專題十 能量的轉化與守恒二：電能 一年創(chuàng)新導向

第頁專題十能量的轉化與守恒二：電能一、選擇題1．將兩只額定電壓相同的小燈泡L1、L2串聯(lián)在如圖所示的電路中，閉合開關后，發(fā)現(xiàn)燈L1較亮，燈L2較暗，其原因可能是 ()A．燈L1額定功率較大 B．燈L2兩端電壓較大C．燈L1的電阻較大 D．通過燈L1的電流較大解析L1較亮說明它的實際功率較大，兩燈串聯(lián)，電流相等，由P＝UI＝I2R可知，L1的電阻較大。答案C2．一支標有“220V200W”的電烙鐵，為使電烙鐵正常工作時的電功率為200W，而在不工作時電烙鐵的電功率為50W，使之不會完全冷卻。某同學設計了如圖所示的電路，其中，S為單刀雙擲開關，L為一只額定電壓為220V的燈泡。不考慮溫度對電阻的影響，下列說法正確的是 ()A．選用燈泡的規(guī)格應為“220V100W”B．電烙鐵的電阻為242ΩC．當S撥向2時，電烙鐵處于工作狀態(tài)D．1s內(nèi)，電烙鐵在不工作狀態(tài)下電路消耗的電能與正常工作狀態(tài)相比，可節(jié)約50焦電能解析電烙鐵的電阻為R鐵＝eq\f(U2,P)＝eq\f(（220V）2,200W)＝242Ω，“220V100W”燈泡的電阻為R燈＝eq\f(Ueq\o\al(2,燈),P燈)＝eq\f(（220V）2,100W)＝484Ω，燈泡與電烙鐵串聯(lián)，電路中的電流為I＝eq\f(U,R)＝eq\f(220V,726Ω)＝eq\f(10,33)A，電烙鐵的實際功率為P實＝I2R鐵＝(eq\f(10,33)A)2×242Ω≈22.2W，不能使電烙鐵的電功率為50W，A錯，B對；當S撥向2時，電烙鐵與電燈串聯(lián)電烙鐵不能正常工作，C錯；S撥向1時，電烙鐵1s內(nèi)消耗的電能為W＝Pt＝200W×1s＝200J，S撥向2時，電烙鐵消耗的電能為電路中的電流為I′＝eq\r(\f(P′鐵,R鐵))＝eq\r(\f(50W,242Ω))＝eq\f(5,11)A，所以1s內(nèi)整個電路消耗的電能為：W′＝UI′t＝220V×eq\f(5,11)A×1s＝100J，1s內(nèi)，電烙鐵在不工作狀態(tài)下整個電路消耗的電能與正常工作狀態(tài)相比，可節(jié)約的電能為200J－100J＝100J。D錯。答案B3.某同學在做“調(diào)節(jié)燈泡亮度”的電學實驗時，電路如圖所示，電源電壓恒為4.5V，電壓表量程“0～3V”，滑動變阻器規(guī)格“20Ω1A”，燈泡L標有“2.5V1.25W”字樣(忽略燈絲電阻變化)，在不損壞電路元件的情況下，下列判斷正確的是 ()A．電路中電流變化的范圍是0.18～0.5AB．滑動變阻器阻值變化的范圍是2.5～10ΩC．燈泡的最小功率是0.162WD．該電路的最大功率是2.25W解析當小燈泡正常工作時電路中達到最大功率，此時電路中的電流為燈泡的額定電流(0.5A)，此時電路消耗的功率為P最大＝UI最大＝4.5V×0.5A＝2.25W。答案D4．(原創(chuàng))小明學習了電路知識后，想利用發(fā)光二極管設計一個開關有指示燈的照明電路，晚間關閉照明燈后，利用二極管發(fā)出的光指示開關所在的位置。他共設計了4個電路，如圖所示，其中L為白熾燈，規(guī)格為“220V60W”、D為發(fā)光二極管，規(guī)格為“1.2V0.002A”、S為單刀雙擲開關、R為限流電阻。