資源簡介

知識點1　電能和電功
1．電能
(1)電能用W表示，常用單位是千瓦時(kW·h)，俗稱度，能量的國際單位是焦耳(J)。
(2)單位換算：1度＝1kW·h＝3.6×106J。
(3)電能可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。用電器工作的過程就是把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程。
2．電能表
電能表 轉(zhuǎn)盤式電能表
示意圖 (1)220 V：指電能表接在220 V的電路中使用； (2)10(20) A：表示這個電能表的標(biāo)定電流為10 A，額定最大電流為 20 A； (3)3 000 r/(kW·h)：用電器每消耗 1 kW·h 的電能，電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)3 000 r；
示意圖 (4)讀數(shù)：電能表最右邊的格子顯示的是消耗電能的小數(shù)部分。若月初示數(shù)為01041，則本月耗電61.2 kW·h
相關(guān) 計算 電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)，消耗的電能為W＝ kW·h＝×3.6×106 J，其中N表示每消耗1 kW·h的電能時電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)
3．電功
(1)概念：電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程就是電流做功的過程，有多少電能發(fā)生了轉(zhuǎn)化，就說電流做了多少功。國際單位也是焦耳，常用單位是千瓦時。
(2)影響因素：電流做功的多少跟電流的大小、電壓的高低、通電時間的長短都有關(guān)系。
(3)計算公式：W＝Pt＝UIt(普遍適用)。推導(dǎo)公式(純電阻電路中)：W＝； W＝I2Rt。
知識點2　電功率
1．電功率：表示電流做功快慢的物理量，用字母P表示，單位是瓦特，簡稱瓦，符號是W。常用單位是kW，1 kW＝1 000W。
2．定義：電功率等于電功與時間之比。
3．定義式：P＝。對應(yīng)兩套單位，見下表。
項目 國際單位 常用單位
功率P 瓦(W) 千瓦(kW)
時間t 秒(s) 時(h)
電功W 焦(J) 千瓦時(kW·h)
4．變形公式：P＝UI(普遍適用)；
P＝＝I2R(純電阻電路中)。
5．額定電壓：用電器在正常工作時的電壓。
額定功率：用電器在額定電壓下工作時的電功率。
實際電壓：用電器在實際工作時其兩端的電壓。
實際功率：用電器在實際電壓下工作時的電功率。
方法技巧：用電器只有在額定電壓下才能正常工作，實際電壓偏低，用電器不能正常工作；實際電壓偏高，有可能損壞用電器(如小燈泡兩端的電壓越高，實際功率越大，亮度越亮，但實際電壓太高，會損壞燈泡)。
知識點3　焦耳定律
1．電流的熱效應(yīng)：電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫作電流的熱效應(yīng)。
2．焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時間成正比。
3．焦耳定律的計算公式：Q＝I2Rt(適用于所有電路)。對于純電阻電路，公式還可表達為：Q＝UIt和Q＝。
(1)串聯(lián)電路中常用公式：Q＝I2Rt，Q1∶Q2＝R1∶R2。
(2)并聯(lián)電路中常用公式：Q＝，Q1∶Q2＝R2∶R1。
4．利用電流熱效應(yīng)的用電器：電熱水器、電飯鍋、電熨斗等。
5．電熱的防止：很多情況下用電器的溫度不能過高，為加快散熱，常裝有散熱板(片)或微型風(fēng)扇。
重難點1　電能和電功
【典例1】　 (2024·東平縣二模)某品牌電動汽車的電池容量為130 A·h，額定電壓為400 V，充滿電后它存了________kW·h的能量。
[解析]　電池充滿電后儲存能量W＝UIt＝400 V×130 A×3 600 s＝1.872×108 J＝ kW·h＝52 kW·h。
[答案]　52
【典例2】　關(guān)于如圖所示的電能表，下列說法正確的是(　　)
A．電能表是測量消耗電功率的儀表
B．從表中可以看出，它所測量的電路消耗了200 kW·h的電能
C．只將一盞標(biāo)有“220 V　100 W”的電燈接在電路中，正常工作1 h，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)72轉(zhuǎn)
D．該電能表的單位為焦耳
C　[電能表是測量家庭電路中消耗電能多少的儀表，不是測電功率的儀表，故A錯誤；電能表顯示數(shù)字中最后一位是小數(shù)，單位為kW·h，由題圖可知，電能表示數(shù)為20.0 kW·h，表示它所測量的電路消耗了20.0 kW·h的電能，故B、D錯誤；電燈正常工作的電功率P＝100 W＝0.1 kW，由P＝可知，燈正常工作1 h消耗的電能W＝Pt＝0.1 kW×1 h＝0.1 kW·h，電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)n＝0.1 kW·h×720 r/(kW·h)＝72 r，故C正確。故選C。]
【變式1】　(2024·泰山區(qū)模擬)有兩個電路元件A、B，把它們串聯(lián)在電路中，如圖甲所示，流過元件的電流與其兩端的電壓關(guān)系如圖乙所示。閉合開關(guān)S，這時電流表的示數(shù)為0.4 A，則在相同時間內(nèi)A、B兩元件的電功之比為(　　)
A．4∶5　　　 B．5∶4
C．2∶3 D．1∶3
A　[由題圖甲可知，元件A和元件B串聯(lián)，電流表測電路中的電流，因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以，電流表的示數(shù)為0.4 A時，IA＝IB＝0.4 A，由題圖乙可知，UA＝2.0 V，UB＝2.5 V，在相同時間內(nèi)A、B兩元件的電功之比＝＝＝＝。故選A。]
【變式2】　某家庭某月初電能表的示數(shù)如圖所示，他所在地區(qū)的電費是 0.5元/(kW·h)，本月他家繳納電費109元，則月底表盤示數(shù)應(yīng)為________；將某家用電器單獨接在該電能表上正常工作5 min，電能表指示燈閃爍了160次，這段時間用電器消耗的電能為________kW·h。
[解析]　本月消耗的電能是W＝＝218 kW·h，即月末的電能表示數(shù)是1 627.2 kW·h＋218 kW·h＝1 845.2 kW·h；電能表指示燈閃爍了160次，這段時間用電器消耗的電能為W＝＝＝0.05 kW·h。
[答案]　1 845.2 kW·h　0.05
重難點2　電功率的計算
【典例3】　(2024·泰山區(qū)校級一模)兩個規(guī)格分別為“4 V　2 W”和“2 V　2 W”的小燈泡(假設(shè)燈絲電阻不變)，若把它們串聯(lián)在電路中，在不損壞小燈泡的前提下，電路中允許接的最大電壓為________V。
[解析]　由P＝UI可得，兩燈泡的額定電流分別為I1＝＝＝0.5 A，I2＝＝＝1 A；由歐姆定律可得兩燈的電阻分別為R1＝＝＝8 Ω， R2＝＝＝2 Ω；因為串聯(lián)電路電流處處相等，在不損壞小燈泡的前提下，只能保證電流較小的燈泡正常發(fā)光，由此電路中的最大電流應(yīng)為 0.5 A；電路中允許接的最大電壓U＝I1(R1＋R2)＝0.5 A×(8 Ω＋2 Ω)＝5 V。
[答案]　5
【變式3】　(2024·東平縣二模)如圖甲所示的電路中，電源電壓保持不變，電流表的量程為0～0.6 A，電壓表的量程為0～15 V，滑動變阻器的規(guī)格為“200 Ω　1 A”。在滑動變阻器的滑片移動的過程中，電壓表的示數(shù)與滑動變阻器接入電路的電阻的關(guān)系如圖乙所示。若要求電流表和電壓表的示數(shù)都不能超過所選的量程，下列說法(　　)
①電源電壓為18 V?、赗1的電阻是40 Ω
③電流表示數(shù)變化范圍是0.15～0.6 A
④R1的電功率變化范圍是0.45～7.2 W
A．只有①②③正確 B．只有①③④正確
C．只有②③④正確 D．只有①②④正確
B　[①②由題圖乙可知，當(dāng)滑動變阻器接入電路中的電阻R2＝40 Ω時，其兩端的電壓U2＝12 V，因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以，此時電路中的電流I1＝＝＝0.3 A，根據(jù)串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和結(jié)合歐姆定律可得，電源的電壓U＝I1R1＋U2＝0.3 A×R1＋12 V；當(dāng)滑動變阻器接入電路中的電阻R2′＝70 Ω時，其兩端的電壓U2′＝14 V，此時電路中的電流I2＝＝＝0.2 A，則電源的電壓U＝I2R1＋U2′＝0.2 A×R1＋14 V，聯(lián)立以上兩式可得U＝18 V，R1＝20 Ω，故①正確，②錯誤。③當(dāng)電壓表的示數(shù)U2大＝15 V時，R1兩端的電壓U1＝U－U2大＝18 V－15 V＝3 V，此時電路中的電流I3＝＝＝0.15 A，此時滑動變阻器接入電路中的電阻R2″＝＝＝100 Ω＜200 Ω，則電路中電流表的最小示數(shù)為0.15 A，此時R1的電功率最小，則P1?。絉1＝(0.15 A)2×20 Ω＝0.45 W；當(dāng)滑動變阻器接入電阻為零時，電路中的電流I4＝＝＝0.9 A＞0.6 A，則電路中的最大電流為0.6 A，所以，電流表示數(shù)的變化范圍是 0.15～0.6 A，故③正確。R1的電功率的最大值 P′大＝R1＝(0.6 A)2×20 Ω＝7.2 W，則R1的電功率變化范圍是0.45～7.2 W，故④正確。故選B。]
【變式4】　(2024·泰安)如圖甲所示電路，電源電壓保持不變，電阻R1＝20 Ω，圖乙為小燈泡L的I-U關(guān)系圖象。當(dāng)只閉合開關(guān)S1時，電阻R1功率為 1.8 W，電流表示數(shù)為I1，電路的總功率為P1；當(dāng)開關(guān)S1、S3閉合，S2斷開時，電流表示數(shù)為I2，電路的總功率為P2；當(dāng)開關(guān)S1、S2閉合，S3斷開時，燈泡L正常發(fā)光，此時燈泡L的電阻為RL，電路的總功率為P3。已知P1∶P2＝1∶5，下列說法(　　)
①P2＝0.36 W　②R2＝5 Ω　③RL＝1.8 Ω?、躊3＝3.6 W
A．只有②④正確 B．只有①④正確
C．只有②③正確 D．只有③④正確
[答案]　A
【變式5】　在如圖所示的電路中，電源電壓保持不變，燈泡L上標(biāo)有“6 V　6 W”字樣，定值電阻R2的阻值為6 Ω，當(dāng)開關(guān)S1、S2和S3均閉合時，電流表的示數(shù)為1.4 A，此時燈泡L恰好正常發(fā)光(燈絲電阻不變)。求：
(1)燈泡L燈絲的電阻；
(2)定值電阻R1的阻值；
(3)當(dāng)開關(guān)S3閉合，S1和S2都斷開時，電路的總功率。
[解析]　(1)燈泡L上標(biāo)有“6 V　6 W”字樣，由P＝UI得，燈泡正常發(fā)光時的電流為IL＝＝＝1 A，由I＝可知，燈泡的電阻為RL＝＝＝6 Ω。
(2)當(dāng)開關(guān)S1、S2和S3均閉合時，燈泡L與定值電阻R1并聯(lián)，R2被短路，電流表測干路電流；燈正常發(fā)光，根據(jù)并聯(lián)電路電壓特點可得U＝U1＝UL＝6 V；根據(jù)并聯(lián)電路電流特點可知，通過R1的電流為I1＝I－IL＝1.4 A－1 A＝0.4 A；由R＝可得R1＝＝＝15 Ω。
(3)當(dāng)開關(guān)S3閉合，S1和S2都斷開時，燈泡電阻L與定值電阻R2串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電阻關(guān)系可知，電路中總電阻為R＝RL＋R2＝6 Ω＋6 Ω＝12 Ω；根據(jù)歐姆定律可知，電路中電流為I′＝＝＝0.5 A，電路的總功率為P＝UI′＝6 V×0.5 A＝3 W。
[答案]　(1)燈泡L燈絲的電阻為6 Ω　(2)定值電阻R1的阻值為15 Ω　(3)當(dāng)開關(guān)S3閉合，S1和S2都斷開時，電路的總功率為3 W
重難點3　焦耳定律及其應(yīng)用
【典例4】　(2021·泰安)某導(dǎo)體的電阻是2 Ω，通過1 A的電流時，1 min產(chǎn)生的熱量是________J。
[解析]　電流產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt＝(1A)2×2 Ω×60 s＝120 J。
[答案]　120
【變式6】　(2024·新泰市二模)在如圖所示的電路中，電源電壓U恒定，小燈泡L上標(biāo)有“6 V　3 W”字樣(忽略溫度對燈絲電阻RL的影響)，電流表量程為0～0.6 A，電壓表量程為0～15 V，定值電阻R0＝16 Ω，滑動變阻器R的最大電阻為100 Ω。只閉合S1，移動滑片P，使滑動變阻器連入電路的阻值為20 Ω，電壓表示數(shù)為10 V，通電30 s，定值電阻R0產(chǎn)生的熱量為Q。只閉合S2，在確保電路各元件安全的情況下，滑動變阻器可連入電路中的最大阻值為R′。下列判斷正確的是(　　)
①RL＝12 Ω?、赨＝8 V　③Q＝120 J　④R′＝100 Ω
A．只有①③ B．只有②④
C．只有①② D．只有①③④
[答案]　A
【變式7】　(2024·東平縣模擬)某養(yǎng)生壺有“加熱”和“保溫”兩個擋位，其簡化電路如圖所示，其中加熱擋額定功率為1 210 W，電熱絲R1的阻值為1 060 Ω，電熱絲R1、R2的阻值均不變。求：
(1)養(yǎng)生壺加熱擋正常工作時，電路中的電流；
(2)R2的阻值；
(3)養(yǎng)生壺保溫擋正常工作時，通電10 s，電流通過R2產(chǎn)生的熱量。
[解析]　(1)養(yǎng)生壺加熱擋正常工作時的電功率P加熱＝1 210 W，由P＝UI得電路中的電流I加熱＝＝＝5.5 A。
(2)由題圖知，開關(guān)S接1位置時，電路為只有R2的簡單電路；開關(guān)S接2位置時，電路為R1、R2的串聯(lián)電路。因為串聯(lián)電路的總電阻比串聯(lián)的任何一個分電阻都大，即R串＞R2，電源電壓一定，根據(jù)P＝可知，開關(guān)S接1位置時，養(yǎng)生壺消耗的功率較大，處于加熱擋；當(dāng)開關(guān)S接2位置時，養(yǎng)生壺消耗的功率較小，處于保溫擋。由P＝可得R2的阻值R2＝＝＝40 Ω。
(3)當(dāng)R1、R2串聯(lián)時，養(yǎng)生壺處于保溫擋，兩電阻串聯(lián)的總電阻R串＝R1＋R2＝1 060 Ω＋40 Ω＝1 100 Ω，此時電路中的電流I保溫＝＝＝0.2 A，通電10 s電流通過R2產(chǎn)生的熱量Q2＝(I保溫)2R2t＝×40 Ω×10 s＝16 J。
