第十八章 电功率
一、选择题
1．下列有关数据符合实际的是（ ）
A．家用冷暖空调的功率约为200W
B．一个机械经改进后其效率可达100%
C．一名中学生从一楼登上三楼克服自身重力做的功约为300J
D．家用电饭锅正常工作时的电流约为4A
2．智能手机在现代生活中的作用越来越重要，频繁的使用会导致它的电能消耗很快，当手机“电量”所剩无几时，通常可以将其设置成“省电模式”来延长使用时间，这是通过以下哪种方式实现的（ ）
A．增大电池电压
B．增加总功率
C．减小总功率
D．降低散热能力
3．在国际单位制中，电功率的单位是（ ）
A．kW•h B．W C．J D．A
4．如图是一个玩具汽车上的控制电路，小明对其进行测量和研究发现：保护电阻 R 为 10Ω，电动机内阻为 4Ω，当闭合开关 S 后，两电压表的示数分别为 6V 和 2V，则下列叙述中说法正确的是（ ）
A．电源电压为 8V
B．电动机两端的电压为 2V
C．电动机线圈 1s 内产生 0.16J 热量
D．通过电动机的电流为 1A
5．如图所示，小灯泡规格为“5V 2.5W”（灯丝电阻不随温度的变化而变化），闭合开关，当滑动变阻器的滑片移至a端时，电流表的示数为0.5A；当滑片移至b端时，电压表的示数为3V，则（ ）
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A．电源两端的电压为5V
B．小灯泡灯丝的电阻为5Ω
C．滑动变阻器的最大阻值为20Ω
D．滑动变阻器消耗的功率是0.6W
6．将标有“2.5V 0.3A”字样的灯泡甲和“3.8V 0.3A”字样的灯泡乙，分别串联和并联后，接在电压为2.5V的电源两端，不考虑温度对电阻的影响，下列说法中正确的是（ ）
A．串联时，两灯都能正常发光
B．串联时，甲灯比乙灯更亮
C．并联时，通过两灯的电流相等
D．并联时，甲灯的实际功率比乙灯的实际功率大
7．已知一台直流电动机两端的电压为6V，通过电动机的电流为2A，线圈的电阻为0.5Ω．则在1min内电动机消耗的电能及产生的热量分别为（ ）
A．720 J，120 J B．720 J，720 J C．720 J，600 J D．600 J，120 J
8．小明同学在家中拍到一张电能表照片，如图所示，他仔细观察照片后，得到下列四个结论，你认为正确的是（ ）
A．拍照片时，小明家已消耗的电能为3672 kW•h
B．电能表的额定最大电流为20A
C．小明家同时工作的用电器的总功率不得超过2200W
D．电能表的转盘转过2500转消耗电功率1kW
9．下列说法中正确的是（ ）
A．千瓦时是功率的单位，千瓦是电功的单位
B．借助电能表、停表可以测量用电器的实际功率
C．功率大的用电器，消耗的电能一定多
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D．额定功率是100瓦的用电器工作10小时耗电为1度
10．阻值为R的电阻丝接在电压为U的电路中，在t时间内电流做功为W，那么电阻为的电阻丝接到电压为U的电路中，在t时间内电流做功为（ ）
A．W B．W C．2W D．4W
11．如图所示的四个电路中，电源电压U相同，R1＜R2，电路消耗的总功率由大到小的顺序是（ ）
A．甲、乙、丙、丁
B．丁、丙、乙、甲
C．丁、甲、乙、丙
D．丙、乙、甲、丁
12．如图所示，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
二、填空题
13．如图1所示电路中，滑动变阻器R2是规格为“10欧 2安”和“20欧 2安”中的一个。若在电路中并联一个电压表，闭合电键S，当滑动变阻器滑片位于中点时，电流表的示数为0.8安，电压表的示数如图（a）所示，继续移动滑片P到达某一端点，电压表示数如图（b）所示。
①请判断所选用变阻器的规格是 ；电压表V并联在 两端。
②求：电阻R1的阻值及电源电压U。
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③在电路各元件都正常工作的情况下，求：电阻R1消耗电功率的最大值P1最大。
14．如图甲所示，A、B分别是标有“6V 3.6W”字样的灯泡L和定值电阻R的U﹣I图象。则R的阻值为 Ω；若把它们接入电路，如图乙所示，当只闭合开关S1时，L正常发光，此时电流表的示数为 A；若再闭合开关S3，电流表的示数为 A；若只闭合开关S2，电路消耗的电功率为 W。
15．某电水壶工作2min，使如图所示电能表的转盘转过150r，则电水壶消耗的电能为 ，该电水壶的电功率为 kW。
16．小丽在研究电功率P和电阻R之间的关系时，记录的实验数据如表所示，请根据表中的数据归纳出电功率P和电阻R的关系式：P= 。
