资源描述
课时训练(二十四) 电能、电功率、电热的理解与计算
(限时:40分钟)
一、选择题
1.[2019·娄底]下列估算数据最接近事实的是 ( )
A. 一部华为5G手机的质量约为2 kg
B.人体的电阻约为36 Ω
C.家用液晶电视机额定功率约为100 W
D.教室门的高度约为180 mm
2.[2019·衡阳]小明家上次查看电能表示数为,本次查看时电能表示数如图K24-1所示,则下列说法正确的是 ( )
图K24-1
A. 他家在这段时间内消耗的电能为903 kW·h
B.电能表是测量电功率的仪表
C.若只让一个标有“220 V 1000 W”的电热水器正常工作10 min,则电能表的转盘转了600转
D.这个电能表的额定功率为2200 W
3.[2019·乐山]如图K24-2所示为“探究焦耳定律”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气,U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中,且R1<R2。下列说法正确的是 ( )
图K24-2
A. 该实验装置用于探究电压和通电时间一定时,电热与电阻的关系
B.闭合开关后,通过R1的电流大于R2的电流
C.闭合开关后,甲管中液面上升比乙慢
D.闭合开关后,要使电流增大,应将滑动变阻器滑片P向左移动
4.[2019·广西北部湾经济区]用石墨烯制成的湿敏电阻,其阻值会随含水量的升高而增大。图K24-3是检测植物叶片含水量的电路,电源电压不变,将湿敏电阻R附着在叶片上,当叶片含水量升高时 ( )
图K24-3
A. 电流表示数增大 B.电压表示数减小
C.电路总电阻减小 D.电路总功率增大
5.[2019·自贡]某房间原来只接有一只标有“PZ220-40”的灯泡,小明又用一只完全相同的灯泡与之串联在一起,在电源电压不变的情况下,房间内的总亮度将 ( )
A. 变亮 B.变暗
C.不变 D.无法确定
6.[2019·凉山州]如图K24-4所示电路,电源电压恒定,L1(4 V 1 W)、L2(2 V 1 W)串联,灯丝电阻保持不变,电压表和电流表连接完好。当闭合开关S时,其中一只灯泡能正常发光,则此时电压表和电流表的示数分别为( )
图K24-4
A. 1 V 0.5 A B.2 V 0.25 A
C.4 V 0.5 A D.1 V 0.25 A
7.[2019·烟台]标有“6 V 1.5 W”的小灯泡,通过它的电流随两端电压变化的关系如图K24-5所示,若把这样的三只灯泡串联起来,接在12 V的电源两端,则此时每只灯泡的电阻及实际功率均为 ( )
图K24-5
A. 24 Ω 0.67 W B.20 Ω 0.8 W
C.24 Ω 0.96 W D.20 Ω 0.67 W
8.[2019·苏州]额定电压均为6 V的甲、乙两灯,其I-U图线如图K24-6所示。下列说法正确的是( )
图K24-6
A. 甲、乙两灯的电阻均随电压增大而减小
B.甲、乙两灯的额定功率之比为4∶1
C.甲、乙两灯并联接在电压为2 V的电源两端时,电阻之比为3∶2
D.甲、乙两灯串联接在电压为8 V的电源两端时,实际功率之比为1∶3
9.[2019·宿迁]如图K24-7所示,电源电压6 V保持不变,定值电阻R1标有“10 Ω 0.5 A”字样,滑动变阻器R2标有“20 Ω 1 A”字样,电流表量程为0~0.6 A,电压表量程为0~3 V。闭合开关S,下列做法能够保证电路安全的是 ( )
图K24-7
A. 电路中电流不超过0.6 A
B.R1两端电压不超过3 V
C.滑动变阻器连入电路的阻值在10~20 Ω范围内变化
D.电路的总功率在1.8~3 W范围内变化
10.[2019·南京]如图K24-8所示电路,电源电压恒为4.5 V,定值电阻R0的阻值为10 Ω,滑动变阻器的最大阻值为30 Ω,电阻箱Rx最大阻值为999.9 Ω,电流表量程为0~0.6 A,电压表量程为0~3 V。闭合开关S,下列说法正确的是 ( )
图K24-8
A. S1、S2均向左闭合,Rx允许接入电路的最大阻值为20 Ω
B.S1、S2均向右闭合,电路允许消耗的最大功率为2.7 W
C.S1向左、S2向右闭合,Rx允许接入电路的最大阻值为60 Ω
D.S1向右、S2向左闭合,只调Rx使电流表示数减半后其阻值一定大于原来的2倍
