专题三电功、电功率的综合计算.doc

专题三 电功、电功率的综合计算一、知识梳理1电能转化为内能和其他形式的能：(1)电功的计算： 或 。(2)电功率的计算： 或 。2电能只转化为内能或光能：(1)电功的计算： 或 或 或 或 。(2)电功率的计算： 或 或 或 。3灯泡的亮度取决于 。4实际功率和额定功率的关系：当U实U额时， ，灯 。5通过电能表计算电功：W= ，W= kWh二、例题【例l】(2013，河北)小明去打开水，水未开，此时观察到温度计示数为77，电能表示数为；水开时，温度计示数为97，电能表示数为，电热水器消耗了 J的电能。第二天小明又去打水，发现水仍未开，水的温度为t，等到水开时温度计示数为98，这段时间内电热水器消耗的电能为2.1 kWh，则t 。两天水开时的温度不同，是由于液体的沸点与液面上的气压大小 有关。c水=4.2103 J(kg)，电路中只有电热水器，且水的质量相等，不计热损失【例2】(2013，河北)如图1-9-3-2甲所示，L上标有“6 V 3 W”字样，电流表量程为00.6 A，电压表量程为015 V，变阻器R的最大电阻为100 。只闭合S1，滑片置于a点时，变阻器连入电路中的电阻为Ra，电流表示数为Ia。只闭合S2，移动滑片P，变阻器两端电压与其连入电路的电阻关系如图1-9-3-2乙所示；当滑片P置于b点时，电压表示数Ub=8 V，电流表示数为Ib。已知Ra：R0=12：5，Ia：Ib=3：5。(灯丝电阻不随温度变化)求：(1)小灯泡的电阻；(2)定值电阻R0和电源电压；(3)在电表的示数不超过量程，灯泡两端的电压不超过额定值的情况下，只闭合S1时，变阻器连入电路的最小电阻为多少；只闭合S2时，电路消耗的最小功率为多少。三、课堂巩固练习1居民生活用电试行阶梯电价听证方案：每月耗电第一挡电量为150度及以内，维持现行价格不变，即每度电0.6元；第二挡电量为151至280度，每度电0.65元；第三挡电量为281度以上，每度电0.9元。小袁家上月初和上月底电能表的示数如图1-9-3-1所示，则她家上月用电为 kWh；如据此听证方案计算，她家上个月电费要比原来多付 元。2学校给每个教室都安装了一台教学投影仪，李强和李丽看到投影仪的说明书上关于投影仪的有关数据如下表所示。投影仪正常工作时，光源和鼓风机(用来散热)都正常工作。 电源工作电压220 V电压频率50 Hz光源电压24 V光源电流10.0 A鼓风机电压220 V鼓风机电流0.1 A(1)由表中数据计算投影仪正常工作时耗电总功率有多大?(2)他俩发现光源电压比电源电压小得多，关于光源怎么工作，他俩展开了讨论，李强说应该是给光源了一个电阻，按他这种说法，这个分压应该是多大?(3)李丽按李强的说法又计算了一下分压电阻的功率，说这台投影仪的光源采用串联电阻降压的方法是不可行的，请你计算后分析说明为什么不可行。四、课后练习1如图1-9-3-3所示，R是镍铬合金线做成的变阻器，当导线夹向A端移动时，小灯泡的亮度将 ( )A不变 B变亮 C变暗 D无法判定 2如图1-9-3-4所示，电源电压不变，开关S，闭合后，灯泡L发光，电压表有示数；再闭合开关S2后，出现的情 况是 ( )A灯泡L的亮度不变B电压表的示数变小C电路的总电阻不变 D电路的总功率变大3小华用如图1-9-3-5所示的电路测小灯泡功率。电路中电源电压恒为4.5 V，电压表的量程为03 V，电流表的量程为00.6 A，滑动变阻器的规格为“20 1 A”，灯泡标有“2.5 V 1.25 W”字样。若闭合开关，两电表的示数均不超过所选量程，灯泡两端电压不允许超过额定值，不考虑灯丝电阻的变化，则下列说法正确的是 ( )A电流表示数的变化范围是00.5 AB滑动变阻器的电阻允许调节的范围是2.520 C灯泡的最小功率是0.162 WD该电路的最大功率是2.7 W4图1-9-3-6所示是某电器内部的电路结构图，R1、R2为阻值相同的电热丝，不同的连接方式及其发热功率不同。