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18.2 电功率&18.3 跨学科实践：为家庭节约用电提建议
【练基础·过教材】
必备知识-1- 电功率
1.电功率是表示　　　　　　　的物理量。甲电动机在5 s内做功15 000 J，乙电动机在2 s内做功8 000 J，则　　　　　（选填“甲”或“乙”）电动机做功较快。
2.下列家用电器在正常工作时电功率最小的是 （　　）
A.空调 B.电视机 C.电饭煲 D.电子钟
3. 在相声节目《妙言趣语》中，说到一个“瓩”字，瓦片的瓦，里面一个千万的千，如图所示，这个字念“千瓦”。某老式用电器铭牌上电功率标示为1瓩，即　　　　　　瓦。1瓩的意义是电流通过该用电器每秒做功　　　　　　J。
必备知识-2- 额定电压 额定功率
4. 一盏普通照明灯的灯泡上标有“220 V　40 W”字样，则当该灯正常发光时该灯灯丝的电阻为　　　　Ω，若不考虑灯丝电阻的变化，则当该灯两端的实际电压为110 V时，该灯消耗的实际功率为　　　　W。
5.一个标有“20 V　12 W”字样的电热器，当通过它的电流为0.5 A时，它的实际功率 （　　）
A.小于12 W B.等于12 W
C.大于12 W D.条件不足，无法判断
必备知识-3- 电功率的测量
6.在“测量小灯泡额定功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5 V，电源电压为4.5 V，滑动变阻器标有“20 Ω　1 A”字样。
（1）如图甲所示的电路，有一根导线连接错误，请在错误的导线上打“×”，用笔画线代替导线将电路连接正确。
（2）连接电路时，开关应断开，试触时发现，电压表无示数，电流表有示数，小灯泡发光，则电压表发生了　　　　故障。
（3）纠正错误后继续进行实验，移动滑动变阻器滑片，电压表示数为2.5 V时，电流表示数如图乙所示，示数为　　　　A，小灯泡的额定功率为　　　　W。
（4）利用原有电路，将小灯泡替换为定值电阻（5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω各一个）探究电流和电阻关系，为了能完成实验，控制电压表示数可能是　　　　。
A.1.7 V B.2.2 V C.2.7 V
【练综合·提能力】
键能力-1- 电功与电功率的辨析
7.如图所示，这是小飞家的电能表，他家同时使用的用电器总功率不能超过　　　　W。他让一个电暖器单独接入电路，使用高温挡工作2 min，电能表转盘刚好转了100 r，电暖器消耗的电能为　　　　　　kW·h，电暖器高温挡的实际功率为　　　　　　W。
8. LED灯和节能灯已逐渐取代白炽灯。一个“220 V　11 W”的节能灯泡照明亮度和一个“220 V　40 W”的白炽灯泡照明亮度相同，两个灯泡均正常工作时，以下说法不正确的是 （　　）
A.节能灯每秒消耗11 J电能
B.节能灯每秒产生的内能大于白炽灯
C.两个灯泡正常工作所需电压是相同的
D.用节能灯替代白炽灯有助于节省电能
键能力-2- 电功率的计算
9. （原创·大情境） 无人机在现在的生产生活中有着广泛的应用。如图所示的是一款高空照明无人机，可以提供野外高空照明。
（1）该无人机匀速上升时，它相对于地面是　　　　的，机械能　　　　（选填“增大”“减小”或“不变”）。
（2）该无人机机身总质量为20 kg，该无人机先以1.2 m/s的速度沿竖直方向匀速上升48 m，接着又以2 m/s的速度沿水平方向匀速飞行80 m，无人机在上升过程中需要克服重力做功　　　　J，在整个飞行过程中克服重力做功的功率为　　　　W。（g取10 N/kg）
（3）为该无人机电池充电，此时电池相当于电路中的　　　　。夜晚，无人机先接通照明系统、再接通动力系统升空，照明系统和动力系统　　　　联。无人机悬停并提供照明时，电池可释放电能0.5 kW·h，动力系统和照明系统的电功率分别为150 W和100 W，此状态下无人机至多持续工作　　　　h就要更换电池。
10.灯泡L1、L2分别标有“220 V　100 W”“220 V　40 W”的字样，将它们接入220 V的电路中，则 （　　）
A.L1、L2并联时，L1比L2亮 B.L1、L2并联时，亮度相同
C.L1、L2串联时，L1比L2亮 D.L1、L2串联时，亮度相同
11.体重超标已影响了部分中学生的身心健康，为了动态监测学生的体重情况，班级科技创新小组设计了一台由电流表改装而成的简易体重计，其电路如图甲所示。已知电源电压恒定，定值电阻R0=5 Ω，R为压敏电阻，其阻值与所受到的压力的关系如图乙所示，电流表量程为0~0.6 A，踏板重力不计。问：