[答案]　(1)養(yǎng)生壺加熱擋正常工作時，電路中的電流為5.5 A　(2)R2的阻值為40 Ω　(3)養(yǎng)生壺保溫擋正常工作時，通電10 s，電流通過R2產(chǎn)生的熱量為16 J
實驗1　伏安法測量小燈泡的電功率(含特殊方法)
小兵同學(xué)通過實驗測量燈泡L1、L2的額定功率，L1、L2分別標(biāo)有“2.5 V”和“3.8 V”字樣，電源電壓恒為6 V，電壓表只有0～3 V量程可以用。
基礎(chǔ)設(shè)問：
(1)如圖甲所示，是小兵設(shè)計的測L1額定功率的實驗電路圖，請在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實物電路的連接(要求滑片向A端移動燈泡變亮)。
(2)連好電路后，按實驗規(guī)范操作，先把滑動變阻器的滑片P移到________(選填“A”或“B”)端，然后閉合開關(guān)S，小兵發(fā)現(xiàn)L1不發(fā)光，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，則電路的故障可能是L1__________(選填“斷路”或“短路”)。
(3)排除故障后，按實驗規(guī)范操作，閉合開關(guān)S，電壓表示數(shù)為1 V，電流表示數(shù)如圖丙所示，讀數(shù)為________A，滑動變阻器的最大阻值為________Ω。調(diào)節(jié)滑片P得到表中的數(shù)據(jù)，L1的額定功率為________W。
實驗次數(shù) 1 2 3
電壓/V 1.0 2.5 2.8
電流/A 0.30 0.32
(4)小兵在原電路中用L2替換L1，測量L2的額定功率，按實驗規(guī)范操作，剛閉合開關(guān)S，電壓表示數(shù)為1.5 V，接著小兵發(fā)現(xiàn)該電路無法完成測量，于是設(shè)計了一個新方案，把電壓表改接到滑動變阻器兩端，只需調(diào)節(jié)滑片P使電壓表示數(shù)為________V，L2就會正常發(fā)光。
(5)小兵根據(jù)新方案連好電路，按實驗規(guī)范操作，剛閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)超過了量程，立即斷開開關(guān)思考解決方法，請你對此說出一種合理的解決辦法：_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
變式設(shè)問：
(6)閉合開關(guān)，燈泡不亮，電流表和電壓表指針都有較小的偏轉(zhuǎn)，則燈泡不亮的原因是________(選填字母)。
A．燈泡燒壞
B．燈泡短路
C．燈泡的實際功率太小
(7)小兵對數(shù)據(jù)分析后，認為還可以得出通過燈泡的電流和燈泡兩端電壓成正比的結(jié)論，這種說法________(選填“正確”或“錯誤”)，理由是_____________________________________________________________________。
創(chuàng)新設(shè)問：
(8)小兵打算只利用電壓表來測量燈泡的額定功率。用如圖丁所示的電路測量，R0阻值已知。閉合開關(guān)S、S1，移動滑片P使電壓表的示數(shù)為U額。保持滑片P位置不動，只斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，記下電壓表的示數(shù)為U2，則小燈泡的電功率為________(用已知字母表示)。
[解析]　(1)實物電路的連接如圖所示。
(2)由題圖甲可知，閉合開關(guān)S前，為保護電路，應(yīng)使滑動變阻器阻值為最大值；閉合開關(guān)S后，電流表有示數(shù)，則故障不可能是L1斷路，L1不發(fā)亮，則有可能L1被短路。
(3)由題圖丙可知，電流表選擇的量程為0～0.6 A，示數(shù)為0.2 A。由題干可知，電源電壓恒為6 V，電壓表測燈泡兩端電壓，示數(shù)為1 V，則與燈泡串聯(lián)的滑動變阻器分得的電壓為6 V－1 V＝5 V，串聯(lián)電路中電流處處相等，即通過滑動變阻器的電流為 0.2 A，剛閉合開關(guān)時滑動變阻器接入電路的阻值最大，R＝＝25 Ω。L1標(biāo)有“2.5 V”字樣，其額定電壓為2.5 V，從題表中數(shù)據(jù)可知，電壓2.5 V對應(yīng)電流為0.30 A，則由P＝UI得P額＝2.5 V×0.30 A＝0.75 W。
(4)因為電壓表所選量程為0～3 V，而L2的額定電壓是3.8 V，超出量程，無法完成實驗，所以對電路進行調(diào)整，把電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2 V時，燈泡兩端電壓為U－U滑＝6 V－2.2 V＝3.8 V＝U額，L2正常發(fā)光。
(8)閉合開關(guān)S、S1，電壓表測量燈泡兩端的電壓，移動滑片P使電壓表的示數(shù)為U額，保持滑片P位置不動，只斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，電壓表測量燈泡和定值電阻兩端的電壓，記下電壓表的示數(shù)為U2，則定值電阻兩端的電壓是U0＝U2－U額，定值電阻中的電流I0＝＝，燈泡的電功率P＝U額＝。
[答案]　(1)見解析圖　(2)B　短路　(3)0.2　25　0.75　(4)2.2　(5)換一個大量程電壓表(換一個最大值稍小的滑動變阻器；閉合開關(guān)前把滑動變阻器滑片調(diào)到合適位置；適當(dāng)調(diào)低電源電壓)　(6)C　(7)錯誤　小燈泡工作時的電阻在變化　(8)
方法指導(dǎo)：特殊方法測量小燈泡的電功率
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表達式
缺電流表 1．閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑片P，使電壓表V的示數(shù)為U額； 2．不改變滑片的位置，記下此時電壓表V0的示數(shù)U0，則電路中的電流I＝ P額＝U額
1．閉合S和S1，斷開S2，移動滑片P，使電壓表的示數(shù)等于燈泡的額定電壓U額，讓燈泡正常發(fā)光； 2．保持滑片位置不變，斷開開關(guān)S1，再閉合開關(guān)S2，讀出電壓表的示數(shù)為U P額＝U額
1．閉合開關(guān)S1，將開關(guān)S2撥到觸點2，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值R，使電壓表的示數(shù)為U額； 2．再將開關(guān)S2撥到觸點1，讀出電壓表的示數(shù)為U P額＝U額
1．只閉合S、S2，移動滑片P，使電壓表的示數(shù)為U額； 2．保持滑片P不動，斷開S2、閉合S1，讀出電壓表的示數(shù)為U0；此時滑動變阻器的阻值與燈泡正常發(fā)光時變阻器的阻值相等，均為R滑＝，則燈泡正常發(fā)光時電路中的電流I＝ P額＝U額I＝ U額
1．閉合S和S1、斷開S2，移動R2的滑片使電壓表示數(shù)為U額； 2．保持R2滑片不動，閉合S和S2、斷開S1，移動R1滑片使電壓表示數(shù)仍為U額； 3．移動R2滑片至最左端，記下此時電壓表示數(shù)U1；再移動R2滑片至最右端，記下此時電壓表示數(shù)U2 P額＝
1．只閉合S1，調(diào)節(jié)滑片P，使電壓表示數(shù)等于U額； 2．?dāng)嚅_S1，只閉合S2，保持滑動變阻器R的滑片P位置不動，調(diào)整電阻箱R′接入電路的阻值，使電壓表的示數(shù)再次等于U額，讀出電阻箱數(shù)值R′ P額＝
缺電壓表 1．閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片位置使電流表A0的示數(shù)I0與定值電阻R0的乘積等于小燈泡兩端的額定電壓U額； 2．不改變滑片的位置，記下此時電流表A的示數(shù)I額 P額＝U額I額
1．閉合S和S1，斷開S2，移動滑片P，使電流表的示數(shù)為，燈泡此時正常發(fā)光； 2．閉合S2，斷開S1，保持滑片位置不變，讀出電流表的示數(shù)I P額＝U額(I－)
1．閉合開關(guān)S1，斷開開關(guān)S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，使電流表示數(shù)為I額； 2．閉合開關(guān)S1、S2，保持滑動變阻器的滑片P位置不變，讀出此時電流表的示數(shù)為I P額＝I額(U－)
1．只閉合S1，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電流表示數(shù)為I額； 2．?dāng)嚅_S1，閉合S2，保持滑動變阻器的滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電流表示數(shù)為I額時，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R′ P額＝R′
[變式訓(xùn)練]
1．(2023·泰安)物理實驗小組連接了如圖甲所示的電路，做“測量小燈泡的電功率”實驗。可供選擇的器材有：電源(可選電壓為4.5 V、6 V)，規(guī)格為“20 Ω　2 A”的滑動變阻器一個，小燈泡(額定電壓為2.5 V，額定功率小于0.75 W)一個，電壓表、電流表各一個，開關(guān)，導(dǎo)線若干。
(1)甲圖連接的電路有一處錯誤，請把接錯的那根導(dǎo)線找出來打“×”，用筆畫線代替導(dǎo)線畫出正確的連接(只改接一根導(dǎo)線)。
(2)正確連接電路后，當(dāng)變阻器的滑片P在中點時小燈泡正常發(fā)光。該實驗所用的電壓為________V，小燈泡的額定功率為________W。
(3)變阻器的滑片P移至某處時，電流表示數(shù)為0.18 A，電壓表示數(shù)如圖乙所示為________V，此時小燈泡的電阻為________Ω。
(4)該實驗小組的同學(xué)又設(shè)計了如圖丙所示的電路，利用阻值為R0的定值電阻和電壓表V1、 V2等器材，測量額定電壓為U額的小燈泡L的額定功率，經(jīng)檢查無誤后進行實驗。請你幫助他們將實驗過程補充完整：
①閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片P，使電壓表________(選填“ V1”或“ V2”)的示數(shù)為U額，同時讀出另一個電壓表的示數(shù)，記為U；
②用已知物理量和測量量的符號表示出小燈泡額定功率P額＝________。
[解析]　(1)原題圖甲中，燈泡沒有接入電路，電壓表串聯(lián)在電路中是錯誤的，在測量小燈泡的電功率實驗中，燈泡、滑動變阻器和電流表串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，如圖所示。
(2)已知小燈泡額定電壓為2.5 V，額定功率小于0.75 W，由P＝UI可知，小燈泡額定電流小于I′＝＝＝0.3 A；假設(shè)燈泡額定電流為0.3 A，當(dāng)變阻器的滑片P在中點時小燈泡正常發(fā)光，此時電源電壓為U′＝UL＋I′R滑＝2.5 V＋0.3 A×10 Ω＝5.5 V，因可選電源電壓為4.5 V和6 V，故該實驗所用的電壓為U源＝4.5 V；當(dāng)變阻器的滑片P在中點時小燈泡正常發(fā)光，此時滑動變阻器兩端電壓為U滑＝U源－UL＝4.5 V－2.5 V＝2 V，根據(jù)串聯(lián)電路電流特點，小燈泡額定電流為IL＝I滑＝＝＝0.2 A，則小燈泡額定功率為PL＝ULIL＝2.5 V×0.2 A＝0.5 W。
(3)由題圖甲可知，電壓表選用小量程；變阻器的滑片P移至某處時，電流表示數(shù)為0.18 A，電壓表示數(shù)如題圖乙所示，電壓表分度值0.1 V，其示數(shù)為1.80 V，則此時小燈泡的電阻為R＝＝＝10 Ω。
(4)實驗步驟：
①閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片P，使電壓表V1的示數(shù)為U額，同時讀出另一個電壓表的示數(shù)，記為U；
②由題圖丙可知，燈泡、R0和滑動變阻器串聯(lián)，電壓表V1測燈泡兩端電壓，電壓表V2測燈泡和R0兩端電壓，移動滑動變阻器的滑片P，使電壓表V1的示數(shù)為U額，此時燈泡正常發(fā)光；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律，R0兩端電壓為U0＝U－U額，根據(jù)串聯(lián)電路電流特點，燈泡額定電流為I額＝I0＝＝，則小燈泡額定功率為P額＝U額I額＝U額·。
[答案]　(1)見解析圖　(2)4.5　0.5　(3)1.80　10　(4)①V1?、赨額·
2．(2024·新泰市模擬)一實驗小組的同學(xué)想利用“伏安法”測量標(biāo)有“3.8 V”字樣的小燈泡的額定功率，請你幫他們一起完成下面的實驗。
(1)請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實物電路連接完整。
(2)若閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，而電壓表指針卻有明顯的偏轉(zhuǎn)，則故障可能是____________(選填“小燈泡斷路”或“滑動變阻器斷路”)。
(3)排除故障后，實驗過程中發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)為2 V，要想讓小燈泡正常發(fā)光，應(yīng)向________(選填“左”或“右”)移動滑動變阻器滑片，直至燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率是________W。
(4)在實驗過程中，通過移動滑片記錄多組數(shù)據(jù)，繪出了小燈泡的I-U圖象如圖丙所示，該圖象不是直線說明了小燈泡的電阻隨________發(fā)生了變化。
(5)另一實驗小組發(fā)現(xiàn)電流表損壞不能使用，他們利用一個已知電阻R0和一個單刀雙擲開關(guān)，設(shè)計了如圖丁所示的電路，也測出了標(biāo)有“3.8 V”字樣的小燈泡的額定功率。請完成下列實驗步驟：
①閉合開關(guān)S1，將S2撥到觸點2，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表的示數(shù)為________V；
