中考科学培优讲义专题集训电功和电功率试题

中考科学培优讲义专题集训电功和电功率试题

第17讲 电功和电功率 知识梳理 ‎【复习重点】‎ ‎1.电功(电能)‎ 电流所做的功叫电功。电流在某段电流上所做的功，等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间的乘积。电流做功的实质：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功是电能转化的量度。‎ 电功(电能)的计算公式：W=UIt= =I2Rt，电功的单位：焦耳(J)、千瓦时(kW·h)，1kW·h=3.6×106J。‎ 电功的测量常用电能表。注意电能表的重要参数：电能表用电量的读数(一般为两次月末读数之差)、额定电压、额定电流与最大允许通过电流、每千瓦时转盘转数或指示灯闪亮次数等。‎ ‎2.电功率 电流在单位时间内所做的功叫电功率。用电器的功率表示做功的快慢。电功率大的用电器只能说明通过用电器的电流做功快，并不表示电流做功的多少。‎ 电功率的计算公式：P==UI，该公式适用于任何电器。单位：瓦特(W)，千瓦(kW)。‎ 注意电功率的推导公式：P= =I2R，在串、并联电路中的不同应用各有其方便之处。‎ ‎3.额定电压与额定功率 额定电压是用电器正常工作时的电压，额定功率是用电器在额定电压下的功率。‎ 灯泡的亮度是由灯泡的实际功率决定的。灯泡的实际功率越大，灯泡越亮。而用电器工作时消耗的实际功率等于通过用电器的电流和用电器两端电压的乘积(即：P=UI==I2R)。‎ 注意：解题中经常需根据额定电压与额定功率先求出用电器的电阻：R=U2额R额。‎ ‎4.用电器功率的测量 用电器功率的测量原理是P＝UI，也称为伏安法测功率。分别用电流表测出通过用电器的电流，电压表测出用电器两端的电压，再通过用电功率公式计算即可得其电功率。当用电器两端的电压等于额定电压时，测出的功率即为额定功率。‎ 注意：伏安法测小灯泡的额定功率实验中不能求其平均值，这一点与伏安法测电阻不同。‎ ‎5.电流的热效应与电热器 电流流过电热器的导体时，导体会发热(升温)，这种现象叫电流的热效应。常见的电热器就是利用这一原理制成的。从能量的转化看，电流通过导体发热的过程实质是电能转化为内能的过程。电热器的主要部件是发热体，其材料为电阻率大、熔点高的合金材料(保险丝的材料要求是电阻率较大、熔点较低的合金材料，这点有所不同)。‎ 焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。注意探究和验证焦耳定律的实验中的方案设计及变量的控制。‎ 焦耳定律数学表达式：Q=I2Rt。若电流通过导体时，电能全部转化为内能，则W=Q。‎ ‎6.电动机(非纯电阻电路)的计算 所谓纯电阻电路指的是工作时将电能全部转化为内能的电路。电动机属于典型的非纯电阻电路，电动机工作时将电能主要转化为机械能，少量转化为内能。‎ 电动机的耗电功率即为总功：W总=UIt，额外功指的是其转化的内能：Q=I2Rt，有用功指的是所转化的机械功，不能直接求得而只能将前两者相减：W有=W总-Q。所以电动机的效率η=×100%。‎ ‎【复习难点】‎ ‎1.影响电功大小的因素及综合运用学过的知识进行有关电功的计算 ‎2.区分用电器的额定功率和实际功率，并能进行简单的计算；根据测量电功率的实验需要，能正确选择器材、设计电路和确定实验步骤。‎ ‎【易考点】‎ ‎1.电功、电功率的计算，用电压表和电流表测小灯泡功率的探究实验。‎ ‎2.用电器额定功率与实际功率的区别与计算。‎ ‎3.焦耳定律的计算与应用。‎ 考点精析 考点一 电功及电功率的概念理解 例1、下列有关电功、电功率、电能、热量的说法中，正确的是()‎ A.电流通过一段电路做的功越多，这段电路消耗的热量就一定越多 B.电流通过一段电路做的功越多，这段电路产生的电能就一定越多 C.电流通过一段电路做的功越多，电流做功的功率就一定越大 D.用电器两端的电压一定，通过电阻越小的用电器，消耗的电功率就越大 ‎【解题思路】电流通过一段电路做的功越多，说明转化为其他形式的能多，消耗的电能越多，但这段电路产生的热量就不一定越多；电功率与做功的多少和时间有关，由于不确定做功时间的长短，因此仅凭做功的多少无法确定功率大小；根据P=可知，用电器两端的电压一定，通过电阻越小的用电器，消耗的电功率就越多。