1、专题十四电功与电功率考点1电功与电热1.(2022安徽,10,2分)如图所示,电源电压保持3 V不变,电阻R1=10 、R2=20 。闭合开关S,则通电100 s电阻R1产生的热量为J。UR1+R23V10+202.(2021安徽,9,2分)图示电路中,电源电压不变,电阻R1=30 ,R2=60 。闭合开关S,电流表 的示数为0.3 A,则通电1 min电阻R1产生的热量为J。3.(2020安徽,7,2分)如图所示的电路中,电源电压U=9 V,电阻R1=20 ,R2=10 ,则通电1 min该电路产生的热量为J。4. (2018安徽,8,2分)某导体的电阻为20 ,当通过它的电流为2 A时,则
2、其1 min产生的热量为J。5.(2018安徽,5,4分)图中R1=4 ,R2=6 ,把它们并联接在U=3 V的电路中。则R1和R2并联后的总电阻为;通电30 s,电阻R1消耗的电能为J。考点2电功率6.(2021安徽,6,2分)中国空间站“天和”核心舱首次采用了大面积可展收柔性太阳能电池翼,单翼的发电功率可达9 kW,从能量转化的角度分析,“9 kW”表示的物理意义是:。7.(2019安徽,9,4分)图示电路中,U=12 V,R1=6 ,R2=3 ,R3=4 。当S2断开、S1闭合时,电阻R1消耗的电功率为W;当S1、S2都闭合时,6 s内电流通过R2产生的热量是J。8.(2018安徽,22
3、,7分)一般家用电饭锅工作时有两种状态,分别是煮饭过程中的加热状态和米饭煮熟后的保温状态。图示为该种电饭锅的电路原理图,图中R1是一个电阻,R2是加热用的电阻丝,U为电源电压(R1和R2的阻值不随温度变化)。(1)请分析论证:当开关S闭合时,电饭锅处于加热状态;(2)要使R2在保温状态时的功率是加热状态时的19,求R1R2的值。9.(2022安徽,23,8分)图甲为某电火锅的铭牌,其内部简化电路如图乙所示,R1、R2为阻值一定的电热丝,且R11知PP所以开关S闭合时,电饭锅处于加热状态。(评分说明:若写成P=U2R1+R2,通过相应的比较并得出正确的结论,同样给分;其他合理的分析论证均给分)(
4、2)由题意知:P=19P于是有UR1+R22R2=19U2R2,可得R1R2=29.(2022安徽,23,8分)图甲为某电火锅的铭牌,其内部简化电路如图乙所示,R1、R2为阻值一定的电热丝,且R1R2。通过控制开关S1、S2的断开或闭合状态,可以让电火锅在不同挡位工作。牌电火锅 额定电压220 V额定功率低温挡500 W中温挡1 000 W高温挡1 500 W甲乙(1)电火锅在低温挡工作时,开关S1、S2分别处于什么状态?(2)求R1R2的值。(3)若家庭电路的电压是220 V,某插座的额定电流是5 A,用该插座仅给电火锅供电,从安全用电和加热快这两个角度综合考虑,应选择哪个挡位?说明理由。答
5、案(1)开关S1断开、S2闭合(2)0.5(3)1 000 W的中温挡理由见解析解析(1)开关S1闭合、S2断开时,只有R1接入电路,设此时的功率为P1;开关S1断开、S2闭合时,只有R2接入电路,设此时的功率为P2;开关S1、S2均闭合时,R1、R2并联接入电路,设此时的功率为P3。由于R并=R1R2R1+R2R1R2,根据P=U2R可知:P2P1P3。所以开关S1断开、S2闭合时,电火锅处于低温挡。(2)开关S1闭合、S2断开时,只有R1接入电路,处于中温挡,此时的功率P1=U2R1=1 000 W;开关S1断开、S2闭合时,只有R2接入电路,处于低温挡,此时的功率P2=U2R2=500
6、W,则R1R2=P2P1=12=0.5。(3)插座额定功率P额=UI额=220 V5 A=1 100 W,安全起见,电火锅工作功率应不超过1 100 W,同时还需加热快,根据t=WP,在W一定的情况下,P越大则t越小。综上分析,应选择1 000 W的中温挡。基础运用一、填空题(每空2分,共10分)1.(2022亳州模拟)灯泡正常工作时通过的电流为0.2 A,正常工作5 min产生的热量为1.2104 J,则灯泡的电阻为1 000。解析由Q=I2Rt得灯泡的电阻为R=QI2t=1.2104J(0.2A)2560s=1 000 。2.(2022合肥模拟)如图所示,通过甲容器中电阻丝的电流为2 A,