圖中能夠滿足要求的電路是 ()解析選項D，當單刀雙擲開關與燈泡連接時，燈泡正常工作，當撥向另一方向時，發(fā)光二極管與電阻串聯(lián)，電流很小，二極管可以發(fā)光。答案D5．(改編)兩只燈泡A和B額定電壓都是110V，A的額定功率為60W，B的額定功率為100W，為了把它們接在220V電路上都能正常發(fā)光，并要電路中消耗的電功率最小，應采用下面的哪種接法？ ()解析由于額定電壓都是110V，額定功率PA＝60W、PB＝100W，由R＝eq\f(U2,P)可知RA＞RB；C選項中，把燈泡A與電阻并聯(lián)的話，可以使并聯(lián)部分的電阻減小，可能使B與并聯(lián)部分的電壓相同，所以A、B能同時正常發(fā)光，并且并聯(lián)電路消耗的功率與B燈泡的功率相同，所以總功率的大小為200W；D選項，把A、B并聯(lián)之后與電阻串聯(lián)接入電路的話，當電阻的阻值與A、B并聯(lián)的總電阻相等時，A、B就可以正常發(fā)光，此時電阻消耗的功率為A、B燈泡總功率的和，所以電路消耗的總的功率的大小為320W；對比C、D選項的分析可知，C選項符合要求。答案C二、非選擇題6．(原創(chuàng))USB電熱水杯墊是一種新型時尚的產(chǎn)品，由于其設計精美、外觀新穎、使用方便而倍受辦公室人員的青睞(如圖所示)。使用時把它接在電腦的USB電源上，打開加熱開關，常溫下可將咖啡、茶、牛奶等飲料保持45℃～60℃溫度。電腦上的USB為它提供5V電壓，加熱時工作電流為500mA，則此時它的功率為________W，工作10min消耗的電能為______J；若把它接在另一個電源上，它的功率變成1.6W，則該電源的電壓為________V。解析P＝UI＝5V×0.5A＝2.5W。工作10min消耗的電能為W＝Pt＝2.5W×600s＝1500J。當把它接在其他電源上時，它的電阻不變，R＝eq\f(U,I)＝eq\f(5V,0.5A)＝10Ω。由P＝UI＝eq\f(U2,R)得，當功率為1.6W時的電壓U′＝eq\r(P′R)＝eq\r(1.6W×10Ω)＝4V。答案2.5150047．如圖所示，某同學在“測量小燈泡電功率”的實驗中，誤將電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端。他從滑片置于最右端時開始記錄第一組數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)滑片測得多組數(shù)據(jù)，描繪出的U－I圖像如圖所示。已知小燈泡的額定電壓為2.5V，電源電壓為4.5V?？汕蟮眯襞菡０l(fā)光時的阻值為________Ω，額定功率為________W，變阻器最大阻值為________Ω。為使實驗中小燈泡兩端電壓不超過3V，則滑動變阻器接入電路的最小阻值為________Ω(保留一位小數(shù))。解析小燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測滑動變阻器兩端的電壓，小燈泡的額定電壓為2.5V，電源電壓為4.5V，可知電壓表示數(shù)為2V時，小燈泡正常發(fā)光，由圖像可知，U滑＝2V，I＝0.2A，小燈泡的電阻為RL＝eq\f(U額,I)＝eq\f(2.5V,0.2A)＝12.5Ω，額定功率為P額＝U額I＝2.5V×0.2A＝0.5W。滑動變阻器接入電路阻值最大時其電壓最大，電路中的電流值最小，由圖像知，U滑最大＝4V，I最小＝0.1A，滑動變阻器的最大阻值為R最大＝eq\f(U最大,I最小)＝eq\f(4V,0.1A)＝40Ω。