‎ ‎【参考答案】D ‎【方法归纳】电流做功的过程实质上是电能转化为其他形式能的过程。电功率是描述用电器消耗电能快慢的物理量，消耗电能越快，电功率越大，本题可根据电功率公式及其变形公式分析答题。‎ ‎【易错误区】电流通过一段电路做的功越多，说明消耗的电能越多，但产生的热量不一定多，因为电能有可能转化为其他能量，如机械能等。‎ 考点二有关电功、电功率的电路分析计算 例2、【连云港】如图所示为某电器设备内的一部分电路，电源电压恒为12V，R1为定值电阻，R2为标有“100Ω 0.5A”字样的滑动变阻器，R3为标有“3V 0.9W”字样的定值电阻。‎ ‎(1)当闭合S、S1、S2三开关时，电流表的示数为0.3A，求电阻R1的阻值及这种情况下整个电路可能消耗的最小功率。‎ ‎(2)当闭合开关S，断开S1、S2两开关时，为保证整个电路安全，求滑动变阻器接入电路的阻值范围。‎ ‎【解题思路】(1)①当开关同时闭合时，R1、R2两电阻并联，电流表测电阻R1支路的电流，根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出R1的阻值。②‎ 当滑动变阻器接入电路的电阻最大时，电路消耗的总功率最小，根据并联电路的电压特点和P=分别求出R1和R2两电阻消耗的电功率，两者之和即为整个电路可能消耗的最小功率。(2)根据I=P/U求出R3允许通过的电流，然后结合滑动变阻器允许通过的最大电流确定串联电路中的最大电流。根据欧姆定律求出R3的阻值，根据欧姆定律求出电路的最小电阻，根据串联电路中导体的电阻的计算公式求出滑动变阻器接入电路的最小阻值，进一步得出滑动变阻器接入电路的阻值范围。‎ ‎【参考答案】(1)当闭合S、S1、S2三开关时，R1、R2两电阻并联，等效电路如图甲所示，电流表测电阻R1支路的电流，电阻R1的阻值：R1= =40Ω。‎ 甲当滑动变阻器接入电路的电阻最大时整个电路消耗的功率最小，电阻R1消耗的电功率：‎ P1=UI1=12V×0.3A=3.6W，‎ 电阻R2消耗的最小功率：P2= =1.44W，‎ 电路的总功率：P=P1+P2=3.6W+1.44W=5.04W。‎ ‎(2)当闭合开关S，断开S1、S2两开关时，R2、R3两电阻串联，等效电路如图乙所示，电阻R3允许通过的最大电流：I= =0.3A，‎ R2允许通过的最大电流为0.5A，为保证整个电路安全，电路中的电流为0.3A，则：R3= =10Ω，‎ 电路的最小电阻：R总= =40Ω，‎ 滑动变阻器接入的最小阻值为：R2=R总-R3=40Ω－10Ω=30Ω，‎ 所以滑动变阻器接入电路的阻值范围是30～100Ω。‎ ‎【方法归纳】掌握串联电路和并联电路的特点以及欧姆定律、电功率公式的应用，关键是开关断开、闭合时电路串、并联的辨别和对电路允许通过的最大电流的判断。‎ ‎【易错误区】电路分析时，面对开关断开和闭合的不同情形，对电路串、并联的辨别易出错。‎ 考点三 有关电能表的分析与计算 例3、(1)小刘家的电能表10月底的示数为8433.5kW·h，11月底的示数如图所示，若每千瓦时电的电费为0.7元，他家11月要缴电费元 。‎ ‎(2)从表盘信息可知，小刘家的用电器总功率不能超过 ‎ ‎ W。‎ ‎(3)当家里只有电磁炉工作时，电能表的铝盘在3min内转60转，则电磁炉的电功率为 W。‎ ‎(4)把一只“220V24W”的节能灯和一个“220V484W”的电炉分别单独接在家庭电路中，发现电炉接入电路时，电能表铝盘转动较 (填“快”或“慢”)。‎ ‎(5)“220V484W”的电炉正常工作时，电阻丝的电阻为 Ω，在用电高峰期，小刘家中实际电压降低到200V，若电阻丝的电阻不变，这时电炉的实际功率是 W。‎ ‎【解题思路】(1)本月消耗的电能W=8633.5kW·h-8433.5kW·h=200kW·h，本月应缴纳的电费为：0.7元/kW·h×200kW·h=140元。(2)电能表允许接的最大电功率P=UI=220V×20A=4400W。