資源簡介

專題25　電功　電功率
【思維導圖】
【知識點回顧】
一、電功
電功的實質：電流做功的過程就是________轉化為________的過程。
單位為________(簡稱焦，符號為J)、千瓦時(kW·h)。
換算：1kW·h＝________J。
影響電功大小的因素有電壓、________和通電________。
電流做功的過程實際上就是電能轉化為其他形式能量的過程，電流做了多少功就有多少________轉化為其他形式的能。
電能計算公式為：________，對純電阻性用電器，電功還可用公式________計算。
測量電功的儀表是________(電度表或千瓦時計)，計數器上前后兩次讀數之差就是這段時間內消耗的千瓦時數。
二、電功率
電流在單位時間內所做的功叫________，是用來表示________的物理量。
單位：瓦特(簡稱瓦，符號為W)，千瓦(kW)。1kW＝1000W。
電功率計算公式為：P＝________、P＝________。對于純電阻性用電器，電功率還可用公式P＝________、P＝________計算。
1．額定功率：用電器在________下工作時所消耗的電功率。
2．用電器只有在額定電壓下工作時，實際功率等于額定功率。燈泡的亮度取決于燈的________電功率。
以燈泡為例：PZ220V　25W
PZ表示普通照明燈泡，220V表示額定電壓為220V，25W表示該燈泡的額定功率為25W。
三、測定小燈泡的電功率
原理為________。
考點14　測定小燈泡的額定功率和實際功率，收集和整理實驗數據得出實驗結論　
調節滑動變阻器，當電壓表讀數不等于額定電壓時，可測實際功率；當電壓表讀數________額定電壓時，可測額定功率。
四、電流的熱效應
考點15　知道電路具有熱效應　a
；概述探究影響電流熱效應因素實驗的原理和涉及的科學方法　
1．電流熱效應
電流通過導體時，____________能轉化為____________能，這種現象叫做電流的熱效應。
2．用控制變量法進行研究
在電流相同，通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產生的熱量越多。
在電阻相同，通電時間相同的情況下，通過電阻的電流越大，這個電阻產生的熱量越多。
考點16　說出焦耳定律的內容和數學表達式　；應用焦耳定律解決簡單問題　
焦耳定律：電流通過導體產生的熱量，跟____________的平方、導體的____________和通電時間成正比。
表達式：Q＝____________
考點1　電能　其他形式能
考點2　焦耳　3.6×106
考點3　電流　時間
考點4　電能
考點5　W＝UIt、W＝Pt　W＝(U2/R)t、W＝I2Rt
考點6　電能表
考點7　電功率　電流做功快慢
考點9　W/t　UI　U2/R　I2R
考點10　1.額定電壓　2.實際
考點12　P＝UI
考點14　等于
考點15　1.電　內
考點16　電流強度　電阻　I2Rt
【例題精析】
例1．（2021 衢州）綠色生態理念要求人們注重環保節能。如圖是額定功率為5W的LED燈與60W的白熾燈，LED燈直接把電轉化為光，白熾燈由燈絲通電加熱發光，正常工作時，它們亮度相同。
（1）使用 　LED　燈照明更符合綠色生態理念；
（2）兩燈都正常工作時，相等時間內通過LED燈和白熾燈的電流所做的功之比為 　1：12　。
【解答】解：（1）正常工作時，亮度相同，但LED燈的功率小，消耗的電能少，更符合綠色生態理念；
（2）正常工作時，LED的功率為P1＝5W，白熾燈的功率為P2＝60W，由得，相等時間內通過LED燈和白熾燈的電流所做的功之比為：
。
故答案為：LED；1：12.
例2．（2021 溫州）疫情期間只允許體溫正常的師生進入校園，為此，小明設計了一款“智能門禁”，能檢測體溫并進行人臉識別。工作原理為：
①若體溫正常開關S1閉合，人臉識別成功開關S2閉合，電動機M工作（門打開），警示燈不亮；
②若體溫異常S1不閉合，人臉識別成功S2閉合，電動機M不工作且警示燈亮起；
③不管體溫是否正常，若人臉識別失敗S2不閉合，電動機M不工作且警示燈不亮。
（1）下列電路設計符合要求的是 　BC　。（可多選）
（2）若警示燈工作時，兩端電壓為3伏，電阻為10歐，其工作時的功率為 　0.9　瓦。
【解答】解：（1）A.若體溫異常S1不閉合，動觸點與下面的靜觸點接觸，警示燈接通，不管人臉識別是否成功，警示燈都要亮起，故A不符合題意；
B.若體溫正常開關S1閉合，電磁鐵把銜鐵吸起，動觸點與上面的靜觸點接觸，警示燈斷開，人臉識別成功開關S2閉合，電動機M工作（門打開），警示燈不亮；若體溫異常S1不閉合，動觸點與下面的靜觸點接觸，電動機M斷開，人臉識別成功S2閉合，警示燈接通，此時電動機M不工作警示燈亮起；不管體溫是否正常，若人臉識別失敗S2不閉合，電動機M和警示燈都斷開，電動機M不工作且警示燈不亮，故B符合題意；
C.若體溫正常開關S1
閉合，電磁鐵把銜鐵吸下，動觸點與下面的靜觸點接觸，警示燈斷開，人臉識別成功開關S2閉合，電動機M工作（門打開），警示燈不亮；若體溫異常S1不閉合，動觸點與上面的靜觸點接觸，電動機M斷開，人臉識別成功S2閉合，警示燈接通，此時電動機M不工作警示燈亮起；不管體溫是否正常，若人臉識別失敗S2不閉合，電動機M和警示燈都斷開，電動機M不工作且警示燈不亮，故C符合題意；
D.若體溫正常開關S1閉合，動觸點與下面的靜觸點接觸，電動機M接通，不管人臉識別是否成功，電動機M工作（門打開），故D不符合題意。
（2）若警示燈工作時，兩端電壓為3伏，電阻為10歐，其工作時的功率為：
P＝UI0.9W。
故答案為：（1）BC；（2）0.9。
例3．（2020 溫州）小明觀察了小區入口的車輛出入自動控制閘，發現當車牌被識別系統識別后，綠燈亮，欄桿抬起，車輛通行。于是他設計了如圖所示的模擬電路，車牌識別成功相當于圖中開關S閉合。
（1）已知該電路電源電壓為6伏，指示燈L工作時的阻值為5歐，滑動變阻器接入電路的阻值為10歐，線圈阻值不計。閉合開關后，線圈吸住鐵柱時，指示燈的功率為　0.8　瓦。
（2）若電源電壓下降，欄桿不能抬起。除了更換電池外，請你再寫出一種能使欄桿正常抬起的方法。　將滑動變阻器接入電路的阻值調小些　。
【解答】解：（1）由圖知，指示燈L與滑動變阻器串聯，當滑動變阻器接入電路的阻值為10Ω時，開關閉合，
電路的電流為：
I0.4A，
小燈泡的電功率為：
P＝I2RL＝（0.4A）2×5Ω＝0.8W；
（2）若電源電壓下降，根據I知在電阻不變時電路的電流較小，電磁鐵的磁性較弱，吸引力較小，不能將鐵柱吸下來，欄桿不能抬起，此時可以將滑動變阻器的阻值調小些，增大了電路的電流，電磁鐵的磁性增強，將鐵柱吸下來，可以使欄桿正常抬起來。
故答案為：（1）0.8；（2）將滑動變阻器接入電路的阻值調小些。
例4．（2020 衢州）小科測量額定電壓為2.0V小燈泡的電功率，電路圖如圖甲所示，電源為兩節干電池，利用測得數據繪制圖象如圖乙、丙所示，圖中x為滑片P移動的距離。
（1）當滑片P移動的距離為a時，圖丙中電流突然變小的原因是　燈絲斷了（或電壓表所測電路開路）　。
（2）該小燈泡的額定功率是　0.4W　。
【解答】解：
（1）燈與變阻器串聯，電壓表測燈的電壓，電流表測電路的電流，當滑片P移動的距離為a時，圖丙中電流突然減小到0，電路可能斷路，圖乙中，電壓增大為電源電壓3V，則電壓表與電源連通，故圖丙中電流突然變小的原因是燈絲斷了；
（2）燈在額定電壓下正常發光，由圖乙知，電壓表示數為2V時，x移動的距離為12cm，根據圖丙知，此時的電流為0.2A，
該小燈泡的額定功率是：P＝UI＝2V×0.2A＝0.4W。
故答案為：（1）燈絲斷了；（2）0.4W。
例5．（2021 杭州）小金利用如圖甲所示的電路來測量小燈泡的額定功率。小燈泡額定電壓為2.5V，電源電壓恒定。
（1）依據圖甲，請在答題卷上用筆畫線代替導線，將圖乙中的實物圖補充完整。
（2）小金正確連接實物電路，閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片至某位置時，電壓表示數如圖丙所示，此時燈泡兩端電壓為 　2.3　V。接下來調節滑動變阻器的滑片向 　B　（選填“A”或“B”）端移動，直至小燈泡正常發光。