11.[2019·聊城改编]有一只标有“6 V 3 W”字样的灯泡A和一只定值电阻B,A和B的电流随两端电压变化关系的图像如图K24-9甲所示。下列说法中错误的是 ( )
图K24-9
A. 定值电阻B的阻值为6 Ω
B.将A、B串联接在9 V电源两端,灯泡A正常发光
C.将A、B并联接在6 V电源两端,10 s内电路消耗的电能是30 J
D.将A与一个滑动变阻器串联接在6 V电源两端,如图乙所示,当灯泡的功率与滑动变阻器的功率相等时,滑动变阻器的功率为0.9 W
二、填空题
12.[2019·无锡]小明让家中某用电器单独工作0.5 h。观察到家中电能表的示数由变为,则该用电器消耗的电能为 kW·h,实际功率为 kW。
13.[2019·襄阳]华为某款手机锂电池上面标明电压为3.7 V,容量为3000 mA·h,则它充满电后存储的电能为________J;该手机的待机电流为15 mA,则该手机最长待机时间为 h。
14.[2019·毕节]电热水壶上标有“220 V 800 W”字样,小明发现烧水过程中电热水壶的发热体部分很快变热,但连接的电线却不怎么热,是因为导线的电阻比发热体的电阻 。在额定电压下,电热水壶烧水210 s,这段时间内电热水壶发热体产生的热量为 J,若发热体产生的热量全部被水吸收,能将 kg的水从20 ℃升高至100 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
15.[2019·淮安]如图K24-10所示,电源电压恒定不变,R为定值电阻,闭合开关,当滑动变阻器置于1位置时,电压表的示数为4 V,电流表的示数为0.2 A;当滑片由1移至2位置(图中虚线位置)时,电压表示数为3 V,电流表示数为0.3 A,则滑片置于1位置时滑动变阻器接入电路的阻值为 Ω,滑片由1移至2位置的过程中,定值电阻R的电功率变化量为 W。
图K24-10
16.[2019·南京]如图K24-11所示,电源电压恒定,R1、R2为定值电阻,R2=20 Ω,灯泡L标有“6 V 3 W”字样。
图K24-11
(1)当S、S1、S2都闭合时,灯泡L正常发光,电流表示数为 A,电路消耗的总功率为 W。
(2)当S闭合,S1、S2断开时,电压表示数为2 V,则R1的阻值为 Ω,通电1 min R1产生的热量为 J。
三、解答题
17.[2019·衡阳]如图K24-12所示电路中,已知电源电压U=12 V保持不变,电阻R3=8 Ω,闭合开关S,电压表的示数为8 V。求:
(1)电流表的示数。
(2)R1与R2阻值之和。
(3)根据已知条件,你还能求出什么物理量?并求出该物理量的值。
图K24-12
18.[2019·广东]如图K24-13所示,电源的电压恒定,R1、R2为定值电阻,R2的阻值为60 Ω,只闭合开关S0时,电流表的示数为0.2 A,再闭合开关S1时,电流表的示数为0.6 A。
(1)求电源的电压。
(2)求电阻R1的阻值。
(3)开关S0、S1均闭合后,求通电10 s电路消耗的总电能。
图K24-13
19.[2018·盐城]在综合实践活动中,小明设计了一种电热饮水机电路,如图K24-14甲所示,R1和R2均为电热丝,S2是自动控制开关,可实现“低挡”“高挡”之间的转换,饮水机工作时功率随时间变化的关系图像如图乙所示。求:
(1)30 min内电路消耗的总电能。
(2)饮水机工作时,通过电阻R1的电流。
(3)电阻R2的阻值。
图K24-14
【参考答案】
1.C
2.C [解析]他家在这段时间内消耗的电能W=8633.5 kW·h-8543.2 kW·h=90.3 kW·h,故A错误;电能表是测量消耗电能的仪表,故B错误;3600 r/(kW·h)表示电路中每消耗1 kW·h的电能,电能表的转盘转过3600 r,只让一个标有“220 V 1000 W”的电热水器正常工作10 min,其消耗的电能为W=Pt=1 kW×16 h=16 kW·h,则电能表的转盘转过的圈数N=16 kW·h×3600 r/(kW·h)=600 r,故C正确;电能表属于测量仪表,不消耗电能,没有额定功率,故D错误。
3.C 4.B 5.B