②保持滑片P的位置不動，再將開關(guān)S2撥到觸點1，讀出此時電壓表的示數(shù)U；
③小燈泡額定功率的表達式為P額＝________(用已知量和測量量表示)。
[解析]　(1)由題知，小燈泡的額定電壓為3.8 V，故電壓表選用大量程，電壓表與小燈泡并聯(lián)，如圖所示。
(2)發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路斷路；電壓表指針有明顯偏轉(zhuǎn)說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，說明電壓表并聯(lián)部分斷路，可能是小燈泡斷路。
(3)由題知，電壓表示數(shù)為2 V，小于小燈泡的額定電壓3.8 V，因小燈泡在額定電壓下才能正常發(fā)光，所以應(yīng)增大小燈泡的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小滑動變阻器連入電路中的電阻，故滑片向左移動；由題圖乙知，電流表量程是0.6 A，分度值是0.02 A，小燈泡正常發(fā)光時的電流為0.3 A，燈泡的額定功率：P＝UI＝3.8 V×0.3 A＝1.14 W。
(4)該圖象不是直線，說明小燈泡的電阻是變化的，主要原因是燈絲的電阻隨溫度的變化而變化。
(5)①閉合開關(guān)S1，將S2撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8 V；②保持滑片P的位置不動，再將開關(guān)S2撥到觸點1，讀出此時電壓表的示數(shù)U；③在①中，小燈泡正常發(fā)光，在②中，電路的連接關(guān)系沒有改變，變阻器連入電路中的電阻不變，因為此時各電阻電壓不變，小燈泡仍正常工作，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，此時定值電阻的電壓U0＝U－3.8 V，由串聯(lián)電路電流的規(guī)律和歐姆定律得，小燈泡的額定電流IL＝＝，燈泡額定功率的表達式P額＝U額IL＝3.8 V×。
[答案]　(1)見解析圖　(2)小燈泡斷路　(3)左　1.14　(4)溫度　(5)①3.8?、?.8 V×
實驗2　探究電流的熱效應(yīng)的影響因素
某學(xué)習(xí)小組在老師的指導(dǎo)下，探究電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)。他們用的實驗器材如圖所示，兩個透明容器中密封著等量空氣，U形管中液面最初相平，兩個密閉容器中都有一段電阻絲。
基礎(chǔ)設(shè)問：
(1)請你用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖甲中兩個容器內(nèi)的電阻絲連接到電路中。
(2)實驗中通過觀察液面高度的變化來比較電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少，這種方法叫________。
(3)連接好電路，閉合開關(guān)，通電一段時間后，圖甲中________(選填“左”或“右”)側(cè)U形管中液面高度變化大，此實驗現(xiàn)象表明，在通過導(dǎo)體的電流和通電時間均相同的情況下，________越大，所產(chǎn)生的熱量越多。
(4)讓兩個密閉容器中的電阻絲阻值一樣大，在其中一個容器的外部將一個相同阻值的電阻絲和這個容器內(nèi)的電阻絲并聯(lián)。接入電路中，重新實驗。此時通過兩容器中電阻絲的電流不同，在通電時間相同的情況下，觀察U形管中液面高度變化(如圖乙所示)，由此得到的結(jié)論是_______________________________。
變式設(shè)問：
(5)若該學(xué)習(xí)小組發(fā)現(xiàn)通電一段時間后，其中一個U形管中的液面高度幾乎不變，發(fā)生此現(xiàn)象的原因可能是__________________________________________。
創(chuàng)新設(shè)問：
(6)組裝之前，U形管內(nèi)注入適量紅墨水，發(fā)現(xiàn)左右側(cè)液面________，該U形管________(選填“屬于”或“不屬于”)連通器。
[答案]　(1)如圖所示
(2)轉(zhuǎn)換法　(3)右　電阻　(4)在導(dǎo)體電阻和通電時間相同的情況下，通過導(dǎo)體的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多　(5)透明容器密閉性不好　(6)相平　屬于
[變式訓(xùn)練]
(2024·新泰模擬)用如圖所示的實驗裝置探究“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)”。
(1)給透明容器中的電阻絲通電后，電阻絲的內(nèi)能增大是通過________(選填“做功”或“熱傳遞”)的方式改變的。
(2)利用甲裝置可以探究導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與________的關(guān)系。
(3)給乙裝置通電一段時間后，發(fā)現(xiàn)________側(cè)U形管中液柱的高度差更大。
(4)生活中我們經(jīng)常見到“電爐絲熱得發(fā)紅，而與它相連的導(dǎo)線卻不怎么熱”，這一現(xiàn)象可用________裝置的實驗結(jié)論解釋。
[解析]　(1)兩個透明容器中封閉著等量的空氣，且都有一段電阻絲。將透明容器與U形管相連，接入電路；電流流過電阻絲時，將電能轉(zhuǎn)化為電阻絲的內(nèi)能，是通過做功方式改變電阻絲內(nèi)能的。
(2)題圖甲中兩電阻絲串聯(lián)，通過兩個電阻的電流相同，其阻值是不同的，在通電時間相等時，10 Ω的電阻大，B管液面上升得更高，表明電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的大小有關(guān)。
(3)探究“電流產(chǎn)生的熱量跟電流是否有關(guān)”時，應(yīng)控制電阻、通電時間相同，而電流不同，由題圖乙可知，通過左邊電阻的電流與通過右邊兩個電阻的電流之和是相等的，故左側(cè)容器內(nèi)電阻的電流大于右側(cè)容器內(nèi)的電流，根據(jù)焦耳定律，左側(cè)產(chǎn)生的熱量多，左側(cè)U形管中液柱的高度差更大。
(4)電爐絲通過導(dǎo)線連接到電路里，電爐絲和導(dǎo)線串聯(lián)，電流是相同的，故甲裝置可以解釋這一現(xiàn)象。
[答案]　(1)做功　(2)電阻　(3)左　(4)甲
課時分層評價卷(十六)　電功　電功率
1．(2024·泰安一模)關(guān)于電功，下列說法不正確的是(　　)
A．電流做了多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能
B．電流做功的過程就是消耗電能的過程
C．用電能表可以測量電流做功的多少
D．電流越大，電流做功就一定越多
D　[根據(jù)能量守恒定律可知，電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故A正確；電流做功的過程，就是消耗電能的過程，電流做功越多，消耗的電能就越多，故B正確；電能表是用來測量電流做功的多少的儀器，可以直接用電能表測量電流做功的多少，故C正確；由W＝UIt可知，電流做功的多少與電壓、電流和通電時間有關(guān)，電流越大，電流做功不一定越多，故D錯誤。故選D。]
2．(2024·泰安模擬)如圖所示，A、B是由同種材料制成的導(dǎo)體，二者長度相等，但A比B的橫截面積大，當(dāng)開關(guān)閉合后，在相同時間內(nèi)，下列說法正確的是(　　)
A．導(dǎo)體A、B的電阻RA＞RB
B．通過導(dǎo)體A、B的電流IA＞IB
C．導(dǎo)體A、B兩端的電壓UA＝UB
D．電流通過導(dǎo)體A、B所做的功WA＜WB
D　[根據(jù)影響導(dǎo)體電阻大小的因素可得出導(dǎo)體A、B電阻的大小關(guān)系；由題圖可知，導(dǎo)體A、B串聯(lián)接入電路，根據(jù)串聯(lián)電路電流規(guī)律可得出通過導(dǎo)體A、B的電流大小關(guān)系；根據(jù)U＝IR可得出導(dǎo)體A、B兩端的電壓大小關(guān)系；根據(jù)W＝UIt可得出電流通過導(dǎo)體A、B所做的功的大小關(guān)系。
導(dǎo)體A、B是同種材料、長度相等，由題圖可知，導(dǎo)體A的橫截面積大于導(dǎo)體B的橫截面積，根據(jù)影響導(dǎo)體電阻大小的因素可知，導(dǎo)體A的電阻RA小于導(dǎo)體B電阻RB，即RA＜RB，故A錯誤；由題圖可知，導(dǎo)體A、B串聯(lián)接入電路，根據(jù)串聯(lián)電路電流規(guī)律可知，通過導(dǎo)體A的電流等于通過導(dǎo)體B的電流，即IA＝IB，故B錯誤；根據(jù)U＝IR可知，導(dǎo)體A兩端的電壓UA＝IARA，導(dǎo)體B兩端的電壓UB＝IBRB，由于IA＝IB，RA＜RB，所以UA＜UB，故C錯誤；根據(jù)W＝UIt可知，電流通過導(dǎo)體A所做的功WA＝UAIAtA，電流通過導(dǎo)體B所做的功WB＝UBIBtB，由于UA＜UB，IA＝IB，tA＝tB，所以WA＜WB，故D正確。故選D。]
3．(2024·新泰二模)如圖甲所示，小燈泡L2上標(biāo)有“2 V”字樣，電流表量程為0～3 A，燈泡L1和L2的I-U圖象如圖乙所示，當(dāng)只閉合開關(guān)S1時，L2正常發(fā)光，當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3都閉合，且滑動變阻器滑片P滑到最右端時，燈泡L1正常發(fā)光，電流表示數(shù)為0.72 A，則下列說法正確的是(　　)
A．電源電壓為4 V
B．滑動變阻器的最大阻值為35 Ω
C．只閉合開關(guān)S3時，為保證電路安全，電路中最大功率為18 W
D．當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3都閉合時，為保證元件安全，滑動變阻器可接入電路的最小阻值為2.5 Ω
D　[當(dāng)只閉合開關(guān)S1時，兩燈泡串聯(lián)，小燈泡L2正常發(fā)光，可知燈泡L2兩端的電壓為2 V，從題圖中可知電路中的電流為0.5 A，則通過L1的電流也為0.5 A，從題圖中可知L1兩端的電壓為4 V，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點可知電源電壓U＝2 V＋4 V＝6 V，故A錯誤；當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3都閉合，L2被短路，L1和變阻器并聯(lián)，電流表測量干路電流，滑動變阻器滑片P滑到最右端時，電流表的示數(shù)為0.72 A，則通過變阻器的電流I變＝0.72 A－0.6 A＝0.12 A，變阻器的最大阻值為Rmax＝＝＝50 Ω，故B錯誤；電流表的量程為0～3 A，故電流表示數(shù)最大為3 A，燈泡兩端電壓不變，根據(jù)歐姆定律可知通過燈泡的電流不變，故此時通過變阻器的電流為Imax′＝3 A－0.6 A＝2.4 A，此時變阻器的接入電路的阻值為Rmin＝＝＝2.5 Ω，故D正確；當(dāng)只閉合開關(guān)S3時，L2和變阻器串聯(lián)，電源電壓不變，根據(jù)P＝UI可知，電流越大，功率越大，為保證元件安全，電流最大等于L2的額定電流，為0.5 A，電路中的最大功率為P＝UI2＝6 V×0.5 A＝3 W，故C錯誤。故選D。]
4．(2024·肥城市一模)在如圖所示的電路中，電源電壓恒為6 V，定值電阻R0＝20 Ω， 滑動變阻器的規(guī)格為“30 Ω　1 A”，電流表的量程為0～0.6 A，小燈泡上標(biāo)有“3 V　0.9 W”字樣。不考慮燈絲電阻變化，在保證電路安全的前提下，下列說法中(　　)
①當(dāng)S、S1、S2都閉合時，整個電路工作5 s消耗的最小電能為15 J
②當(dāng)S、S1、S2都閉合時，滑動變阻器接入電路的最小阻值是15 Ω
③當(dāng)S閉合，S1、S2都斷開時，小燈泡的功率范圍是0.225 W～0.9 W
④當(dāng)S閉合，S1、S2都斷開時，滑動變阻器兩端的電壓范圍是1.5 V～4.5 V
A．只有①④正確 B．只有①③正確
C．只有②③正確 D．只有②③④正確
B　[當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時電路中電流：IL＝＝＝0.3 A，小燈泡的電阻為：RL＝＝＝10 Ω；當(dāng)S、S1、S2都閉合時，電路中電阻R0與滑動變阻器并聯(lián)，電流表測量干路電流，當(dāng)滑動變阻器阻值最大時，干路電流最小，電路消耗的總功率最小：通過電阻R0的電流：I0＝＝＝0.3 A，滑動變阻器阻值最大時，通過滑動變阻器的電流：I滑＝＝＝0.2 A，干路電流最?。篒干＝0.3 A＋0.2 A＝0.5 A，整個電路工作5 s消耗的最小電能為：W＝UI干t＝6 V×0.5 A×5 s＝15 J，故①正確；電流表量程為“0～0.6 A”，則I滑最大＝0.6 A－I0＝0.6 A－0.3 A＝0.3 A，滑動變阻器接入電路的最小阻值：R滑最小′＝＝＝20 Ω，故②錯誤；當(dāng)S閉合，S1、S2都斷開時，電路中小燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，由小燈泡上標(biāo)有“3 V　0.9 W”字樣，電流表量程為“0～0.6 A”，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時電路中電流最大：I最大＝＝＝0.3 A，此時滑動變阻器兩端的電壓為：U滑最?。経－UL＝6 V－3 V＝3 V；當(dāng)滑動變阻器接入電路的電阻為最大阻值時電路中的電流最小，最小電流為：I最?。剑剑?.15 A，小燈泡的最小電功率為：PL小＝RL＝(0.15A)2×10 Ω＝0.225 W，所以當(dāng)S閉合，S1、S2都斷開時，小燈泡的功率范圍是0.225 W～0.9 W，故③正確；此時滑動變阻器兩端的電壓為：U滑最大＝I最小R滑大＝0.15 A×30 Ω＝4.5 V，所以當(dāng)S閉合，S1、S2都斷開時，滑動變阻器兩端的電壓范圍是3 V～4.5 V，故④錯誤；故選B。]
5．(2024·泰安二模)如圖所示，電源電壓恒為6 V，閉合開關(guān)，當(dāng)滑動變阻器滑片位于最右端時，電流表A的讀數(shù)為0.1 A；當(dāng)滑片位于中點時，電流表A的讀數(shù)為0.16 A，如果用某小燈泡替換滑動變阻器接入該電路，已知該小燈泡的U-I圖象如圖乙所示，再次閉合開關(guān)后，此時電路消耗的功率為________W。