【解答】解：（1）根據電路圖可知，電流表串聯接入電路中，電壓表并聯到燈泡的兩端，實物圖如圖所示：
；
（2）由圖丙可知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數為2.3V，而額定電壓為2.5V，故應使小燈泡兩端的電壓增大，則應減小變阻器分得的電壓，根據串聯電路的分壓原理，要減小變阻器連入電路中的電阻，即滑片向B移動，使電壓表示數為2.5V。
故答案為：（1）如圖；（2）2.3；B。
例6．（2021 紹興）在“測量小燈泡的功率”實驗中，電源為2節干電池，小燈泡標有“2.5V”字樣。
（1）按圖甲方式連接好電路，小敏剛要閉合開關時，同組同學提醒他的操作有一個不妥之處，請你幫他指出：　滑動變阻器的滑片沒有置于阻值最大位置　。
（2）閉合開關后，無論怎樣調節滑動變阻器，小敏發現小燈泡始終不發光，電壓表示數接近于3V保持不變，電流表示數始終為零，則故障原因可能是 　燈泡處斷路　。
（3）排除故障后，小敏閉合開關進行實驗，當電壓表示數為2.5V時，電流表示數如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為 　1.05　W。
（4）實驗結束后，小組同學對測量結果進行誤差分析，考慮到電壓表中也有電流通過，該電路所測小燈泡的額定功率與真實值相比 　偏大　（選填“偏大”或“偏小”）。
【解答】解：（1）為保護電路，閉合開關前滑動變阻器滑片應置于阻值最大位置，而圖甲中，閉合開關前滑片沒有置于阻值最大位置；
（2）閉合開關，燈泡不亮，且電壓表有示數、電流表示數始終為零，造成這種故障的原因是燈泡處斷路；
（3）由圖乙可知，電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數為0.42A，則小燈泡的額定功率為：P＝UI＝2.5V×0.42A＝1.05W；
（4）由圖知，電壓表與小燈泡并聯，所測電壓較準確，而電流表測通過小燈泡和電壓表的電流，所測電流偏大，由P＝UI可知所測小燈泡的額定功率與真實值相比偏大。
故答案為：（1）滑動變阻器的滑片沒有置于阻值最大位置；（2）燈泡處斷路；（3）1.05；（4）偏大。
例7．（2021 麗水）小科開展了課外探究活動：串聯電路中，滑動變阻器的電功率與其接入電路電阻的關系。
【建立猜想】猜想1：滑動變阻器的電功率會隨其接入電路電阻的增大而增大；
猜想2：滑動變阻器的電功率會隨其接入電路電阻的增大而減小；
猜想3：滑動變阻器的電功率會隨其接入電路電阻的增大先增大后減小。
【進行實驗】將5歐的定值電阻R0、“10Ω 3A”的滑動變阻器R、電壓恒為15
伏的電源、數字電流表和電壓表、開關、若干導線按如圖甲所示電路圖連接。
（1）圖甲中電壓表測 　滑動變阻器　兩端的電壓；
（2）實驗中，將滑動變阻器滑片向 　右　移動（填“左”或“右”），電流表示數變小；
（3）實驗中，R分別取0歐、1歐……10歐接入電路，觀察記錄并處理數據，得到下表，請將表中缺失的數據補充完整；
R阻值/歐 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
電流/安 3.00 2.50 2.14 1.88 1.67 1.50 1.36 1.24 1.14 1.06 1.00
電壓/伏 0.00 2.50 4.28 5.64 6.68 7.50 8.16 8.68 9.12 9.54 10.00
電功率/瓦 0.00 6.25 9.16 10.60 11.16 11.25 11.10 10.76 10.40 10.11 10.00
【得出結論】根據實驗數據，作出滑動變阻器的電功率隨其接入電路電阻變化的曲線（如圖乙），小科得出結論：猜想3成立，且當R＝R0時，滑動變阻器的電功率最大。
【交流評價】
（4）小科只通過上述探究得出實驗結論可靠嗎？并說明理由 　不可靠，只通過一次實驗不能探究得出可靠的實驗結論，需要多次測量找普遍規律。　。
【解答】解：（1）由圖知電壓表并聯在滑動變阻器的兩端，所以電壓表測量滑動變阻器兩端的電壓；
（2）由圖知電壓表并聯在滑動變阻器的兩端，當電流表的示數減小時，由I知在電壓一定時電路的電阻增大，所以將滑動變阻器滑片向右移動；
（3）表格中第5次的功率值為：
P＝UI＝7.50V×1.50A＝11.25W；
（4）只通過一次實驗不能探究得出可靠的實驗結論，需要多次測量找普遍規律。
故答案為：（1）滑動變阻器；（2）右；（3）11.25；（4）不可靠、只通過一次實驗不能探究得出可靠的實驗結論，需要多次測量找普遍規律。
例8．（2021 嘉興）學習了電學知識后，某科學興趣小組開展制作“電熱水壺”的項目化學習。
【項目任務】制作一款電熱水壺。經過小組同學討論后確定電熱水壺的要求如下：
容積：1L；
功能：①加熱：②保溫；
性能：能在7分鐘內將1L水從20℃加熱到100℃（不計熱量損失）。
【方案設計】為實現上述功能，同學們利用兩個不同阻值的電阻（R1＜R2）進行設計，其中方案一如圖所示。利用方案一中的器材，請將方案二的電路補充完整。
【器材選擇】若該壺是按照方案一設計的，根據項目任務中的性能要求，選擇的加熱電阻阻值最大為多少歐姆？[Q吸＝cm（t﹣t0），c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
【方案反思】有同學認為電器設計還應考慮使用安全，從安全角度提出一條設計建議 　在加熱的支路上增加一個溫度控制開關　。
【項目制作】……
【解答】解：【方案設計】
方案一，電路中兩電阻串聯，閉合開關S后，當開關S1閉合時，電路為R1的簡單電路，電路的電阻較小，電功率較大，為加熱狀態；當開關S1斷開時，兩電阻串聯，電路的電阻較大，電功率較小，為保溫狀態；
開關轉換達到改變電路中電阻的大小，從而改變電熱水壺的電功率，以實現加熱和保溫功能；
為了實現上述功能，還可以將兩電阻并聯，通過開關轉換實現，電路圖如圖所示：
當閉合開關S時，為保溫狀態，再閉合S1為加熱狀態；
【器材選擇】
由題知，方案一中能在7分鐘內將1L水從20℃加熱到100℃，
水的質量：m＝ρV＝1×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，
水吸收的熱量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J，
不計熱量損失，電熱水壺消耗的電能：W＝Q吸，
電熱水壺的加熱率：P800W，
由P可得，R60.5Ω，
即選擇的加熱電阻阻值最大為60.5Ω；
【方案反思】
為了保證使用的安全，可以在加熱的支路上增加一個溫度控制開關，避免水加熱至沸騰后仍持續加熱。
故答案為：【方案設計】見上圖；
【器材選擇】方案一，選擇的加熱電阻阻值最大60.5Ω；
【方案反思】在加熱的支路上增加一個溫度控制開關。
例9．（2021 麗水）智能家居帶給我們健康、舒適的生活，如智能馬桶（圖甲），某品牌智能馬桶座圈的簡易加熱電路如圖乙所示，電阻R1和R2是阻值恒定的電熱絲，單刀雙擲開關S2可接a或b，再通過開關S1的通斷，實現“高、中、低”三種溫擋的調節，其中低溫擋的功率為20瓦，電阻R2為1210歐。
（1）座圈加熱時，把電能轉化為 　內　能；
（2）當開關S1閉合、S2接a時，該座圈的電路相當于下列選項中的 　C　；
（3）1千瓦時的電能可供該座圈低溫擋工作多少小時？
（4）該座圈處于中溫擋工作時的電功率為多少？
【解答】解：（1）座圈加熱時，把電能轉化為內能；
（2）當開關S1閉合、S2接a時，兩電阻并聯。
圖A為R1的簡單電路，圖B為兩電阻串聯的電路，圖C為兩電阻并聯的電路，故該座圈的電路相當于下列選項中的C；
（3）1千瓦時的電能可供該座圈低溫擋工作的時間t50h；
（4）當開關S1閉合、S2接a時，兩電阻并聯。總電阻最小，根據P＝UI可知此時總功率最大，為高溫擋，
閉合S1，S2接b時，電路為R1的簡單電路，總電阻較小，根據P＝UI可知此時總功率較大，為中溫擋，
