独立工作、互不影响，所以，通过R1的电流I1＝0.45 A不变，当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，通过变阻器的电流最小，电路中的总电流最小，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，通过滑动变阻器的最小电流I2＝＝0.45 A，因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，电路中的最小电流I＝I1＋I2＝0.45 A＋0.45 A＝0.9 A。
(3)只闭合开关S2时，R2与L串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流，灯泡的额定电流IL＝＝0.5 A，电流表的量程为0~3 A，变阻器允许通过的最大电流为2 A，因串联电路中各处的电流相等，所以，电路中的最大电流I大＝IL＝0.5 A，当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电路中的最小电流I小＝＝0.25 A，所以，电流的变化范围为0.25~0.5 A，设电路中的电流为I'，则滑动变阻器消耗的电功率P2＝U'2I'＝(U－I'RL)I'＝(9 V－I'×16 Ω)I'＝9 V×I'－(I')2×16 Ω＝ W－16 Ω×，据此可知，I'＝ A时，滑动变阻器消耗的电功率最大，其最大功率P2 max＝ W≈1.27 W；则滑动变阻器消耗的电功率最小时，应位于I'＝0.25 A或I'＝0.5 A，当I'＝0.25 A时，滑动变阻器的电功率P2＝ W－16 Ω×＝1.25 W，当I'＝0.5 A时，滑动变阻器的电功率P2＝ W－16 Ω×＝0.5 W，所以，滑动变阻器消耗的最小功率为0.5 W，故滑动变阻器的电功率范围为0.5~1.27 W。第十七章　电流做功与电功率
时间：70分钟　　满分：70分
一、填空题(每题2分，共20分)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．如图甲所示，图中阴影部分的面积在数值上等于物体在2 s内通过的路程。某用电器的电功率与时间的关系如图乙所示，联系甲、乙两图，则该用电器80 s消耗的电能是　 　J。
甲　　乙
2．将“6 V　3 W”的灯L1与“6 V　6 W”的灯L2串联接在电路中(不计温度对灯丝电阻的影响)，要使其中一个灯正常发光且另一个灯不损坏，则电源电压应为　 　V，灯L2的实际功率是　 　W。
3．某电饭锅内有R0＝44 Ω、R＝156 Ω的两根电热丝，将它接入电路如图所示，当S置于　 　(选填“1”或“2”)挡时，电饭锅处于保温状态，此时通电100 s电路产生的热量是　 　J。
第3题图　　第4题图　　第5题图
4．如图所示，电源电压为7 V保持不变，灯L2的规格为“6 V　3.6 W”，当开关S闭合，两灯发光，使用一段时间后L1突然熄灭，L2更亮，则故障可能是L1　 　，此时灯L2的实际电功率为　 　W。(假设灯丝电阻不变)
5．如图所示，电源电压保持不变，灯泡L标有“12 V　12 W”字样(忽略灯丝电阻的变化)。闭合开关S1，断开S2，灯泡L正常发光；闭合开关S1、S2，电流表示数为1.5 A，则电源电压为　 　V；闭合开关S1，断开开关S2，通电30 s定值电阻R产生的热量是　 　J。
6．李芳家的电子式电能表表盘上标有“3 000 imp/(kW·h)”的字样，其含义是电路每消耗1 kW·h的电能，电能表上的指示灯闪烁3 000次。她把家中的其他用电器都与电源断开，仅让一个用电器工作3 min，发现电能表指示灯闪烁了60次，该用电器在上述时间内消耗的电能为　 　kW·h。
7．有两个电路元件A和B，流过元件的电流与其两端电压的关系如图甲所示，把它们串联在电源电压为3 V的电路中，如图乙所示。闭合开关S，这时电流中流过元件A的电流是　 　A，元件B在1 min 内消耗的电能是　 　J。
第7题图　第8题图　第10题图
8．小明家的电能表如图所示，如果他家目前正在工作的用电器总功率为3 200 W，那么　 　(选填“能”或“不能”)将额定功率1 500 W的空调再接入电路。若只让该空调单独正常工作2 min，电能表的转盘会转过　 　r。
9．某学校共有40 W的日光灯1 000盏，平均每天用电4 h。如果都改用20 W的节能灯(发光亮度大致相同)，一个学期按100天计算，改装后可节约用电　 　kW·h；若节约的能量由烟煤完全燃烧提供，则最少可节约烟煤　 　kg。(烟煤的热值约为3×107 J/kg)
10．如图所示的电路中，电源电压恒为15 V，R1＝6 Ω，R3＝3 Ω，R2是规格为“30 Ω　1 A”的滑动变阻器。闭合开关S，在保证电路安全的情况下，滑片P在a、b间滑动(a、b都不是端点)，滑动变阻器消耗的功率为P2，电阻R1消耗的功率为P1，则P2－P1最大值为　 　W。
二、选择题(每题2分，共14分)
11．一物理兴趣小组用图甲所示的电路来测量一个软性材质的电阻R的阻值，电源电压恒定，闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片，把每次实验中得到的电压表和电流表示数点在U－I图像中，然后连接这些点得到如图乙所示的U－I图像，则由图可知( )
A．定值电阻R的阻值为20 Ω
B．当电压表示数为2 V时，电路中消耗的总功率为0.4 W
C．若将R均匀拉长两倍以后，再重新进行实验，则描出的图线应在U－I图像中的Ⅰ区
