初中物理人教版九年级全册第十八章 电功率综合与测试课后作业题

第十八章 电功率　

考点1　电能、电能表

1.[2021·潍坊] (多选)充电宝内部主要部件是锂电池,充电宝铭牌上标注了锂电池的电压和容量,民航局规定严禁携带额定能量超过160 W·h的充电宝乘机,则电压为3.7 V、容量为下列数值的充电宝可以带上飞机的是              (　　)

A.10000 mA·h B.40000 mA·h C.50 A·h D.30 A·h

2.[2021·广安] 如图1甲所示电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,滑动变阻器滑片从b点向左移动到某点的过程中,两个电压表示数随电流表示数变化的图象如图乙所示,则电源电压为　　　　V。当滑片在a点时,通电10 s,R0消耗的电能　　　　J。 

图1

考点2　电功率

3.[2021·达州] 小星学习电功率知识后,想利用电能表测量家中电热水壶工作时的实际功率。他仔细观察了家中的电能表,表盘参数如图2所示,则小星家允许加载的用电器的最大功率为　　　　W。他关闭家中其他用电器,只让电水壶烧水,发现电水壶工作1 min,电能表转盘转过60转,则该电水壶的实际功率为　　　　W。 

图2

4.[2021·陕西] 如图3甲所示电路中,电源电压恒定不变,定值电阻R1的阻值为20 Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为100 Ω,开关闭合后,当滑动变阻器的滑片P移到某一位置时,电压表V1的示数如图乙所示,R2的功率为1.75 W。下列说法正确的是              (　　)

图3

A.电阻R1与滑动变阻器R2并联

B.电压表V1测量电源电压

C.电流表的示数为0.05 A

D.电源电压为12 V

5.[2021·自贡] 如图4甲所示是身高测量仪,体检者站在绝缘平台上,能自动显示身高,电路原理如图乙所示,R0为定值电阻,下列有关分析中正确的是              (　　)

图4

A.电流表示数显示身高,身高越高示数越大

B.电压表示数显示身高,身高越高示数越大

C.身高越高,R消耗的电功率越小

D.身高越高,电路消耗的总功率越大

6.[2021·眉山] 如图5所示,电源电压为6 V保持不变,R1=3 Ω,R2=18 Ω,灯泡L标有“6 V　3 W”字样,假定灯丝电阻不变。下列说法中正确的是              (　　)

图5

A.灯泡L正常工作时的电阻为2 Ω

B.当只闭合开关S1时,电阻R1消耗的功率为1.2 W

C.如果开关S1、S2和S3同时闭合,灯泡L短路不工作

D.此电路消耗的最大电功率与最小电功率之比为25∶12

7.[2021·乐山] 如图6所示电路中,灯泡L标有“6 V　3 W”字样(不计温度对灯丝电阻的影响)。当开关S1、S2均闭合,滑动变阻器的滑片P在最左端时,电流表示数为1.5 A,并且灯泡L正常发光;当开关S1闭合、S2断开,滑动变阻器的滑片P在中点时,电流表的示数为0.25 A。求:

(1)电源电压。

(2)定值电阻R的阻值。

(3)开关S1闭合后,电路中的最小功率。

图6   

考点3　焦耳定律

8.[2021·连云港] 某电热器接入220 V的电路中正常工作时,其电热丝的阻值为110 Ω,则通过该电热丝的电流为　　　　A,10 s内该电热丝会产生　　　　J的热量。 

9.[2021·枣庄] 康康家里有一台电火锅,部分技术参数如下表,如图7甲所示是其内部电路的工作原理简图,R1、R2均为阻值不变的加热电阻,通过开关S、S1、S2的通断可实现三个挡位功能的切换,其中S2是能分别与a、b两掷点相连的单刀双掷开关。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]

(1)电火锅正常工作时,锅内水温随时间变化的图象如图乙所示。若用高温挡把质量为4 kg、初温为50 ℃的水加热到60 ℃,求此过程中水吸收的热量和电火锅的热效率。

