資源簡介

第26講　電學基礎知識(二)
命題分析　
廣東省近五年中考物理命題分析
考點 2023 2022 2021 2020 2019
電能　電功 省題23 省題23 省題6、16、19 省題20 省題16、20、23
電功率 省題14、20 省題20、23 省題6、19 省題20、22 省題23
焦耳定律 ___ ___ 省題13 省題12 省題14
【課程標準】
3．4.5　結合實例，了解電功和電功率。知道用電器的額定功率和實際功率。
例　調查常見用電器的銘牌，比較它們的電功率。
3．4.6　通過實驗，了解焦耳定律。能用焦耳定律說明生產生活中的有關現象。
考點一　電能　電功
定義及公式 電流所做的功叫電功，實質：電能轉化為其他形式的能。W＝UIt，W＝Pt
單位及換算 焦耳(J)，度，千瓦時( kW·h)。1度＝1 kW·h＝3.6×106 J
推導公式 U＝，I＝，t＝ 　(只適用于純電阻電路)
測量工具和使用方法 測量工具：電能表(電度表) 方法一：某段時間所消耗的電能為電能表計數器后、前兩次的讀數之差 方法二：若電能表接入某一電路，給出一定時間電能表轉盤轉過的轉數，計算用電器消耗的電能，常見的計算方法是：W＝×3.6×106 J
(1)電流做功是電能轉化為內能的過程。(　×　)
(2)電能表上標有“220 V　10 A”的字樣表示：該表使用時必須接在電流為10 A的電路中。(　×　)
例1　(2023·佛山模擬)某家用電器的能量流向圖如圖所示，該用電器可能是(　　)
A．電視機 B．電風扇 C．電飯煲 D．電水壺
分析　由題圖可知，該用電器工作時，將電能大部分轉化為機械能，少部分轉化為內能。電視機工作時，主要將電能轉化為光能、聲能和部分內能；電風扇工作時，主要將電能轉化為機械能，并產生少部分內能；電飯煲和電水壺工作時，主要將電能轉化為內能。
答案　B
例2　(2021·廣東)小明家的電能表月初示數如圖所示，月底示數為941.4 kW·h，若用電價格為0.7元/度，則小明家該月電費為________元。
答案　140
解析　電能表是測量電能的儀表，需要記錄月初示數和月底示數，月底示數減去月初示數即為消耗的電能，結合用電價格可計算電費。消耗的電能為941.4 kW·h－741.4 kW·h＝200 kW·h＝200度，則小明家該月的電費為200度×0.7元/度＝140元。
例3　(2020·深圳)如圖所示，電源電壓恒定，小燈泡L標有“6 V　3 W”的字樣(燈絲的電阻不隨溫度變化而變化)。當只閉合開關S1時，小燈泡恰好正常發光；當同時閉合S1和S2時，電流表的示數為0.8 A。求：
(1)只閉合S1時，電流表的示數；
(2)R0的阻值；
(3)同時閉合S1和S2時，通電1 min電路產生的總熱量。
解：(1)當只閉合開關S1時，電路為小燈泡L的簡單電路，電流表測電路中的電流，
因小燈泡恰好正常發光，所以電源的電壓U＝UL＝6 V，
由P＝UI可得，電流表的示數I＝IL＝＝＝0.5 A。
(2)當同時閉合S1和S2時，燈泡L與電阻R0并聯，電流表測干路電流，
由I＝可得，電路的總電阻R＝＝＝7.5 Ω，
燈泡的電阻RL＝＝＝12 Ω，
因并聯電路中總電阻的倒數等于各分電阻倒數之和，所以＝＋，即＝＋，
解得R0＝20 Ω。
(3)同時閉合S1和S2時，通電1 min電路產生的總熱量Q＝W＝UI′t＝6 V×0.8 A×60 s＝288 J。
答：(1)只閉合S1時，電流表的示數為0.5 A。
(2)R0的阻值為20 Ω。
(3)同時閉合S1和S2時，通電1 min電路產生的總熱量為288 J。
易錯提醒　電流通過導體消耗的電能W＝UIt＝I2Rt＝t＝Pt，這些公式只適用于計算純電阻電路(不考慮導線的分壓)中用電器消耗的電能，在計算線圈型電動機消耗的電能時，要考慮電動機的機械能和線圈上產生的熱量，此時W＞Q，計算電動機消耗的電能只用W＝UIt。
考點二　電功率