7、则1 min内电流通过乙容器中电阻丝产生的热量为300J。解析并联电路各支路两端电压相等,两个5 的电阻并联,由欧姆定律可得I内=I外,则I内=12I左=122 A=1 A,则乙容器中电阻丝在1 min内产生的热量:Q=I内2Rt=(1 A)25 60 s=300 J。3.(2022合肥模拟)一台电动机正常工作时两端的电压为220 V,通过线圈的电流为10 A,若此线圈的电阻为3 ,那么它在1 min内产生的热量为1.8104J,电动机消耗的电能为1.32105J,电能转化为机械能的效率为86.4%。解析线圈电阻1 min内产生的热量:Q=I2Rt=(10 A)23 60 s=1.8104 J
8、,电动机1 min消耗的电能:W电=UIt=220 V10 A60 s=1.32105 J,电动机1 min输出的机械能:W=W电-Q=1.32105 J-1.8104 J=1.14105 J,这台电动机电能转化为机械能的效率:=WW电100%=1.14105J1.32105J100%86.4%。二、选择题(每小题3分,共12分)4.(2021湖北荆州)如图所示的电路中,电源电压不变,闭合开关S,电路正常工作,当滑片P向右移动的过程中,下列说法正确的是(B)A.灯泡L变亮B.电压表示数变小C.电路的总电阻变小D.电压表示数与电流表示数的比值变大解析由电路图可知,灯泡与滑动变阻器串联,电流表测电
9、路中的电流,电压表测灯泡两端电压。滑片向右移动过程中,滑动变阻器接入电路的阻值变大,电路总电阻变大;电源电压U不变,根据串联电路的分压规律可知,滑动变阻器两端电压变大,灯泡两端电压变小,电压表示数变小;由I=UR可知,电路中电流变小,电流表示数变小,根据P=UI可知,灯泡的实际功率变小,灯泡变暗;电压表示数与电流表示数的比值为灯泡的电阻,灯泡的实际功率变小,灯丝的温度降低,灯泡的电阻变小,电压表示数与电流表示数的比值变小。综上所述,B正确。5.(2022合肥模拟)如图所示,为甲、乙两只灯泡的I-U图像,它们的额定电压均为6 V,则下列说法中错误的是(C)A.甲、乙的电流与电压不成正比,是因为它
10、们的电阻随温度的变化而变化B.甲、乙的额定功率之比为21C.将甲、乙串联在8 V电压下,甲可以正常工作D.将甲、乙并联在2 V电压下,干路的总电流为0.5 A解析图中I-U图像不是两条直线而是两条曲线,即甲、乙的电流与电压不成正比,是因为灯丝的电阻随温度的变化而变化,即灯丝的电阻不是定值,故A不符合题意;两灯的额定电压均为6 V,从图像上可知甲、乙两灯均正常发光时,I甲额=0.6 A,I乙额=0.3 A,所以,P甲额P乙额=(UI甲额)(U I乙额)=I甲额I乙额=0.6 A0.3 A=21,故B不符合题意;两灯串联时,当电路中的电流为0.3 A时,甲两端电压为2 V,乙两端电压为6 V,总电
11、压U=2 V+6 V=8 V,此时乙正常工作,甲不能正常工作,故C符合题意;两灯并联接在2 V的电路中,由图可知I甲=0.3 A,I乙=0.2 A,干路电流I=I甲+I乙= 0.3 A+0.2 A=0.5 A,故D不符合题意。6.(2022六安模拟)电饭锅是最常用的家用电器之一,它的保温电阻片紧贴发热盘。如图是其电路图,其中R1是发热盘,阻值为55 ,R2是保温片,阻值为1 155 ,开关S是温控开关,闭合时加热,断开时保温。则电饭锅在额定状态下的加热功率和保温功率分别为(C)A.40 W800 WB.42 W800 WC.880 W40 WD.880 W42 W解析加热时,只有发热盘工作,电
12、饭锅在额定状态下的加热功率为:P加热=U2R1=(220V)255=880 W;保温时,开关断开,保温片与发热盘串联,电饭锅的保温功率为:P保温=U2R1+R2=(220V)255+1155=40 W。故C正确。7.(2022山东泰安)如甲图所示,灯泡L标有“8 V4 W”字样,忽略温度对灯丝电阻的影响,滑动变阻器R1标有“50 1 A”字样,电压表的量程为0 3 V,电流表的量程为0 0.6 A,定值电阻R2的电流随电压变化的图像如乙图所示。在保证电路安全和电表不超量程的情况下,当闭合开关S、S1、S2时,通电30 s,电路中电流所做的功为120 J;当闭合开关S,断开开关S1、S2时,灯泡