17．在如图所示的电路中，电源电压保持不变，当开关S1闭合S2断开，甲、乙为电流表时，两表示数之比是I甲：I乙=2：5，则R1：R2= ；当开关S1、S2闭合，甲、乙两表为电压表时，两表示数之比U甲：U乙= ，R1、R2消耗的电功率之比为P1：P2= 。
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18．如图所示，电度表的示数为 kW•h。
19．小芳以某种PTC电阻作为发热部件，制作了一个恒温孵化箱。图甲是恒温孵化箱的电路图，R1、R2是两个相同的PTC电阻，电源电压220伏。图乙为单个这种PTC电阻与温度变化的关系图。恒温孵化箱的最大发热功率是 瓦，当温度保持40℃不变时，恒温孵化箱的产热和散热达到了平衡关系。如果仅仅从产热方面分析，当温度超过40℃时，恒温孵化箱的 ，自动实现温度下降。
20．小明家的电能表如图所示，那么小明家电路上的用电器总功率不能超过 W；当小明家只有一盏电灯工作时，2min内转盘正好转过5圈，则该灯泡消耗的电能是 J，灯泡的功率为 W。
三、实验探究题
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21．在测定小灯泡电功率的实验中，选用的电源电压为4.5V，小灯泡的额定电压为2.5V、电阻约为10Ω。
（1）连接电路时开关应 ，闭合开关前，图甲中滑动变阻器的滑片P应位于 （选填“A”或“B”）端。
（2）用笔画线代替导线，将图甲所示的实物电路连接完整。
（3）闭合开关，移动变阻器的滑片P，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数、电流表无示数，原因可能是 （写一种即可）。
（4）排除故障后，闭合开关、移动滑片P至电压表的示数如图乙所示，其读数为 V；要获得小灯泡额定功率的数据，滑片P应向 （选填“A”或“B”）端移动。
（5）改变滑片P的位置，获得多组对应的电压、电流值，绘制得如图丙所示的图象。由图象可知，小灯泡两端电压是1.5V时，其电阻是 Ω；灯泡的额定功率是 W。
22．小明要探究“当电流一定时，小灯泡的功率与电阻的关系”。器材有：两节干电池，三个小灯泡L1、L2、L3（分别标有“1.5V 0.25A”、“2.5V 0.25A”和“3.8V 0.3A”），滑动变阻器（10Ω 1A），电流表，电压表，导线若干，开关。
实验次数
灯泡
I/A
U/V
R/Ω
P/W
1
L1
0.2
2
L2
2
10
0.4
3
L3
2.4
12
0.48
（1）请用笔画线代替导线，将图甲电路连接完整。
（2）小明先将灯L1接入电路，闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片P，通过灯L1的电流为0.2A，此时电压表示数如图乙所示，则灯L1的电压为 V，实际功率是 W。
（3）保持滑动变阻器滑片的位置不变，用L2替换L1，闭合开关，为保持电流表的示数为0.2A不变，应将滑片P向 （填“左”或“右”）端移动，再测出L2两端的电压，算出L2的电阻和功率。
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（4）再用灯L3替换L2，做第三次实验，并将实验数据记录在上表。
分析表中数据可得：在电流一定时，小灯泡的实际功率与电阻成 。
【评估】实验结束后，小明感觉以上实验存在一些问题，于是他找来小红进行评估。
①这样实验不够简便，改进方法： ；
②有一组数据不符合实际，原因是： 。
23．李岚同学在进行“测量定值电阻的电功率”的实验时，所选用的器材有：额定电流为0.4A的定值电阻（阻值约为6Ω）、电压恒为12V的电源、电流表、电压表、两种不同规格的滑动变阻器“50Ω 1A”和“5Ω 1A”、开关及导线若干，请回答下列问题。
（1）在保证电路中各电器元件都安全的前提下，李岚在进行实验时，应当选用的滑动变阻器的规格为 。
（2）请用笔画线代替导线，将图甲所示的实物电路图连接完整。（要求：滑动变阻器滑片向右移动时，电阻变大）
（3）连接好电路，闭合开关后，李岚移动滑动变阻器的滑片。当电流表的示数为0.4A时，电压表示数如图乙所示，则此时电压表的示数为 V，定值电阻的电功率为 W，电阻为 Ω。
【拓展】
（4）李岚将定值电阻换成额定电压为4V的小灯泡后，移动滑片，观察电流表和电压表的示数，并记录成如图丙所示的I﹣U图象，则小灯泡的额定功率为 W；由图象可知，小灯泡灯丝的阻值不是固定的，这是因为 。
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四、综合题