(3)电能表的转盘转60转消耗的电能W==0.1kW·h，用电器的总功率P==0.1kW·h/0.05h=2kW=2000W。(4)因为电炉的功率大于节能灯的功率，所以将它们单独接在家庭电路中，电炉接入电路时，电能表铝盘转动较快。(5)电炉正常工作时的电阻R==100Ω，电炉丝的电阻不变，则当电炉两端电压为200V时，电炉的实际功率P实==400W。‎ ‎【参考答案】(1)140 (2)4400 (3)2000 (4)快 (5)100 400‎ ‎【方法归纳】利用电能表估测用电器的电功率时，要抓住“P=”这个思路，计算时用“kW·h”和“h”作单位比较方便。‎ ‎【易错误区】电能表月用电量的读数方法是月末的示数减去月初的示数，注意最后一位是小数，单位是千瓦时。‎ 考点四 关于电热器的分析计算(焦耳定律)‎ 例4、如图甲所示为一种常见的电热水袋，图乙是它的结构示意图，其性能指标如表所示。请回答下列各题：‎ ‎(1)若给电热水袋通电达到断电温度时，水共吸收了2.1×105J热量，则袋内水的初温是多少？‎ ‎(2)若电热水袋此次在额定电压下通电10min后指示灯熄灭，则电热水袋的发热效率是多少？‎ ‎【解题思路】(1)根据热量的计算公式Q=cmΔt计算出水吸收的热量。(2)根据W=Pt计算出消耗的电能，再根据η=×100%就可以求出电热水袋的发热效率。‎ ‎【参考答案】(1)根据Q=cm(t-t0)可得袋内水的初温t0=t- =65℃-=15℃。‎ ‎(2)电热水袋在额定电压下通电10min消耗的电能W=Pt=500W×10×60s=3×105J。‎ 电热水袋的发热效率η=×100%==70%。‎ ‎【方法归纳】‎ 已知比热和吸收的热量，利用水的吸热公式求解初温；已知水吸收的热量和消耗的电能，利用效率公式求出效率。‎ ‎【易错误区】水的比热是隐含的已知条件，要求熟记。要学会从各类用电器的铭牌中分析出合适的数据代入公式进行计算，另外要注意单位的处理。‎ 考点五 有关电动机的分析与计算 例5、一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表：‎ 请根据上表计算：‎ ‎(1)此车电机的内阻。‎ ‎(2)电机正常工作时的效率。‎ ‎(3)若在额定电压下，电机突然卡死，求此时电机的总功率。‎ ‎【解题思路】(1)先求出此车电机的发热功率，再根据P热=I2R求出电机的内阻。(2)根据电动机的输入功率和输出功率求出电动机正常工作时的效率。(3)若在额定电压下，电机突然卡死，此时电能全部转化为内能，可用欧姆定律P=求出电机的总功率。‎ ‎【参考答案】由表格读出电机的额定电压U=40V，额定电流I=4A，额定输出功率即有用功率P有=120W。‎ ‎(1)电机的总功率即电功率P总=IU=40V×4A=160W，电机发热功率P热=P总-P有，又P热=I2R，则P总-P有=I2R，R= =2.5Ω。‎ ‎(2)电机正常工作时的效率η=×100%=75%。‎ ‎(3)若电机突然卡死不转，则电能全部转化为内能，此时电机电路是纯电阻电路，欧姆定律成立，电机的总功率P==640W。‎ ‎【方法归纳】电机正常工作时，电能主要转化为机械能，少量转化为内能，这是典型的非纯电阻电路，可用P=UI计算总的耗电功率，用P=I2R计算其发热功率，两者相减可得电机的机械功率。电机若卡死不转，电能全部转化为内能，此时电机电路是纯电阻电路，可用欧姆定律进行相关计算。‎ ‎【易错误区】电机卡死不转，电能不再转化为机械能时才可以用欧姆定律计算电压、电流和电阻的关系。‎ 探究提升 例1、小明用如图甲所示的实验器材探究焦耳定律：在质量相同的两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，a烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，b烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大。温度计显示煤油的温度。‎ ‎(1)电路中将两金属丝串联的目的是 。闭合开关后，观察到b烧瓶中温度计的示数升高快，这表明： 。‎ ‎(2)在探究电热与电流大小的关系时，可以通过 来改变电流的大小，通电相同时间，观察比较 (填“不同的电阻丝”或“同一根电阻丝”)所在烧瓶中煤油温度的变化。