當開關S1斷開、S2接b時，兩電阻串聯。總電阻最大，根據P＝UI可知此時總功率最小，為低溫擋；
該座圈處于低溫擋時，電路的總電阻R串2420Ω，則R1＝R串﹣R2＝2420Ω﹣1210Ω＝1210Ω，
該座圈處于中溫擋工作時的電功率P中溫40W。
故答案為：（1）內；（2）C；（3）1千瓦時的電能可供該座圈低溫擋工作50小時；
（4）該座圈處于中溫擋工作時的電功率為40W。
例10．（2021 金華）便攜式無線加濕器，讓你隨時隨地實現加濕自由。某品牌便攜式無線加濕器，通過旋轉開關S接觸不同觸點，實現高、低兩個擋位的轉換，其簡化的工作電路如圖所示，銘牌上的部分參數如下表：
項目 參數
工作電壓（V） 20
低擋位功率（W） 5
高擋位功率（W） 10
完成下列問題：
（1）旋轉開關S接觸“bc”兩觸點時，加濕器處于 　低　擋位；
（2）加濕器低擋位工作時，電路通過的電流多大？
（3）加濕器高擋位工作6小時，將消耗多少電能？
【解答】解：（1）旋轉開關S接觸觸點ab時，電路未接通；
旋轉開關S接觸觸點cd時，電路為R1、R2的并聯電路，總電阻較小，根據P＝UI可知總功率較大，
旋轉開關S接觸觸點bc時，電路為R2的簡單電路，總電阻較大，根據P＝UI可知總功率較小，加濕器處于低擋位；
（2）已知低擋位的功率為5W，加濕器低擋位工作時，電路通過的電流I0.25A；
（3）已知高擋位的功率為10W，加濕器高擋位工作6小時，將消耗的電能W＝P高t＝10W×6×3600s＝2.16×105J。
故答案為：（1）低；
（2）加濕器低擋位工作時，電路通過的電流為0.25A；
（3）加濕器高擋位工作6小時，將消耗2.16×105J的電能。
【習題鞏固】
一．選擇題（共7小題）
1．下列連接方法中，閉合開關后，在相同時間內虛線框里的電阻絲產生的總熱量最少的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：串聯電路總電阻大于任何一個分電阻，并聯電路的總電阻小于任何一個分電阻，
根據電阻串聯和并聯的特點可知，四個圖中電路的總電阻關系為：RC＞RB＞RA＞RD，
由題知，甲、乙、丙、丁四個電路兩端電壓相等，
由Qt可知，C圖中電路的總電阻最大，相同時間內產生的總熱量最少。
故選：C。
2．如圖是一個玩具汽車上的控制電路，小明對其進行測量和研究發現：電動機的線圈電阻為1Ω，保護電阻R為4Ω，當閉合開關S后，兩電壓表的示數分別為6V和2V，則（　　）
A．電路中的電流為 4A
B．電動機的功率為 16W，它兩端的電壓為 4V
C．1 分鐘在電阻 R 上產生熱量 60J，電動機消耗電能 120J
D．電動機工作時將機械能轉化為電能，若將電阻 R 換成滑動變阻器，可調節電動機的轉速
【解答】解：由電路圖中可知，電動機與保護電阻串聯，電壓表V1測量電源電壓；電壓表V2測量保護電阻R兩端的電壓；
（1）由題意可知，閉合開關后，電阻R兩端的電壓為2V，
則通過電阻R的電流：
I0.5A；
因為串聯電路電流處處相等，
電路中的電流為0.5A，故A錯誤；
（2）電壓表V1測量電源電壓，則結合題中數據可知，電源電壓為6V，
因為串聯電路總電壓電壓各用電器電壓之和，
所以電動機的電壓為：UM＝U﹣UR＝6V﹣2V＝4V，
電動機的功率為：
PM＝UMI＝4V×0.5A＝2W；故B錯誤；
（3）1分鐘在電阻R上產生的熱量：
Q＝I2Rt＝（0.5A）2×4Ω×60s＝60J；
1 分鐘電動機消耗電能：
W＝UMIt＝4V×0.5A×60s＝120J；故C正確；
（4）電動機工作時把電能轉化成機械能；將電阻R換成滑動變阻器，可以調節電路中電流的大小，從而起到調節電動機轉速的作用，故D錯誤。
故選：C。
3．如圖所示是一個電吹風的實物連接圖，其中發熱電阻絲的阻值為50Ω，電吹風吹冷風時，測得插頭處的電流表為0.2A。當此電吹風吹熱風時，正常工作2分鐘，消耗的電能是（　　）
A．5050J B．240J C．116160J D．121440J
【解答】解：電吹風吹冷風時，只有電動機工作，電路中電壓是220V，插頭處電流為0.2A，
則電吹風消耗的電功率：PM＝UI＝220V×0.2A＝44W，
電吹風吹熱風時，電動機和電熱絲都工作，并且是并聯，
電熱絲的功率：P絲968W
此時電吹風的總功率：P總＝PM+P絲＝44W+968W＝1012W
正常工作2min，消耗的電能：W＝P總t＝1012W×120s＝121440J。
故選：D。
4．如圖所示，將三個相同空燒瓶口分別用完全相同的氣球密封，將多個阻值相同的電阻R以不同的連接方式接入電路中，通電一段時間后體積變化最大的氣球是（　　）
A．a B．b C．c D．三個相同
【解答】解：
由圖可知，三個燒瓶的電阻（相同的電阻R）以不同方式接入電路中時是串聯的，所以通過電流相等，通電時間也相等，
由電阻的串聯和并聯特點知，電阻串聯后電阻最大，并聯后電阻最小，即被b氣球密封的燒瓶里的電阻最大，由Q＝I2Rt可知這個燒瓶里電阻放出熱量最多，瓶中氣體溫度最高，氣球的體積變化最大。
故選：B。
5．圖甲是一款車載USB充電器，工作原理如圖乙，閉合S后穩壓元件兩端電壓恒為U，可為手機等提供穩定的充電電壓，汽車電源電壓為U總（U總＞U），R為定值電阻，其消耗的電功率為P，則下列關于P﹣U總圖象的變化正確的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：由歐姆定律和P＝UI可得，R消耗的電功率：P＝URIUU總，顯然R消耗的電功率P隨電源總電壓U總變化關系為二次函數圖象，由數學知識知，圖象為拋物線，并且開口朝上，故A正確，BCD錯誤。
故選：A。
6．為了探究電流產生的熱量跟什么因素有關，某同學設計了如圖所示的裝置。將兩段阻值不同的電阻絲分別密封在兩個完全相同的小塑料盒中，塑料盒內分別插著相同的溫度計，電源電壓不變。閉合開關，相同時間內A的溫度計溫度上升快，則下列說法不正確的是（　　）
A．相同時間內電阻R1產熱量多
B．電阻R1＞R2
C．R1兩端電壓大于R2兩端的電壓
D．該實驗為探究電流產生的熱量與電流大小是否有關
【解答】解：
根據圖可知，該電路為串聯電路，在串聯電路中各處的電流是相同的；相同時間內A的溫度計溫度上升快，說明R1產生的熱量多，在電流和通電時間相同時，電阻越大，產生的熱量越多，即電阻R1＞R2；電流和通電時間相同，電阻不同，所以探究的是電流產生的熱量與電流大小是否有關；根據U＝IR可知，R1兩端電壓大于R2兩端的電壓，故ABC正確，D錯誤；
本題選錯誤的；
故選：D。
7．多功能煲湯燉鍋可以實現保溫、慢燉、快燉三種功能，使用時可通過旋鈕開關實現功能切換。下圖是模擬加熱原理圖，其中測試電源的電壓為5伏，四段電熱絲電阻均為5歐，保溫、慢燉、快燉所需加熱功率依次增大。下列說法正確的是（　　）
A．開關旋至“1”擋，開啟快燉功能
B．開啟保溫功能，電路中的總電阻為5歐
C．從快燉到慢燉，電路總電流變化0.5安
D．快燉與慢燉電路總功率之比為2：1
【解答】解：
A、開關旋至“1”擋，兩個電阻串聯，此時電路總電阻：R串＝2R＝2×5Ω＝10Ω；
此時的總功率P12.5W；
開關旋至“2”擋，只有一個電阻工作，
此時的總功率P25W；
開關旋至“3”擋，兩個電阻并聯，并聯的電阻為：R并R5Ω＝2.5Ω，
此時的總功率P310W；
因此開關旋至“1”擋，為保溫擋；接“2”時為慢燉，接“3”時為快燉，故A錯誤；
B、開關旋至“1”擋，為保溫擋，總電阻為10Ω，故B錯誤；
C、快燉時，兩個電阻并聯，總電流為：I并2A；
慢燉時，只有一個電阻，總電流為：I1A；
則從快燉到慢燉，電路總電流變化：△I＝I并﹣I＝2A﹣1A＝1A，故C錯誤；
D、快燉與慢燉電路總功率之比：P3：P2＝10W：5W＝2：1，故D正確。
故選：D。
二．填空題（共3小題）
8．甲、乙兩個相同的燒瓶里分別裝有等質量的水和煤油，在水和煤油中放入完全相同的電阻絲，現把兩個電阻絲串聯起來，組成如圖所示的電路，閉合開關一段時間，通過溫度計觀察水和煤油的溫度上升。
（1）水上升的溫度（Δt水）與煤油上升的溫度（Δt油）的大小關系是Δt水　小于　Δt油（選填“大于”、“等于”或“小于”）。