為使小燈泡兩端的電壓不超過3V，滑動變阻器分得的最小電壓為U最?。?.5V－3V＝1.5V，由圖像可知，U滑＝1.5V時，I′＝0.22A，即滑動變阻器接入電路的最小阻值為R最?。絜q\f(U最小,I′)＝eq\f(1.5V,0.22A)＝6.8Ω。答案12.50.5406.88．華先生前幾天在福山某集貿(mào)市場市場外見一中年男子推銷“高效節(jié)能燈”。該男子稱燈泡只有5W，卻能發(fā)出60W的光亮，每只價格3元。華先生一下買了5只。華先生讀初三的兒子小暉回家后，對這個節(jié)能燈產(chǎn)生了疑問。仔細觀察后，認為5W的燈泡燈絲不應該這樣粗。將燈泡拿到街上的電器修理店請維修人員用電流表進行檢測，結果發(fā)現(xiàn)燈泡的功率卻是40W，華先生隨即向工商部門舉報。閱讀上述材料，回答下列問題：(1)為什么“5W的燈泡燈絲不應該這樣粗”？(2)請你說明檢測燈泡功率的原理。答案(1)由公式R＝eq\f(U2,P)可知，功率較大的燈泡，其燈絲的電阻就越小，而電阻的大小與材料、橫截面積、長度有關。不同的燈絲其材料是一樣的，其長度相差不大，有較大差別的是燈絲的粗細。功率越大的燈泡燈絲電阻越小燈絲越粗。所以“5W”的燈泡的燈絲不應該那樣粗。(2)由P＝UI可知，將燈泡跟電流表串聯(lián)接入220V電路中，只要測出通過燈泡電流的大小，就可以計算出燈泡的電功率。9．(銜接)王明同學準備測量額定電壓為2.5V的小燈泡在實際工作時的功率，根據(jù)已有器材，他設計好了電路原理圖，并完成了實物連接。如圖所示。(1)根據(jù)實物連接圖，請你在虛線框內(nèi)畫出與之對應的電路原理圖。(2)在某次測量過程中，閉合開關后，電壓表和電流表的示數(shù)如圖所示，則電壓表的示數(shù)為________V，電流表的示數(shù)為______A，則此時小燈泡的功率為________W。(3)滑動變阻器的滑片P向B端滑動后，小燈泡的電功率將________。(選填“增大”“減小”或“不變”)(4)王明同學經(jīng)過多次測量與計算后，得到了一組功率P與電壓的平方U2的數(shù)據(jù)，下列各圖中能正確表示P與U2的關系的是：________(設燈絲電阻不變)。解析(4)根據(jù)R＝eq\f(U2,P)和燈絲電阻不變，故可知eq\f(U2,P)比值不變，兩者成正比，P隨U2的增大而成倍增大，可以判斷P隨U2的變化圖線是一條過原點的直線。答案(1)如圖所示(2)1.20.40.48(3)增大(4)A10．隨著生活條件的改善，人們更加注意家居環(huán)境的美化，如圖所示是帶有水溫調(diào)節(jié)功能的家庭水族箱。該水族箱的魚缸水溫凋節(jié)器銘牌如下表所示。其工作原理如圖所示，其中R1為阻值可調(diào)的電熱絲，開關S2為單刀雙擲開關。開關S1閉合、S2接b時，電路處于加熱狀態(tài)；當開關S1閉合、S2接a時，電路處于保溫狀態(tài)。(不考慮溫度對電阻的影響)XX牌魚缸水溫調(diào)節(jié)器額定電壓220V額定加熱功率88W電源頻率50Hz試問：(1)當電路處于加熱狀態(tài)時，通過電阻R2的電流是________A。(2)當電路處于加熱狀態(tài)時，通電10min消耗的電能是多少？(3)當電路處于保溫狀態(tài)時，若電路消耗的功率P＝48.4W，則電熱絲R1連入電路的阻值應為多少？解析(1)加熱狀態(tài)時，通過電阻R2的電流是I2＝eq\f(P熱,U)＝eq\f(88W,220V)＝0.4A；(2)加熱狀態(tài)時，通電