6.D [解析]由P=UI可得,两灯泡的额定电流分别为I1=P1U1=1 W4 V=0.25 A,I2=P2U2=1 W2 V=0.5 A,两灯泡串联,能正常发光的是额定电流小的灯泡L1,则此时L1两端电压为4 V;电流表测量电路中的电流,则电流表的示数I=I1=0.25 A;电压表测量灯泡L2两端电压,则L2两端电压U2'=IR2=I×U2I2=0.25 A×2 V0.5 A=1 V。故选D。
7.B [解析]三只相同的灯泡串联接在12 V的电源两端,则每只灯泡分得的电压为4 V,由图像可知,当灯泡两端电压为4 V时,通过它的电流为0.2 A,则此时灯泡的电阻为R=UI=4V0.2A=20 Ω;实际功率P=UI=4 V×0.2 A=0.8 W。
8.D [解析]I-U图像中图线的斜率恰好表示电阻的倒数,斜率越大说明电阻越小,由图可知随电压的增大,斜率逐渐变小,则电阻逐渐变大,故A错误;当电压都是6 V时,甲、乙两灯均正常工作,此时I甲=0.6 A,I乙=0.3 A,由P=UI得甲、乙两灯的额定功率分别为P甲=3.6 W,P乙=1.8 W,甲、乙两灯的额定功率之比为P甲∶P乙=2∶1,故B错误;甲、乙两灯并联接在电压为2 V的电源两端时,由图可知通过甲灯泡的电流为0.3 A,通过乙灯泡的电流为0.2 A,由R=UI可得此时两灯电阻之比为R甲∶R乙=I乙'∶I甲'=0.2 A∶0.3 A=2∶3,故C错误;甲、乙两灯串联接在电压为8 V的电源两端时,根据图中信息可知此时电路电流为0.3 A,甲、乙两灯两端的电压分别为U甲=2 V,U乙=6 V,由P=UI可知,实际功率之比为P甲实∶P乙实=U甲I∶U乙I=U甲∶U乙=2 V∶6 V=1∶3,故D正确。
9.D
10.D [解析]闭合开关S,S1、S2均向左闭合时,R0、Rx和滑动变阻器串联,电压表测Rx两端的电压,电流表测电路中的电流,当电压表的示数Ux=3 V、电路电流最小时,滑动变阻器允许接入电路的电阻最大,此时R0和滑动变阻器两端的电压之和U0滑=U-Ux=4.5 V-3 V=1.5 V,
此时电路中的最小电流I1=U0滑R0+R滑大=1.5V10Ω+30Ω=0.0375 A,
Rx允许接入电路的最大阻值Rx大=UxI1=3V0.0375A=80 Ω,故A错误。
闭合开关S,S1、S2均向右闭合时,R0、Rx和滑动变阻器串联,电压表测R0两端的电压,电流表测电路中的电流,当电压表的示数最大为U0=3 V时,电路中的电流I2=U0R0=3V10Ω=0.3 A,因串联电路中各处的电流相等,且电流表量程为0~0.6 A,所以,电路中的最大电流为0.3 A,则电路允许消耗的最大功率P大=UI2=4.5 V×0.3 A=1.35 W,故B错误。
闭合开关S,S1向左、S2向右闭合时,R0、Rx和滑动变阻器串联,电压表测R0和Rx两端的电压,电流表测电路中的电流,当滑动变阻器接入电路的电阻最大(即电路电流最小)且电压表的示数U0x=3 V时,电阻箱Rx接入电路的电阻最大,此时滑动变阻器两端的电压U滑=U-U0x=4.5 V-3 V=1.5 V,
此时电路中的最小电流I3=U滑R滑大=1.5V30Ω=0.05 A,
则R0和Rx的最大总阻值R总=U0xI3=3V0.05A=60 Ω,所以,Rx允许接入电路的最大阻值Rx大'=R总-R0=60 Ω-10 Ω=50 Ω,故C错误。
闭合开关S,S1向右、S2向左闭合时,R0、Rx和滑动变阻器串联,电压表被短路,电流表测电路中的电流,
设此时电路的总电阻为R总'=Rx+R0+R滑,即Rx=R总'-R0-R滑,
只调Rx使电流表示数减半时,电路的总电阻R总″=Rx'+R0+R滑,即Rx'=R总″-R0-R滑,
由R=UI可知,电路的总电阻R总″=2R总',
则Rx'-Rx=(R总″-R0-R滑)-(R总'-R0-R滑)=R总″-R总'=R总'=Rx+R0+R滑>Rx,所以,Rx'>2Rx,故D正确。
11.C [解析]由图甲可知,当电压为6 V时通过定值电阻B的电流为1.0 A,由I=UR可得,定值电阻B的阻值RB=UBIB=6V1.0V=6 Ω,故A正确。A与B串联时,通过它们的电流相等,由图甲知,当通过它们的电流为0.5 A时,UA=6 V,UB=3 V,且它们的电压之和等于9 V,此时UA=U额=6 V,所以灯泡A能正常发光,故B正确。将A、B并联接在6 V电源两端时,UA'=UB'=6 V,由图甲知,此时IA'=0.5 A,IB'=1 A,所以干路电流I=IA'+IB'=0.5 A+1 A=1.5 A,10 s内电路消耗的电能W=UIt=6 V×1.5 A×10 s=90 J,故C错误。A与滑动变阻器串联时的电流相等,且A与滑动变阻器功率相等时,由P=UI可知UA″=U滑,而UA″+U滑=6 V,所以UA″=U滑=3 V,由图甲知,此时通过A的电流为0.3 A,所以P滑=U滑IA″=3 V×0.3 A=0.9 W,故D正确。