(2)若改用低温挡给(1)问中的水加热,请比较使用高温挡还是低温挡更节能。

(3)求电火锅正常工作时保温挡的电功率。

图7             

考点4　重点实验

10.[2021·黔东南州] 如图8所示是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置。甲、乙是完全相同的密闭容器,里面密封着等量的空气,U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化,闭合开关前,A、B两U形管内液面相平。

图8

(1)实验中,乙容器外部电阻的作用是使左右容器内导体中的　　　　不相等。 

(2)由于电流通过导体产生的热量不易直接测量,因此在实验中通过观察U形管中液面高度的变化来显示甲、乙容器内空气温度的变化,这里采用的物理研究方法是　　　　　。 

(3)通过对比观察A、B两U形管中液面高度的变化,　　　　(选填“甲”或“乙”)容器中导体产生的热量较多。由此可知,在电阻和通电时间相同时,电流越　　　　(选填“大”或“小”),导体产生的热量越多。 

11.[2021·泰安] 在“测量小灯泡的电功率”实验中,已知小灯泡的额定电压为2.5 V,正常工作时的电阻约为12 Ω。现有器材:电源(电压为6 V,保持不变),电流表,电压表,开关、导线若干,另有两种规格的滑动变阻器可供选择:R1(50 Ω　2 A)、R2(10 Ω　1 A)。请完成下列问题:

(1)本次实验中应选择的滑动变阻器是　　　　(选填“R1”或“R2”)。 

(2)某同学连接成了如图9甲所示的电路,该电路中存在一处连接错误,只要改接一根导线就可以使电路连接正确,请你把接错的那一根导线找出来打上“×”,再用笔画线代替导线画出正确的连接。

图9

(3)电路正确连接后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P到某一位置,电压表示数如图乙所示为　　　　V;要测量小灯泡的额定功率,此时应将滑片P向　　　　(选填“A”或“B”)端移动。 

(4)实验小组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I-U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;小灯泡的实际功率随实际电压的降低而　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。 

(5)完成以上实验后,同学们又设计了如图丁所示的电路来测量该小灯泡的额定功率,R0为已知阻值的定值电阻。请把他们的实验步骤补充完整:

①断开开关S2,闭合开关S1、S3,移动滑动变阻器的滑片P,　                ; 

②保持滑动变阻器的滑片位置不变,开关S3仍闭合,　,记录下电压表示数为U; 

③小灯泡的额定功率PL=　　　　　　　(请用已知量和测量量表示)。 

答案

1.ABD　

2.6　180　[解析] 滑动变阻器R和电阻R0串联,电压表V1测R0两端电压,V2测R两端电压,电流表测电路中电流。

当滑动变阻器的滑片P从b点滑到某点的过程中,滑动变阻器R连入电路的电阻变小,电路中的电流变大,根据串联电路的分压原理可知,滑动变阻器两端的电压变小,R0两端的电压变大,所以图乙中上方图线表示电压表V2的示数随电流表示数变化的规律,下方图线表示电压表V1的示数随电流表示数变化的规律;

由电路图知,P在b点时,电路中电阻最大,电流最小,

由图象可以看出,滑片P在b点时电流Ib=0.5 A,U1=1 V、U2=5 V,

所以电源电压:U=U1+U2=1 V+5 V=6 V,

电阻R0的阻值:R0===2 Ω,

滑片P在a点时,电路中电阻最小,电流最大,此时通过电路的电流Ia===3 A,通电10 s,R0消耗的电能:W=R0t=(3 A)2×2 Ω×10 s=180 J。

3.4400　1200　[解析] 由电能表铭牌可知,电能表在220 V的电路中工作,允许通过的最大电流是20 A,则小星家允许加载的用电器的最大功率为:P最大=UI=220 V×20 A=4400 W;电水壶工作1 min电能表转盘转过60转,消耗的电能:W= kW·h=×3.6×106 J=72000 J,t=1 min=60 s,该电水壶的实际功率:P===1200 W。

4.D　[解析] 由图甲可知,R1与R2串联,A错误;

电压表V1测R1两端电压,电压表V2测R2两端电压,B错误;