13、的实际功率为PL;当闭合开关S1、S2,断开开关S时,定值电阻R2消耗的最小功率为P2。下列说法中(A)灯泡L的电阻为16 电源电压为12 VP2=0.75 WPL=1 WA.只有正确B.只有正确C.只有正确D.只有正确解析忽略温度对灯丝电阻的影响,已知灯泡L的额定电压U额=8 V,灯泡L的额定功率P额=4 W,灯泡L的电阻为RL=U额2P额=(8V)24W=16 ,故正确;由欧姆定律结合图乙中的数据可知电阻R2的阻值为R2=U2I2=8V0.5A=16 ;由图甲可知,当闭合开关S、S1、S2时,滑动变阻器和L被短路,电路中只有R2,由W=U2R2t可知U2=WR2t=120J1630s=(8
14、 V)2,则电源电压U=8 V,故错误;当闭合开关S1、S2,断开开关S时,L被短路,R1和R2串联,电流表测电路中的电流,电压表测R1两端的电压;当滑动变阻器接入电路的阻值最大时,其两端的电压最大,此时定值电阻R2消耗的功率最小,由电压表的量程可知R1两端的电压最大为U1大=3 V,由串联电路的电压特点可知R2两端的电压最小为U2小=U-U1大=8 V-3 V= 5 V,此时电路中电流最小,为I小=U2小R2=5V16=0.312 5 A,由欧姆定律可知滑动变阻器接入电路的阻值为R1=U1大I小=3V0.3125A=9.6 ,滑动变阻器的最大阻值为50 ,符合条件;则R2的最小功率为P2=I
15、小U2小=0.312 5 A5 V=1.562 5 W,故错误;当闭合开关S,断开开关S1、S2时,L和R2串联,电流表测电路中的电流;由串联电路的电阻特点可知电路总电阻为R=R2+RL=16 +16 =32 ,此时电路中的电流为I=UR=8V32=0.25 A,此时灯泡L的实际功率为PL=I2RL=(0.25 A)216 =1 W,故正确。综上所述可知正确,故B、C、D错误,A正确。三、实验题(每空2分,共10分)8.(2022北京)小京用图甲所示的电路测量额定电压为2.5 V小灯泡的额定功率。甲乙(1)如图甲所示,闭合开关S前,应将滑动变阻器的滑片P移动至B端。(2)闭合开关S后,移动滑动
16、变阻器的滑片P,当电压表示数为2.5 V时,电流表的示数如图乙所示,此时通过小灯泡的电流为0.3A。该小灯泡的额定功率为0.75W。解析(1)从电路安全的角度考虑,开关闭合前,滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大,因此滑片应置于B端。(2)电流表读数为0.3 A,小灯泡的额定电压为2.5 V,根据公式P=UI,可以计算出小灯泡额定电功率为0.75 W。9.(2022宣城模拟)用如图1所示的电路来测量小灯泡的电功率(电源电压3 V,小灯泡的额定电压2.5 V)。图1图2图3(1)闭合开关,发现两电表指针处于图2所示位置,此时灯泡不发光(选填“不发光”“微弱发光”或“比正常亮”)。(2)故障排除后,
17、从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据,得到小灯泡U-I图像如图3所示,则小灯泡的额定功率是0.75W。解析(1)由图2可知,电流表示数为0,电路可能断路,电压表示数为电源电压,电压表与电源连通,则与电压表并联的灯之外的电路是连通的,与电压表并联的灯断路了,小灯泡不发光;(2)故障排除后,从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据,得到小灯泡U-I图像如图3所示,则灯额定电压下的电流为0.3 A,则小灯泡的额定功率为P=UI=2.5 V0.3 A=0.75 W。四、计算题(第10小题4分,第11小题7分,第12小题7分,共18分)10.(2022吉林)如图所示,电源电压为3 V,小灯泡标有