下列说法不正确的是 ( )A甲的发热功率与丙的发热功率相等B丁的发热功率是丙的发热功率的2倍C丙的发热功率是乙的发热功率的2倍D丁的发热功率是乙的发热功率的4倍5如图1-9-3-7甲，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器(允许通过的最大电流为5 A)。图1-9-3-7乙反映了开关由断开到闭合，在移动滑片P的过程中，ab两端电压U和通过的电流I之间的关系；图1-937丙反映了滑动变阻器消耗的功率P与电流I之间的关系，则下列说法不正确的是( ) A电源电压为50 VBR1的阻值为5 C当R2的功率为120 W时，电路消耗的总功率为200 WD滑动变阻器连入阻值的范围为445 6小红在家中看电视时，把遥控器一摁，电视关了，可是还有一个指示灯亮着(此时，电视机处于待机状态)。学习了电能的知识后，于是她想：这时电视机是否还在消耗电能呢?如果消耗电能，具体情况又是怎样的?于是她设计了如下方案进行探究：全家外出旅游前，让电视机处于待机状态，然后拔掉其他电器的插头或关掉开关，记下时间和家中电能表的信息如图1-9-3-8甲所示；两天后回到家中，再记下此时的时间和电能表的信息如图l-9-3-8乙所示。(1)从该电能表的表盘参数可知，当通过电能表的电流小于 A时，电能表可以稳定精确工作。(2)在小红外出这段时间里，她家的电视机消耗的电能是 kWh。(3)小红家电视机在待机状态下电功率是 W。7如图1-9-3-9所示，电源电压为18 V且保持不变，电压表的量程为015 V，电流表的量程为00.6 A，滑动变阻器的最大阻值100 ，小灯泡L标有“6 V 3 W字样。闭合开关S，当灯泡正常发光时，滑动变阻器的功率为 W；若灯泡的电阻不变，在保证电路各元件安全的情况下，滑动变阻器连入电路中的阻值变化范围为 。8如图1-9-3-10(1)所示，电源电压保持不变，小灯泡的额定电压为12 V。闭合开关S后，当滑片P从最右端滑到最左端的过程中，小灯泡的I-U关系图像如图1-9-3-10(2)所示。则小灯泡的额定功率为 W，电源电压为 V，滑动变阻器的最大阻值为 。 9家庭电路的电压在用电高峰时段，有时会降低到198 V。此时一盏“220 V 100 W”的灯泡工作时的实际功率将 100 W(填“大于”“等于”或“小于”)。灯泡的实际亮度会比正常发光时 (填“亮”或“暗”)些。10物理兴趣小组的同学用图1-9-3-11甲所示的装置来提升重物M，图1-9-3-11乙是物体上升过程某段时间内的s-t图线。已知物体重为l N，闭合开关后，在2428 s这段时间内，电流表和电压表的示数分别为0.2 A和4 V，则2.42.8 s这段时间内该装置提升重物做的有用功为 J，它的效率是 。11如图1-9-3-12所示，蛮阳器R2上标有“20 1 A”的字样。只闭合开关S1，将变阻器滑片P移到中点时，电流表A，示数为0.2 A，灯泡L的实际功率为0.8W；闭合开关S1、S2，将变阻器滑片P移到a端时，灯泡正常发光，电流表A1示数为0.4 A，此时电压表示数是多少?电阻R1的阻值是多少?灯泡L的额定功率是多少?(不考虑温度对灯丝电阻的影响)12某家庭用一个标有“220 V，1000 W”的电热水 器来烧水。该电热水器正常工作20 min，可将质量为5 kg温度为20的水加热到60。水的比热容为4.2103 J(kg)。求这段时间内：(1)水吸收的热量。(2)电热水器消耗的电能。(3)电热水器的热效率。(水吸收的热量与消耗的电能之比叫热效率)13图1-9-3-13所示是我市火电厂的外观图，它是通过燃烧煤来发电的企业，其发电效率(指煤完全燃烧放出的内能的比例)可达39.6(煤的热值Q=3.0107 Jkg)。