专题十 能量的转化与守恒二：电能 一年创新导向

第页专题十能量的转化与守恒二：电能一、选择题1．将两只额定电压相同的小灯泡L1、L2串联在如图所示的电路中，闭合开关后，发现灯L1较亮，灯L2较暗，其原因可能是 ()A．灯L1额定功率较大 B．灯L2两端电压较大C．灯L1的电阻较大 D．通过灯L1的电流较大解析L1较亮说明它的实际功率较大，两灯串联，电流相等，由P＝UI＝I2R可知，L1的电阻较大。答案C2．一支标有“220V200W”的电烙铁，为使电烙铁正常工作时的电功率为200W，而在不工作时电烙铁的电功率为50W，使之不会完全冷却。某同学设计了如图所示的电路，其中，S为单刀双掷开关，L为一只额定电压为220V的灯泡。不考虑温度对电阻的影响，下列说法正确的是 ()A．选用灯泡的规格应为“220V100W”B．电烙铁的电阻为242ΩC．当S拨向2时，电烙铁处于工作状态D．1s内，电烙铁在不工作状态下电路消耗的电能与正常工作状态相比，可节约50焦电能解析电烙铁的电阻为R铁＝eq\f(U2,P)＝eq\f(（220V）2,200W)＝242Ω，“220V100W”灯泡的电阻为R灯＝eq\f(Ueq\o\al(2,灯),P灯)＝eq\f(（220V）2,100W)＝484Ω，灯泡与电烙铁串联，电路中的电流为I＝eq\f(U,R)＝eq\f(220V,726Ω)＝eq\f(10,33)A，电烙铁的实际功率为P实＝I2R铁＝(eq\f(10,33)A)2×242Ω≈22.2W，不能使电烙铁的电功率为50W，A错，B对；当S拨向2时，电烙铁与电灯串联电烙铁不能正常工作，C错；S拨向1时，电烙铁1s内消耗的电能为W＝Pt＝200W×1s＝200J，S拨向2时，电烙铁消耗的电能为电路中的电流为I′＝eq\r(\f(P′铁,R铁))＝eq\r(\f(50W,242Ω))＝eq\f(5,11)A，所以1s内整个电路消耗的电能为：W′＝UI′t＝220V×eq\f(5,11)A×1s＝100J，1s内，电烙铁在不工作状态下整个电路消耗的电能与正常工作状态相比，可节约的电能为200J－100J＝100J。D错。答案B3.某同学在做“调节灯泡亮度”的电学实验时，电路如图所示，电源电压恒为4.5V，电压表量程“0～3V”，滑动变阻器规格“20Ω1A”，灯泡L标有“2.5V1.25W”字样(忽略灯丝电阻变化)，在不损坏电路元件的情况下，下列判断正确的是 ()A．电路中电流变化的范围是0.18～0.5AB．滑动变阻器阻值变化的范围是2.5～10ΩC．灯泡的最小功率是0.162WD．该电路的最大功率是2.25W解析当小灯泡正常工作时电路中达到最大功率，此时电路中的电流为灯泡的额定电流(0.5A)，此时电路消耗的功率为P最大＝UI最大＝4.5V×0.5A＝2.25W。答案D4．(原创)小明学习了电路知识后，想利用发光二极管设计一个开关有指示灯的照明电路，晚间关闭照明灯后，利用二极管发出的光指示开关所在的位置。他共设计了4个电路，如图所示，其中L为白炽灯，规格为“220V60W”、D为发光二极管，规格为“1.2V0.002A”、S为单刀双掷开关、R为限流电阻。图中能够满足要求的电路是 ()解析选项D，当单刀双掷开关与灯泡连接时，灯泡正常工作，当拨向另一方向时，发光二极管与电阻串联，电流很小，二极管可以发光。答案D5．(改编)两只灯泡A和B额定电压都是110V，A的额定功率为60W，B的额定功率为100W，为了把它们接在220V电路上都能正常发光，并要电路中消耗的电功率最小，应采用下面的哪种接法？ ()解析由于额定电压都是110V，额定功率PA＝60W、PB＝100W，由R＝eq\f(U2,P)可知RA＞RB；C选项中，把灯泡A与电阻并联的话，可以使并联部分的电阻减小，可能使B与并联部分的电压相同，所以A、B能同时正常发光，并且并联电路消耗的功率与B灯泡的功率相同，所以总功率的大小为200W；D选项，把A、B并联之后与电阻串联接入电路的话，当电阻的阻值与A、B并联的总电阻相等时，A、B就可以正常发光，此时电阻消耗的功率为A、B灯泡总功率的和，所以电路消耗的总的功率的大小为320W；对比C、D选项的分析可知，C选项符合要求。答案C二、非选择题6．(原创)USB电热水杯垫是一种新型时尚的产品，由于其设计精美、外观新颖、使用方便而倍受办公室人员的青睐(如图所示)。使用时把它接在电脑的USB电源上，打开加热开关，常温下可将咖啡、茶、牛奶等饮料保持45℃～60℃温度。电脑上的USB为它提供5V电压，加热时工作电流为500mA，则此时它的功率为________W，工作10min消耗的电能为______J；若把它接在另一个电源上，它的功率变成1.6W，则该电源的电压为________V。解析P＝UI＝5V×0.5A＝2.5W。