（2）移動滑動變阻器滑片，繼續觀察，發現水和煤油的溫度升高得更快，那么滑動變阻器滑片在向 　A　（選填“A”或“B”）移動。
【解答】解：（1）兩個完全相同電阻絲串聯接入電路中，電流相等，由Q＝I2Rt可知兩電阻絲產生的熱量相同，水的比熱容比煤油大，所以質量相等的水和煤油，吸收相同的熱量，水的比熱容大，吸收能力大，溫度上升的少，故是Δt水 小于Δt油；
（2）移動滑動變阻器滑片，繼續觀察，發現水和煤油的溫度升高得更快，說明電流產生的熱量多，由Q＝I2Rt可知，是電路中電流變大，所以電路中的電阻變小，即滑片向A端移動。
故答案為：小于；A。
9．如圖所示，利用電動機通過滑輪組（虛線框內的滑輪組未畫出）依次拉動物體A、B。圖中效率為60%的電動機拉繩子的功率為50W且保持不變，不計繩重與摩擦，動滑輪的總重力為6N，拉動A向右做勻速直線運動時，所受阻力為48N，電動機拉繩的力為F1，此過程中，A所受的拉力與阻力的大小 　相等　（填“相等”或“不相等”），電動機工作1min消耗的電能為 　5000　J。拉動B向右做勻速直線運動時，B所受阻力為36N，電動機拉繩的力為F2，F2比F1小4N，此時電動機拉繩的力F2為 　14　N。（電動機的效率為電動機輸出的有用機械功與電流做的總功的比值）
【解答】解：（1）拉動A向右做勻速直線運動，A處于平衡狀態，由二力平衡條件可知，A所受的拉力與阻力的大小相等，為48N；
（2）已知電動機的效率為60%，電動機拉繩子的功率P＝50W，
則電動機的電功率P′W，
由P可得，電動機工作3s消耗的電能W＝P′tW×1×60s＝5000J；
（3）依次拉動物體A、B，電動機的效率都為60%，
不計繩重與摩擦，設動滑輪上繩子的有效股數為n，則：
F1（fA+G動）﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
F2（fB+G動）﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由題知F2+4N＝F1﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③，
且已知fA＝48N、fB＝36N、G動＝6N，再聯立①②③式，解得F2＝14N。
故答案為：相等；5000；14。
10．一只標有“6V　3.6W”的小燈泡和一個定值電阻“10Ω0.5A”，通過它們的電流隨兩端電壓的變化關系如圖所示，若把它們并聯接入3V的電路中，則電路的總功率為　2.4　W．若把它們串聯在一個電路中，小燈泡的最大功率為　1.5　W。
【解答】解：（1）由I﹣U圖象可知，U＝3V時，通過燈泡的電流IL＝0.5A，通過電阻的電流IR＝0.3A，
電路總電流I＝IL+IR＝0.5A+0.3A＝0.8A，電路總功率P＝UI＝3V×0.8A＝2.4W；
（2）∵P＝UI，
∴燈泡正常發光時的電流：
IL額0.6A，
由題意知，電阻允許通過的最大電流是0.5A，當燈泡與電阻串聯時，
電路的最大電流應等于電阻允許通過的最大電流I′＝0.5A，由I﹣U圖象可知，
此時燈泡兩端電壓UL′＝3V，
燈泡與電阻串聯時的最大功率：
P＝UL′I′＝3V×0.5A＝1.5W；
故答案為：2.4；1.5。
三．實驗探究題（共6小題）
11．為了測定小燈泡的電功率，小明利用電壓恒為3伏的電源、滑動變阻器、標有“2.5V”字樣的小燈泡等器材按圖甲方式連接電路進行實驗，閉合開關并移動滑片P，獲得相關數據如表：
實驗序號 電壓/伏 電流/安 電功率/瓦
1 2.0 0.18 0.36
2 2.5 0.50
3 3.0 0.22 0.66
（1）完成實驗2后，要想獲得實驗3的數據，則實驗中滑片P的移動情況是 　向左移動　。
（2）請分析表中數據，確定小燈泡正常發光時電流表的示數為　0.2A　，并在圖乙中畫出此時電流表指針位置。
（3）在滑動變阻器滑片移動過程中，電路消耗的總功率、小燈泡的功率隨電流變化如圖丙所示，請判斷隨電流增大，滑動變阻器的功率大小變化是 　先增大，后減小為零　。
【解答】解：
（1）由表格數據可知，實驗3中燈泡兩端的電壓值大于實驗2中燈泡兩端的電壓值，而電源電壓不變，且U＝U滑+UL，故完成實驗2后，要想獲得實驗3的數據（即增大燈泡兩端的電壓），應減小滑動變阻器兩端的電壓，根據串聯分壓特點可知，應減小滑動變阻器接入電路的阻值，則由圖甲可知滑片P應向左移動；
（2）小燈泡的額定電壓為2.5V，從表中可知，小燈泡正常發光時的額定功率為0.5W，
根據P＝UI可知小燈泡正常發光時電流表的示數I0.2A；圖乙電流表選擇小量程，電流表指針位置如圖所示：
（3）電路消耗的總功率P總＝P滑+P燈，則滑動變阻器消耗的功率P滑＝P總﹣P燈，從圖丙中可知，在電流逐漸增大的過程中，P總與P燈的差先增大，后減小為零，故滑動變阻器的功率大小變化是先增大，后減小為零。
故答案為：（1）向左移動；（2）0.2A；如上圖所示；（3）先增大，后減小為零。
12．小科同學利用電流表和電阻箱測量小燈泡的功率，設計并連接了如圖甲所示的實物電路。
（1）閉合開關S1，將單刀雙擲開關S2扳向“1”，調節滑動變阻器的阻值使電流表的示數為I1，如圖乙所示，I1＝　0.2　A。
（2）將開關S2扳向“2”，保持滑動變阻器的阻值不變，調節電阻箱的阻值R，使電流表的示數仍為I1，此時R＝5Ω。
（3）步驟（1）小燈泡的實際功率P1＝　0.2　W；
（4）在實際測量中，若小燈泡的額定電流為I0＝2I1，以下關于燈泡額定功率P0與實際功率P1的數值關系，你認為可能的是 　D　。
A.P0＝2P1
B.P0＝3P1
C.P0＝4P1
D.P0＝5P1
【解答】解：（1）閉合開關S1，將開關S2扳向“1”，滑動變阻器與燈泡串聯，如圖乙所示，電流表量程為0～0.6A，分度值為0.02A，則電流表的示數為I1＝0.2A；
（2）將開關S2扳向“2”，保持滑動變阻器的滑片位置不變，使滑動變阻器接入電路的阻值不變，調節電阻箱連入電路的阻值，當電流表示數為I1時，此時電阻箱連入電路的電阻與上次實驗中電流為I1時燈絲電阻相同；故燈泡的電阻R1＝5Ω；
（3）由（2）知燈絲中電流為I1時，燈絲的阻值R＝5Ω，則小燈泡的實際功率：P實＝I12R＝（0.2A）2×5Ω＝0.2W；
（4）若小燈泡的額定電流為I0＝2I1，假設燈泡的阻值不變，則P額＝I02R＝（2I1）2R＝4I12R＝4P1。
由于燈泡的阻值不是定值，會隨溫度的升高而變大，所以，當燈泡在正常工作時，燈泡的阻值變
大，則額定功率P0＞P額＝4P1，所以最有可能的額定功率值P0＝5P1。
故選：D。
故答案為：（1）0.2；（3）0.2；（4）D。
13．電爐絲正常工作時，導線和電爐絲通過的電流相同，但電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱。為探究其原因，小樂設計了如圖所示的實驗電路，其中R1＞R2。
（1）用筆畫線代替導線將實驗電路連接完整。
（2）為了在較短的時間內達到明顯的實驗效果，燒瓶中應加入等量的 　煤油　（選填“水”或“煤油”）；實驗中通過 　溫度計示數的變化　（選填“加熱時間”或“溫度計示數的變化”）來反映電阻絲產生熱量的多少。
（3）實驗表明：在電流和通電時間相同時，電阻越大，電流產生的熱量越多。則“電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱”的原因是 　電爐絲與導線是串聯的，電流和通電時間相等，根據Q＝I2Rt，電阻越大，產生的熱量越多，而電爐絲的電阻遠大于導線的電阻　。
【解答】解：
（1）電爐絲正常工作時，導線和電爐絲通過的電流相同，通電時間也相同，但電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱，這說明導體產生的熱量與導體的電阻的大小有關，探究該問題時，需要控制電流和通電時間相同，故需要兩個電阻絲串聯在電路中，如圖所示：
；
（2）煤油的比熱容比水小，質量相等且吸收相同熱量時，煤油上升的溫度比水更快，實驗現象更明顯，故選用的是煤油；根據轉換法，實驗中煤油吸熱的多少是通過溫度計示數的變化來反映的；