‎ ‎(3)小聪觉得以上的实验操作太繁杂，为此他设计了如图乙所示的电路(三个瓶中装有质量相同的煤油，三个金属丝电阻大小关系是：Ra=Rc＞Rb)，这样只要连接一次电路就能完成实验探究。在小聪的设计中，探究电热的多少与电流的关系，应该对比 两个烧瓶中的煤油上升的温度。探究电热的多少与电阻的关系，应该对比 两个烧瓶中的煤油上升的温度。若闭合开关通电一段时间后，三个瓶中煤油的温度从高到低依次是 。‎ ‎(4)在他们俩设计的实验中都运用的物理研究方法是 (至少写出一个)。‎ ‎【解题思路】(1)根据串联电路各处的电流相等可知，将两根不同的电阻丝串联起来接入电路，主要是为了控制电流相同。根据Q=I2Rt可知，闭合开关后，观察到b烧瓶中温度计的示数升高快，这表明：在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多。(2)根据Q=I2Rt可知，探究在通电时间相同的条件下，电热跟电流之间的大小关系时，可以保持金属丝的电阻不变，通过移动滑片来改变电路中的电流，观察同一根电阻丝所在瓶中煤油温度的变化进行实验。(3)由Q=I2Rt可得：要比较电热的多少与电流的关系，应使电阻相等，故应对比a、c两个烧瓶中的煤油上升的温度；要比较电热与电阻的关系，应使电流相等，故应对比a、b两个烧瓶中的煤油上升的温度；闭合开关通电一段时间后，三个瓶中煤油的温度从高到低依次是：c、a、b。(4)在他们俩设计的实验中都运用了控制变量法(或转换法)。‎ ‎【参考答案】(1)控制电流相等在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多 ‎(2)移动滑片同一根电阻丝 (3)a、c a、b c、a、b (4)控制变量法(或转换法)‎ ‎【方法归纳】本题通过焦耳定律的探究实验重点考查了学生对控制变量法、转化法的掌握和应用，以及学生分析实验现象得出结论的能力；控制变量法为科学实验中的常用方法，应重点掌握。‎ ‎【易错误区】对于较复杂的实物图若转化为电路图再进行相关分析计算，可以减少差错。‎ ‎【考点范围】焦耳定律的实验探究。‎ 例2、【聊城】如图甲所示为测量小灯泡电功率的实验，小灯泡的额定电压为2.5V。‎ ‎(1)请你用笔画线代替导线，将甲图中的实物电路连接完整，要求：滑片向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大。‎ ‎(2)闭合开关后，灯泡发光微弱，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，小灯泡亮度不变，其原因可能是将滑动变阻器的 (填“A、B”或“C、D”)接线柱接入了电路。‎ ‎(3)某次实验，电压表示数如图乙所示，欲使小灯泡正常发光，则滑动变阻器的滑片应向 ‎ ‎ (填“C”或“D”)端滑动。‎ ‎(4)实验测量数据如表所示，则小灯泡的额定功率为 W。灯泡的亮度跟实际电功率的关系是 。‎ ‎【解题思路】（1）要求滑片向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，则应将滑动变阻器接右下接线柱。（2）灯泡发光较暗且任意移动滑动变阻器的滑片，小灯泡亮度低且不变，说明滑动变阻器错接到下面C、D两个接线柱上了。（3）图乙中电压表示数为2.1V，电压表示数小于灯泡额定电压，要测灯泡正常工作时的电功率，应减小滑动变阻器阻值直到灯泡两端的电压表示数为2.5V。（4）由表格知灯泡正常工作时电流为0..28A，则额定功率P=UI=2.5V×0.28A=0.7W。灯泡的亮度是由实际电功率决定的，功率越大灯泡亮度越亮。‎ ‎【参考答案】(1)如图所示 ‎(2)C、D (3)D (4)0.7灯泡的亮度是由实际电功率决定的，功率越大灯泡亮度越亮 ‎【方法归纳】本题考查了连接实物电路图、电路故障分析、电表读数、求灯泡功率等问题，涉及的知识面比较广，但难度适中，属于比较基础的题目。‎ ‎【易错误区】连接滑动变阻器时注意题目的限制条件，求额定功率时须用其额定电压及其对应的电流来求，不能选错数据。‎ ‎【考点范围】电功率的测量。‎