工作10min消耗的电能为W＝Pt＝2.5W×600s＝1500J。当把它接在其他电源上时，它的电阻不变，R＝eq\f(U,I)＝eq\f(5V,0.5A)＝10Ω。由P＝UI＝eq\f(U2,R)得，当功率为1.6W时的电压U′＝eq\r(P′R)＝eq\r(1.6W×10Ω)＝4V。答案2.5150047．如图所示，某同学在“测量小灯泡电功率”的实验中，误将电压表并联在滑动变阻器两端。他从滑片置于最右端时开始记录第一组数据，调节滑片测得多组数据，描绘出的U－I图像如图所示。已知小灯泡的额定电压为2.5V，电源电压为4.5V。可求得小灯泡正常发光时的阻值为________Ω，额定功率为________W，变阻器最大阻值为________Ω。为使实验中小灯泡两端电压不超过3V，则滑动变阻器接入电路的最小阻值为________Ω(保留一位小数)。解析小灯泡与滑动变阻器串联，电压表测滑动变阻器两端的电压，小灯泡的额定电压为2.5V，电源电压为4.5V，可知电压表示数为2V时，小灯泡正常发光，由图像可知，U滑＝2V，I＝0.2A，小灯泡的电阻为RL＝eq\f(U额,I)＝eq\f(2.5V,0.2A)＝12.5Ω，额定功率为P额＝U额I＝2.5V×0.2A＝0.5W。滑动变阻器接入电路阻值最大时其电压最大，电路中的电流值最小，由图像知，U滑最大＝4V，I最小＝0.1A，滑动变阻器的最大阻值为R最大＝eq\f(U最大,I最小)＝eq\f(4V,0.1A)＝40Ω。为使小灯泡两端的电压不超过3V，滑动变阻器分得的最小电压为U最小＝4.5V－3V＝1.5V，由图像可知，U滑＝1.5V时，I′＝0.22A，即滑动变阻器接入电路的最小阻值为R最小＝eq\f(U最小,I′)＝eq\f(1.5V,0.22A)＝6.8Ω。答案12.50.5406.88．华先生前几天在福山某集贸市场市场外见一中年男子推销“高效节能灯”。该男子称灯泡只有5W，却能发出60W的光亮，每只价格3元。华先生一下买了5只。华先生读初三的儿子小晖回家后，对这个节能灯产生了疑问。仔细观察后，认为5W的灯泡灯丝不应该这样粗。将灯泡拿到街上的电器修理店请维修人员用电流表进行检测，结果发现灯泡的功率却是40W，华先生随即向工商部门举报。阅读上述材料，回答下列问题：(1)为什么“5W的灯泡灯丝不应该这样粗”？(2)请你说明检测灯泡功率的原理。答案(1)由公式R＝eq\f(U2,P)可知，功率较大的灯泡，其灯丝的电阻就越小，而电阻的大小与材料、横截面积、长度有关。不同的灯丝其材料是一样的，其长度相差不大，有较大差别的是灯丝的粗细。功率越大的灯泡灯丝电阻越小灯丝越粗。所以“5W”的灯泡的灯丝不应该那样粗。(2)由P＝UI可知，将灯泡跟电流表串联接入220V电路中，只要测出通过灯泡电流的大小，就可以计算出灯泡的电功率。9．(衔接)王明同学准备测量额定电压为2.5V的小灯泡在实际工作时的功率，根据已有器材，他设计好了电路原理图，并完成了实物连接。如图所示。(1)根据实物连接图，请你在虚线框内画出与之对应的电路原理图。(2)在某次测量过程中，闭合开关后，电压表和电流表的示数如图所示，则电压表的示数为________V，电流表的示数为______A，则此时小灯泡的功率为________W。(3)滑动变阻器的滑片P向B端滑动后，小灯泡的电功率将________。(选填“增大”“减小”或“不变”)(4)王明同学经过多次测量与计算后，得到了一组功率P与电压的平方U2的数据，下列各图中能正确表示P与U2的关系的是：________(设灯丝电阻不变)。解析(4)根据R＝eq\f(U2,P)和灯丝电阻不变，故可知eq\f(U2,P)比值不变，两者成正比，P随U2的增大而成倍增大，可以判断P随U2的变化图线是一条过原点的直线。答案(1)如图所示(2)1.20.40.48(3)增大(4)A10．随着生活条件的改善，人们更加注意家居环境的美化，如图所示是带有水温调节功能的家庭水族箱。该水族箱的鱼缸水温凋节器铭牌如下表所示。其工作原理如图所示，其中R1为阻值可调的电热丝，开关S2为单刀双掷开关。开关S1闭合、S2接b时，电路处于加热状态；当开关S1闭合、S2接a时，电路处于保温状态。(不考虑温度对电阻的影响)XX牌鱼缸水温调节器额定电压220V额定加热功率88W电源频率50Hz试问：(1)当电路处于加热状态时，通过电阻R2的电流是________A。(2)当电路处于加热状态时，通电10min消耗的电能是多少？(3)当电路处于保温状态时，若电路消耗的功率P＝48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为多少？解析(1)加热状态时，通过电阻R2的电流是I2＝eq\f(P热,U)＝eq\f(88W,220V)＝0.4A；(2)加热状态时，通电