1．電功率及測量
定義及公式 電功與時間的比，表示電流做功的快慢，P＝＝UI
單位及換算 瓦特(W)，千瓦(kW)，1 kW＝103 W
推導公式 　P＝＝I2R(只適用于純電阻電路)
測量工具和 使用方法 工具：電壓表、電流表，方法：伏安法測電功率
測量裝置圖
在串聯電路 中的特點 (1)總電功率等于各個用電器實際電功率之和，即P總＝P1＋P2＋…＋Pn (2)各個用電器的實際電功率與各用電器的電阻成正比，即＝
在并聯電路 中的特點 (1)總電功率等于各個用電器的電功率之和，即P總＝P1＋P2＋…＋Pn (2)各支路用電器的實際電功率與各個支路的電阻成反比，即＝
2．額定功率與實際功率
(1)用電器在額定電壓下的功率為額定功率，此時U實＝U額，當U實＞U額時P實＞P額，當U實＜U額時P實＜P額。
(2)燈泡的亮度取決于燈泡的實際功率。
(1)額定功率只有一個，實際功率有無數多個。(　√　)
(2)額定電壓大的燈泡工作時會更亮。(　×　)
例4　(2021·廣東)如圖中，燈泡L1、L2分別標有“6 V　3 W”“6 V　6 W”字樣，電源電壓不變，開關S閉合。①只閉合S1，燈泡L1、L發光；②只閉合S2，燈泡L2、L發光。燈泡L在②中比在①中(設燈絲電阻不變)(　　)
A．電功率較大，亮度較亮 B．電功率較小，亮度較暗
C．電功率相同，亮度相同 D．電功率較大，亮度較暗
分析　根據電功率公式P＝分別計算燈泡L1和燈泡L2的電阻，并比較兩燈的電阻大小；在開關S閉合的前提下，①只閉合S1，燈泡L1、L串聯接入電路，②只閉合S2，燈泡L2、L串聯接入電路；根據串聯電路電阻規律可知電路①和電路②的總電阻的大小關系，根據歐姆定律可得通過兩電路的電流的大小關系，根據電功率公式P＝I2R可知燈泡L在②中與在①中的電功率的大小關系，燈泡的亮度是由燈泡的實際功率決定的，據此解答。
答案　A
例5　(2020·廣東)小明家的臺燈是通過電位器來調節亮度的。他猜想：臺燈變亮時電位器消耗電能的功率會變小，為此他設計了圖甲所示的電路進行探究。已知電源電壓為4 V并保持不變，電壓表(0～3 V)2個，電流表(0～0.6 A)，滑動變阻器規格為“20 Ω　1 A”，小燈泡L標有“2.5 V　1.25 W”字樣(忽略溫度對燈絲電阻的影響)。
(1)電路中a是________表，b是________表。
(2)實驗中，小燈泡正常發光時電流表的示數為________ A。
(3)根據實驗數據，繪制出滑動變阻器的電功率PR與小燈泡的電功率PL的關系如圖乙所示。由圖可知：小燈泡的電功率(亮度)變大時，滑動變阻器的電功率________________。
(4)假設實驗所用的小燈泡能承受的最大電壓可以高出其額定電壓的，在確保電路中各元件安全的情況下，移動滑動變阻器的滑片，小燈泡的電功率變化范圍是從________ W至________ W。
分析　本題考查電功率的計算、歐姆定律的應用。
(1)根據電流表與待測電路串聯，電壓表與待測電路并聯分析回答。
(2)小燈泡L標有“2.5 V　1.25 W”字樣的含義，根據P＝UI求出小燈泡正常發光時電流表的示數。
(3)根據題圖乙繪制出的滑動變阻器的電功率PR與小燈泡的電功率PL的關系回答。
(4)根據P＝得出小燈泡正常發光時的電阻，小燈泡與滑動變阻器串聯，電壓表分別測滑動變阻器和小燈泡的電壓，電流表測電路的電流，根據實驗所用的小燈泡能承受的最大電壓可以高出其額定電壓的，可知小燈泡的最大電壓，由歐姆定律求出小燈泡的最大電流，結合電流選用小量程確定電路的最大電流，根據P大＝I2RL得出小燈泡的最大功率；滑動變阻器連入電路的電阻越大，滑動變阻器的電壓越大，根據已知條件確定滑動變阻器的最大電壓，由串聯電路電壓的規律求出小燈泡的最小電壓，根據P＝求出小燈泡的最小功率。
答案　(1)電流　電壓　(2)0.5　(3)先變大后變小　(4)0.2　1.8