24．如图是某家用电热水器的简化电路图，温控开关S可根据水温自动切换加热和保温两种状态，R1、R2是发热电阻，热水器主要参数如下表。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）]
额定电压
220V
容积
30L
加热功率
2000W
保温功率
800W
（1）开关S跳至 触点位置时，热水器进入保温状态，水箱内装满水时，水的质量为 kg。
（2）R2的阻值为多大？
（3）水箱中装满初温为25℃的水，加热使温度升高到55℃，水需要吸收多少热量？
（4）在上述加热状态下，热水器正常工作35min需消耗多少电能？加热效率是多少？
25．如图所示，是某电器设备的一部分电路。已知电源电压和灯泡的阻值均保持不变，定值电阻R0=10Ω，灯泡L上标有“6V 3.6W”的字样。开关S2为单刀双掷开关，电源和电压表的内阻不计。请画出本题各小问的等效电路图。
（1）只闭合开关S1时，电流表示数I1=1A，求电源电压；
（2）在不损坏电流表及电源的情况下，闭合开关S1，将开关S2接“a”，移动滑片P置于其中点，此时电流表示数I2=1.5A，求滑动变阻器的最大阻值；
（3）当开关S1断开，开关S2接“b”时，移动滑动变阻器滑片P，使灯泡L正常发光，求滑动变阻器消耗的电功率。
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参考答案
1．D2．C3．B4．C5．A6．D7．A8．B
9．B10．C11．C12．A
13．“20Ω 2A”R1
14．100.61.22.4
15．0.05kW•h1.5
16．0.5W/Ω×R+4W
17．2：35：32：3
18．2359.5
19．242温度升高时，电阻变大，由P=可知，电路的总功率变小，产热减少
20．2200600050
21．断开A小灯泡断路2.2B100.5
22．0.80.16左正比将L1、L2、L3串联在同一电路中，就控制了电流一定灯L2，正常工作时电阻为10Ω，当电压小于额定电压2.5时，电阻应小于10Ω
23．50Ω 1A2.516.251.6小灯泡灯丝阻值随温度变化
24. （1）由电路图可知，开关S跳至b触点位置时，两电阻串联，电路电阻较大，开关S跳至a触点位置时，只有电阻R1接入电路，电阻R2没有接入电路，此时电路电阻较小，电源电压U一定，由P=可知，电阻越大，电路功率越小，电阻越小，电热水器功率越大，因此当开关S跳至b触点位置时，电路阻值较大，电功率较小，电热水器处于保温状态。
已知电热水器的容积V=30L=30dm3=0.03m3，
由ρ=可知，水的质量：m=ρV=1.0×103kg/m3×0.03m3=30kg，
（2）当开关S跳至a触点位置时，只有电阻R1接入电路，
由P=可知，电阻阻值：R1===24.2Ω，
开关S跳至b触点位置时，两电阻串联，
由P=可知：
P保温=，即800W=，
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解得R2=36.3Ω；
（3）水吸收的热量Q=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×30kg×（55℃﹣25℃）=3.78×106J。
（4）由P=可得，加热状态下，热水器正常工作35min需消耗电能W=P加热t=2000W×35×60s=4.2×106J。
加热效率η=×100%=×100%=90%。
25. （1）只闭合开关S1时，只有定值电阻R0连入，如图1：
根据欧姆定律得：电源的电压U=U0=I0R0=1A×10Ω=10V；
（2）闭合开关S1，将开关S2接“a”，移动滑片P置于其中点，定值电阻R0与滑动变阻器并联，如图2：
电流表测干路电流，即I=1.5A，滑动变阻器连入电路的阻值为R′=R，
由并联电路干路电流等于各支路电流之和可知：
通过滑动变阻器的电流I′=I﹣I0=1.5A﹣1A=0.5A，
由欧姆定律得：R′===20Ω。
则滑动变阻器的最大阻值R=2R′=2×20Ω=40Ω。
（3）当开关S1断开，开关S2接“b”时，灯泡与滑动变阻器串联接在电源两端，如图3：
灯泡L正常发光时，UL=U额=6V，
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由P=UI得：灯泡L正常发光的电流IL===0.6A，
串联电路两端的电压等于串联的各部分电路两端的电压之和，
所以此时滑动变阻器两端的电压U″=U﹣UL=10V﹣6V=4V，
所以此时滑动变阻器的电功率利用P=U″IL=4V×0.6A=2.4W。
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