12.1 2
13.39960 200
14.小 1.68×105 0.5
15.20 0.5
[解析]由电路图可知,定值电阻和滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器两端电压。由于滑动变阻器滑片P位于1位置时,电压表的示数为4 V,电流表示数为0.2 A,此时滑动变阻器接入电路的阻值为R1=U1I1=4V0.2A=20 Ω;假设电源电压为U,当滑动变阻器滑片P位于1位置时,电压表的示数为4 V,电流表示数为0.2 A,则U-4VR=0.2 A①;同理,当滑片由1移至2位置时,有U-3VR=0.3 A②。联立①②解得U=6 V,R=10 Ω,则滑片由1移至2位置的过程中,定值电阻R的电功率变化量为ΔP=I22R-I12R=(0.3 A)2×10 Ω-(0.2 A)2×10 Ω=0.5 W。
16.(1)0.8 4.8 (2)10 24
[解析](1)根据P=UI可得,灯泡L的额定电流为IL=PLUL=3W6V=0.5 A。当S、S1、S2都闭合时,R1被短路,R2与灯泡L并联,电流表测干路电流,由于此时灯泡L正常发光,所以通过灯泡L的电流为0.5 A,电源电压为6 V,
由欧姆定律可得,通过R2的电流为I2=UR2=6V20Ω=0.3 A,根据并联电路电流的规律可知,电流表示数为I=I2+IL=0.3 A+0.5 A=0.8 A,电路消耗的总功率为P=UI=6 V×0.8 A=4.8 W。
(2)当S闭合,S1、S2断开时,两电阻串联,电压表测R1两端的电压,电压表示数为2 V,根据串联电路电压的规律可知,R2两端的电压为U2'=U-U1'=6 V-2 V=4 V,由串联电路分压原理可知,R1R2=U1'U2'=2V4V=12,则R1的阻值R1=12×R2=12×20 Ω=10 Ω,通电1 min R1产生的热量为Q=U1'2R1t=(2V)210Ω×60 s=24 J。
17.解:(1)由图可知R1、R2、R3串联,电压表测R1、R2两端总电压,电流表测电路中电流,则电流表的示数I=U3R3=U-UVR3=12V-8V8Ω=0.5 A。
(2)R1与R2阻值之和R总=R1+R2=UVI=8V0.5A=16 Ω。
(3)电路总功率
P=UI=12 V×0.5 A=6 W。
(或电路总电阻R总=R1+R2+R3=16 Ω+8 Ω=24 Ω;
或R3的功率P3=U3I=(U-UV)·I=(12 V-8 V)×0.5 A=2 W)
18.解:(1)只闭合开关S0时,电路是R2的简单电路,电源电压为
U=U2=I2R2=0.2 A×60 Ω=12 V。
(2)开关S0、S1均闭合后,R1与R2并联,此时电流表测干路电流,为0.6 A,由于R2两端的电压不变,则通过R2的电流仍然为0.2 A,则通过R1的电流为I1=I-I2=0.6 A-0.2 A=0.4 A,
则R1的阻值为R1=UI1=12 V0.4 A=30 Ω。
(3)开关S0、S1均闭合后,通电10 s电路消耗的总电能为W=UIt=12 V×0.6 A×10 s=72 J。
19.解:(1)由图乙可知,前10 min是高挡,功率为660 W;后20 min是低挡,功率为220 W,则30 min内电路消耗的电能W=W1+W2=P1t1+P2t2=660 W×600 s+220 W×1200 s=6.6×105 J。
(2)当S1闭合,S2断开时,处于低挡,只有R1接入电路,则通过R1的电流I1=P2U=220W220V=1 A。
(3)S1、S2都闭合时,处于高挡,则R2的功率为P'=P1-P2=660 W-220 W=440 W,
R2的阻值为R2=U2P'=(220V)2440W=110 Ω。
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