18、“2.5 V0.2 A”字样。开关闭合时,小灯泡正常发光,求:(1)小灯泡正常发光时的功率;(2)定值电阻的阻值。答案(1)0.5 W(2)2.5 解析(1)PL额=UL额IL额=2.5 V0.2 A=0.5 W(2)UR=U-UL额=3 V-2.5 V=0.5 V,I=IL额=0.2 A,R=URI=0.5V0.2A=2.5 11.(2022湖南长沙)某电热水壶有加热和保温两挡,简化电路如图所示。其中R1、R2为电热丝(不考虑其电阻变化)。已知该壶的额定电压为220 V,只闭合开关S1时,电路中的电流为0.5 A。(1)求电热丝R1的阻值;(2)只闭合开关S1时,求电热水壶的电功率;(3)R
19、2=44 ,求使用加热挡时电热水壶在10 s内产生的热量。答案(1)440 (2)110 W(3)1.21104 J解析(1)R1=UI=220V0.5A=440 (2)P1=UI=220 V0.5 A=110 W(3)P2=U2R2=(220V)244=1 100 WP=P1+P2=110 W+1 100 W=1 210 WQ=W=Pt=1 210 W10 s=1.21104 J12.(2022亳州模拟)如图甲所示的电路中,电源电压恒定,R2是阻值为28 的电阻,闭合S1、S2时,电压表的示数如图乙所示;接着断开S2,电压表的示数变化了3.5 V,则:甲乙(1)电源电压是多少?(2)R1的阻
20、值是多少?(3)闭合S1、断开S2时,R1和R2消耗的电功率之比是多少?答案(1)6 V(2)20 (3)57解析(1)闭合S1、S2时,电路为R1的简单电路,电压表测量电源电压,图乙电压表选用大量程,分度值为0.5 V,示数为6 V,故电源电压为6 V;(2)接着断开S2,两电阻串联,电压表测量R1两端的电压,根据串联电路的电压特点可知电压表的示数变小了3.5 V,则R2两端的电压为3.5 V,则R1两端的电压为U1=U-U2=6 V-3.5 V=2.5 V,根据欧姆定律可知电路中的电流I=U2R2=3.5V28=0.125 A,R1的阻值R1=U1I=2.5V0.125A=20 ;(3)闭
21、合S1、断开S2时,两电阻串联,根据P=I2R可知R1和R2消耗的电功率之比:P1P2=I2R1I2R2=R1R2=2028=57。综合提升一、填空题(每空2分,共8分)1.(2022宣城模拟)如图是小军家的电能表,让“220 V1 200 W”的用电器单独正常工作5 min,发现电能表的转盘转过300 r,此用电器消耗的电能为3.6105J,每消耗1 kWh的电能,该电能表转盘转3 000r。解析(1)由P=Wt可知,用电器单独正常工作5 min消耗的电能:W=Pt=1 200 W560 s=3.6105 J=0.1 kWh;(2)每消耗1 kWh的电能,该电能表转盘的转数:N=1kWh0.
22、1kWh300 r=3 000 r。2.(2022合肥模拟)如图所示,灯泡标有“6 V3 W”字样,电源电压为8 V,则移动滑片使灯泡正常发光时,滑动变阻器消耗的功率为1W。解析闭合开关,灯泡和滑动变阻器串联。灯泡正常发光时,根据P=UI可知电路中的电流I=IL=PLUL=3W6V=0.5 A,根据串联电路的电压特点可知滑动变阻器两端的电压U滑=U-UL=8 V-6 V=2 V,滑动变阻器消耗的电功率P滑=U滑I=2 V0.5 A=1 W。3.(2022合肥模拟)如图所示,电源电压保持不变,灯泡L1标有“6 V,2 W”,灯泡L2标有“12 V, 8 W”,闭合开关S后发现其中一只灯泡恰好能正
23、常发光,另一只灯泡发光较暗,未达到其额定电功率。则在这种状态下通电5 min,灯泡L1和L2消耗的总电能为1 200J。(不考虑灯丝电阻受温度的影响)解析由P=U2R和I=UR可得:灯泡L1的电阻R1=U12P1=(6V)22W=18 ,额定电流I1=U1R1=6V18=13 A;灯泡L2的电阻R2=U22P2=(12V)28W=18 ,额定电流I2=U2R2=12V18=23 A;可见,灯泡L1正常发光,所以串联电路中的电流为I1,则电源电压U电=I1(R1+R2)=13 A(18 +18 )=12 V;由W=UIt可得此状态下通电时间为t=5 min=300 s时,两灯泡消耗的总电能:W=