甲 乙
（1）闭合开关，当体重计空载时，电路中的电流为0.12 A，电源电压为多少
（2）当体重计示数为600 N时，R0消耗的电功率为多少
（3）此体重计所能测量的最大体重为多少
键能力-3- 多开关的问题
12.如图所示的电路中，电源电压恒定，L1、L2是标有“6 V　3 W”字样的两个完全相同的灯泡，灯泡电阻不受温度影响，只闭合S1，灯泡L2正常发光。则闭合S1和S3、断开S2时电流表的示数是　　　　　A，只闭合S2时电路的总功率是　　　　　W。
13.如图所示，电源电压为15 V恒定，R1的阻值为15 Ω， 只闭合开关S、S1，小灯泡正常发光，此时电压表的示数为9 V；所有开关都闭合，滑动变阻器R2的滑片移到最右端时，电流表的示数为1.3 A（小灯泡的电阻不随温度而改变）。求：
（1）小灯泡的额定电压及额定电功率；
（2）只闭合开关S、S3时，电流表的示数变化范围；
（3）电路消耗的最小总功率。
键能力-4- 利用电能表测电功率
14. （原创·大情境） 小明家新换了一种电子式电能表，它用一个发光二极管代替普通电能表的转盘，发光二极管闪烁一次表示转盘转动一圈，电子式电能表的参数是3 200 imp/（kW·h）。小明想利用这只电能表和钟表测量新买的微波炉的电功率。
（1）小明的实验方法是：先关闭家里其他用电器，只让微波炉工作，从电能表红灯闪烁开始计时，当电能表的红灯闪烁320次时，所用的时间为5分钟，则微波炉的电功率为　　　　W。
（2）当小明用同样的方法测家中电热水器的电功率时，发现电能表红灯闪烁更快，这说明电热水器消耗电能比微波炉　　　　一些。
（3）小明在买微波炉时，听到两种说法：一种说法是微波炉很省电，用它加热食品花不了多少电费；另一种说法是微波炉很费电，微波炉一开就“烧保险”。前者是从　　　　的角度说的，后者是从　　　　的角度说的。
键能力-5- 电功率的特殊测量
15.利用图甲所示的电路测量小灯泡的电功率，小灯泡的额定电压为2.5 V。
（1）用笔画线代替导线，将图甲中所示的器材连接成完整电路。
（2）连接电路时开关应处于　　　　（选填“断开”或“闭合”）状态，正确连接后，应将滑片P由最大电阻处缓慢向　　　（选填“A”或“B”）端移动，使小灯泡逐渐变亮。
（3）某次实验时，电流表的示数如图乙所示，则通过小灯泡的电流为　　　　A；移动滑片P，记下多组电压和电流值，绘制成图丙所示的图像，根据图像的信息可知，小灯泡的额定电功率为　　　　W。
（4）实验时，由于操作失误，在未断开开关的情况下，直接将亮着的小灯泡从灯座上取出，电压表的示数　　　　（选填“变大”“变小”或“不变”）。
（5）在没有电流表的情况下，用如图丁所示的实验电路，也可以测出小灯泡的额定功率。已知小灯泡的额定电压为U额，定值电阻的阻值为R，实验步骤如下：
①只闭合开关S、S1，调节滑片，使电压表示数为U额；
②保持滑片位置不变，只闭合开关S、S2，此时电压表的示数为U；
可知小灯泡的额定功率P额=　　　　　（用U额、U和R表示）；若已知电源电压为U0，此时滑动变阻器接入电路的阻值Rx=　　　　　　（用U0、U额、U和R表示）。
【练真题·育素养】
16.图甲为灯泡L的电流与电压的关系图像。将该灯泡接入图乙电路，电阻R阻值为10 Ω，闭合开关S，电流表示数为0.2 A，则电源电压为　　　V，干路电流为　　　A，此时灯泡L的电功率为　　　　W。
17.（多选） 如图所示，电源电压为6 V。a、b为两个电表，其中一个为电流表，一个为电压表。R1=10 Ω，R2∶R3=2∶3。闭合开关S，电路总功率为P1，通过M点的电流为I1；a、b互换后再闭合开关，电路总功率为P2，通过M点的电流为I2。若P1∶P2=5∶6，I2-I1=0.1 A，则下列说法正确的是 （　　）
A.a为电流表
B.R2的阻值为30 Ω
C.将图中的电源、电表a、电表b任意互换，闭合开关，电路总功率的最小值为3 W
D.将R1、R2、R3中的一个与图中的电表a互换，闭合开关，电表a的示数可能比互换前小
18.学习了电功率后，小明利用如图1所示的电路图来探究小灯泡功率跟电阻的关系。L1的规格为“2.5 V　0.25 A”，L2的额定电压是4.5 V，L3的额定电压是6 V，电源电压可调。图3是小灯泡L2和L3的I-U图像。
（1）请根据图1所示电路图用笔画线代替导线将图2所示实物图补充完整。
（2）电路连接完成后，小明只闭合开关S1，发现电流表有示数，但小灯泡不发光，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）下表是实验中的相关数据。