（3）電爐絲與導線是串聯的，電流和通電時間相等，根據Q＝I2Rt，電阻越大，產生的熱量越多，電爐絲的電阻遠大于導線的電阻，所以在相同的時間內，電爐絲產生的熱量較多，電爐絲熱得發紅，而與電爐絲連接的導線卻幾乎不發熱。
故答案為：（1）如圖所示：（2）煤油；溫度計示數的變化；（3）電爐絲與導線是串聯的，電流和通電時間相等，根據Q＝I2Rt，電阻越大，產生的熱量越多，而電爐絲的電阻遠大于導線的電阻。
14．某品牌酸奶機的部件如圖甲所示，工作電路如圖乙所示，其中R1與R2為電熱絲。接入電路，啟動工作即為閉合開關S1，進入加熱狀態，此時的功率為20W；當溫度達到42℃時，溫控開關S2自動斷開，功率減小到4W，此后設備達到熱平衡，溫度保持42℃不變（不考慮溫度對電阻的影響）。
小樂利用此酸奶機按如下方式制取酸奶：
①將酸奶機的不銹鋼內膽放在開水中煮5分鐘；
②將新鮮純牛奶倒入酸奶機，然后加入適量酸奶；
③蓋上酸奶機的頂蓋，讓內部處于密封狀態，打開電源開關。
（1）組成酸奶機部件的材料中，屬于金屬材料的是　不銹鋼　（選填“玻璃”“塑料”或“不銹鋼”）。
（2）在制作酸奶過程中，步驟①和步驟③的目的分別是　高溫可以殺菌，防止雜菌的污染；達到適宜的溫度和缺氧的環境　。
（3）該酸奶機電熱絲R2的阻值為　3025　Ω；若加熱時的效率為75%，則將240g的混合牛奶（鮮奶和酸奶的混合物）從22℃加熱到42℃大約需要　800　s。[混合牛奶的比熱容始終為2.5×103J/（kg ℃）；不考慮加熱過程中熱量散失的影響]
【解答】解：（1）玻璃是由無機非金屬材料制成的；塑料是由合成材料制成的；不銹鋼是由金屬材料制成的；
（2）①制作酸奶時，對材料進行煮沸處理，高溫可以殺菌，防止雜菌的污染；
③乳酸菌大量繁殖所需要的基本外界條件：適宜的溫度、缺氧的環境（氧氣能抑制乳酸菌的繁殖），還有水和充足的有機物，所以蓋上酸奶機的蓋子，打開開關，目的讓內部處于密封狀態從而達到適宜的溫度和缺氧的環境；
（3）由電路圖可知，S1、S2均閉合時為并聯電路，電路總電阻較小，由P＝UI可知，此時為高溫擋；S1閉合，S2斷開時，電路總電阻較大，由P＝UI可知，為保溫擋；
R2的功率：P2＝P高﹣P保＝20W﹣4W＝16W，
由P＝UI可知R2的阻值為：
R23025Ω；
（4）牛奶吸收的熱量：
Q吸＝c牛奶m△t＝2.5×103J/（kg ℃）×240×10﹣3kg×（42℃﹣22℃）＝12000J，
由η可得消耗的電能：
W16000J，
由W＝Pt可得加熱時間為：
t800s。
答：（1）不銹鋼；
（2）高溫可以殺菌，防止雜菌的污染；達到適宜的溫度和缺氧的環境；
（3）電阻絲R2的阻值為3025Ω；如果該酸奶機加熱時的效率為75%，則將240g牛奶加從22℃
熱到42℃大約需要800s。
15．在“測定小燈泡額定功率”的實驗中，電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V。
（1）小明在連接實驗電路時還有導線未接上，如圖甲所示，請用筆畫線代替導線把圖甲中的電路連接好；
（2）在閉合開關前，滑動變阻器的滑片應該移到　A　（填“A”或“B”）端；
（3）實驗時，要使小燈泡正常發光，應移動滑動變阻器的滑片使電壓表的示數為3.8V，此時電流表的示數如圖乙所示，那么小燈泡的額定功率是　2.66　W。
【解答】解：（1）因為燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表量程選擇0～15V；將電壓表“15”接線柱與燈泡的右接線柱相連，如下圖所示：
；
（2）連接完電路時，閉合開關前，需將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，即將滑片放在A端；
（3）要使小燈泡正常發光，應移動滑動變阻器的滑片使電壓表的示數等于燈泡的額定電壓3.8V；
根據圖乙可知，電流表量程為0～3A，分度值為0.1A，示數為0.7A；
燈泡的額定功率：P＝UI＝3.8V×0.7A＝2.66W。
故答案為：（1）如圖；（2）A；（3）2.66。
16．在一次測量小燈泡額定功率的實驗中，所用電源由兩節新干電池串聯組成，小燈泡上標有“2.5V”字樣（小燈泡額定功率約為0.7W）。聰明而粗心的小鵬連接了如圖甲所示的電路。
（1）同組的小張發現電路連接有錯，如果閉合圖甲所示電路的開關，電壓表的示數約為　3　V，小燈泡的發光情況為　不發光　（選填“正常發光”、“亮度較暗”或“不發光”）。
（2）小張主張拆了以后重新連接，可是時間來不及了，小鵬眼珠一轉，在圖甲電路中只改變了某根導線一端的接點位置，就能測量電路中小燈泡額定功率。請在圖甲中錯誤的導線上畫“×”，并畫出小鵬改動的那條導線。
（3）故障排除后，小張從滑動變阻器接入電路阻值最大時開始記錄數據，得到小燈泡的U﹣I圖像，如圖所示，測得小燈泡的額定功率是0.75W，所用滑動變阻器的規格是下列四個選項中的　C　。
A.5Ω，2A
B.15Ω，2A
C.25Ω，2A
D.30Ω，2A
（4）有的同學認為該實驗可以用來探究導體中的電流與電壓的關系，你認為這種說法　不合理　（選填“合理”或“不合理”）。理由是　探究導體中的電流與電壓的關系要控制電阻大小不變，而燈的電阻隨溫度的變化而變化　。
【解答】解：（1）甲圖中，電流表與變阻器并聯，電壓表串聯在電路中測電源電壓，如果閉合圖甲所示電路的開關，電壓表的示數約為3V，因電壓表內阻很大，故電路的電流為0，小燈泡的發光情況為不發光；
（2）電流表應與串聯在電路中，電壓表與燈并聯，如下圖所示：
（3）小張從滑動變阻器接入電路阻值最大時開始記錄數據，此時電路的電流最小，根據小燈泡的U﹣I圖像知，此時的電流為0.1A，對應的電壓為0.5V，根據串聯電路規律及歐姆定律，變阻器連入電路的最大電阻為：
R滑25Ω，選用滑動變阻器C；
（4）這種說法不合理，探究導體中的電流與電壓的關系要控制電阻大小不變，而燈的電阻隨溫度的變化而變化。
故答案為：（1）3； 不發光；（2）如上圖所示；（3）C； （4）不合理；探究導體中的電流與電壓的關系要控制電阻大小不變，而燈的電阻隨溫度的變化而變化。
四．計算題（共3小題）
17．電壓力鍋結合了壓力鍋和電飯鍋的優點，解決了壓力鍋的安全問題，如圖是某品牌的電壓力鍋和它的簡化電路圖，R1為工作時的加熱電熱絲，額定功率為800W；R2為保溫保壓電熱絲，且R2＝4R1，使用時同時閉合開關S1、S2，S1為壓力開關，當壓強達到設定值時S1會自動斷開，排氣閥開始排氣；S2為限時開關，可以設定保溫保壓時間。
（1）電壓力鍋工作時，把電能轉化為 　內　能；
（2）加熱功率為額定功率800W時，電阻絲R1的阻值為多少歐姆？
（3）用電壓力鍋煮骨頭湯時食物更容易煮透。假設某次要煮水和骨頭共計4千克，水的初溫20℃，不計熱損失，加熱到最高溫度120℃時，至少需要多少時間？（c水＝4.2×103J/（kg ℃），設骨頭的比熱容與水相同）
【解答】解：（1）電能的轉化是通過電流做功實現的，電壓力鍋是把電能轉化為內能來工作的；
（2）R1工作時，其兩端的電壓U1＝220V，根據P可知，R160.5Ω；
（3）使用時同時閉合S1、S2，則R1與R2并聯，
因并聯電路中各支路兩端的電壓相等，
所以，由P可得，它們之間的功率之比：
，
則P2200W，
加熱時的功率：
P＝P1+P2＝800W+200W＝1000W，
水和骨頭吸收的熱量：
Q吸＝cm（t﹣t0）
＝4.2×103J/（kg ℃）×4kg×（120℃﹣20℃）
＝1.68×106J，
由W＝Q吸＝Pt可得，加熱時間：
t1680s。
答：（1）內；
（2）電阻絲R1的阻值為60.5Ω；
（3）加熱到最高溫度最少需要1680s。
18．某興趣小組設計的“溫度控制器”工作時有加熱和保溫兩種狀態。電路如圖所示，S為開關，雙金屬開關在溫度低時閉合，溫度到達一定值時自動斷開，降溫后再閉合，循環工作，起到調節溫度作用，指示燈的額定電壓為200V，且亮起即正常工作，發熱電阻阻值為40Ω。求：
（1）當指示燈亮時，溫度控制器處于　保溫　狀態。
（2）指示燈的電阻值。