24、U电I1t=12 V13 A300 s=1 200 J。二、选择题(每题3分,共9分)4.(2022合肥模拟)A灯泡标有“6 V3 W”,B灯泡标有“4 V4 W”,按如图所示甲、乙两种方式连接,已知电源电压相同,下列分析正确的是(不考虑灯丝电阻受温度的影响)(C)甲乙A.图甲中A灯比B灯暗B.图乙中A灯比B灯亮C.图甲中A灯比图乙中A灯暗D.图甲中的总功率比图乙中的总功率要大解析由甲电路图可知两灯泡串联,由乙电路图可知两灯泡并联;根据P=U2R知,两灯泡的电阻分别为:RA=UA2PA=(6V)23W=12 ,RB=UB2PB=(4V)24W=4 。甲电路中A灯与B灯串联,灯泡A的电阻大于B的
25、电阻,根据P=I2R知,灯泡A的实际功率大于灯泡B的实际功率,所以灯泡A比B亮,故A错误;乙电路中A灯与B灯并联,两灯泡两端的电压相同,灯泡A的电阻大于B的电阻,根据P=U2R知,灯泡A的实际功率小于灯泡B的实际功率,所以灯泡A比B暗,故B错误;由串联电路的分压特点可知图甲中A灯两端的电压小于电源的电压,由并联电路的电压特点可知图乙中A两端的电压等于电源的电压,即图甲中A灯两端的电压小于图乙中A灯两端的电压,所以由P=UI=U2R可知,图甲中A灯比图乙中A灯暗,故C正确;由串联电路中的总电阻大于任何一个分电阻、并联电路中的总电阻小于任何一个分电阻可知,图甲中的总电阻大于图乙中的总电阻,而电源电
26、压相同,由P=UI=U2R可知,图甲中的总功率比图乙中的总功率要小,故D错误。故选C。5.(2021内蒙古呼伦贝尔、兴安盟)如图所示,只闭合开关S时灯L1的功率为9 W;断开开关S,闭合S1、S2时,灯L1的功率为25 W。电源电压不变,忽略温度对灯丝电阻的影响。则L1与L2电阻之比是(A)A.32B.53C.31D.925解析断开开关S,闭合S1、S2时,L1与L2并联,灯泡两端的电压等于总电压即U1=U总,灯L1的功率P1=25 W,则:P1=U12R1=U总2R1;只闭合开关S时灯L1的功率P1=9 W,此时L1与L2串联,总电压等于各部分电压之和,且电压的分配与电阻成正比,即U总=U1
27、+U2,U1U2=R1R2,由上述两式得:U1=R1R1+R2U总,则此时灯L1的功率:P1=(U1)2R1=(R1R1+R2U总)2R1 ;比得:P1P1=(R1R1+R2)2,由题知:P1=25 W,P1=9 W,代入上式得:9W25W=(R1R1+R2)2,两边开方得:35=R1R1+R2,整理得:R1R2=32。故选A。6.(2021贵州贵阳)如图所示电路中,电源电压保持不变,R0是定值电阻,R是最大阻值为20 的滑动变阻器。闭合开关S,当滑片P位于最右端时,电流表的示数为0.2 A;当滑片P位于最左端时,电流表的示数为0.6 A。则下列说法正确的是(C)A.电压表示数的最大值是12
28、VB.定值电阻R0的阻值是20 C.定值电阻R0消耗的最大功率是3.6 WD.当R接入的阻值为5 时,它消耗的功率是1.6 W解析由电路图可知,闭合开关S,定值电阻R0和滑动变阻器R串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流。当滑片P位于最右端时,变阻器接入电路中的电阻最大,此时电压表的示数最大,电路中的电流I小=0.2 A,由I=UR可得,电压表示数的最大值:UR=I小R=0.2 A20 =4 V,故A错误;因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,当滑片P位于最右端时,电源电压U=U0+UR=I小R0+UR=0.2 AR0+4 V,当滑片P位于最左端时,变阻器接入电路中的电阻为零,此时电路中的电流最大I大=0.6 A,则电源电压U=I大R0=0.6 AR0,由可得U=6 V,R0=10 ,故B错误;当滑片P位于最左端时,电路中的电流最大,此时定值电阻R0消耗的电功率最大,则P0大=UI大=6 V 0.6 A=3.6