电压表V1的示数如图乙所示,故R1两端的电压U1=1 V或U1=5 V,若U1=1 V,电流表示数I1===0.05 A,根据P=I2R,R2===700 Ω>100 Ω,不符合题意,故U1=5 V,电流表示数I===0.25 A,C错误;

R2===28 Ω,U2=IR2=0.25 A×28 Ω=7 V,

电源电压:U=U1+U2=5 V+7 V=12 V,D正确。

5.B　[解析] 由电路图可知,R与R0串联在电路中,电压表测滑片P下方电阻丝两端的电压,电流表测电路中的电流;

因电压表在电路中相当于断路,则当滑片移动时,R接入电路中的电阻不变;

身高越高时,滑片会向上移动,由于R接入电路的电阻不变,电路的总电阻不变,由欧姆定律可知,电路中的电流不变,所以电流表示数不能显示身高的变化,故A错误;

电压表测滑片下方电阻丝两端的电压,身高越高时,滑片下方电阻丝的阻值越大,由U=IR可知电压表示数越大,所以应该用电压表示数显示身高,且身高越高示数越大,故B正确;

身高越高时,由于电路中的电流不变、R的阻值不变,则根据P=I2R可知R消耗的电功率不变,故C错误;

身高越高时,总电压不变,电路中电流不变,由P=UI可知,电路消耗的总功率不变,故D错误。

6.D　[解析] 由P=得,灯泡L正常工作时的电阻为RL===12 Ω,故A错误。当只闭合开关S1时,电阻R1与灯泡L串联,此时电路的总电阻为R=RL+R1=12 Ω+3 Ω=15 Ω,电路电流:I===0.4 A,电阻R1消耗的功率:P1=I2R1=(0.4 A)2×3 Ω=0.48 W,故B错误。如果开关S1、S2和S3同时闭合,电阻R1短路,电阻R2与灯泡L并联,故C错误。当只闭合开关S1时,电阻R1与灯泡L串联,此时电路的总电阻最大为R=RL+R1=12 Ω+3 Ω=15 Ω,电路的电流:I===0.4 A,电路消耗的功率最小:Pmin=UI=6 V×0.4 A=2.4 W;如果开关S1、S2和S3同时闭合,电阻R1短路,电阻R2与灯泡L并联,此时电路电阻最小为Rmin===7.2 Ω,电路的功率最大为Pmax===5 W;此电路消耗的最大电功率与最小电功率之比:5 W∶2.4 W=25∶12,故D正确。

7.(1)当S1、S2均闭合,滑动变阻器的滑片P在最左端时,灯泡L与定值电阻R并联,此时小灯泡正常发光,由并联电路的特点可知,电源电压:U源=UL=6 V。

(2)小灯泡正常发光时,通过灯泡的电流:IL===0.5 A,

并联电路中干路电流等于各支路电流之和,故通过R的电流:IR=I总-IL=1.5 A-0.5 A=1 A,

故R的阻值:R===6 Ω。

(3)小灯泡的电阻:RL===12 Ω,

当开关S1闭合、S2断开,滑动变阻器的滑片P在中点时,小灯泡L和滑动变阻器(一半阻值接入电路)串联,此时电路中的总电阻:R总===24 Ω,

滑动变阻器连入电路的电阻:R半=R总-RL=24 Ω-12 Ω=12 Ω,

故滑动变阻器的总阻值:R滑=2R半=2×12 Ω=24 Ω,

当电路中的总电阻最大时,总功率最小,即滑动变阻器全部阻值连入电路并与小灯泡串联时,电路总功率最小,为P最小===1 W。

8.2　4.4×103　[解析] 由I=可得,通过电热丝的电流:I===2 A,

在10 s内共产生的热量:Q=I2Rt=(2 A)2×110 Ω×10 s=4.4×103 J。

9.(1)若用高温挡把质量为4 kg、初温为50 ℃的水加热到60 ℃,则水吸收的热量:

Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×4 kg×(60 ℃-50 ℃)=1.68×105 J,

由图乙可知,用高温挡把质量为4 kg、初温为50 ℃的水加热到60 ℃,所用时间为t1=3 min=180 s,消耗的电能:W1=P高t1=1100 W×180 s=1.98×105 J,