实验次数 开关状态 电源电压 电流表示数 小灯泡电阻 小灯泡功率
1 只闭合S1 U 0.25 A R1=10 Ω P1=0.625 W
R2=2 Ω P2=0.125 W
R3 P3=0.25 W
2 只闭合S1、S2 2.5 V 0.50 A R3=5 Ω P3=1.25 W
3 只闭合S1、S3 0.25 A R1=10 Ω P1=0.625 W
4 S1、S2、S3均闭合 1.30 A R2=4.55 Ω P2≈1.376 W
第1次实验中电源电压U=　　　　　V，L3的阻值R3=　　　　　Ω。
（4）分析表中数据可得出，规格不同的小灯泡消耗的实际功率跟电阻的关系是：
①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；
②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【拓展】完成实验后，老师告诉小明用一个稳压电源和一个滑动变阻器可以制作成一个可调电压电源。将自制的可调电压电源（稳压电源电压恒为6 V）、电流表、小灯泡L3和开关串联，如图4所示。将滑片置于阻值最大处，闭合开关，向左移动滑片，当滑片从A点滑到最左端B点时（A、B两点图中未标出），电流表示数变化了0.1 A，则RAB=　　　　　Ω。
19. 为了给家庭节约用电提建议，小明了解了自己家中的用电情况，并将收集到的数据记录如下。
序号 家用电器名称 数量 功率/W 每天使用时间 耗电量
1 电灯 5盏 20 2小时 0.2 kW·h
2 电视机 1台 150 2小时 0.3 kW·h
3 洗衣机 1台 500 48分钟 0.4 kW·h
4 电饭煲 1个 600 1小时 0.6 kW·h
5 电热水壶 1个 800 24分钟 0.32 kW·h
6 电热水器 1台 1 000 1.5小时 1.5 kW·h
（1）通过统计，小明发现自己家一天的耗电量是　　　　kW·h，一个月（30天）的耗电量约为　　　　kW·h，要交的电费约为　　　　元。（1 kW·h的费用为0.5元）
（2）小明家一天中耗电量最多的用电器为　　　　　。从节能环保方面考虑，如果你是小明，你对家庭节约用电所提的建议是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（写出一条即可）。
20.如图1所示，电源电压不变，电流表量程为0~0.6 A，电压表量程为0~3 V，滑动变阻器R的规格为“50 Ω　2 A”，灯泡L的额定电流为0.3 A。图2是灯泡L的电流与电压的关系图像。闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P，当滑片P移至某一位置时，电压表和电流表的示数分别为2.5 V和0.25 A。
（1）求电源电压；
（2）在保证电路安全的情况下，调节滑动变阻器的滑片P，灯泡的最小功率是多少
（3）用定值电阻R1替换灯泡L，在保证电路安全的情况下，调节滑动变阻器的滑片P，发现电流表示数的最大值与最小值之差恰好为0.3 A，这一过程中滑动变阻器连入电路的阻值始终小于50 Ω，求定值电阻R1的可能值。
21.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。
（1）求R0的阻值。
（2）求滑动变阻器的最大阻值。
（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。
参考答案
1.电流做功快慢　乙
2.D
3.1 000　1 000
4.1 210　10
【解析】由P=可得，该灯灯丝的电阻R===1 210 Ω；不考虑灯丝电阻的变化，该灯接入110 V的电路中时，实际功率P实===10 W。
5.A　【解析】电热器的电阻R=== Ω，通过它的电流是0.5 A时，电热器的实际功率P实=R=（0.5 A）2× Ω= W<12 W。
6.（1）如图所示：
（2）断路
（3）0.24　0.6
（4）C
7.8 800　0.05　1 500
8.B
9.（1）运动　增大
（2）9 600　120
（3）用电器　并　2
10.A　【解析】由P=可知，两灯泡正常发光时的电压均为220 V，灯泡L1的额定功率较大，电阻较小；灯泡的亮暗取决于实际功率的大小，两灯并联接入220 V的电路中，均正常发光，灯泡正常发光时的功率和额定功率相等，所以两灯泡正常发光时L1的功率大，L1更亮，故A正确，B错误；两灯泡串联起来接入220 V的电路中，通过它们的电流相等，根据P=I2R可知，L1的电阻较小，较暗，L2的电阻较大，较亮，故C、D错误。
