2021年中考物理电学满分训练15讲第11讲电学公式比例关系及高低温档含解析2020121472
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第11讲电学公式比例关系及高低温档
教学目标
1.熟练掌握电学计算公式
2.掌握实际生活中的电学计算
【经典例题一】
1.如图所示的电路中,电源电压保持不变,当开关S1闭合、S2断开,甲、乙为电流表时,两表示数之比是I甲:I乙=3:5,则R1:R2= ;当开关S1、S2都闭合,甲、乙两表为电压表时,两电表示数之比U甲:U乙= ,R1、R2消耗的电功率之比为P1:P2= 。
【解答】解:
(1)当开关S1闭合S2断开,甲、乙为电流表时,R1和R2并联,甲电流表测R2支路的电流,乙电流表测干路电流;
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
所以通过两电阻的电流之比:===,
因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,由I=可得,两电阻的阻值之比:===;
(2)当开关S1、S2闭合,甲、乙两表为电压表时,R1与R2串联,甲电压表测电源的电压,乙电压表测R2两端的电压,
因串联电路中各处的电流相等,所以两电阻两端的电压之比:===,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以两电压表的示数之比:===;
由P=UI可得R1、R2消耗的电功率之比:===。
故答案为:3:2; 5:2;3:2。
【变式练习】
1.如图所示的电路中,S1闭合S2断开时,甲、乙是电流表,I甲:I乙=1:3,此时电路的总功率为P1;当S1、S2都闭合时,甲、乙是电压表,此时电路的总功率为P2,电阻大小之比R1:R2= ,总功率之比P1:P2= 。
【解答】解:(1)当S1闭合S2断开时,R1、R2并联,甲测R2支路电流,乙测干路电流,
则I甲=I2,I乙=I1+I2,
因为I甲:I乙=1:3,所以I2:(I1+I2)=1:3,
则有:I1:I2=2:1;
因为U1=U2,所以由欧姆定律得:
R1:R2=:=I2:I1=1:2;
(2)因为P1=+,P2=,
所以P1:P2=(+):=(R1+R2)2:R1R2=(1+2)2:1×2=9:2。
故答案为:1:2;9:2。
2.如图所示的电路,电源电压恒定,R1=300Ω,闭合开关S1,电流表示数为0.2A,再闭合S2,电流表示数变化了0.3A,则R2的阻值为 Ω.若R1、R2串联在电路中,则R1、R2两端的电压之比为 ,R1、R2消耗的电功率之比为 。
【解答】解:(1)闭合S1时,电路为R1的简单电路,
由I=可知,电源的电压:U=U1=I1R1=0.2A×300Ω=60V;
若再闭合S2时,两电阻并联,则U2=U=60V,电流表示数的变化量即为R2支路的电流,则I2=0.3A;
由I=可知:
R2===200Ω。
(2)若R1、R2串联在电路中,由于串联电路的电流处处相等,则根据I=可得:
R1、R2两端的电压之比为====,
R1、R2消耗的电功率之比为===。
故答案为:200;3:2;3:2。
3.现有“6V 3W”的L1和“6V 6W”的L2两只小灯泡串联后接在电路中使用时,灯L1和L2的电压之比为 ,实际电功率之比为 ;为了使电路安全使用,电路两端允许加的最大电压为 V;若再把两只小灯泡并联后接到电源电压为6V的电路中,灯泡 (选填“L1”或“L2”)更亮。
【解答】解:
(1)由P=UI,灯泡正常工作时的电流:
I1===0.5A,I2===1A,
由I=,可得灯泡电阻:
R1===12Ω,R2===6Ω,
两灯泡串联时,通过它们的电流相等,由U=IR可得:
====,
由P=I2R可得:
====;
为保证电路安全,电路电流应等于额定电流较小灯泡的电流,
所以允许通过两灯泡的最大电流I=I1=0.5A,
所以电路两端允许加的最大电压为:U=I(R1+R2)=0.5A×(12Ω+6Ω)=9V;
(2)并联电路中各支路两端电压与电源电压都相等,由P=可得:
====,所以PL1<PL2,所以L2更亮。
故答案为:2:1;2:1;9;L2。
【经典例题二】
1.如表所示为某电烤箱的铭牌,高温档额定功率模糊不清.如图虚线内所示是电烤箱内部的简化电路图.R1和R2均为电热丝,R2=72.6Ω.电烤箱开关接1时是低温档,接2时是高温档.求:
(1)电烤箱在低温档正常工作10min电流做的功;
(2)R1的阻值;
(3)在某用电高峰期,若家庭电路中只有电烤箱在高温档工作,发现标有“3000imp/kW•h”的电能表的指示灯闪烁81次共用时2min,求此时家庭电路两端的实际电压.