（3）加熱狀態時，溫度控制器工作1分鐘所消耗的電能。
【解答】解：（1）當指示燈亮時，指示燈與發熱電阻串聯，電路中的總電阻最大，
由P＝UI可知，電路的總功率最小，溫度控制器處于保溫狀態；
（2）當指示燈亮時，兩端的電壓UL＝200V，
因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，發熱電阻兩端的電壓：
UR＝U﹣UL＝220V﹣200V＝20V，
因串聯電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流：
I，
即，
解得：RL＝400Ω；
（3）雙金屬開關閉合時，電路為發熱電阻的簡單電路，則溫度控制器工作1分鐘所消耗的電能：
W＝UI′t1×60s＝7.26×104J。
答：（1）保溫；
（2）指示燈的電阻值為400Ω；
（3）加熱狀態時，溫度控制器工作1分鐘所消耗的電能為7.26×104J。
19．某品牌電加熱座椅墊內部電路如圖所示，S接觸“2”或“3”觸點時，可實現“低溫”或“高溫”擋位調節，已知低溫擋功率為9W，高溫擋功率為36W。求：
（1）在“高溫”擋工作時，電路中的電流。
（2）在“低溫”擋工作時，5min電路消耗的總電能。
（3）R1的阻值。
【解答】解：（1）電源電壓U一定，由P可知，電阻越大，電功率越小；由電路圖可知，開關S接觸“2”，兩電阻串聯，此時功率較小，處于低溫擋；S接觸“3”，只有電阻R1接入電路，此時處于高溫擋；
已知高溫擋功率P高＝36W，電源電壓U＝12V，由P＝UI可得，
在“高溫”擋工作時，電路中的電流I3A；
（2）已知低溫擋功率P低＝9W，由P可得，
5min電路消耗的總電能W＝P低t＝9W×5×60s＝2700J；
（3）由電路圖可知，S接觸“3”，只有電阻R1接入電路，此時處于高溫擋；
由P可得，
電阻R14Ω；
答：（1）在“高溫”擋工作時，電路中的電流為3A。
（2）在“低溫”擋工作時，5min電路消耗的總電能為2700J。
（3）R1的阻值為4Ω。
五．解答題（共1小題）
20．隨著生活條件的改善，人們更加注意家居環境的美化，如圖所示甲是帶有水溫調節功能的家庭水族箱。該水族箱的魚缸水溫調節器工作原理如圖乙所示：其中R1為阻值可調的電熱絲，R2為定值電熱絲，R2＝400歐，開關S2為單刀雙擲開關，不考慮溫度對電阻的影響。試問：
（1）如圖乙所示可知：當開關S1閉合，S2接b時，電路處于 　加熱　狀態（填“保溫”或“加熱”）；
（2）當開關S1閉合，S2接a時，若電路消耗功率P＝48.4W，則電熱絲R1連入電路的阻值應為多少？
（3）當開關S1閉合，S2接a時，調節滑片得到R1的功率隨電路中電流變化的圖象如圖丙所示，求R1接入電阻最大時R1的功率為多少？
【解答】解：
（1）當開關S1閉合、S2接b時，電路為R2的簡單電路；開關S1斷開、S2接a時，兩電阻串聯；
根據電阻的串聯規律可知，串聯電路的總電阻大于其中任一電阻，根據P＝UI可知，當開關S1閉合、S2接b時，總電阻最小，電功率最大，為加熱狀態；
（2）開關S1斷開、S2接a時，兩電阻串聯，電路處于保溫狀態時，等效電路圖如下圖所示：
由P＝UI得電路的總電阻：
R1000Ω，
則根據串聯電路的電阻特點可得R1連入電路的阻值：
R1＝R﹣R2＝1000Ω﹣400Ω＝600Ω；
（3）當電路處于保溫狀態且R1接入電阻最大時，電路中的電流最小，由圖丙可知，最小電流為：I最小＝0.05A，
則此時總功率為：P總＝UI最小＝220V×0.05A＝11W，
此時R2的功率：
P2＝I最小2R2＝（0.05A）2×400Ω＝1W，
所以，滑動變阻器消耗的電功率：P滑＝P總﹣P2＝11W﹣1W＝10W。
答：（1）加熱；
（2）當電路處于保溫狀態時，若電路消耗功率P＝48.4W，則電熱絲R1連入電路的阻值應為400Ω；
（3）當電路處于保溫狀態時，調節滑片得到R1的功率隨電流變化的圖象如圖丙所示，R1接入電阻最大時R1的功率為10W。專題25　電功　電功率
【思維導圖】
【知識點回顧】
一、電功
電功的實質：電流做功的過程就是________轉化為________的過程。
單位為________(簡稱焦，符號為J)、千瓦時(kW·h)。
換算：1kW·h＝________J。
影響電功大小的因素有電壓、________和通電________。
電流做功的過程實際上就是電能轉化為其他形式能量的過程，電流做了多少功就有多少________轉化為其他形式的能。
電能計算公式為：________，對純電阻性用電器，電功還可用公式________計算。
測量電功的儀表是________(電度表或千瓦時計)，計數器上前后兩次讀數之差就是這段時間內消耗的千瓦時數。
二、電功率
電流在單位時間內所做的功叫________，是用來表示________的物理量。
單位：瓦特(簡稱瓦，符號為W)，千瓦(kW)。1kW＝1000W。
電功率計算公式為：P＝________、P＝________。對于純電阻性用電器，電功率還可用公式P＝________、P＝________計算。
1．額定功率：用電器在________下工作時所消耗的電功率。
2．用電器只有在額定電壓下工作時，實際功率等于額定功率。燈泡的亮度取決于燈的________電功率。
以燈泡為例：PZ220V　25W
PZ表示普通照明燈泡，220V表示額定電壓為220V，25W表示該燈泡的額定功率為25W。
三、測定小燈泡的電功率
原理為________。
考點14　測定小燈泡的額定功率和實際功率，收集和整理實驗數據得出實驗結論　
調節滑動變阻器，當電壓表讀數不等于額定電壓時，可測實際功率；當電壓表讀數________額定電壓時，可測額定功率。
四、電流的熱效應
考點15　知道電路具有熱效應　a
；概述探究影響電流熱效應因素實驗的原理和涉及的科學方法　
1．電流熱效應
電流通過導體時，____________能轉化為____________能，這種現象叫做電流的熱效應。
2．用控制變量法進行研究
在電流相同，通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產生的熱量越多。
在電阻相同，通電時間相同的情況下，通過電阻的電流越大，這個電阻產生的熱量越多。
考點16　說出焦耳定律的內容和數學表達式　；應用焦耳定律解決簡單問題　
焦耳定律：電流通過導體產生的熱量，跟____________的平方、導體的____________和通電時間成正比。
表達式：Q＝____________
【例題精析】
例1．（2021 衢州）綠色生態理念要求人們注重環保節能。如圖是額定功率為5W的LED燈與60W的白熾燈，LED燈直接把電轉化為光，白熾燈由燈絲通電加熱發光，正常工作時，它們亮度相同。
（1）使用 　 　燈照明更符合綠色生態理念；
（2）兩燈都正常工作時，相等時間內通過LED燈和白熾燈的電流所做的功之比為 　 　。
例2．（2021 溫州）疫情期間只允許體溫正常的師生進入校園，為此，小明設計了一款“智能門禁”，能檢測體溫并進行人臉識別。工作原理為：
①若體溫正常開關S1閉合，人臉識別成功開關S2閉合，電動機M工作（門打開），警示燈不亮；
②若體溫異常S1不閉合，人臉識別成功S2閉合，電動機M不工作且警示燈亮起；
③不管體溫是否正常，若人臉識別失敗S2不閉合，電動機M不工作且警示燈不亮。
（1）下列電路設計符合要求的是 　 　。（可多選）
（2）若警示燈工作時，兩端電壓為3伏，電阻為10歐，其工作時的功率為 　 　瓦。
例3．（2020 溫州）小明觀察了小區入口的車輛出入自動控制閘，發現當車牌被識別系統識別后，綠燈亮，欄桿抬起，車輛通行。于是他設計了如圖所示的模擬電路，車牌識別成功相當于圖中開關S閉合。
（1）已知該電路電源電壓為6伏，指示燈L工作時的阻值為5歐，滑動變阻器接入電路的阻值為10歐，線圈阻值不計。閉合開關后，線圈吸住鐵柱時，指示燈的功率為　 　瓦。
（2）若電源電壓下降，欄桿不能抬起。除了更換電池外，請你再寫出一種能使欄桿正常抬起的方法。　 　。
例4．（2020 衢州）小科測量額定電壓為2.0V小燈泡的電功率，電路圖如圖甲所示，電源為兩節干電池，利用測得數據繪制圖象如圖乙、丙所示，圖中x為滑片P移動的距離。