[解析]　由題圖甲可知，R0與R串聯(lián)，電流表測電路中的電流；閉合開關(guān)，當(dāng)滑動變阻器滑片位于最右端時滑動變阻器接入電路的電阻最大，由歐姆定律可知，此時電路中的總電阻：R總最大＝＝＝60 Ω，由串聯(lián)電路的電阻特點可知，R0＋R最大＝60 Ω①
當(dāng)滑片位于中點時，滑動變阻器接入的電阻為滑動變阻器最大電阻的，由歐姆定律可知，此時電路中的總電阻：R總＝＝＝37.5 Ω，由串聯(lián)電路的電阻特點可知，R0＋R最大＝37.5 Ω②
由①②解得：R0＝15 Ω；由串聯(lián)電路的電流特點和電壓特點結(jié)合題圖乙可知，當(dāng)電路中的電流為0.2 A時，燈泡兩端的電壓為3 V，由歐姆定律可知，此時R0兩端的電壓為：U0＝I′R0＝0.2 A×15 Ω＝3 V，此時電源電壓：U＝U0＋UL＝3 V＋3 V＝6 V，符合題意，此時電路消耗的功率：P＝UI′＝6 V×0.2 A＝1.2 W。
[答案]　1.2
6．(2024·新泰模擬)在野外取火時，可以將煙盒內(nèi)部的錫箔紙撕成一條中間窄、兩頭寬的紙帶，并將其與一節(jié)電池的正、負極相連，稍后發(fā)現(xiàn)錫箔紙較窄處的紙先燃起來。接通電路后，通過錫箔紙較窄處電流________(選填“大于”“小于”或“等于”)較寬處電流，錫箔紙能被點燃是利用了電流的________。
[解析]　接通電路后，錫箔紙寬、窄處串聯(lián)，串聯(lián)電路電流處處相等，所以通過錫箔紙較窄處電流等于較寬處電流。
錫箔紙有電阻，電流通過錫箔紙時產(chǎn)生熱量，錫箔紙能被點燃是利用了電流的熱效應(yīng)。
[答案]　等于　熱效應(yīng)
7．(2024·東平縣模擬)在如圖所示的電路中，電阻R1標(biāo)有“6 Ω　1 A”，R2標(biāo)有“3 Ω　1.2 A”，電流表A1、A2的量程均為0～3 A，電壓表量程0～15 V，在a、b間接入電壓可調(diào)的電源。閉合S后，為保證R1、R2均不損壞，則R1消耗的最大功率及允許通過電流表A1的電流分別為(　　)
A．6 W，1.8 A B．2.16 W，1.8 A
C．8 W，1.2 A D．2.16 W，2.2 A
B　[閉合開關(guān)S后，兩電阻并聯(lián)，電壓表測電源的電壓，電流表A1測干路電流，電流表A2測通過電阻R2的電流。根據(jù)歐姆定律可得：電阻R1兩端允許的最大電壓為U1＝I1R1＝1 A×6 Ω＝6 V，電阻R2兩端允許的最大電壓為U2＝I2R2＝1.2 A×3 Ω＝3.6 V，由并聯(lián)電路，各支路電壓相等，且6 V＞3.6 V，為了保護電阻R2，電源電壓的最大值：U＝U2＝3.6 V，則R1消耗的最大功率為：P1＝＝＝2.16 W; 此時通過電阻R1的電流為：I1′＝＝＝0.6 A，因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，故干路電流表A1的示數(shù)I＝I1′＋I2＝0.6 A＋1.2 A＝1.8 A。故選B。]
8．(2024·泰安模擬)如圖甲所示電路中，R為定值電阻，R1為滑動變阻器。圖乙是該滑動變阻器滑片從一端移至另一端過程中變阻器的電功率與其電阻的關(guān)系圖象。下列說法正確的是(　　)
①電源電壓為3 V?、陔妷罕淼淖畲笫緮?shù)為4 V?、壅麄€電路功率變化了0.1 W　④電流表的示數(shù)變化了0.4 A
A．①③ B．②③
C．①② D．②④
D　[由題圖甲可知，R1與R串聯(lián)，電壓表測R1兩端的電壓，電流表測電路中的電流。①由題圖乙可知，當(dāng)R1＝10 Ω時，P1＝0.9 W，當(dāng)R1′＝20 Ω時，P1′＝0.8 W，因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以，由P＝UI＝I2R可得，電路中的電流分別為：I1＝＝＝0.3 A，I2＝＝＝0.2 A，因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，且電源的電壓不變，所以，由I＝可得，電源的電壓：U＝I1(R＋R1)＝I2(R＋R1′)，即0.3 A×(R＋10 Ω)＝0.2 A×(R＋20 Ω)，解得：R＝10 Ω，電源的電壓U＝I1(R＋R1)＝0.3 A×(10 Ω＋10 Ω)＝6 V，故①錯誤；②當(dāng)R1′＝20 Ω時，變阻器接入電路中的電阻最大，電路中的電流最小，電壓表的示數(shù)最大，則電壓表的最大示數(shù)U1′＝I2R1′＝0.2 A×20 Ω＝4 V，故②正確；③當(dāng)滑動變阻器接入電路中的電阻為零時，電路的總電阻最小，整個電路的總功率最大，則P大＝＝＝3.6 W，當(dāng)R1′＝20 Ω時，變阻器接入電路中的電阻最大，電路中的電流最小，整個電路的總功率最小，則P?。経I2＝6 V×0.2 A＝1.2 W，所以，整個電路功率變化了：ΔP＝P大－P小＝3.6 W－1.2 W＝2.4 W，故③錯誤；④當(dāng)滑動變阻器接入電路中的電阻為零時，電路的總電阻最小，電路中電流表的示數(shù)最大，則I大＝＝＝0.6 A，當(dāng)R1′＝20 Ω時，變阻器接入電路中的電阻最大，電路中的電流最小，即電流表的示數(shù)最小，所以，電流表的示數(shù)變化了：ΔI＝I大－I2＝0.6 A－0.2 A＝0.4 A，故④正確。故選D。]
9．(2024·泰安模擬)小明做“測量小燈泡的電功率”實驗，實驗器材：電源(電壓恒為6 V)、小燈泡(額定電壓為2.5 V，正常發(fā)光時燈絲電阻約為10 Ω)、電流表、電壓表、開關(guān)各一個，規(guī)格分別為R1(10 Ω　1 A)和R2(30 Ω　0.5 A)的滑動變阻器各一個，導(dǎo)線若干。
(1)圖甲是小明連接的實物圖，經(jīng)檢查有一根導(dǎo)線接錯，請你在圖甲中連接錯誤的導(dǎo)線上打“×”，并補畫出正確的連線。
(2)為測量小燈泡的額定功率，所選的滑動變阻器應(yīng)為________(選填“R1”或“R2”)。
(3)檢查電路無誤后，閉合開關(guān)，移動滑片P至某位置時，電壓表的示數(shù)為2.2 V，若想測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向________(選填“A”或“B”)端移動。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出小燈泡的U-I圖象，如圖乙所示，小燈泡的額定功率為________W。
(4)另外一個小組的同學(xué)在沒有電流表的情況下，從實驗室里找了一個阻值為R0的定值電阻，設(shè)計了如圖丙所示電路來測量U額＝2.5 V小燈泡的額定功率，操作如下：
①閉合開關(guān)S和S1，斷開S2，并調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表示數(shù)為 2.5 V；
②__________，滑動變阻器滑片P不動，讀出此時電壓表示數(shù)為U；
小燈泡額定功率的表達式P額＝________。(用U額、R0、U表示)
[解析]　(1)原電路圖中，電流表與燈泡并聯(lián)，電壓表串聯(lián)在電路中是錯誤的，在測量小燈泡的電功率實驗中，燈泡、滑動變阻器和電流表串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，如圖所示。
(2)小燈泡額定電壓為2.5 V，正常發(fā)光時燈絲電阻約為10 Ω，由歐姆定律可知，小燈泡正常發(fā)光時的電流約為：I′＝＝＝0.25 A，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律和歐姆定律，此時滑動變阻器連入電路中的電阻為：R滑＝＝＝14 Ω＞10 Ω， 故滑動變阻器應(yīng)為R2。
(3)檢查電路無誤后，閉合開關(guān)，移動滑片P至某位置時，電壓表的示數(shù)為2.2 V，小于燈泡額定電壓2.5 V，若想測量小燈泡的額定功率，應(yīng)增大燈泡兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律，應(yīng)減小滑動變阻器兩端的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小滑動變阻器接入電路的阻值，故應(yīng)將滑片P向B端移動；由題圖乙可知，當(dāng)燈泡兩端電壓為2.5 V時，通過燈泡的額定電流為0.25 A，則小燈泡額定功率為：PL＝ULIL＝2.5 V×0.25 A＝0.625 W。
(4)實驗步驟：
①閉合開關(guān)S和S1，斷開S2，并調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表示數(shù)為2.5 V；
②閉合開關(guān)S和S2，斷開S1，滑動變阻器滑片P不動，讀出此時電壓表示數(shù)為U；
在①中，電壓表測燈兩端的電壓，電壓表示數(shù)為 2.5 V 時，燈正常發(fā)光；在②中，電壓表測燈與R0兩端的電壓，因此時各電阻的大小和電壓不變，燈仍正常工作，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，此時定值電阻兩端的電壓：U0＝U－U額，由歐姆定律，通過定值電阻的電流：I0＝＝，即燈的額定電流I額＝I0＝，則小燈泡的額定功率表達式為：P額＝U額I額＝U額·。
[答案]　(1)見解析圖　(2)R2　(3)B　0.625　(4)閉合開關(guān)S和S2，斷開S1　U額·
10．(2024·棗莊)如圖所示，電源電壓保持不變R2＝2R1，滑動變阻器標(biāo)有“20 Ω　1 A”字樣，閉合S1，斷開S2，滑動變阻器的滑片P位于最右端時，電壓表的示數(shù)為3 V，電路的總功率為P1；當(dāng)閉合S2，斷開S1，滑動變阻器的滑片P移至中點時，電壓表示數(shù)為1.2 V，電路的總功率為P2，下列說法正確的是(　　)
A．P1∶P2＝4∶5
B．電源電壓為12 V
C．R1阻值為40 Ω
D．電路的最大功率為2.7 W
D　[閉合S1，斷開S2，滑動變阻器的滑片P位于最右端時，電阻R1與滑動變阻器最大值20 Ω串聯(lián)，電壓表測量滑動變阻器的電壓，根據(jù)歐姆定律知，電路中的電流，I＝＝＝0.15 A，根據(jù)串聯(lián)電路特點知，電源電壓U＝IR1＋U2＝0.15 A×R1＋3 V　①，當(dāng)閉合S2，斷開S1，滑動變阻器的滑片P移至中點時，電阻R2與滑動變阻器R′＝10 Ω串聯(lián)，根據(jù)歐姆定律知，I′＝＝＝0.12 A，根據(jù)串聯(lián)電路特點知，電源電壓U＝I′R2＋U2′＝0.12 A×R2＋1.2 V＝0.12 A×2R1＋1.2 V　②，由①②解得R1＝20 Ω，U＝6 V；根據(jù)P＝UI知，電源電壓不變，電功率之比等于電流之比，為0.15 A∶0.12 A＝5∶4，故A、B、C錯誤；閉合S1、S2，滑動變阻器的滑片P位于最左端時，兩個定值電阻并聯(lián)，電路的最大功率為P大＝＝＝2.7 W，故D正確。故選D。]
11．(2022·泰安)如甲圖所示，燈泡L標(biāo)有“8 V　4 W”字樣，忽略溫度對燈絲電阻的影響，滑動變阻器R1標(biāo)有“50 Ω　1 A”字樣，電壓表的量程為0～3 V，電流表的量程為0～0.6 A，定值電阻R2的電流隨電壓變化的圖象如乙圖所示。在保證電路安全和電表不超量程的情況下，當(dāng)閉合開關(guān)S、S1、S2時，通電30 s，電路中電流所做的功為120 J；當(dāng)閉合開關(guān)S，斷開開關(guān)S1、S2時，燈泡的實際功率為PL；當(dāng)閉合開關(guān)S1、S2，斷開開關(guān)S時，定值電阻R2消耗的最小功率為P2。下列說法中(　　)
①燈泡L的電阻為16 Ω?、陔娫措妷簽?2 V
③P2＝0.75 W
④PL＝1 W
A．只有①④正確 B．只有②③正確
C．只有①②正確 D．只有①③④正確
A　[①已知燈泡L的額定電壓U額＝8 V，燈泡L的額定功率P額＝4 W，由P＝可知燈泡L的電阻為：R1＝＝＝16 Ω，故①正確；②由歐姆定律結(jié)合題圖乙中的數(shù)據(jù)可知電阻R2的阻值為：R2＝＝＝16 Ω。由題圖甲可知，當(dāng)閉合開關(guān)S、S1、S2時，滑動變阻器和L被短路，電路中只有R2，由W＝t可知，U2＝＝＝(8 V)2，則電源電壓U＝8 V，故②錯誤；③當(dāng)閉合開關(guān)S1、S2，斷開開關(guān)S時，燈泡L被短路，R1和R2串聯(lián)，電流表測電路中的電流，電壓表測R1兩端的電壓。當(dāng)滑動變阻器接入電路的阻值最大時，其兩端的電壓最大，由電壓表的量程可知R1兩端的電壓最大為U1大＝3 V，由串聯(lián)電路的電壓特點可知R2兩端的電壓最小為：U2?。経－U1大＝8 V－3 V＝5 V，此時電路中最小電流為：I?。剑剑?.312 5 A，由歐姆定律可知滑動變阻器接入電路的最大阻值為：R1＝＝＝9.6 Ω，滑動變阻器的最大阻值50 Ω，符合條件，則R2的最小功率為：P2＝I小U2小＝0.312 5 A×5 V＝1.562 5 W，故③錯誤；④當(dāng)閉合開關(guān)S，斷開開關(guān)S1、S2時，L和R2串聯(lián)，電流表測電路中的電流，由串聯(lián)電路的電阻特點可知，電路總電阻為：R＝R2＋RL＝16 Ω＋16 Ω＝32 Ω，此時電路中的電流為：I＝＝＝0.25 A，此時燈泡L的實際功率為：PL＝I2RL＝(0.25 A)2×16 Ω＝1 W，故④正確。故選A。]
12．(2023·泰安)如圖所示的電路中，電源電壓U恒定，燈泡L上標(biāo)有 “2.5 V　1.25 W”字樣(忽略溫度對燈絲電阻的影響)，定值電阻R1阻值為15 Ω，滑動變阻器R2的規(guī)格為“20 Ω　1 A”，電流表量程為0～0.6 A，電壓表量程為0～3 V。閉合開關(guān)S，斷開開關(guān)S1、S2，在確保電路各元件安全的情況下，滑動變阻器接入電路的最小阻值為R2′，當(dāng)滑動變阻器滑片移至中點時，電流表示數(shù)為0.3 A；閉合開關(guān)S、S1、S2，在確保電路各元件安全的情況下，滑動變阻器在電路中消耗的最大功率為P，定值電阻R1在10 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q。下列說法中(　　)
①U＝6 V?、赗2′＝4 Ω?、跴＝1.35 W　④Q＝27 J
A．只有①④正確 B．只有②③正確
C．只有①③正確 D．只有②③④正確