11.【解】（1）由图乙可知，当体重计空载时，R=45 Ω，I=0.12 A，则电源电压：
U=I（R+R0）=0.12 A×（45 Ω+5 Ω）=6 V
（2）由图乙可知，当体重计示数为600 N时，压敏电阻的阻值R'=15 Ω，此时电路中的电流；
I'===0.3 A
定值电阻R0消耗的功率：
P=I'2R0=（0.3 A）2×5 Ω=0.45 W
（3）已知电流表量程为0~0.6 A，当电路中的电流最大为Imax=0.6 A时，体重计测量最大体重，此时压敏电阻的阻值：
R″=-R0=-5 Ω=5 Ω
由图乙可知，所能测量的最大体重为1 200 N。
12.1　1.5
13.【解】（1）只闭合开关S、S1，电阻R1与小灯泡串联，此时电压表的示数为9 V，则小灯泡正常发光时两端的电压（额定电压）为UL=15 V-9 V=6 V
此时电路中的电流：
IL====0.6 A
则此时小灯泡的电功率即额定电功率，则
P额=ULIL=6 V×0.6 A=3.6 W
（2）所有开关都闭合时，电阻R1与R2并联，此时通过电阻R1的电流：IR1'===1 A
所以通过R2的电流：
I2=I'-'=1.3 A-1 A=0.3 A
滑动变阻器R2的滑片移到最右端时，接入电路的电阻最大，则最大电阻R2===50 Ω
只闭合开关S、S3时，R2与小灯泡串联，此时电路中的最大电流为小灯泡的额定电流，即0.6 A；
最小电流为滑动变阻器R2阻值最大时通过电路的电流，此时小灯泡的电阻：
RL===10 Ω
电路中的电流：
Imin===0.25 A
所以电流表的示数变化范围为0.25~0.6 A。
（3）由于电源电压不变，因此当电路中的电阻最大，即小灯泡与R2串联，且R2阻值最大时，电路中的电流最小，为0.25 A，此时电路中的总功率最小，所以此时电路中的最小电功率：
Pmin=UImin=15 V×0.25 A=3.75 W
14.（1）1 200
（2）快
（3）电能　电功率
15.（1）如图所示：
（2）断开　A
（3）0.2　0.625
（4）变大
（5）　·R
16.2　0.45　0.5
17.AC
18.（1）如图所示：
（2）电源电压太低，小灯泡的实际功率太小
（3）4　4
（4）①当电流相同时，电功率与电阻成正比
②当电压相同时，电功率与电阻成反比
【拓展】7
19.（1）3.32　99.6　49.8
（2）电热水器　用太阳能热水器代替电热水器（少开灯等）
20.【解】（1）闭合S，灯泡L与滑动变阻器R串联，当I=0.25 A时，U滑=2.5 V，由图2可知，UL=2 V
根据串联电路电压的特点得U电源=UL+U滑=2 V+2.5 V=4.5 V
（2）由题意知，当电压表示数最大为3 V时，灯泡L两端电压最小，此时灯泡L的功率最小；
灯泡L两端的最小电压UL小=U电源-U滑'=4.5 V-3 V=1.5 V
由图2知，灯泡L的最小电流I小=0.2 A
灯泡L的最小功率P=UL小I小=1.5 V×0.2 A=0.3 W
（3）用定值电阻R1替换灯泡L后，调节滑动变阻器的滑片P，电路中的最大电流有两种可能：I大=0.6 A或I大<0.6 A
①若I大=0.6 A，则最小电流I小=I大-ΔI=0.6 A-0.3 A=0.3 A，此时电压表示数最大，为3 V，
R1中的最小电流I小==
即0.3 A=，解得R1=5 Ω
②若I大<0.6 A，由题意可得，最大电流I大=，最小电流I小=，
则ΔI=I大-I小
即ΔI=-
代入数值得0.3 A=-
解得R1=10 Ω
故定值电阻R1的可能值为5 Ω或10 Ω
21.【解】（1）由图知，两电阻串联，电压表测R0两端的电压，电流表测电路中的电流，由欧姆定律可得：
R0===10 Ω
（2）由欧姆定律可得，电路的总电阻R总===50 Ω，滑片在中点，由串联电路的电阻规律有R=R总-R0=50 Ω-10 Ω=40 Ω，所以变阻器的最大值R=80 Ω。
（3）当滑动变阻器左滑时，电路中电阻变小，电流变大，电路中电流最大为I大=0.6 A，此时电压表示数U0'=I大R0=0.6 A×10 Ω=6 V<15 V，电路安全，符合题意；当电压表改接在R两端，电压表示数最大为15 V，由分压原理知，此时变阻器连入电路的阻值最大，电路中电流最小，I小=I0===0.3 A，此时变阻器接入电路的阻值R滑===50 Ω<80 Ω，这说明电路中的最小电流确实是0.3 A，电源电压一定，电流最小时，电路消耗的功率最小，所以
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