（1）當滑片P移動的距離為a時，圖丙中電流突然變小的原因是　 　。
（2）該小燈泡的額定功率是　 　。
例5．（2021 杭州）小金利用如圖甲所示的電路來測量小燈泡的額定功率。小燈泡額定電壓為2.5V，電源電壓恒定。
（1）依據圖甲，請在答題卷上用筆畫線代替導線，將圖乙中的實物圖補充完整。
（2）小金正確連接實物電路，閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片至某位置時，電壓表示數如圖丙所示，此時燈泡兩端電壓為 　 　V。接下來調節滑動變阻器的滑片向 　 　（選填“A”或“B”）端移動，直至小燈泡正常發光。
例6．（2021 紹興）在“測量小燈泡的功率”實驗中，電源為2節干電池，小燈泡標有“2.5V”字樣。
（1）按圖甲方式連接好電路，小敏剛要閉合開關時，同組同學提醒他的操作有一個不妥之處，請你幫他指出：　 　。
（2）閉合開關后，無論怎樣調節滑動變阻器，小敏發現小燈泡始終不發光，電壓表示數接近于3V保持不變，電流表示數始終為零，則故障原因可能是 　 　。
（3）排除故障后，小敏閉合開關進行實驗，當電壓表示數為2.5V時，電流表示數如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為 　 　W。
（4）實驗結束后，小組同學對測量結果進行誤差分析，考慮到電壓表中也有電流通過，該電路所測小燈泡的額定功率與真實值相比 　 　（選填“偏大”或“偏小”）。
例7．（2021 麗水）小科開展了課外探究活動：串聯電路中，滑動變阻器的電功率與其接入電路電阻的關系。
【建立猜想】猜想1：滑動變阻器的電功率會隨其接入電路電阻的增大而增大；
猜想2：滑動變阻器的電功率會隨其接入電路電阻的增大而減小；
猜想3：滑動變阻器的電功率會隨其接入電路電阻的增大先增大后減小。
【進行實驗】將5歐的定值電阻R0、“10Ω 3A”的滑動變阻器R、電壓恒為15伏的電源、數字電流表和電壓表、開關、若干導線按如圖甲所示電路圖連接。
（1）圖甲中電壓表測 　 　兩端的電壓；
（2）實驗中，將滑動變阻器滑片向 　 　移動（填“左”或“右”），電流表示數變小；
（3）實驗中，R分別取0歐、1歐……10歐接入電路，觀察記錄并處理數據，得到下表，請將表中缺失的數據補充完整；
R阻值/歐 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
電流/安 3.00 2.50 2.14 1.88 1.67 1.50 1.36 1.24 1.14 1.06 1.00
電壓/伏 0.00 2.50 4.28 5.64 6.68 7.50 8.16 8.68 9.12 9.54 10.00
電功率/瓦 0.00 6.25 9.16 10.60 11.16 11.25 11.10 10.76 10.40 10.11 10.00
【得出結論】根據實驗數據，作出滑動變阻器的電功率隨其接入電路電阻變化的曲線（如圖乙），小科得出結論：猜想3成立，且當R＝R0時，滑動變阻器的電功率最大。
【交流評價】
（4）小科只通過上述探究得出實驗結論可靠嗎？并說明理由 　 　。
例8．（2021 嘉興）學習了電學知識后，某科學興趣小組開展制作“電熱水壺”的項目化學習。
【項目任務】制作一款電熱水壺。經過小組同學討論后確定電熱水壺的要求如下：
容積：1L；
功能：①加熱：②保溫；
性能：能在7分鐘內將1L水從20℃加熱到100℃（不計熱量損失）。
【方案設計】為實現上述功能，同學們利用兩個不同阻值的電阻（R1＜R2）進行設計，其中方案一如圖所示。利用方案一中的器材，請將方案二的電路補充完整。
【器材選擇】若該壺是按照方案一設計的，根據項目任務中的性能要求，選擇的加熱電阻阻值最大為多少歐姆？[Q吸＝cm（t﹣t0），c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
【方案反思】有同學認為電器設計還應考慮使用安全，從安全角度提出一條設計建議 　 　。
【項目制作】……
例l9．（2021 麗水）智能家居帶給我們健康、舒適的生活，如智能馬桶（圖甲），某品牌智能馬桶座圈的簡易加熱電路如圖乙所示，電阻R1和R2是阻值恒定的電熱絲，單刀雙擲開關S2可接a或b，再通過開關S1的通斷，實現“高、中、低”三種溫擋的調節，其中低溫擋的功率為20瓦，電阻R2為1210歐。
（1）座圈加熱時，把電能轉化為 　 　能；
（2）當開關S1閉合、S2接a時，該座圈的電路相當于下列選項中的 　 　；
（3）1千瓦時的電能可供該座圈低溫擋工作多少小時？
（4）該座圈處于中溫擋工作時的電功率為多少？
例10．（2021 金華）便攜式無線加濕器，讓你隨時隨地實現加濕自由。某品牌便攜式無線加濕器，通過旋轉開關S接觸不同觸點，實現高、低兩個擋位的轉換，其簡化的工作電路如圖所示，銘牌上的部分參數如下表：
項目 參數
工作電壓（V） 20
低擋位功率（W） 5
高擋位功率（W） 10
完成下列問題：
（1）旋轉開關S接觸“bc”兩觸點時，加濕器處于 　 　擋位；
（2）加濕器低擋位工作時，電路通過的電流多大？
（3）加濕器高擋位工作6小時，將消耗多少電能？
【習題鞏固】
一．選擇題（共7小題）
1．下列連接方法中，閉合開關后，在相同時間內虛線框里的電阻絲產生的總熱量最少的是（　　）
A． B．
C． D．
2．如圖是一個玩具汽車上的控制電路，小明對其進行測量和研究發現：電動機的線圈電阻為1Ω，保護電阻R為4Ω，當閉合開關S后，兩電壓表的示數分別為6V和2V，則（　　）
A．電路中的電流為 4A
B．電動機的功率為 16W，它兩端的電壓為 4V
C．1 分鐘在電阻 R 上產生熱量 60J，電動機消耗電能 120J
D．電動機工作時將機械能轉化為電能，若將電阻 R 換成滑動變阻器，可調節電動機的轉速
3．如圖所示是一個電吹風的實物連接圖，其中發熱電阻絲的阻值為50Ω，電吹風吹冷風時，測得插頭處的電流表為0.2A。當此電吹風吹熱風時，正常工作2分鐘，消耗的電能是（　　）
A．5050J B．240J C．116160J D．121440J
4．如圖所示，將三個相同空燒瓶口分別用完全相同的氣球密封，將多個阻值相同的電阻R以不同的連接方式接入電路中，通電一段時間后體積變化最大的氣球是（　　）
A．a B．b C．c D．三個相同
5．圖甲是一款車載USB充電器，工作原理如圖乙，閉合S后穩壓元件兩端電壓恒為U，可為手機等提供穩定的充電電壓，汽車電源電壓為U總（U總＞U），R為定值電阻，其消耗的電功率為P，則下列關于P﹣U總圖象的變化正確的是（　　）
A． B．
C． D．
6．為了探究電流產生的熱量跟什么因素有關，某同學設計了如圖所示的裝置。將兩段阻值不同的電阻絲分別密封在兩個完全相同的小塑料盒中，塑料盒內分別插著相同的溫度計，電源電壓不變。閉合開關，相同時間內A的溫度計溫度上升快，則下列說法不正確的是（　　）
A．相同時間內電阻R1產熱量多
B．電阻R1＞R2
C．R1兩端電壓大于R2兩端的電壓
D．該實驗為探究電流產生的熱量與電流大小是否有關
7．多功能煲湯燉鍋可以實現保溫、慢燉、快燉三種功能，使用時可通過旋鈕開關實現功能切換。下圖是模擬加熱原理圖，其中測試電源的電壓為5伏，四段電熱絲電阻均為5歐，保溫、慢燉、快燉所需加熱功率依次增大。下列說法正確的是（　　）
A．開關旋至“1”擋，開啟快燉功能
B．開啟保溫功能，電路中的總電阻為5歐
C．從快燉到慢燉，電路總電流變化0.5安
D．快燉與慢燉電路總功率之比為2：1
二．填空題（共3小題）
8．甲、乙兩個相同的燒瓶里分別裝有等質量的水和煤油，在水和煤油中放入完全相同的電阻絲，現把兩個電阻絲串聯起來，組成如圖所示的電路，閉合開關一段時間，通過溫度計觀察水和煤油的溫度上升。
（1）水上升的溫度（Δt水）與煤油上升的溫度（Δt油）的大小關系是Δt水　 　Δt油（選填“大于”、“等于”或“小于”）。
（2）移動滑動變阻器滑片，繼續觀察，發現水和煤油的溫度升高得更快，那么滑動變阻器滑片在向 　 　（選填“A”或“B”）移動。