求：(1)煤是 (填“可再生”或“不可再生”)能源。(2)1 kg煤最多生产多少度电能?(3)1 kg煤生产的电能最多可供一只100 W的电灯正常使用多久?14如图1-9-3-14所示的装置很有创意它将比较耗水的洗衣机和同样耗水但不太讲究水质的马桶连在一起：上部是洗衣机(有关技术参数见铭牌)，下部是马桶，中间设有储水箱。洗衣机还设有加热功能(铭牌上水的加热功率已模糊)，洗涤前先将水加热到适宜温度，可以提高洗涤效果。(1)请问这种设计的优点： 用洗衣水用来冲厕可以节水 。(请至少说出一个观点)(2)求洗衣机脱水时的正常工作电流。(3)某次洗衣时，首次进水量为20 kg，加热时电能的80转化为水的内能，正常加热14 min水的温度升高10就达到设定要求，由于洗衣机铭牌上的加热功率模糊，求：水吸收的热量；洗衣机的加热功率c水=4.2103 J(kg)。15有一种装饰用的小彩灯，如图1-9-3-15甲所示，它的内部是由一个定值电阻与灯丝并联而成，等效电路如图1-9-3-15乙所示。已知灯丝的电阻R1=10 ，定值电阻R2=1 000 。(1)求这个小彩灯的电阻。(结果保留一位小数)(2)若将一个小彩灯接在电压为l5 V的电源两端，求通过灯丝R1的电流大小。(3)如图1-9-3-15丙所示，将数十个小彩灯串联后接在电压为U的电源两端，均正常发光(图中只画出3个，其他未画出)。若其中一个灯的灯丝断了，其他小彩灯的亮度如何变化?写出你的判断依据。16如图1-9-3-16所示，电源电压保持不变，S1和S2是两个可以同时断开或同时闭合的联动开关，已知R112 。当两个开关同时处于某一工作状态(断开或闭合)时，R3的功率P。为2.25 W，当两个开关同时处于另一个工作状态时，电流表的示数为2A，此时R2的功率P2为12 W，求：(1)电源电压为多少?(2)R2和R3阻值各为多少?17某兴趣小组设计了如图1-9-3-17所示电路，AB为裸导线，CD、EF是材料、粗细完全相同的均匀裸电阻丝，其电阻与长度成正比。AB、CD平行放置，并用导线与电流表、开关Sl和电源相连，电源电压U10 V，EF垂直放置在AB、CD的中点间，且接触良好，CD=2EF，A、C两点有开关S2。现只闭合S1，电流表示数I1=1 A；若把EF从两中点间向左边移动一段距离后，电流表的示数为；若把EF从两中点间向右边移动一段距离后，电流表的示数为I3=2I1。求：(1)在上述EF向左、向右移动过程中，电路总电阻的变化量大小R左、R右各为多少?(2)电流表示数为I2时，EF消耗的功率与电路消耗的总功率之比为多少?(3)把EF移动到B、D两点间，再闭合两开关，电路消耗的总功率为多少?18小满了解到从2012年10月1日起禁止进口和销售100 W及以上普通照明白炽灯，推广使用节能灯，于是马上买来“220 V、20 W”的节能灯(如图1-9-3-18乙)与“220 V、100 W”的白炽灯(图甲)做了对比实验后，发现两灯发光效果相当。(1)试计算换用这只节能灯和使用原来的白炽灯相比，一年工作2000 h节约的电能。(2)若实际电压为200 V，求该节能灯的实际功率。(结果保留整数)专题三 电功、电功率的综合计算一、知识梳理1电能转化为内能和其他形式的能：(1)电功的计算：W=UIt 或W=Pt 。(2)电功率的计算：P=Wt 或P=UI。2电能只转化为内能或光能：(1)电功的计算：W=UIt 或W=U2Rt 或 W=Pt 或 W=Q 或 W=I2Rt 。(2)电功率的计算： P=UI 或 P=Wt 或 P=I2R 或 P=U2R 。3灯泡的亮度取决于 实际功率 。4实际功率和额定功率的关系：当U实U额时， P实U额时， P实P额 ，灯 较亮 。