××牌电烤箱 | ||
额定电压 | 220V | |
额定功率 | 高温档 | ×××W |
低温档 | 400W |
【解答】解:
(1)由P=可得,电烤箱在低温档正常工作10min电流做的功:
W=P低t=400W×10×60s=2.4×105J;
(2)由图可知,开关接1时,R1与R2串联,总电阻最大,由P=可知总功率最小,电烤箱处于低温档;开关接2时,只有R1接入电路,电阻小,由P=可知功率大,电烤箱处于高温挡;
处于低温挡时,电路的总电阻:R===121Ω;
则R1的阻值:R1=R﹣R2=121Ω﹣72.6Ω=48.4Ω;
(3)指示灯闪烁81次,电烤箱消耗的电能:
W=81×kW•h=0.027kW•h,
工作时间:
t=2min=h,
则电烤箱在高温档的实际功率:
P===0.81kW=810W;
根据P=可得,此时家庭电路两端的实际电压:
U===198V。
【变式练习】
1.母亲为了给小林增加营养,买了一台全自动米糊机,如图(甲)所示.米糊机的主要结构:中间部分是一个带可动刀头的电动机,用来将原料粉碎打浆;外部是一个金属圆环形状的电热管,用来对液体加热.如图(乙)所示是米糊机正常工作时,做一次米糊的过程中,电热管和电动机交替工作的“P﹣t”图象.表格内是主要技术参数.
额定容积 | 1.5L | 加热功率 | 1000W |
额定电压 | 220V | 电机功率 | 130W |
额定频率 | 50Hz | 机器净重 | 1.9kg |
整机尺寸 | 232×174×298cm |
请问:
(1)米糊机正常工作时的电热管中的电流是多大?(计算结果保留两位小数)
(2)米糊机正常工作时做一次米棚,消耗的电能是多少?
(3)米糊机在正常工作状态下做一次米糊,若各类原料和清水总质量为1.5kg,初温为20℃,米糊沸腾时温度是100℃,电热管的加热效率是多少?(已知原料和清水的混合物的比热容及米糊的比热容均为4.0×103J/(kg•℃),计算结果保留百分数整数).
【解答】解:(1)由P=UI可得,米糊机正常工作时的电热管中的电流:
I==≈4.55A;
(2)由乙图可知:加热时间t1=9min=540s,电动机工作时间t2=2min=120s,
由P=可得,加热消耗的电能:
W1=P1t1=1000W×540s=5.4×105J,
电动机工作消耗的电能:
W2=P2t2=130W×120s=1.56×104J,
米糊机正常工作做一次米糊总共消耗的电能:
W=W1+W2=5.4×105J+1.56×104J=5.556×105J;
(3)米糊吸收的热量为:
Q吸=cm(t﹣t0)=4.0×103kg/m3×1.5kg×(100℃﹣20℃)=4.8×105J,
电热管的加热效率:
η=×100%=×100%=89%。
2.图甲所示是某型号的浴室防雾镜,其背面粘贴有等大的电热膜,使用时镜面受热,水蒸气无法凝结其上,便于成像,该防雾镜的相关数据如表.
镜子质量 | 1.2kg |
额定电压 | 220V |
额定功率 | 88W |
(1)求防雾镜正常工作时的电流.
(2)经测试,在﹣5℃环境下工作500s使平面镜的平均温度升高了44℃,求电热膜给平面镜的加热效率.[玻璃的比热容为0.75×103J/(kg•℃)]
(3)如图乙所示,小明给防雾镜电路连接了一个滑动变阻器R,能使电热膜的功率在原功率的25%~100%之间变化,以满足不同季节使用的需要.请求出R的最大阻值.
【解答】解:(1)由P=UI可得,防雾镜正常工作时的电流:
I==═0.4A。
(2)正常工作500s,平面镜吸收的热量:
Q吸=c玻璃m△t升=0.75×103J/(kg•℃)×1.2kg×44℃=3.96×104J,
正常工作500s,电热膜产生的热量:
Q=W=Pt=88W×500s═4.4×104J,
加热效率:
η=×100%=×100%=90%。
(3)由P=可得,电热膜的电阻:
R0===550Ω,
当变阻器R的阻值最大时,通过电热膜的电流最小,此时电热膜的功率最小,
结合题意可知,电热膜的最小功率为:P最小=88W×25%=22W;
由P=I2R可得,此时通过它的电流:
I小===0.2A,
由欧姆定律可得,此时电路中的总电阻:R总===1100Ω,
则变阻器的最大阻值:R=R总﹣R0=1100Ω﹣550Ω=550Ω。
3.小明家的电饭锅如图甲,额定电压为220V,“煮饭”时额定功率为1210W,简化电路如图乙,S1为温控开关,发热电阻R1和R2的阻值不随温度变化,电阻R2在“保温”状态与“煮饭”状态时的功率之比为1:16,求:
(1)正常“煮饭”状态,通过电饭锅的电流为多少安?
(2)电阻R1的阻值为多少欧?
(3)某天傍晚,小明关闭家里其它用电器,只让“保温”状态的电饭锅工作,发现自家电能表(如图丙)指示灯每闪烁4次所用的时间为48s.则R2两端的实际电压为多少伏?
【解答】解:(1)正常煮饭状态下的电流:
I===5.5A;
(2)由I=得R2的电阻为:
R2===40Ω;
在“保温”状态与“煮饭”状态时的功率之比为1:16。
即I保2R2:I煮2R2=1:16
I保:I煮=1:4
即:=1:4
所以R1=3R2=120Ω。
(3)闪4次所消耗电能:W=×4=1.2×104J,
P===250W;
U2=P(R1+R2)=250W×160Ω;
所以U=200V;
此时电路中的电流为:I'===1.25A;
则R2两端的实际电压为U''=I'R2=1.25A×40Ω=50V。
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