9．如圖所示，利用電動機通過滑輪組（虛線框內的滑輪組未畫出）依次拉動物體A、B。圖中效率為60%的電動機拉繩子的功率為50W且保持不變，不計繩重與摩擦，動滑輪的總重力為6N，拉動A向右做勻速直線運動時，所受阻力為48N，電動機拉繩的力為F1，此過程中，A所受的拉力與阻力的大小 　 　（填“相等”或“不相等”），電動機工作1min消耗的電能為 　 　J。拉動B向右做勻速直線運動時，B所受阻力為36N，電動機拉繩的力為F2，F2比F1小4N，此時電動機拉繩的力F2為 　 　N。（電動機的效率為電動機輸出的有用機械功與電流做的總功的比值）
10．一只標有“6V　3.6W”的小燈泡和一個定值電阻“10Ω0.5A”，通過它們的電流隨兩端電壓的變化關系如圖所示，若把它們并聯接入3V的電路中，則電路的總功率為　 　W．若把它們串聯在一個電路中，小燈泡的最大功率為　 　W。
三．實驗探究題（共6小題）
11．為了測定小燈泡的電功率，小明利用電壓恒為3伏的電源、滑動變阻器、標有“2.5V”字樣的小燈泡等器材按圖甲方式連接電路進行實驗，閉合開關并移動滑片P，獲得相關數據如表：
實驗序號 電壓/伏 電流/安 電功率/瓦
1 2.0 0.18 0.36
2 2.5 0.50
3 3.0 0.22 0.66
（1）完成實驗2后，要想獲得實驗3的數據，則實驗中滑片P的移動情況是 　 　。
（2）請分析表中數據，確定小燈泡正常發光時電流表的示數為　 　，并在圖乙中畫出此時電流表指針位置。
（3）在滑動變阻器滑片移動過程中，電路消耗的總功率、小燈泡的功率隨電流變化如圖丙所示，請判斷隨電流增大，滑動變阻器的功率大小變化是 　 　。
12．小科同學利用電流表和電阻箱測量小燈泡的功率，設計并連接了如圖甲所示的實物電路。
（1）閉合開關S1，將單刀雙擲開關S2扳向“1”，調節滑動變阻器的阻值使電流表的示數為I1，如圖乙所示，I1＝　 　A。
（2）將開關S2扳向“2”，保持滑動變阻器的阻值不變，調節電阻箱的阻值R，使電流表的示數仍為I1，此時R＝5Ω。
（3）步驟（1）小燈泡的實際功率P1＝　 　W；
（4）在實際測量中，若小燈泡的額定電流為I0＝2I1，以下關于燈泡額定功率P0與實際功率P1的數值關系，你認為可能的是 　 　。
A.P0＝2P1
B.P0＝3P1
C.P0＝4P1
D.P0＝5P1
13．電爐絲正常工作時，導線和電爐絲通過的電流相同，但電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱。為探究其原因，小樂設計了如圖所示的實驗電路，其中R1＞R2。
（1）用筆畫線代替導線將實驗電路連接完整。
（2）為了在較短的時間內達到明顯的實驗效果，燒瓶中應加入等量的 　 　（選填“水”或“煤油”）；實驗中通過 　 　（選填“加熱時間”或“溫度計示數的變化”）來反映電阻絲產生熱量的多少。
（3）實驗表明：在電流和通電時間相同時，電阻越大，電流產生的熱量越多。則“電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱”的原因是 　 　。
14．某品牌酸奶機的部件如圖甲所示，工作電路如圖乙所示，其中R1與R2為電熱絲。接入電路，啟動工作即為閉合開關S1，進入加熱狀態，此時的功率為20W；當溫度達到42℃時，溫控開關S2自動斷開，功率減小到4W，此后設備達到熱平衡，溫度保持42℃不變（不考慮溫度對電阻的影響）。
小樂利用此酸奶機按如下方式制取酸奶：
①將酸奶機的不銹鋼內膽放在開水中煮5分鐘；
②將新鮮純牛奶倒入酸奶機，然后加入適量酸奶；
③蓋上酸奶機的頂蓋，讓內部處于密封狀態，打開電源開關。
（1）組成酸奶機部件的材料中，屬于金屬材料的是　 　（選填“玻璃”“塑料”或“不銹鋼”）。
（2）在制作酸奶過程中，步驟①和步驟③的目的分別是　 　。
（3）該酸奶機電熱絲R2的阻值為　 　Ω；若加熱時的效率為75%，則將240g的混合牛奶（鮮奶和酸奶的混合物）從22℃加熱到42℃大約需要　 　s。[混合牛奶的比熱容始終為2.5×103J/（kg ℃）；不考慮加熱過程中熱量散失的影響]
15．在“測定小燈泡額定功率”的實驗中，電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V。
（1）小明在連接實驗電路時還有導線未接上，如圖甲所示，請用筆畫線代替導線把圖甲中的電路連接好；
（2）在閉合開關前，滑動變阻器的滑片應該移到　 　（填“A”或“B”）端；
（3）實驗時，要使小燈泡正常發光，應移動滑動變阻器的滑片使電壓表的示數為3.8V，此時電流表的示數如圖乙所示，那么小燈泡的額定功率是　 　W。
16．在一次測量小燈泡額定功率的實驗中，所用電源由兩節新干電池串聯組成，小燈泡上標有“2.5V”字樣（小燈泡額定功率約為0.7W）。聰明而粗心的小鵬連接了如圖甲所示的電路。
（1）同組的小張發現電路連接有錯，如果閉合圖甲所示電路的開關，電壓表的示數約為　 　V，小燈泡的發光情況為　 　（選填“正常發光”、“亮度較暗”或“不發光”）。
（2）小張主張拆了以后重新連接，可是時間來不及了，小鵬眼珠一轉，在圖甲電路中只改變了某根導線一端的接點位置，就能測量電路中小燈泡額定功率。請在圖甲中錯誤的導線上畫“×”，并畫出小鵬改動的那條導線。
（3）故障排除后，小張從滑動變阻器接入電路阻值最大時開始記錄數據，得到小燈泡的U﹣I圖像，如圖所示，測得小燈泡的額定功率是0.75W，所用滑動變阻器的規格是下列四個選項中的　 　。
A.5Ω，2A
B.15Ω，2A
C.25Ω，2A
D.30Ω，2A
（4）有的同學認為該實驗可以用來探究導體中的電流與電壓的關系，你認為這種說法　 　（選填“合理”或“不合理”）。理由是　 　。
四．計算題（共3小題）
17．電壓力鍋結合了壓力鍋和電飯鍋的優點，解決了壓力鍋的安全問題，如圖是某品牌的電壓力鍋和它的簡化電路圖，R1為工作時的加熱電熱絲，額定功率為800W；R2為保溫保壓電熱絲，且R2＝4R1，使用時同時閉合開關S1、S2，S1為壓力開關，當壓強達到設定值時S1會自動斷開，排氣閥開始排氣；S2為限時開關，可以設定保溫保壓時間。
（1）電壓力鍋工作時，把電能轉化為 　 　能；
（2）加熱功率為額定功率800W時，電阻絲R1的阻值為多少歐姆？
（3）用電壓力鍋煮骨頭湯時食物更容易煮透。假設某次要煮水和骨頭共計4千克，水的初溫20℃，不計熱損失，加熱到最高溫度120℃時，至少需要多少時間？（c水＝4.2×103J/（kg ℃），設骨頭的比熱容與水相同）
18．某興趣小組設計的“溫度控制器”工作時有加熱和保溫兩種狀態。電路如圖所示，S為開關，雙金屬開關在溫度低時閉合，溫度到達一定值時自動斷開，降溫后再閉合，循環工作，起到調節溫度作用，指示燈的額定電壓為200V，且亮起即正常工作，發熱電阻阻值為40Ω。求：
（1）當指示燈亮時，溫度控制器處于　 　狀態。
（2）指示燈的電阻值。
（3）加熱狀態時，溫度控制器工作1分鐘所消耗的電能。
19．某品牌電加熱座椅墊內部電路如圖所示，S接觸“2”或“3”觸點時，可實現“低溫”或“高溫”擋位調節，已知低溫擋功率為9W，高溫擋功率為36W。求：
（1）在“高溫”擋工作時，電路中的電流。
（2）在“低溫”擋工作時，5min電路消耗的總電能。
（3）R1的阻值。
五．解答題（共1小題）
20．隨著生活條件的改善，人們更加注意家居環境的美化，如圖所示甲是帶有水溫調節功能的家庭水族箱。該水族箱的魚缸水溫調節器工作原理如圖乙所示：其中R1為阻值可調的電熱絲，R2為定值電熱絲，R2＝400歐，開關S2為單刀雙擲開關，不考慮溫度對電阻的影響。試問：
（1）如圖乙所示可知：當開關S1閉合，S2接b時，電路處于 　 　狀態（填“保溫”或“加熱”）；
（2）當開關S1閉合，S2接a時，若電路消耗功率P＝48.4W，則電熱絲R1連入電路的阻值應為多少？
（3）當開關S1閉合，S2接a時，調節滑片得到R1的功率隨電路中電流變化的圖象如圖丙所示，求R1接入電阻最大時R1的功率為多少？

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