所以电火锅的热效率:η1=×100%=×100%≈84.8%。

(2)若用低温挡给(1)问中的水加热,由图乙可知,所用时间为t2=5 min=300 s,消耗的电能:W2=P低t2=880 W×300 s=2.64×105 J,所以W1<W2,故使用高温挡更节能。

(3)由公式P=可知,在电压不变时,电阻越小,电功率越大,

在图甲中,当闭合S、S1时,只有电阻R1工作,为低温挡,

由P=可知,R1的电阻:

R1===55 Ω;

当闭合S、S1,S2接a时,电阻R1和R2并联,为高温挡,则电阻R2的电功率:

P2=P高-P低=1100 W-880 W=220 W,

所以R2的电阻:R2===220 Ω;

当S闭合、S1断开、S2接b时,电阻R1和R2串联,电火锅处于保温挡,则电火锅正常工作时保温挡的电功率:P保===176 W。

10.(1)电流　(2)转换法　(3)甲　大

[解析] (1)乙容器外部的电阻与乙容器内部的电阻并联,甲容器内部的电阻在干路中,通过甲容器内部电阻的电流大于通过乙容器内部电阻的电流,所以乙容器外部电阻的作用是使左右容器内导体中的电流不相等,因为左右容器内两导体的阻值相等,必须让两电阻中的电流不同才能探究电流产生的热量与电流的关系。

(2)实验中是通过观察U形管中液面的高度差来显示甲、乙容器内空气温度的变化的。像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫转换法。

(3)由图知,A管的液面高度差比B管的液面高度差大,说明甲容器中气体膨胀程度较大,温度上升得较高,因此甲容器中电阻产生的热量较多;两个电阻的阻值相同,通电时间相同,但电流不同,通过甲容器内部电阻的电流大;

由此可得:在电阻相同、通电时间相同的情况下,电流越大,导体产生的热量越多。

11.(1)R1

(2)如图所示

(3)1.2　A　(4)0.5　减小　

(5)①使电压表的示数为2.5 V

②断开开关S1,闭合开关S2

③

[解析] (1)灯泡正常发光时,其电压UL=2.5 V,灯泡正常发光时的电流为IL==≈0.21 A,灯泡正常发光时,由串联电路的电压特点可得,此时滑动变阻器两端电压U滑=U-UL=6 V-2.5 V=3.5 V,此时滑动变阻器接入电路的阻值:R滑==≈16.7 Ω,所以本实验中应该选择规格为“50 Ω　2 A”的滑动变阻器,即选R1。(2)电流表应与小灯泡串联,由图可知,电流表与小灯泡并联了,错误之处及改正如图所示。(3)小灯泡额定电压为2.5 V,图乙中电压表的量程为0~3 V,分度值为0.1 V,示数为1.2 V;此时电压表示数小于灯泡的额定电压,要使电压表的示数增大为额定电压,由串联分压的规律可知,需减小滑动变阻器两端的电压,即减小滑动变阻器接入电路的阻值,故将滑片向A端移动。(4)由图丙可知,小灯泡的额定电流为0.2 A,小灯泡的额定功率为P=UI=2.5 V×0.2 A=0.5 W;小灯泡的实际功率随实际电压的降低而减小。(5)由图丁知:①断开开关S2,闭合开关S1、S3,移动滑动变阻器的滑片P,使电压表的示数为2.5 V;此时灯泡L、定值电阻

R0、滑动变阻器R串联接入电路,电压表测量小灯泡两端的电压。②保持滑动变阻器的滑片位置不变,开关S3仍闭合,断开开关S1,闭合开关S2,电路连接情况不变,这时电压表测量的是灯泡L和定值电阻R0两端的电压之和,电压表的示数为U,则R0两端的电压为U0=U-2.5 V,通过R0的电流为I0==,由串联电路的电流规律可知,小灯泡的额定电流与通过R0的电流相等,小灯泡的额定电流为IL=I0=。③小灯泡的额定功率为PL=ULIL=2.5 V×=。