5通过电能表计算电功：二、例题【例l】(2013，河北)小明去打开水，水未开，此时观察到温度计示数为77，电能表示数为；水开时，温度计示数为97，电能表示数为，电热水器消耗了 5.04106 J的电能。第二天小明又去打水，发现水仍未开，水的温度为t，等到水开时温度计示数为98，这段时间内电热水器消耗的电能为2.1 kWh，则t 68 。两天水开时的温度不同，是由于液体的沸点与液面上的气压大小 有关。c水=4.2103 J(kg)，电路中只有电热水器，且水的质量相等，不计热损失【例2】(2013，河北)如图1-9-3-2甲所示，L上标有“6 V 3 W”字样，电流表量程为00.6 A，电压表量程为015 V，变阻器R的最大电阻为100 。只闭合S1，滑片置于a点时，变阻器连入电路中的电阻为Ra，电流表示数为Ia。只闭合S2，移动滑片P，变阻器两端电压与其连入电路的电阻关系如图1-9-3-2乙所示；当滑片P置于b点时，电压表示数Ub=8 V，电流表示数为Ib。已知Ra：R0=12：5，Ia：Ib=3：5。(灯丝电阻不随温度变化)求：(1)小灯泡的电阻；(2)定值电阻R0和电源电压；(3)在电表的示数不超过量程，灯泡两端的电压不超过额定值的情况下，只闭合S1时，变阻器连入电路的最小电阻为多少；只闭合S2时，电路消耗的最小功率为多少。答：(1)；(2)；(3)三、课堂巩固练习1居民生活用电试行阶梯电价听证方案：每月耗电第一挡电量为150度及以内，维持现行价格不变，即每度电0.6元；第二挡电量为151至280度，每度电0.65元；第三挡电量为281度以上，每度电0.9元。小袁家上月初和上月底电能表的示数如图1-9-3-1所示，则她家上月用电为 215 kWh；如据此听证方案计算，她家上个月电费要比原来多付 3.25 元。2学校给每个教室都安装了一台教学投影仪，李强和李丽看到投影仪的说明书上关于投影仪的有关数据如下表所示。投影仪正常工作时，光源和鼓风机(用来散热)都正常工作。 电源工作电压220 V电压频率50 Hz光源电压24 V光源电流10.0 A鼓风机电压220 V鼓风机电流0.1 A(1)由表中数据计算投影仪正常工作时耗电总功率有多大?(2)他俩发现光源电压比电源电压小得多，关于光源怎么工作，他俩展开了讨论，李强说应该是给光源了一个电阻，按他这种说法，这个分压应该是多大?(3)李丽按李强的说法又计算了一下分压电阻的功率，说这台投影仪的光源采用串联电阻降压的方法是不可行的，请你计算后分析说明为什么不可行。(1) 投影仪正常工作时耗电总功率是262W；(2) 串联分压电阻的阻值是(3)分压电阻功率太大，产生大量的热量，串联电阻降压不可行.四、课后练习1如图1-9-3-3所示，R是镍铬合金线做成的变阻器，当导线夹向A端移动时，小灯泡的亮度将 ( B )A不变 B变亮 C变暗 D无法判定 2如图1-9-3-4所示，电源电压不变，开关S，闭合后，灯泡L发光，电压表有示数；再闭合开关S2后，出现的情 况是 ( D )A灯泡L的亮度不变B电压表的示数变小C电路的总电阻不变 D电路的总功率变大3小华用如图1-9-3-5所示的电路测小灯泡功率。电路中电源电压恒为4.5 V，电压表的量程为03 V，电流表的量程为00.6 A，滑动变阻器的规格为“20 1 A”，灯泡标有“2.5 V 1.25 W”字样。若闭合开关，两电表的示数均不超过所选量程，灯泡两端电压不允许超过额定值，不考虑灯丝电阻的变化，则下列说法正确的是 ( C )A电流表示数的变化范围是00.5 AB滑动变阻器的电阻允许调节的范围是2.520 C灯泡的最小功率是0.162 WD该电路的最大功率是2.7 W4图1-9-3-6所示是某电器内部的电路结构图，R1、R2为阻值相同的电热丝，不同的连接方式及其发热功率不同。