名師點撥　(1)若給出了一個用電器的額定電壓及額定功率，在電路中如果指明了正常發光，此時有四個物理量均可以作已知條件并可以運用這些已知條件進行相關的其他計算：如上述小燈泡如果正常發光，此時小燈泡的工作電壓為2.5 V，工作時的電功率為1.25 W；此時電阻R＝＝5 Ω也可作為已知，此時燈泡的工作電流可由I＝求出，亦可作為已知條件。 (2)如上述小燈泡工作時并沒有指明正常工作或正常發光，且指明了燈絲的電阻不受溫度影響，此時可由R＝求出小燈泡的電阻作已知，其他的物理量則不能作為已知條件。
考點三　焦耳定律
定義及公式 電流通過用電器所產生的熱量等于電流的二次方、電阻和通電時間三者的乘積，即Q＝I2Rt
單位及換算 千瓦(kW)，瓦特(W)，1 kW＝103 W
推導公式 純電阻電路Q＝W＝Pt＝UIt
(1)對于所有的電熱計算，均可用公式Q＝I2Rt。(　√　)
(2)若電能全部轉化為內能，那么電流產生的熱量Q＝UIt。(　√　)
例6　(2023·無錫)如圖所示是超市常用的塑料袋封口夾電路原理圖，電源電壓為5 V，電熱絲R阻值為1 Ω。閉合開關S，電熱絲溫度升高，利用電流的_______效應實現高溫封口，3 s內產生的熱量為________ J，若使用時總把塑料袋燙壞，可以________(選填“增大”或“減小”)電熱絲的阻值。
答案　熱　75　增大
解析　電流通過電阻，因為電流的熱效應，電阻發熱產生熱量，溫度升高，實現高溫封口；
電阻產生的熱量為Q＝t＝×3 s＝75 J；由公式Q＝t可知，電壓不變，要減小電阻產生的熱量，應增大R的阻值。
例7　(2023·婁底)如圖甲是一款采用增壓技術的掛燙機，簡化電路如圖乙，電源電壓為220 V，R1、R2是電熱絲，R1＝55 Ω，R2＝110 Ω。開關S接2、3時處于慢熱擋；開關S接3、4時處于速熱擋。求：
(1)掛燙機慢熱過程中，電路中的電流；
(2)掛燙機慢熱工作1 min，電熱絲產生的熱量；
(3)掛燙機速熱過程中的總電功率。
解：(1)由電路圖可知，開關S接2、3時處于慢熱擋，只有電熱絲R1接入電路中，則電路中的電流為：I＝＝＝4 A。
(2)t＝1 min＝60 s，
電熱絲產生的熱量為：Q＝I2R1t＝(4 A)2×55 Ω×60 s＝5.28×104 J。
(3)開關S接3、4時處于速熱擋，兩電熱絲并聯，
R1的電功率為：P1＝UI1＝＝＝880 W；
R2的電功率為：P2＝UI2＝＝＝440 W；
掛燙機速熱過程中的總電功率為：P＝P1＋P2＝880 W＋440 W＝1 320 W。
答：(1)掛燙機慢熱過程中，電路中的電流為4 A；
(2)掛燙機慢熱工作1 min，電熱絲產生的熱量為5.28×104 J；
(3)掛燙機速熱過程中的總電功率為1 320 W。
考點一　電能　電功
1.(科學思維)(2023·廣州白云區二模)“磁懸浮電燈”如圖所示，該燈泡內部沒有電池，燈泡本身沒有導線與接在家庭電路的底座接通，但能夠發光。當燈泡發光并“懸浮”靜止時，關于這個“磁懸浮電燈”的說法中，正確的是(　　)
A．燈泡發光，不需要消耗能量
B．燈泡不掉下來，是它受到的浮力等于重力
C．燈泡受到豎直向上的磁場力大于它受到的重力
D．燈泡發光所需要的能量一定需要通過某種方式獲取
答案　D
2．(2019·廣東)如圖所示，電能表的示數為________ kW·h，在某段時間內，轉盤轉過1 800圈，則此段時間內用了________度電。
答案　201.9　0.5
3.(2023·重慶)如圖所示的電路中，電源電壓恒為2 V，R1的阻值為10 Ω，R2的阻值為20 Ω，閉合開關S。求：
(1)通過R1的電流；
(2)通電50 s，R2消耗的電能。
解：(1)由題圖可知，R1、R2并聯，根據并聯電路的電壓特點可知，R1、R2兩端的電壓U1＝U2＝U＝2 V，
通過R1的電流I1＝＝＝0.2 A。
(2)通電50 s，R2消耗的電能W2＝t＝×50 s＝10 J。