B　[閉合開關(guān)S，斷開開關(guān)S1、S2，燈泡L和滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電流表測通過電路的電流，電壓表測燈泡L兩端的電壓，在確保電路各元件安全的情況下，滑動變阻器接入電路的最小阻值為R2′，當(dāng)滑動變阻器滑片移至中點時，滑動變阻器接入電路的電阻為×20 Ω＝10 Ω，電流表示數(shù)為0.3 A，根據(jù)歐姆定律可得滑動變阻器兩端的電壓U2＝IR2＝0.3 A×10 Ω＝3 V；燈泡L的電阻RL＝＝＝5 Ω，此時燈泡L兩端的電壓UL′＝IRL＝0.3 A×5 Ω＝1.5 V，串聯(lián)電路總電壓等于各部分電壓之和，則電源電壓U＝UL′＋U2＝1.5 V＋3 V＝4.5 V，故①錯誤；燈泡L正常發(fā)光的電流IL＝＝＝0.5 A，電流表量程為0～0.6 A，串聯(lián)電路各處電流相等，所以通過電路的最大電流為0.5 A，根據(jù)歐姆定律可得電路最小總電阻R＝＝＝9 Ω，串聯(lián)電路總電阻等于各部分電阻之和，則滑動變阻器接入電路的最小阻值為R2′＝R－RL＝9 Ω－5 Ω＝4 Ω，故②正確；閉合開關(guān)S、S1、S2，兩電阻并聯(lián)接入電路，燈泡L被短路，電流表測干路電流，根據(jù)電流表的量程可知通過干路的最大電流為0.6 A，并聯(lián)電路各支路兩端電壓相等，根據(jù)歐姆定律可得通過定值電阻的電流I1＝＝＝0.3 A，并聯(lián)電路干路電流等于各支路電流之和，通過滑動變阻器的最大電流I2＝I′－I1＝0.6 A－0.3 A＝0.3 A，滑動變阻器在電路中消耗的最大功率為P＝UI2＝4.5 V×0.3 A＝1.35 W，故③正確；定值電阻R1在10 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q＝W＝UI1t＝4.5 V×0.3 A×10 s＝13.5 J，故④錯誤。故選B。]
13．(2021·泰安)在“測量小燈泡的電功率”實驗中，已知小燈泡的額定電壓為2.5 V，正常工作時的電阻約為12 Ω。現(xiàn)有器材：電源(電壓為6 V，保持不變)，電流表，電壓表，開關(guān)、導(dǎo)線若干，另有兩種規(guī)格的滑動變阻器可供選擇：R1(50 Ω　2 A)、R2(10 Ω　1 A)。請完成下列問題：
(1)本次實驗中應(yīng)選擇的滑動變阻器是________(選填“R1”或“R2”)；
(2)某同學(xué)連接成了如圖甲所示的電路，該電路中存在一處連接錯誤，只要改接一根導(dǎo)線就可以使電路連接正確，請你把接錯的那一根導(dǎo)線找出來打上“×”，再用筆畫線代替導(dǎo)線畫出正確的連接；
(3)電路正確連接后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片P到某一位置，電壓表示數(shù)如圖乙所示為________V；要測量小燈泡的額定功率，此時應(yīng)將滑片P向________(選填“A”或“B”)端移動；
(4)實驗小組多次改變滑動變阻器滑片的位置，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了小燈泡的I-U關(guān)系圖象如圖丙所示。由圖象可知：小燈泡的額定功率P額＝________W；小燈泡的實際功率隨實際電壓的降低而________(選填“增大”“減小”或“不變”)。
(5)完成以上實驗后，同學(xué)們又設(shè)計了一個如圖丁所示的電路來測量該小燈泡的額定功率，R0為已知阻值的定值電阻。請把他們的實驗步驟補充完整：
①斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1、S3，移動滑動變阻器的滑片P，________________________；
②保持滑動變阻器的滑片位置不變，開關(guān)S3仍閉合，____________，記錄下電壓表示數(shù)為U；
③小燈泡的額定功率PL＝________(請用已知量和測量量表示)。
[解析]　(1)當(dāng)燈泡正常發(fā)光時，電流大約為：I＝＝≈0.2 A，滑動變阻器的阻值：R滑＝＝＝17.5 Ω，R2最大阻值太小，所以應(yīng)選擇R1。
(2)原電路中，燈泡與電流表并聯(lián)，電壓表串聯(lián)在電路中是錯誤的，為了測量燈泡的額定功率，應(yīng)讓電流表與燈泡串聯(lián)，電壓表與燈泡并聯(lián)，改正后如圖所示。
(3)燈在額定電壓下正常發(fā)光，電壓表選用小量程，分度值為0.1 V，示數(shù)為1.20 V，所以，應(yīng)增加燈兩端的電壓減小滑動變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，就要減小變阻器連入電路中的電阻，所以，應(yīng)將滑片P向A端移到合適位置，讀出電流表示數(shù)，即可算出小燈泡的額定功率。
(4)由I-U圖象可知，當(dāng)U額＝2.5 V時，I額＝0.2 A，所以小燈泡的額電功率P額＝U額I額＝2.5 V×0.2 A＝0.5 W；在該過程中，燈泡中的電壓越小，電流越小，由P＝UI知小燈泡的實際功率隨實際電壓的降低而減小。
(5)①閉合開關(guān)S1和S3，斷開S2，并調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為U額＝2.5 V；此時L、R0和變阻器串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，故燈泡正常發(fā)光；
②閉合開關(guān)S2，斷開S1，保持滑動變阻器滑片P不動，讀出此時電壓表示數(shù)為U，電壓表測L與R0的總電壓，所以IL＝IR＝；
③小燈泡額定功率的表達式PL＝U額＝。
[答案]　(1)R1　(2)見解析　(3)1.20　A　(4)0.5　減小　(5)①使電壓表示數(shù)為U額＝2.5 V?、陂]合開關(guān)S2，斷開S1，保持滑動變阻器滑片P不動?、?br/>14．(2023·泰安)2023年3月27日是第28個全國中小學(xué)生安全教育日，某校開展了安全創(chuàng)意設(shè)計比賽活動，物理興趣小組利用磁性開關(guān)S2設(shè)計了煙霧報警與自動噴淋聯(lián)動模擬系統(tǒng)，當(dāng)煙霧達到一定濃度時觸發(fā)自動報警噴淋，防范火災(zāi)發(fā)生。圖甲為該模擬系統(tǒng)示意圖，RC為氣敏電阻?？刂齐娐分械碾娏鱅控≥0.02 A時，磁性開關(guān)動觸片被電磁鐵吸引與觸點a接觸，安全指示燈L熄滅，報警噴淋系統(tǒng)同時工作；控制電路中的電流小于0.02 A時，動觸片被釋放，與觸點b接觸，安全指示燈亮，報警噴淋系統(tǒng)停止工作。已知控制電路電源電壓U控大小可調(diào)節(jié)，電磁鐵線圈電阻不計，氣敏電阻RC的阻值與煙霧濃度C的關(guān)系如圖乙所示，R0為定值電阻。工作電路電源電壓U＝36 V，報警電鈴標(biāo)有“36 V　18 W”字樣。
(1)安全指示燈L標(biāo)有“0.9 W　10 Ω”字樣(忽略溫度對燈絲電阻的影響)，要使燈L正常工作，則保護電阻的阻值為多大？
(2)報警電鈴響時電流表示數(shù)為2.5 A，噴淋系統(tǒng)工作20 s消耗的電能是多少？
(3)通過調(diào)節(jié)U控大小，可改變該裝置對煙霧探測的靈敏度。調(diào)至U控1時，觸發(fā)報警噴淋的最低煙霧濃度C1＝8%，電阻R0的功率為0.012 W，控制電路消耗的總功率為P控1；將電壓增大調(diào)至U控2，觸發(fā)報警噴淋時的最低煙霧濃度為C2，控制電路消耗的總功率為P控2，P控1∶P控2＝25∶31，求U控1、U控2和C2的大小。
[解析]　(1)由題圖甲可知，工作電路中，動觸片與觸點b接觸時燈L與保護電阻R′串聯(lián)，由P＝UI＝I2R可知，燈L正常工作時的電流：IL＝＝＝0.3 A，由歐姆定律可知，此時工作電路的總電阻：R總b＝＝＝120 Ω，由串聯(lián)電路的電阻特點可知，保護電阻R′的阻值：R′＝R總b－RL＝120 Ω－10 Ω＝110 Ω。
(2)由題圖甲可知，工作電路中，動觸片與觸點a接觸時電鈴與噴淋系統(tǒng)并聯(lián)，電流表測干路電流，由P＝UI可知，電鈴正常工作時的電流：I電鈴＝＝＝0.5 A，由并聯(lián)電路的電壓特點可知，此時電鈴兩端的電壓等于電鈴的額定電壓，電鈴正常工作，通過電鈴的電流I電鈴＝0.5 A，由并聯(lián)電路的電流特點可知，通過噴淋系統(tǒng)的電流：I噴淋＝I′－I電鈴＝2.5 A－0.5 A＝2 A，噴淋系統(tǒng)工作20 s消耗的電能：W噴淋＝U噴淋I噴淋t＝36 V×2 A×20 s＝1 440 J。
(3)由題圖乙可知，氣敏電阻RC的阻值與煙霧濃度C的關(guān)系為一次函數(shù)，因此可設(shè)：RC＝kC＋b，當(dāng)C＝0時，RC＝300 Ω，則b＝RC－kC＝300 Ω－k×0＝300 Ω，當(dāng)C′＝5%時，RC′＝250 Ω，則k＝＝＝－1 000 Ω，則RC與C的關(guān)系式為RC＝－1 000 Ω×C＋300 Ω，當(dāng)C1＝8%時，RC1＝－1 000 Ω×8%＋300 Ω＝220 Ω，由題意可知，觸發(fā)報警噴淋的最低煙霧濃度時的電路電流：I0＝0.02 A，由P＝UI＝I2R可知，R0的阻值：R0＝＝＝30 Ω，由串聯(lián)電路的電阻特點和歐姆定律可知，此時控制電路的電源電壓：U控1＝＋R0)＝0.02 A×(220 Ω＋30 Ω)＝5 V，則濃度C1＝8%時，控制電路消耗的總功率：P控1＝U控1×I0＝5 V×0.02 A＝0.1 W，由P控1∶P控2＝25∶31可知，濃度為C2時，控制電路消耗的總功率：P控2＝P控1＝×0.1 W＝0.124 W，由P＝UI可知：U控2＝＝＝6.2 V，由歐姆定律可知，電壓增大調(diào)至U控2時電路的總電阻：R總2＝＝＝310 Ω，由串聯(lián)電路的電阻特點可知，煙霧濃度為C2時，氣敏電阻RC的阻值：RC2＝R總2－R0＝310 Ω－30 Ω＝280 Ω，由RC＝－1 000 Ω×C＋300 Ω可知：C2＝＝＝2%。
[答案]　(1)保護電阻的阻值為110 Ω　(2)噴淋系統(tǒng)工作20 s消耗的電能是1 440 J　(3)U控1為5 V，U控2為6.2 V，C2為2%
15．(2024·泰安)實踐活動小組為學(xué)校設(shè)計了智能花卉溫室，其頂部用薄膜太陽能板覆蓋發(fā)電，保障了花卉生長所需的夜間補光照明和低溫環(huán)境加熱的能源需求。圖甲為溫室智能補光系統(tǒng)電路，當(dāng)室外自然光照強度低于某數(shù)值時，磁性開關(guān)S′自動閉合，補光燈L發(fā)光，模擬自然光照為花卉補光。圖乙為電熱器的加熱電路簡圖，發(fā)熱體由R1和R2兩個電熱絲構(gòu)成，且R1>R2。S1、S2、S3對應(yīng)電熱器的3個開關(guān)，使用時只能單獨按下某一個開關(guān)，再按另一個時，前一個按鍵會彈起斷開，且無法同時按下2個或3個開關(guān)。已知U1＝U2＝220 V，U控保持不變，補光燈L規(guī)格為“220 V　100 W”。求：
(1)若補光燈L在一段時間內(nèi)正常發(fā)光消耗電能1.2 kW·h，該燈發(fā)光時間為多少小時？
(2)若電熱器的最大功率是最小功率的12倍，在最大功率狀態(tài)下60 s 產(chǎn)生的熱量為5.28×104 J，求R1和R2的阻值。
(3)“照度”是反映光照強度的一種物理量，用E表示，國際單位為勒克斯(lx)。已知光敏電阻RE與照度E之間成反比例函數(shù)關(guān)系，部分數(shù)據(jù)如表所示。調(diào)節(jié)智能補光系統(tǒng)電路正常工作過程如下：當(dāng)照度下降為E1時，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P至a點，磁性開關(guān)S′的動觸片受到電磁鐵的吸引力減小至臨界值，動觸片回彈，開關(guān)S′閉合，補光燈L開始正常工作，此時電流表示數(shù)為70 mA；保持滑片P在a點不動，提高照度至E2時，電流表示數(shù)變化了30 mA，此時光敏電阻的阻值為30 Ω，E1∶E2＝5∶8，設(shè)此時滑動變阻器消耗的電功率為Pa，電磁鐵線圈電阻忽略不計。求U控和Pa的大小。
　　
照度E/×103 lx 0.15 0.3 0.6 1.2 2 3
RE/Ω 32 16 8 4 2.4 1.6
[解析]　(1)t＝＝＝12 h。
(2)由題圖乙可知，按下開關(guān)S1，電路中只有R2，則P1＝ ①
按下開關(guān)S2，電路中只有R1，則P2＝ ②
按下開關(guān)S3，R1和R2串聯(lián)入電路中，則P3＝ ③
又因為R1>R2，則P1>P2>P3。
由①③式得＝＝ ④
根據(jù)題意，Q＝W′＝t，
則R2＝t＝55 Ω ⑤
由④⑤得，R1＝605 Ω。
(3)當(dāng)照度為E1時，設(shè)滑動變阻器滑至a點連入電路的電阻為Ra，Ra和RE1串聯(lián)在電路中，則U控＝I1(RE1＋Ra)＝0.07 A×(RE1＋Ra)①
當(dāng)提高照度至E2時，Ra和RE2串聯(lián)在電路中，I2＝I1＋0.03 A＝0.1 A
U控＝I2(RE2＋Ra)＝0.1 A×(30 Ω＋Ra)②
由表中數(shù)據(jù)可知，RE和照度E的反比例關(guān)系式為RE＝×103 lxΩ
則＝＝，則RE1＝48 Ω③
由①②③得U控＝4.2 V，Ra＝12 Ω
則Pa＝Ra＝0.12 W。
[答案]　(1)12 h　(2)605 Ω　55 Ω　(3)4.2 V　0.12 W
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第14講　電功　電功率
過教材 串知識 夯基礎(chǔ)
知識點1　電能和電功
1．電能
(1)電能用W表示，常用單位是_________________，俗稱度，能量的國際單位是___________。
(2)單位換算：1度＝___kW·h＝___________J。
(3)電能可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。用電器工作的過程就是把____能轉(zhuǎn)化為__________能的過程。
千瓦時(kW·h)
焦耳(J)
1
3.6×106
電
其他形式
2．電能表
電能表 轉(zhuǎn)盤式電能表
示意圖 (1)220 V：指電能表接在________的電路中使用；
(2)10(20) A：表示這個電能表的標(biāo)定電流為_______，額定最大電流為 _______；
(3)3 000 r/(kW·h)：用電器每消耗 __________ 的電能，電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)___________；
220 V
10 A
20 A
1 kW·h
3 000 r