下列说法不正确的是 ( A )A甲的发热功率与丙的发热功率相等B丁的发热功率是丙的发热功率的2倍C丙的发热功率是乙的发热功率的2倍D丁的发热功率是乙的发热功率的4倍5如图1-9-3-7甲，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器(允许通过的最大电流为5 A)。图1-9-3-7乙反映了开关由断开到闭合，在移动滑片P的过程中，ab两端电压U和通过的电流I之间的关系；图1-937丙反映了滑动变阻器消耗的功率P与电流I之间的关系，则下列说法不正确的是( D ) A电源电压为50 VBR1的阻值为5 C当R2的功率为120 W时，电路消耗的总功率为200 WD滑动变阻器连入阻值的范围为445 6小红在家中看电视时，把遥控器一摁，电视关了，可是还有一个指示灯亮着(此时，电视机处于待机状态)。学习了电能的知识后，于是她想：这时电视机是否还在消耗电能呢?如果消耗电能，具体情况又是怎样的?于是她设计了如下方案进行探究：全家外出旅游前，让电视机处于待机状态，然后拔掉其他电器的插头或关掉开关，记下时间和家中电能表的信息如图1-9-3-8甲所示；两天后回到家中，再记下此时的时间和电能表的信息如图l-9-3-8乙所示。(1)从该电能表的表盘参数可知，当通过电能表的电流小于 10 A时，电能表可以稳定精确工作。(2)在小红外出这段时间里，她家的电视机消耗的电能是 0.2 kWh。(3)小红家电视机在待机状态下电功率是 4 W。7如图1-9-3-9所示，电源电压为18 V且保持不变，电压表的量程为015 V，电流表的量程为00.6 A，滑动变阻器的最大阻值100 ，小灯泡L标有“6 V 3 W字样。闭合开关S，当灯泡正常发光时，滑动变阻器的功率为 6 W；若灯泡的电阻不变，在保证电路各元件安全的情况下，滑动变阻器连入电路中的阻值变化范围为 2460 。8如图1-9-3-10(1)所示，电源电压保持不变，小灯泡的额定电压为12 V。闭合开关S后，当滑片P从最右端滑到最左端的过程中，小灯泡的I-U关系图像如图1-9-3-10(2)所示。则小灯泡的额定功率为 24 W，电源电压为 12 V，滑动变阻器的最大阻值为 9 。 9家庭电路的电压在用电高峰时段，有时会降低到198 V。此时一盏“220 V 100 W”的灯泡工作时的实际功率将 小于 100 W(填“大于”“等于”或“小于”)。灯泡的实际亮度会比正常发光时 暗 (填“亮”或“暗”)些。10物理兴趣小组的同学用图1-9-3-11甲所示的装置来提升重物M，图1-9-3-11乙是物体上升过程某段时间内的s-t图线。已知物体重为l N，闭合开关后，在2428 s这段时间内，电流表和电压表的示数分别为0.2 A和4 V，则2.42.8 s这段时间内该装置提升重物做的有用功为 0.2 J，它的效率是 62.5 。11如图1-9-3-12所示，蛮阳器R2上标有“20 1 A”的字样。只闭合开关S1，将变阻器滑片P移到中点时，电流表A，示数为0.2 A，灯泡L的实际功率为0.8W；闭合开关S1、S2，将变阻器滑片P移到a端时，灯泡正常发光，电流表A1示数为0.4 A，此时电压表示数是多少?电阻R1的阻值是多少?灯泡L的额定功率是多少?(不考虑温度对灯丝电阻的影响)12某家庭用一个标有“220 V，1000 W”的电热水 器来烧水。该电热水器正常工作20 min，可将质量为5 kg温度为20的水加热到60。水的比热容为4.2103 J(kg)。求这段时间内：(1)水吸收的热量。(2)电热水器消耗的电能。(3)电热水器的热效率。(水吸收的热量与消耗的电能之比叫热效率)答：(1)水吸收的热量为8.4105 J。 (2)电热水器消耗的电能为1.2106 J。 (3)电热水器的热效率为70。13图1-9-3-13所示是我市火电厂的外观图，它是通过燃烧煤来发电的企业，其发电效率(指煤完全燃烧放出的内能的比例)可达39.6(煤的热值Q=3.0107 Jkg)。