答：(1)通過R1的電流為0.2 A。
(2)通電50 s，R2消耗的電能為10 J。
考點二　電功率
4．(2023·中山一模)下列物理量的估測中，最接近實際的是(　　)
A．聲音傳播的速度為30 m/s
B．初中物理課本的質量約為5 kg
C．空調正常工作一小時消耗電能約為10 kW·h
D．家用手電筒功率約為0.5 W
答案　D
5.(2023·梅州一模)如圖所示，閉合開關后，燈泡L1比L2亮，且均正常發光，電壓表V2示數為12 V，下列說法正確的是(　　)
A．燈泡L1的額定電壓較大 B．燈泡L2的實際功率較小
C．V1表的示數大于12 V D．V表的示數等于24 V
答案　B
解析　閉合開關后，兩燈泡并聯，三個電壓表均測量電源電壓，已知電壓表V2示數為12 V，則V、V1的示數均為12 V，故C、D錯誤；實際功率越大，燈泡越亮，則燈泡L2的實際功率較小，故B正確；根據并聯電路的電壓特點可知，兩燈泡兩端的電壓相等，兩燈泡均正常發光，則兩燈泡的額定電壓均等于實際電壓，兩燈泡的額定電壓相等，故A錯誤。
6．(2023·佛山禪城區模擬)小強媽媽買了一個新的電飯煲，小強從說明書中得知下表中的信息，工作電路圖如圖甲所示，S1為溫控開關，加熱電阻R1和R2的阻值不隨溫度變化。求：
額定電壓 220 V
額定蒸煮功率 1 210 W
額定保溫功率 88 W
頻率 50 Hz
容積 5 L
(1)電飯煲在“保溫”狀態下正常工作時，通過電飯煲的電流；
(2)電阻R1的阻值；
(3)某周末做晚飯時，小強想利用自家電能表(如圖乙)測量電飯煲的實際功率。于是他關閉了家中其他所有用電器，只讓電飯煲在“蒸煮”狀態下工作，觀察到電能表的轉盤在1 min內轉了50轉，求電飯煲的實際功率。
解：(1)由表中數據可知，保溫功率為88 W，由P＝UI可得，在“保溫”狀態下正常工作時的電流I＝＝＝0.4 A。
(2)由電路圖知，只閉合S2時兩電阻串聯，電路中電阻較大，功率較小，為保溫狀態，當兩開關都閉合時，只有R1接入電路中，電阻較小，功率較大，為蒸煮狀態，由表中數據知，蒸煮狀態時功率為1 210 W，由P＝可得，電阻R1＝＝＝40 Ω。
(3)“3 000 r/(kW·h)”表示每消耗1 kW·h電能，電能表轉盤轉3 000圈，只讓電飯煲在“蒸煮”狀態下工作，轉盤在1 min內轉了50轉，消耗的電能為W＝＝ kW·h＝×3.6×106 J＝6×104 J；
電飯煲在“蒸煮”狀態下的實際功率為P實＝＝＝1 000 W。
答：(1)電飯煲在“保溫”狀態下正常工作時，通過電飯煲的電流為0.4 A。
(2)電阻R1的阻值為40 Ω。
(3)電飯煲的實際功率為1 000 W。
考點三　焦耳定律
7．(生活實際)圖中，用電器工作時，將電能全部轉化為內能的是(　　)
答案　B
8.(2020·廣東)如圖所示為“探究電流通過導體產生的熱量跟____________的關系”的實驗裝置。實驗中用U形管內液面高度差的大小來反映電流通過導體產生熱量的多少，這種方法叫________(選填“控制變量”或“轉換”)法。通電一段時間后，左側容器內空氣吸收的熱量比右側的________(選填“多”或“少”)。
答案　電阻　轉換　少
解析　由電路圖可知兩電阻串聯，通過兩個電阻的電流和通電時間相同，電阻不同，所以探究的是電流通過導體產生的熱量跟電阻的關系；電熱絲對空氣盒內的空氣加熱，空氣受熱膨脹，會推動U形管內的液柱，通過液柱的變化可以判定電阻產生熱量的多少，這是轉換法的應用；由Q＝I2Rt可知，在電路和通電時間相同時，右側電阻較大，產生的熱量較多，左側U形管的液面高度差小于右側U形管。
9．(2022·廣州改編)汽車啟動時，蓄電池向啟動電動機M供電，設M兩端電壓為U，通過M的電流為I，測得U－t和I－t圖象如圖甲。
(1)求t1時M的電功率。
(2)M僅通過導線a、b接入電路，如圖乙所示，a的電阻為0.001 Ω。若通過M的電流為200 A，持續0.5 s，求此過程