示意圖 (4)讀數(shù)：電能表最右邊的格子顯示的是消耗電能的小數(shù)部分。若月初示數(shù)為01041，則本月耗電61.2 kW·h
相關(guān)
計算
電流做功
電壓
UIt
知識點2　電功率
1．電功率：表示電流做功______的物理量，用字母___表示，單位是瓦特，簡稱____，符號是___。常用單位是kW，1 kW＝________W。
2．定義：電功率等于電功與時間之比。
快慢
P
瓦
W
1 000
項目 國際單位 常用單位
功率P 瓦(W) 千瓦(kW)
時間t 秒(s) 時(h)
電功W 焦(J) 千瓦時(kW·h)
UI
I2R
實際工作
實際電壓
方法技巧：用電器只有在額定電壓下才能正常工作，實際電壓偏低，用電器不能正常工作；實際電壓偏高，有可能損壞用電器(如小燈泡兩端的電壓越高，實際功率越大，亮度越亮，但實際電壓太高，會損壞燈泡)。
知識點3　焦耳定律
1．電流的熱效應(yīng)：電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化為____能，這種現(xiàn)象叫作電流的熱效應(yīng)。
2．焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的________成正比，跟導(dǎo)體的______成正比，跟通電時間成____比。
內(nèi)
二次方
電阻
正
I2Rt
UIt
研重難 學(xué)方法 提能力
重難點1　電能和電功
【典例1】　 (2024·東平縣二模)某品牌電動汽車的電池容量為
130 A·h，額定電壓為400 V，充滿電后它存了________kW·h的能量。
52
√
【典例2】　關(guān)于如圖所示的電能表，下列說法正確的是(　　)
A．電能表是測量消耗電功率的儀表
B．從表中可以看出，它所測量的電路消耗了200 kW·h的電能
C．只將一盞標(biāo)有“220 V　100 W”的電燈接在電路中，正常工作
1 h，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)72轉(zhuǎn)
D．該電能表的單位為焦耳
【變式1】　(2024·泰山區(qū)模擬)有兩個電路元件A、B，把它們串聯(lián)在電路中，如圖甲所示，流過元件的電流與其兩端的電壓關(guān)系如圖乙所示。閉合開關(guān)S，這時電流表的示數(shù)為0.4 A，則在相同時間內(nèi)A、B兩元件的電功之比為(　　)
A．4∶5　　　
B．5∶4
C．2∶3
D．1∶3
√
【變式2】　某家庭某月初電能表的示數(shù)如圖所示，他所在地區(qū)的電費是 0.5元/(kW·h)，本月他家繳納電費109元，則月底表盤示數(shù)應(yīng)為________________；將某家用電器單獨接在該電能表上正常工作5 min，電能表指示燈閃爍了160次，這段時間用電器消耗的電能為________kW·h。
1 845.2 kW·h
0.05
重難點2　電功率的計算
【典例3】　(2024·泰山區(qū)校級一模)兩個規(guī)格分別為“4 V　2 W”和“2 V　2 W”的小燈泡(假設(shè)燈絲電阻不變)，若把它們串聯(lián)在電路中，在不損壞小燈泡的前提下，電路中允許接的最大電壓為________V。
5
【變式3】　(2024·東平縣二模)如圖甲所示的電路中，電源電壓保持不變，電流表的量程為0～0.6 A，電壓表的量程為0～15 V，滑動變阻器的規(guī)格為“200 Ω　1 A”。在滑動變阻器的滑片移動的過程中，電壓表的示數(shù)與滑動變阻器接入電路的電阻的關(guān)系如圖乙所示。若要求電流表和電壓表的示數(shù)都不能超過所選的量程，下列說法
(　　)
①電源電壓為18 V?、赗1的電阻是40 Ω　③電流表示數(shù)變化范圍是0.15～0.6 A　④R1的電功率變化范圍是0.45～7.2 W
A．只有①②③正確 B．只有①③④正確
C．只有②③④正確 D．只有①②④正確
√
【變式4】　(2024·泰安)如圖甲所示電路，電源電壓保持不變，電阻R1＝20 Ω，圖乙為小燈泡L的I-U關(guān)系圖象。當(dāng)只閉合開關(guān)S1時，電阻R1功率為 1.8 W，電流表示數(shù)為I1，電路的總功率為P1；當(dāng)開關(guān)S1、S3閉合，S2斷開時，電流表示數(shù)為I2，電路的總功率為P2；當(dāng)開關(guān)S1、S2閉合，S3斷開時，燈泡L正常發(fā)光，此時燈泡L的電阻為RL，電路的總功率為P3。已知P1∶P2＝1∶5，下列說法(　　)
√
①P2＝0.36 W?、赗2＝5 Ω?、跼L＝1.8 Ω?、躊3＝3.6 W
A．只有②④正確 B．只有①④正確
C．只有②③正確 D．只有③④正確
【變式5】　在如圖所示的電路中，電源電壓保持不變，燈泡L上標(biāo)有“6 V　6 W”字樣，定值電阻R2的阻值為6 Ω，當(dāng)開關(guān)S1、S2和S3均閉合時，電流表的示數(shù)為1.4 A，此時燈泡L恰好正常發(fā)光(燈絲電阻不變)。求：
(1)燈泡L燈絲的電阻；
(2)定值電阻R1的阻值；
(3)當(dāng)開關(guān)S3閉合，S1和S2都斷開時，電路的總功率。
[答案]　(1)燈泡L燈絲的電阻為6 Ω　(2)定值電阻R1的阻值為15 Ω　(3)當(dāng)開關(guān)S3閉合，S1和S2都斷開時，電路的總功率為3 W
重難點3　焦耳定律及其應(yīng)用
【典例4】　(2021·泰安)某導(dǎo)體的電阻是2 Ω，通過1 A的電流時，1 min產(chǎn)生的熱量是________J。
[解析]　電流產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt＝(1A)2×2 Ω×60 s＝120 J。
120
【變式6】　(2024·新泰市二模)在如圖所示的電路中，電源電壓U恒定，小燈泡L上標(biāo)有“6 V　3 W”字樣(忽略溫度對燈絲電阻RL的影響)，電流表量程為0～0.6 A，電壓表量程為0～15 V，定值電阻R0＝16 Ω，滑動變阻器R的最大電阻為100 Ω。只閉合S1，移動滑片P，使滑動變阻器連入電路的阻值為20 Ω，電壓表示數(shù)為10 V，通電30 s，定值電阻R0產(chǎn)生的熱量為Q。只閉合S2，在確保電路各元件安全的情況下，滑動變阻器可連入電路中的最大
阻值為R′。下列判斷正確的是(　　)
①RL＝12 Ω?、赨＝8 V?、跶＝120 J　④R′＝100 Ω
A．只有①③ B．只有②④
C．只有①② D．只有①③④
√
【變式7】　(2024·東平縣模擬)某養(yǎng)生壺有“加熱”和“保溫”兩個擋位，其簡化電路如圖所示，其中加熱擋額定功率為1 210 W，電熱絲R1的阻值為1 060 Ω，電熱絲R1、R2的阻值均不變。求：
(1)養(yǎng)生壺加熱擋正常工作時，電路中的電流；
(2)R2的阻值；
(3)養(yǎng)生壺保溫擋正常工作時，通電10 s，電流通過R2
產(chǎn)生的熱量。
[答案]　(1)養(yǎng)生壺加熱擋正常工作時，電路中的電流為5.5 A　(2)R2的阻值為40 Ω　(3)養(yǎng)生壺保溫擋正常工作時，通電10 s，電流通過R2產(chǎn)生的熱量為16 J
練實驗 重遷移 強素養(yǎng)
實驗1　伏安法測量小燈泡的電功率(含特殊方法)
小兵同學(xué)通過實驗測量燈泡L1、L2的額定功率，L1、L2分別標(biāo)有“2.5 V”和“3.8 V”字樣，電源電壓恒為6 V，電壓表只有0～3 V量程可以用。
基礎(chǔ)設(shè)問：
(1)如圖甲所示，是小兵設(shè)計的測L1額定功率的實驗電路圖，請在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實物電路的連接(要求滑片向A端移動燈泡變亮)。
(2)連好電路后，按實驗規(guī)范操作，先把滑動變阻器的滑片P移到________(選填“A”或“B”)端，然后閉合開關(guān)S，小兵發(fā)現(xiàn)L1不發(fā)光，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，則電路的故障可能是L1__________(選填“斷路”或“短路”)。
見解析圖
B
短路
(3)排除故障后，按實驗規(guī)范操作，閉合開關(guān)S，電壓表示數(shù)為1 V，電流表示數(shù)如圖丙所示，讀數(shù)為________A，滑動變阻器的最大阻值為________Ω。調(diào)節(jié)滑片P得到表中的數(shù)據(jù)，L1的額定功率為________W。
實驗次數(shù) 1 2 3
電壓/V 1.0 2.5 2.8
電流/A 0.30 0.32
0.2
25
0.75
(4)小兵在原電路中用L2替換L1，測量L2的額定功率，按實驗規(guī)范操作，剛閉合開關(guān)S，電壓表示數(shù)為1.5 V，接著小兵發(fā)現(xiàn)該電路無法完成測量，于是設(shè)計了一個新方案，把電壓表改接到滑動變阻器兩端，只需調(diào)節(jié)滑片P使電壓表示數(shù)為________V，L2就會正常發(fā)光。
(5)小兵根據(jù)新方案連好電路，按實驗規(guī)范操作，剛閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)超過了量程，立即斷開開關(guān)思考解決方法，請你對此說出一種合理的解決辦法：___________________________________ _________________________________________________________________________________。
2.2
換一個大量程電壓表(換一個最大值稍小的滑動變阻器；閉合開關(guān)前把滑動變阻器滑片調(diào)到合適位置；適當(dāng)調(diào)低電源電壓)
變式設(shè)問：
(6)閉合開關(guān)，燈泡不亮，電流表和電壓表指針都有較小的偏轉(zhuǎn)，則燈泡不亮的原因是________(選填字母)。
A．燈泡燒壞
B．燈泡短路
C．燈泡的實際功率太小
(7)小兵對數(shù)據(jù)分析后，認為還可以得出通過燈泡的電流和燈泡兩端電壓成正比的結(jié)論，這種說法________(選填“正確”或“錯誤”)，理由是_____________________________。
C
錯誤
小燈泡工作時的電阻在變化　
創(chuàng)新設(shè)問：
(8)小兵打算只利用電壓表來測量燈泡的額定功率。用如圖丁所示的電路測量，R0阻值已知。閉合開關(guān)S、S1，移動滑片P使電壓表的示數(shù)為U額。保持滑片P位置不動，只斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，記下
電壓表的示數(shù)為U2，則小燈泡的電功率為__________(用已知字母表示)。

[解析]　(1)實物電路的連接如圖所示。
(2)由題圖甲可知，閉合開關(guān)S前，為保護電路，應(yīng)使滑動變阻器阻值為最大值；閉合開關(guān)S后，電流表有示數(shù)，則故障不可能是L1斷路，L1不發(fā)亮，則有可能L1被短路。
方法指導(dǎo)：特殊方法測量小燈泡的電功率
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表達式
缺電流表
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表達式
缺電流表 1．閉合S和S1，斷開S2，移動滑片P，使電壓表的示數(shù)等于燈泡的額定電壓U額，讓燈泡正常發(fā)光；
2．保持滑片位置不變，斷開開關(guān)S1，再閉合開關(guān)S2，讀出電壓表的示數(shù)為U
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表達式
缺電流表 1．閉合開關(guān)S1，將開關(guān)S2撥到觸點2，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值R，使電壓表的示數(shù)為U額；
2．再將開關(guān)S2撥到觸點1，讀出電壓表的示數(shù)為U
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表達式
缺電流表
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表達式
缺電流表 1．閉合S和S1、斷開S2，移動R2的滑片使電壓表示數(shù)為U額；
2．保持R2滑片不動，閉合S和S2、斷開S1，移動R1滑片使電壓表示數(shù)仍為U額；
3．移動R2滑片至最左端，記下此時電壓表示數(shù)U1；再移動R2滑片至最右端，記下此時電壓表示數(shù)U2
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表達式
缺電流表 1．只閉合S1，調(diào)節(jié)滑片P，使電壓表示數(shù)等于U額；
2．?dāng)嚅_S1，只閉合S2，保持滑動變阻器R的滑片P位置不動，調(diào)整電阻箱R′接入電路的阻值，使電壓表的示數(shù)再次等于U額，讀出電阻箱數(shù)值R′
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表達式
缺電壓表 1．閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片位置使電流表A0的示數(shù)I0與定值電阻R0的乘積等于小燈泡兩端的額定電壓U額；
2．不改變滑片的位置，記下此時電流表A的示數(shù)I額 P額＝U額I額
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表
達式
缺電壓表
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表
達式
缺電壓表 1．閉合開關(guān)S1，斷開開關(guān)S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，使電流表示數(shù)為I額；
2．閉合開關(guān)S1、S2，保持滑動變阻器的滑片P位置不變，讀出此時電流表的示數(shù)為I
類型 電路圖 實驗步驟 燈泡電功率表
達式
缺電壓表 1．只閉合S1，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電流表示數(shù)為I額；
2．?dāng)嚅_S1，閉合S2，保持滑動變阻器的滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電流表示數(shù)為I額時，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R′