求：(1)煤是 不可再生 (填“可再生”或“不可再生”)能源。(2)1 kg煤最多生产多少度电能?(3)1 kg煤生产的电能最多可供一只100 W的电灯正常使用多久?14如图1-9-3-14所示的装置很有创意它将比较耗水的洗衣机和同样耗水但不太讲究水质的马桶连在一起：上部是洗衣机(有关技术参数见铭牌)，下部是马桶，中间设有储水箱。洗衣机还设有加热功能(铭牌上水的加热功率已模糊)，洗涤前先将水加热到适宜温度，可以提高洗涤效果。(1)请问这种设计的优点： 用洗衣水用来冲厕可以节水 。(请至少说出一个观点)(2)求洗衣机脱水时的正常工作电流。(3)某次洗衣时，首次进水量为20 kg，加热时电能的80转化为水的内能，正常加热14 min水的温度升高10就达到设定要求，由于洗衣机铭牌上的加热功率模糊，求：水吸收的热量；洗衣机的加热功率c水=4.2103 J(kg)。 答：(1) 用洗衣水用来冲厕可以节水(2)洗衣机脱水时的正常工作电流为l.5 A。 (3)水吸收的热量为8.4105 J；洗衣机的加热功率为1250 W。15有一种装饰用的小彩灯，如图1-9-3-15甲所示，它的内部是由一个定值电阻与灯丝并联而成，等效电路如图1-9-3-15乙所示。已知灯丝的电阻R1=10 ，定值电阻R2=1 000 。(1)求这个小彩灯的电阻。(结果保留一位小数)(2)若将一个小彩灯接在电压为l5 V的电源两端，求通过灯丝R1的电流大小。(3)如图1-9-3-15丙所示，将数十个小彩灯串联后接在电压为U的电源两端，均正常发光(图中只画出3个，其他未画出)。若其中一个灯的灯丝断了，其他小彩灯的亮度如何变化?写出你的判断依据。解：(1)答：这个小彩灯的电阻约为9.9 。(2)答：通过灯丝R1的电流约为0.15 A。 (3)其他灯泡变暗。判断依据：当其中一个灯泡的灯丝断了，该灯泡的电阻变大，其他小彩灯的电阻不变，总电压不变，与该灯泡串联的其他每个小彩灯分得的电压变小、功率变小、灯泡变暗。16如图1-9-3-16所示，电源电压保持不变，S1和S2是两个可以同时断开或同时闭合的联动开关，已知R112 。当两个开关同时处于某一工作状态(断开或闭合)时，R3的功率P。为2.25 W，当两个开关同时处于另一个工作状态时，电流表的示数为2A，此时R2的功率P2为12 W，求：(1)电源电压为多少?(2)R2和R3阻值各为多少?17某兴趣小组设计了如图1-9-3-17所示电路，AB为裸导线，CD、EF是材料、粗细完全相同的均匀裸电阻丝，其电阻与长度成正比。AB、CD平行放置，并用导线与电流表、开关Sl和电源相连，电源电压U10 V，EF垂直放置在AB、CD的中点间，且接触良好，CD=2EF，A、C两点有开关S2。现只闭合S1，电流表示数I1=1 A；若把EF从两中点间向左边移动一段距离后，电流表的示数为；若把EF从两中点间向右边移动一段距离后，电流表的示数为I3=2I1。求：(1)在上述EF向左、向右移动过程中，电路总电阻的变化量大小R左、R右各为多少?(2)电流表示数为I2时，EF消耗的功率与电路消耗的总功率之比为多少?(3)把EF移动到B、D两点间，再闭合两开关，电路消耗的总功率为多少?(1)18小满了解到从2012年10月1日起禁止进口和销售100 W及以上普通照明白炽灯，推广使用节能灯，于是马上买来“220 V、20 W”的节能灯(如图1-9-3-18乙)与“220 V、100 W”的白炽灯(图甲)做了对比实验后，发现两灯发光效果相当。(1)试计算换用这只节能灯和使用原来的白炽灯相比，一年工作2000 h节约的电能。(2)若实际电压为200 V，求该节能灯的实际功率。(结果保留整数)答：(1)换用这只节能灯和使用原来的白炽灯相比，一年工作2000 h节约的电能是l60 kWh。(2)若实际电压为200 V，该节能灯的实际功率为17 W。