①a兩端電壓；
②a產生的熱量。
解：(1)由題圖甲可知電動機兩端的電壓為10 V，通過電動機的電流為200 A，
電動機的功率P＝UI＝10 V×200 A＝2 000 W。
(2)①a兩端電壓Ua＝IR＝200 A×0.001 Ω＝0.2 V；
②0.5 s產生的熱量Q＝I2Rt＝(200 A)2×0.001 Ω×0.5 s＝20 J。
答：(1)M的功率為2 000 W。
(2)①a兩端電壓為0.2 V；
②a產生的熱量為20 J。
10．(2022·廣東)閱讀下列短文，回答問題。
直流充電樁
直流充電樁是一種為電動汽車補給能量的裝置，如圖甲所示。它能夠將電網中的交流電轉化為直流電，再將電能充入汽車動力電池(以下簡稱電池)。通常，直流充電樁比交流充電樁的充電電壓更高、電流更大，因而可實現快速充電。
設電池當前儲能占充滿狀態儲能的百分比為D。充電時，充電樁的充電功率P會隨著電池的D的變化而變化，同時用戶還可以通過充電樁顯示屏了解充電過程中的其他相關信息。
現實際測試一個直流充電樁對某輛電動汽車的充電性能。假定測試中充電樁輸出的電能全部轉化為電池的儲能。充電前，D為30%，充電樁顯示屏中充電時長、充電度數、充電費用示數均為0。開始充電后，P與D的關系如圖乙所示(為方便計算，圖象已作近似處理)。充滿后，立即停止充電。當D達到70%時充電樁顯示屏的部分即時信息如表。
充電電壓/V 充電電流/A 充電時長/min 充電度數/(kW·h) 充電費用/元
400 45 24.0 28.80
(1)通常，直流充電樁比交流充電樁的充電電壓更高、電流更大，故充電功率更________。
(2)在D從30%增至70%的過程中，充電功率大致的變化規律是________________。當D為70%時，充電電流為________ A。
(3)若充電過程中充電電費單價不變，則測試全過程的充電費用為________元。
(4)設D從70%增至80%所需時間為t1，從80%增至90%所需時間為t2，且t1∶t2＝2∶3，則測試全過程的充電總時長為________ min。
答案　(1)大　(2)先變大，后不變　100　(3)50.4　(4)109
解析　(1)通常，直流充電樁比交流充電樁的充電電壓更高、電流更大，由P＝UI可知，充電功率更大。
(2)由題圖乙知，D從30%增至70%的過程中，充電功率大致的變化規律是先變大，后不變；
當D達到70%時，充電功率為40 kW＝40 000 W，
由表中數據知，D達到70%時，充電電壓為400 V，
由P＝UI可知，此時的充電電流I＝＝＝100 A。
(3)由表中數據知，D達到70%時，即充入充滿狀態儲能的40%時，充電度數為24.0 kW·h，充電費用28.80元，電費單價為＝1.20元/(kW·h)，
則充滿電還需充入30%，需消耗的電能為W′＝×30%＝18 kW·h，
測試全過程的充電費用為(24＋18) kW·h×1.20元/(kW·h)＝50.4元。
(4)由題意可知，充滿電時儲存的電能為W＝＝60 kW·h，
由題圖乙知，D從80%至90%時，即D增加10%，消耗電能W2＝10%×W＝10%×60 kW·h＝6 kW·h，
此過程中充電功率P2＝15 kW保持不變，
由W＝Pt可得，此時充電的時間t2＝＝＝0.4 h＝24 min，
D從90%至100%的過程中，充電功率不變，充電時間也為24 min，由題知t1∶t2＝2∶3，
所以D從70%增至80%所需時間t1＝t2＝×24 min＝16 min，
由表中數據知，D從30%增至70%的過程中充電時長45 min，
所以測試全過程的充電總時長t＝45 min＋16 min＋24 min＋24 min＝109 min。

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