[變式訓(xùn)練]
1．(2023·泰安)物理實驗小組連接了如圖甲所示的電路，做“測量小燈泡的電功率”實驗?？晒┻x擇的器材有：電源(可選電壓為
4.5 V、6 V)，規(guī)格為“20 Ω　2 A”的滑動變阻器一個，小燈泡(額定電壓為2.5 V，額定功率小于0.75 W)一個，電壓表、電流表各一個，開關(guān)，導(dǎo)線若干。
(1)甲圖連接的電路有一處錯誤，請把接錯的那根導(dǎo)線找出來打“×”，用筆畫線代替導(dǎo)線畫出正確的連接(只改接一根導(dǎo)線)。
(2)正確連接電路后，當(dāng)變阻器的滑片P在中點時小燈泡正常發(fā)光。該實驗所用的電壓為________V，小燈泡的額定功率為________W。
(3)變阻器的滑片P移至某處時，電流表示數(shù)為0.18 A，電壓表示數(shù)如圖乙所示為________V，此時小燈泡的電阻為________Ω。
見解析圖
4.5
0.5
1.80
10
(4)該實驗小組的同學(xué)又設(shè)計了如圖丙所示的電路，利用阻值為R0的定值電阻和電壓表V1、 V2等器材，測量額定電壓為U額的小燈泡L的額定功率，經(jīng)檢查無誤后進行實驗。請你幫助他們將實驗過程補充完整：
①閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片P，使電壓表______(選填“ V1”或“ V2”)的示數(shù)為U額，同時讀出另一個電壓表的示數(shù)，記為U；
②用已知物理量和測量量的符號表示出小燈泡額定功率P額＝
___________。
V1
[解析]　(1)原題圖甲中，燈泡沒有接入電路，電壓表串聯(lián)在電路中是錯誤的，在測量小燈泡的電功率實驗中，燈泡、滑動變阻器和電流表串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，如圖所示。
2．(2024·新泰市模擬)一實驗小組的同學(xué)想利用“伏安法”測量標(biāo)有“3.8 V”字樣的小燈泡的額定功率，請你幫他們一起完成下面的實驗。
(1)請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實物電路連接完整。
(2)若閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，而電壓表指針卻有明顯的偏轉(zhuǎn)，則故障可能是____________(選填“小燈泡斷路”或“滑動變阻器斷路”)。
(3)排除故障后，實驗過程中發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)為2 V，要想讓小燈泡正常發(fā)光，應(yīng)向________(選填“左”或“右”)移動滑動變阻器滑片，直至燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率是________W。
見解析圖
小燈泡斷路
左
1.14
(4)在實驗過程中，通過移動滑片記錄多組數(shù)據(jù)，繪出了小燈泡的I-U圖象如圖丙所示，該圖象不是直線說明了小燈泡的電阻隨________發(fā)生了變化。
(5)另一實驗小組發(fā)現(xiàn)電流表損壞不能使用，他們利用一個已知電阻R0和一個單刀雙擲開關(guān)，設(shè)計了如圖丁所示的電路，也測出了標(biāo)有“3.8 V”字樣的小燈泡的額定功率。請完成下列實驗步驟：
①閉合開關(guān)S1，將S2撥到觸點2，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表的示數(shù)為________V；
溫度　
3.8
②保持滑片P的位置不動，再將開關(guān)S2撥到觸點1，讀出此時電壓表的示數(shù)U；
③小燈泡額定功率的表達式為P額＝______________(用已知量和測量量表示)。
[解析]　(1)由題知，小燈泡的額定電壓為3.8 V，故電壓表選用大量程，電壓表與小燈泡并聯(lián)，如圖所示。
(2)發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路斷路；電壓表指針有明顯偏轉(zhuǎn)說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，說明電壓表并聯(lián)部分斷路，可能是小燈泡斷路。
(3)由題知，電壓表示數(shù)為2 V，小于小燈泡的額定電壓3.8 V，因小燈泡在額定電壓下才能正常發(fā)光，所以應(yīng)增大小燈泡的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小滑動變阻器連入電路中的電阻，故滑片向左移動；由題圖乙知，電流表量程是0.6 A，分度值是0.02 A，小燈泡正常發(fā)光時的電流為0.3 A，燈泡的額定功率：P＝UI＝3.8 V×0.3 A＝1.14 W。
(4)該圖象不是直線，說明小燈泡的電阻是變化的，主要原因是燈絲的電阻隨溫度的變化而變化。
實驗2　探究電流的熱效應(yīng)的影響因素
某學(xué)習(xí)小組在老師的指導(dǎo)下，探究電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)。他們用的實驗器材如圖所示，兩個透明容器中密封著等量空氣，U形管中液面最初相平，兩個密閉容器中都有一段電阻絲。
基礎(chǔ)設(shè)問：
(1)請你用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖甲中兩個容器內(nèi)的電阻絲連接到電路中。
如圖所示
(2)實驗中通過觀察液面高度的變化來比較電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少，這種方法叫________。
(3)連接好電路，閉合開關(guān)，通電一段時間后，圖甲中________(選填“左”或“右”)側(cè)U形管中液面高度變化大，此實驗現(xiàn)象表明，在通過導(dǎo)體的電流和通電時間均相同的情況下，________越大，所產(chǎn)生的熱量越多。
轉(zhuǎn)換法
右
電阻
(4)讓兩個密閉容器中的電阻絲阻值一樣大，在其中一個容器的外部將一個相同阻值的電阻絲和這個容器內(nèi)的電阻絲并聯(lián)。接入電路中，重新實驗。此時通過兩容器中電阻絲的電流不同，在通電時間相同的情況下，觀察U形管中液面高度變化(如圖乙所示)，由此得到的結(jié)論是_______________________________________________________ ___________________。
在導(dǎo)體電阻和通電時間相同的情況下，通過導(dǎo)體的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多
變式設(shè)問：
(5)若該學(xué)習(xí)小組發(fā)現(xiàn)通電一段時間后，其中一個U形管中的液面高度幾乎不變，發(fā)生此現(xiàn)象的原因可能是_____________________。
創(chuàng)新設(shè)問：
(6)組裝之前，U形管內(nèi)注入適量紅墨水，發(fā)現(xiàn)左右側(cè)液面________，該U形管________(選填“屬于”或“不屬于”)連通器。
透明容器密閉性不好
相平
屬于
[變式訓(xùn)練]
(2024·新泰模擬)用如圖所示的實驗裝置探究“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)”。
(1)給透明容器中的電阻絲通電后，電阻絲的內(nèi)能增大是通過________(選填“做功”或“熱傳遞”)的方式改變的。
(2)利用甲裝置可以探究導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與________的關(guān)系。
(3)給乙裝置通電一段時間后，發(fā)現(xiàn)________側(cè)U形管中液柱的高度差更大。
(4)生活中我們經(jīng)常見到“電爐絲熱得發(fā)紅，而與它相連的導(dǎo)線卻不怎么熱”，這一現(xiàn)象可用________裝置的實驗結(jié)論解釋。
做功
電阻
左
甲
[解析]　(1)兩個透明容器中封閉著等量的空氣，且都有一段電阻絲。將透明容器與U形管相連，接入電路；電流流過電阻絲時，將電能轉(zhuǎn)化為電阻絲的內(nèi)能，是通過做功方式改變電阻絲內(nèi)能的。
(2)題圖甲中兩電阻絲串聯(lián)，通過兩個電阻的電流相同，其阻值是不同的，在通電時間相等時，10 Ω的電阻大，B管液面上升得更高，表明電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的大小有關(guān)。
(3)探究“電流產(chǎn)生的熱量跟電流是否有關(guān)”時，應(yīng)控制電阻、通電時間相同，而電流不同，由題圖乙可知，通過左邊電阻的電流與通過右邊兩個電阻的電流之和是相等的，故左側(cè)容器內(nèi)電阻的電流大于右側(cè)容器內(nèi)的電流，根據(jù)焦耳定律，左側(cè)產(chǎn)生的熱量多，左側(cè)U形管中液柱的高度差更大。
(4)電爐絲通過導(dǎo)線連接到電路里，電爐絲和導(dǎo)線串聯(lián)，電流是相同的，故甲裝置可以解釋這一現(xiàn)象。
課時分層評價卷(十六)　電功　電功率
√
1．(2024·泰安一模)關(guān)于電功，下列說法不正確的是(　　)
A．電流做了多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能
B．電流做功的過程就是消耗電能的過程
C．用電能表可以測量電流做功的多少
D．電流越大，電流做功就一定越多
D　[根據(jù)能量守恒定律可知，電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故A正確；電流做功的過程，就是消耗電能的過程，電流做功越多，消耗的電能就越多，故B正確；電能表是用來測量電流做功的多少的儀器，可以直接用電能表測量電流做功的多少，故C正確；由W＝UIt可知，電流做功的多少與電壓、電流和通電時間有關(guān)，電流越大，電流做功不一定越多，故D錯誤。故選D。]
2．(2024·泰安模擬)如圖所示，A、B是由同種材料制成的導(dǎo)體，二者長度相等，但A比B的橫截面積大，當(dāng)開關(guān)閉合后，在相同時間內(nèi)，下列說法正確的是(　　)
A．導(dǎo)體A、B的電阻RA＞RB
B．通過導(dǎo)體A、B的電流IA＞IB
C．導(dǎo)體A、B兩端的電壓UA＝UB
D．電流通過導(dǎo)體A、B所做的功WA＜WB
√
D　[根據(jù)影響導(dǎo)體電阻大小的因素可得出導(dǎo)體A、B電阻的大小關(guān)系；由題圖可知，導(dǎo)體A、B串聯(lián)接入電路，根據(jù)串聯(lián)電路電流規(guī)律可得出通過導(dǎo)體A、B的電流大小關(guān)系；根據(jù)U＝IR可得出導(dǎo)體A、B兩端的電壓大小關(guān)系；根據(jù)W＝UIt可得出電流通過導(dǎo)體A、B所做的功的大小關(guān)系。
導(dǎo)體A、B是同種材料、長度相等，由題圖可知，導(dǎo)體A的橫截面積大于導(dǎo)體B的橫截面積，根據(jù)影響導(dǎo)體電阻大小的因素可知，導(dǎo)體A的電阻RA小于導(dǎo)體B電阻RB，即RA＜RB，故A錯誤；由題圖可知，導(dǎo)體A、B串聯(lián)接入電路，根據(jù)串聯(lián)電路電流規(guī)律可知，通過導(dǎo)體A的電流等于通過導(dǎo)體B的電流，即IA＝IB，故B錯誤；根據(jù)U＝IR可知，導(dǎo)體A兩端的電壓UA＝IARA，導(dǎo)體B兩端的電壓UB＝IBRB，由于IA＝IB，RA＜RB，所以UA＜UB，故C錯誤；根據(jù)W＝UIt可知，電流通過導(dǎo)體A所做的功WA＝UAIAtA，電流通過導(dǎo)體B所做的功WB＝UBIBtB，由于UA＜UB，IA＝IB，tA＝tB，所以WA＜WB，故D正確。故選D。]
3．(2024·新泰二模)如圖甲所示，小燈泡L2上標(biāo)有“2 V”字樣，電流表量程為0～3 A，燈泡L1和L2的I-U圖象如圖乙所示，當(dāng)只閉合開關(guān)S1時，L2正常發(fā)光，當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3都閉合，且滑動變阻器滑片P滑到最右端時，燈泡L1正常發(fā)光，電流表示數(shù)為0.72 A，則下列說法正確的是(　　)
A．電源電壓為4 V
B．滑動變阻器的最大阻值為35 Ω
C．只閉合開關(guān)S3時，為保證電路安全，電路中最大功率為18 W
D．當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3都閉合時，為保證元件安全，滑動變阻器可接入電路的最小阻值為2.5 Ω
√
4．(2024·肥城市一模)在如圖所示的電路中，電源電壓恒為6 V，定值電阻R0＝20 Ω， 滑動變阻器的規(guī)格為“30 Ω　1 A”，電流表的量程為0～0.6 A，小燈泡上標(biāo)有“3 V　0.9 W”字樣。不考慮燈絲電阻變化，在保證電路安全的前提下，下列說法中(　　)
①當(dāng)S、S1、S2都閉合時，整個電路工作5 s消耗的最小電能為15 J
②當(dāng)S、S1、S2都閉合時，滑動變阻器接入電路的最小阻值是15 Ω
③當(dāng)S閉合，S1、S2都斷開時，小燈泡的功率范圍是0.225 W～0.9 W
④當(dāng)S閉合，S1、S2都斷開時，滑動變阻器兩端的電壓范圍是1.5 V ～4.5 V
A．只有①④正確 B．只有①③正確
C．只有②③正確 D．只有②③④正確
√
5．(2024·泰安二模)如圖所示，電源電壓恒為6 V，閉合開關(guān)，當(dāng)滑動變阻器滑片位于最右端時，電流表A的讀數(shù)為0.1 A；當(dāng)滑片位于中點時，電流表A的讀數(shù)為0.16 A，如果用某小燈泡替換滑動變阻器接入該電路，已知該小燈泡的U-I圖象如圖乙所示，再次閉合開關(guān)后，此時電路消耗的功率為________W。
1.2
由①②解得：R0＝15 Ω；由串聯(lián)電路的電流特點和電壓特點結(jié)合題圖乙可知，當(dāng)電路中的電流為0.2 A時，燈泡兩端的電壓為3 V，由歐姆定律可知，此時R0兩端的電壓為：U0＝I′R0＝0.2 A×15 Ω＝3 V，此時電源電壓：U＝U0＋UL＝3 V＋3 V＝6 V，符合題意，此時電路消耗的功率：P＝UI′＝6 V×0.2 A＝1.2 W。