D．当滑片P向左移时，电路总功率变小
第11题图　　　　第12题图
12．小明同学在家中拍到一张电能表照片，如图所示，他仔细观察照片后，得到了以下结论，你认为正确的是( )
A．电能表的标定电流是20 A
B．电能表工作时的允许最大电流是10 A
C．电能表的转盘转过3 000 r，表明接在这个电能表上的用电器消耗了1 kW·h的电能
D．拍照片时，家中已消耗的电能为2 818.5 J
13．标有“6 V　3 W”的小灯泡，通过它的电流与电压的关系如图所示，若把它与一只阻值为8 Ω的电阻并联接在电压为4 V的电路中，则整个电路消耗的功率为( )
A．3.2 W 　B．3.6 W 　C．4 W D．5 W
第13题图　　第14题图　　第15题图
14．如图所示为某小组设计的多挡位电热器电路，U不变，R1、R2为电阻丝且R1>R2，电热器功率最大时开关状态为( )
A．S1闭合，S2接a B．S1闭合，S2接b
C．S1断开，S2接a D．S1断开，S2接b
15．如图所示的电路中，不考虑温度对灯丝电阻的影响，电源电压保持不变，R是一个定值电阻，阻值为10 Ω，若在a、b间接入一个标有“4 V　4 W”灯泡L1，闭合开关S，它恰好能正常发光，若在a、b间接入一个标有“4 V”的灯泡L2，闭合开关S，它比正常发光时要稍亮一些，则下列判断不正确的是( )
A．电源电压为14 V B．R的实际功率变大
C．整个电路的实际功率变小 D．灯泡L2的额定功率小于4 W
16．小宇学习了电路知识后，想利用发光二极管设计一个带有指示灯开关的照明电路，晚间关闭照明灯后，利用二极管发出的光指示开关所在的位置。他共设计了四个电路，如图所示，其中L为节能灯，规格为“220 V　15 W”，D为发光二极管，规格为“1.2 V　0.002 A”，S为单刀双掷开关，R为限流电阻。图中能够满足要求的电路是( )
A B C D
17．在如图甲所示的电路中，电源电压U0保持不变，R0为定值电阻，移动滑动变阻器R的滑片P，电压表和电流表示数的部分U－I关系图像如图乙所示，则下列说法正确的是( )
①电压表示数为5 V时，R消耗的电功率最大；②滑动变阻器的总阻值为20 Ω；③电压表示数为5 V和4 V时，R消耗的总功率相等；④电压表示数为4 V时，R0消耗的电功率最小。
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
三、实验探究题(共16分)
18．(6分)小明同学在家研究不同种类灯泡的发光效率(电能转化为光能的效率)，可选用的灯泡有：白炽灯①“220 V　40 W”、②“220 V　15 W”各一只；普通节能灯③“220 V　30 W”、④“220 V　15 W”各一只；LED灯⑤“220 V　15 W”、⑥“220 V　7 W”各一只。他从每种灯泡中各选出一只接入家庭电路进行对比实验，用温度计分别测出通电前和通电20 min后每种灯泡的表面温度，记录如下表：
灯泡的种类 白炽灯 普通节能灯 LED灯
通电前 24 ℃ 24 ℃ 24 ℃
通电20 min后 大于100 ℃ 76.2 ℃ 48.4 ℃
忽略其他因素的影响，认为三种灯泡每升高1 ℃吸收的热量都相同。回答下列问题：
(1)如果你是小明，对比实验中你选择的三只灯泡是　 　(填灯泡前面的序号)。
(2)根据实验数据，可以判断发光效率最高的灯泡是　 　(填灯泡的种类)。
19．(10分)如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。相同的透明容器中密封着等量的空气，且都有一段电阻丝。将透明容器与U形管相连，U
形管中的液面在接通电路前相平。将1、2和3、4导线分别接到电源两端。
(1)实验中通过观察　 　的变化反映密闭空气温度的变化，乙图中两根电阻丝串联的目的是控制它们的　 　相同。
(2)甲图装置用来探究电流通过电阻丝产生的热量与　 　的关系，通电一段时间，　 　(选填“a”或“b”)容器中电流产生的热量较多。
(3)通过观察乙图中的实验现象，可知　 　(选填“c”或“d”)容器中电阻丝的阻值大。
四、计算题(共20分)
20．(6分)如图所示，R为定值电阻，L为标有“6 V　3 W”的小灯泡，灯丝阻值不变，电源电压恒定。闭合开关，小灯泡正常工作时，电流表读数为0.9 A。求：
(1)通过小灯泡的电流，以及小灯泡电阻。
(2)定值电阻R阻值，以及它的电功率。
21．(6分)如图是小明设计的多挡位电烤炉简化电路，电路中电源电压保持不变，R1、R2和R3是发热电阻(不计温度对电阻的影响)，R1上标有“12 V　9 W”的字样，R2的阻值为8 Ω。为了研究电阻的发热情况，小明将电压表接入电路，当只闭合开关S1时，电压表的示数为4 V，电流表的示数为0.5 A。
(1)R1、R3阻值和电源电压各为多少？
(2)当只闭合开关S2时，电路消耗的总功率为多少？
(3)给这个电烤炉通电10 min，该电烤炉最大的发热量是多少？
22．(8分)在如图所示的电路中，电源为恒压电源，保持9 V不变，灯泡标有“8 V　4 W”的字样，常用电流表和电压表均选用大量程，滑动变阻器R2的规格为“20 Ω　2 A”，闭合开关S和S1时，电路消耗的功率为4.05 W(不计灯丝电阻随温度的变化)，求：
(1)小灯泡L的电阻。
(2)开关S、S1、S2都闭合时，通过电流表的最小电流。
(3)在保证电路中各元件安全的条件下，只闭合开关S2时，滑动变阻器的电功率变化范围。

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