6．(2024·新泰模擬)在野外取火時，可以將煙盒內(nèi)部的錫箔紙撕成一條中間窄、兩頭寬的紙帶，并將其與一節(jié)電池的正、負極相連，稍后發(fā)現(xiàn)錫箔紙較窄處的紙先燃起來。接通電路后，通過錫箔紙較窄處電流________(選填“大于”“小于”或“等于”)較寬處電流，錫箔紙能被點燃是利用了電流的________。
[解析]　接通電路后，錫箔紙寬、窄處串聯(lián)，串聯(lián)電路電流處處相等，所以通過錫箔紙較窄處電流等于較寬處電流。
錫箔紙有電阻，電流通過錫箔紙時產(chǎn)生熱量，錫箔紙能被點燃是利用了電流的熱效應(yīng)。
等于
熱效應(yīng)
7．(2024·東平縣模擬)在如圖所示的電路中，電阻R1標(biāo)有“6 Ω　1 A”，R2標(biāo)有“3 Ω　1.2 A”，電流表A1、A2的量程均為0～3 A，電壓表量程0～15 V，在a、b間接入電壓可調(diào)的電源。閉合S后，為保證R1、R2均不損壞，則R1消耗的最大功率及允許通過電流表A1的電流分別為
(　　)
A．6 W，1.8 A B．2.16 W，1.8 A
C．8 W，1.2 A D．2.16 W，2.2 A
√
8．(2024·泰安模擬)如圖甲所示電路中，R為定值電阻，R1為滑動變阻器。圖乙是該滑動變阻器滑片從一端移至另一端過程中變阻器的電功率與其電阻的關(guān)系圖象。下列說法正確的是(　　)
①電源電壓為3 V?、陔妷罕淼淖畲笫緮?shù)為4 V?、壅麄€電路功率變化了0.1 W?、茈娏鞅淼氖緮?shù)變化了0.4 A
A．①③ B．②③
C．①② D．②④
√
9．(2024·泰安模擬)小明做“測量小燈泡的電功率”實驗，實驗器材：電源(電壓恒為6 V)、小燈泡(額定電壓為2.5 V，正常發(fā)光時燈絲電阻約為10 Ω)、電流表、電壓表、開關(guān)各一個，規(guī)格分別為R1(10 Ω　1 A)和R2(30 Ω　0.5 A)的滑動變阻器各一個，導(dǎo)線若干。
(1)圖甲是小明連接的實物圖，經(jīng)檢查有一根導(dǎo)線接錯，請你在圖甲中連接錯誤的導(dǎo)線上打“×”，并補畫出正確的連線。
(2)為測量小燈泡的額定功率，所選的滑動變阻器應(yīng)為________(選填“R1”或“R2”)。
(3)檢查電路無誤后，閉合開關(guān)，移動滑片P至某位置時，電壓表的示數(shù)為2.2 V，若想測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向________(選填“A”或“B”)端移動。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出小燈泡的U-I圖象，如圖乙所示，小燈泡的額定功率為________W。
見解析圖
R2
B
0.625
(4)另外一個小組的同學(xué)在沒有電流表的情況下，從實驗室里找了一個阻值為R0的定值電阻，設(shè)計了如圖丙所示電路來測量U額＝2.5 V小燈泡的額定功率，操作如下：
①閉合開關(guān)S和S1，斷開S2，并調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表示數(shù)為 2.5 V；
②______________________，滑動變阻器滑片P不動，讀出此時電壓表示數(shù)為U；
小燈泡額定功率的表達式P額＝_____________。(用U額、R0、U表示)
閉合開關(guān)S和S2，斷開S1
[解析]　(1)原電路圖中，電流表與燈泡并聯(lián)，電壓表串聯(lián)在電路中是錯誤的，在測量小燈泡的電功率實驗中，燈泡、滑動變阻器和電流表串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，如圖所示。
(3)檢查電路無誤后，閉合開關(guān)，移動滑片P至某位置時，電壓表的示數(shù)為2.2 V，小于燈泡額定電壓2.5 V，若想測量小燈泡的額定功率，應(yīng)增大燈泡兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律，應(yīng)減小滑動變阻器兩端的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小滑動變阻器接入電路的阻值，故應(yīng)將滑片P向B端移動；由題圖乙可知，當(dāng)燈泡兩端電壓為2.5 V時，通過燈泡的額定電流為0.25 A，則小燈泡額定功率為：PL＝ULIL＝2.5 V×0.25 A＝0.625 W。
10．(2024·棗莊)如圖所示，電源電壓保持不變R2＝2R1，滑動變阻器標(biāo)有“20 Ω　1 A”字樣，閉合S1，斷開S2，滑動變阻器的滑片P位于最右端時，電壓表的示數(shù)為3 V，電路的總功率為P1；當(dāng)閉合S2，斷開S1，滑動變阻器的滑片P移至中點時，電壓表示數(shù)為1.2 V，電路的總功率為P2，下列說法正確的是(　　)
A．P1∶P2＝4∶5
B．電源電壓為12 V
C．R1阻值為40 Ω
D．電路的最大功率為2.7 W
√
11．(2022·泰安)如甲圖所示，燈泡L標(biāo)有“8 V　4 W”字樣，忽略溫度對燈絲電阻的影響，滑動變阻器R1標(biāo)有“50 Ω　1 A”字樣，電壓表的量程為0～3 V，電流表的量程為0～0.6 A，定值電阻R2的電流隨電壓變化的圖象如乙圖所示。在保證電路安全和電表不超量程的情況下，當(dāng)閉合開關(guān)S、S1、S2時，通電30 s，電路中電流所做的功為120 J；當(dāng)閉合開關(guān)S，斷開開關(guān)S1、S2時，燈泡的實際功率為PL；當(dāng)閉合開關(guān)S1、S2，斷開開關(guān)S時，定值電阻R2消耗的最小功率為P2。下列說法中(　　)
①燈泡L的電阻為16 Ω?、陔娫措妷簽?2 V　③P2＝0.75 W?、躊L＝1 W
A．只有①④正確 B．只有②③正確
C．只有①②正確 D．只有①③④正確
√
12．(2023·泰安)如圖所示的電路中，電源電壓U恒定，燈泡L上標(biāo)有 “2.5 V　1.25 W”字樣(忽略溫度對燈絲電阻的影響)，定值電阻R1阻值為15 Ω，滑動變阻器R2的規(guī)格為“20 Ω　1 A”，電流表量程為0～0.6 A，電壓表量程為0～3 V。閉合開關(guān)S，斷開開關(guān)S1、S2，在確保電路各元件安全的情況下，滑動變阻器接入電路的最小阻值為R2′，當(dāng)滑動變阻器滑片移至中點時，電流表示數(shù)為0.3 A；閉合開關(guān)S、S1、S2，在確保電路各元件安全的情況下，滑動變阻器在電路中消耗的最大功率為P，定值電阻R1在10 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q。下列說法中(　　)
①U＝6 V?、赗2′＝4 Ω?、跴＝1.35 W　④Q＝27 J
A．只有①④正確
B．只有②③正確
C．只有①③正確
D．只有②③④正確
√
流等于各支路電流之和，通過滑動變阻器的最大電流I2＝I′－I1＝
0.6 A－0.3 A＝0.3 A，滑動變阻器在電路中消耗的最大功率為P＝UI2＝4.5 V×0.3 A＝1.35 W，故③正確；定值電阻R1在10 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q＝W＝UI1t＝4.5 V×0.3 A×10 s＝13.5 J，故④錯誤。故選B。]
13．(2021·泰安)在“測量小燈泡的電功率”實驗中，已知小燈泡的額定電壓為2.5 V，正常工作時的電阻約為12 Ω?，F(xiàn)有器材：電源(電壓為6 V，保持不變)，電流表，電壓表，開關(guān)、導(dǎo)線若干，另有兩種規(guī)格的滑動變阻器可供選擇：R1(50 Ω　2 A)、R2(10 Ω　1 A)。請完成下列問題：
(1)本次實驗中應(yīng)選擇的滑動變阻器是________(選填“R1”或“R2”)；
(2)某同學(xué)連接成了如圖甲所示的電路，該電路中存在一處連接錯誤，只要改接一根導(dǎo)線就可以使電路連接正確，請你把接錯的那一根導(dǎo)線找出來打上“×”，再用筆畫線代替導(dǎo)線畫出正確的連接；
(3)電路正確連接后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片P到某一位置，電壓表示數(shù)如圖乙所示為________V；要測量小燈泡的額定功率，此時應(yīng)將滑片P向________(選填“A”或“B”)端移動；
R1
見解析
1.20
A　
(4)實驗小組多次改變滑動變阻器滑片的位置，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了小燈泡的I-U關(guān)系圖象如圖丙所示。由圖象可知：小燈泡的額定功率P額＝________W；小燈泡的實際功率隨實際電壓的降低而________(選填“增大”“減小”或“不變”)。
(5)完成以上實驗后，同學(xué)們又設(shè)計了一個如圖丁所示的電路來測量該小燈泡的額定功率，R0為已知阻值的定值電阻。請把他們的實驗步驟補充完整：
①斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1、S3，移動滑動變阻器的滑片P，________________________；
0.5
減小
使電壓表示數(shù)為U額＝2.5 V
②保持滑動變阻器的滑片位置不變，開關(guān)S3仍閉合，______________________________________________，記錄下電壓表示數(shù)為U；
③小燈泡的額定功率PL＝______________(請用已知量和測量量表示)。
閉合開關(guān)S2，斷開S1，保持滑動變阻器滑片P不動

(3)燈在額定電壓下正常發(fā)光，電壓表選用小量程，分度值為0.1 V，示數(shù)為1.20 V，所以，應(yīng)增加燈兩端的電壓減小滑動變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，就要減小變阻器連入電路中的電阻，所以，應(yīng)將滑片P向A端移到合適位置，讀出電流表示數(shù)，即可算出小燈泡的額定功率。
(4)由I-U圖象可知，當(dāng)U額＝2.5 V時，I額＝0.2 A，所以小燈泡的額電功率P額＝U額I額＝2.5 V×0.2 A＝0.5 W；在該過程中，燈泡中的電壓越小，電流越小，由P＝UI知小燈泡的實際功率隨實際電壓的降低而減小。
14．(2023·泰安)2023年3月27日是第28個全國中小學(xué)生安全教育日，某校開展了安全創(chuàng)意設(shè)計比賽活動，物理興趣小組利用磁性開關(guān)S2設(shè)計了煙霧報警與自動噴淋聯(lián)動模擬系統(tǒng)，當(dāng)煙霧達到一定濃度時觸發(fā)自動報警噴淋，防范火災(zāi)發(fā)生。圖甲為該模擬系統(tǒng)示意圖，RC為氣敏電阻?？刂齐娐分械碾娏鱅控≥0.02 A時，磁性開關(guān)動觸片被電磁鐵吸引與觸點a接觸，安全指示燈L熄滅，報警噴淋系統(tǒng)同時工作；控制電路中的電流小于0.02 A時，動觸片被釋放，與觸點b接觸，安全指示燈亮，報警噴淋系統(tǒng)停止工作。已知控制電路電源電壓U控
大小可調(diào)節(jié)，電磁鐵線圈電阻不計，氣敏電阻RC的阻值與煙霧濃度C的關(guān)系如圖乙所示，R0為定值電阻。工作電路電源電壓U＝36 V，報警電鈴標(biāo)有“36 V　18 W”字樣。
(1)安全指示燈L標(biāo)有“0.9 W　10 Ω”字樣(忽略溫度對燈絲電阻的影響)，要使燈L正常工作，則保護電阻的阻值為多大？
(2)報警電鈴響時電流表示數(shù)為2.5 A，噴淋系統(tǒng)工作20 s消耗的電能是多少？
(3)通過調(diào)節(jié)U控大小，可改變該裝置對煙霧探測的靈敏度。調(diào)至U控1時，觸發(fā)報警噴淋的最低煙霧濃度C1＝8%，電阻R0的功率為0.012 W，控制電路消耗的總功率為P控1；將電壓增大調(diào)至U控2，觸發(fā)報警噴淋時的最低煙霧濃度為C2，控制電路消耗的總功率為P控2，P控1∶P控2＝25∶31，求U控1、U控2和C2的大小。
[答案]　(1)保護電阻的阻值為110 Ω　(2)噴淋系統(tǒng)工作20 s消耗的電能是1 440 J　(3)U控1為5 V，U控2為6.2 V，C2為2%
15．(2024·泰安)實踐活動小組為學(xué)校設(shè)計了智能花卉溫室，其頂部用薄膜太陽能板覆蓋發(fā)電，保障了花卉生長所需的夜間補光照明和低溫環(huán)境加熱的能源需求。圖甲為溫室智能補光系統(tǒng)電路，當(dāng)室外自然光照強度低于某數(shù)值時，磁性開關(guān)S′自動閉合，補光燈L發(fā)光，模擬自然光照為花卉補光。圖乙為電熱器的加熱電路簡圖，發(fā)熱體由R1和R2兩個電熱絲構(gòu)成，且R1>R2。S1、S2、S3對應(yīng)電熱器的3個開關(guān)，使用時只能單獨按下某一個開關(guān)，再按另一個時，前一個按鍵會彈起斷開，且無法同時按下2個或3個開關(guān)。已知U1＝U2＝220 V，U控保持不變，補光燈L規(guī)格為“220 V　100 W”。求：
(1)若補光燈L在一段時間內(nèi)正常發(fā)光消耗電能1.2 kW·h，該燈發(fā)光時間為多少小時？
(2)若電熱器的最大功率是最小功率的12倍，在最大功率狀態(tài)下60 s 產(chǎn)生的熱量為5.28×104 J，求R1和R2的阻值。
(3)“照度”是反映光照強度的一種物理量，用E表示，國際單位為勒克斯(lx)。已知光敏電阻RE與照度E之間成反比例函數(shù)關(guān)系，部分數(shù)據(jù)如表所示。調(diào)節(jié)智能補光系統(tǒng)電路正常工作過程如下：當(dāng)照度下降為E1時，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P至a點，磁性開關(guān)S′的動觸片受到電磁鐵的吸引力減小至臨界值，動觸片回彈，開關(guān)S′閉合，補光燈L開始正常工作，此時電流表示數(shù)為70 mA；保持滑片P在a點不動，提高照度至E2時，電流表示數(shù)變化了30 mA，此時光敏電阻的阻值為30 Ω，E1∶E2＝5∶8，設(shè)此時滑動變阻器消耗的電功率為Pa，電磁鐵線圈電阻忽略不計。求U控和Pa的大小。
照度E/×103 lx 0.15 0.3 0.6 1.2 2 3
RE/Ω 32 16 8 4 2.4 1.6
[答案]　(1)12 h　(2)605 Ω　55 Ω　(3)4.2 V　0.12 W

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