(考前练兵)中考物理备考全攻略专题15电能与电功率(含解析)

专题15电能与电功率☞知识点1电能与电功1、电能：是一种能源，可以让各种各样的用电器工作。跟机械能、光能、内能、太阳能、化学能一样属于能量。电能的单位是焦耳，简称焦，符号是J。2、电功：电流通过某段电路所做的功叫电功，用W表示。单位是焦耳，简称焦，符号是J，生活中常用千瓦时，符kW.h，又叫度。1kW•h=3.6x1063、公式：W=UIt，公式中U表示电路两端电压，单位是伏（V）；I表示通过电路的电流，单位是安（A）；t表示通电时间，单位是秒（s）；W表示电功，单位是焦（J）。4、电功影响因素：与电流的大小、电压的高低和通电时间的长短都有关。5、电流做功形式：通过各种用电器使其转动、发光、发热、发声等都是电流做功的表现。6、电流做功的实质：电流做功的过程，就是电能转化为其他形式能的过程。电流做了多少功，就有多少电能转化成其他形式的能，用电器就消耗了多少电能。7、推到公式：W=UIt=（U2/R）t=I2Rt。例1（2018•湘西州）以下所列家用电器中，正常工作时，电能主要转化为机械能的是（）A．电风扇 B．电水壶 C．电饭煲 D．电视机【答案】A【解析】在常见的家用电器中，电风扇主要把电能转化为机械能；而电水壶、电饭煲主要把电能转化为内能；电视机主要将电能转化为光能和声能。例2（2018•桂林）如图所示，电源电压恒定，R1的阻值为20Ω，R2的阻值为10Ω．当S闭合，S1、S2断开时，电流表的示数为0.5A．求（1）电源电压；（2）通电10s内电路消耗的总电能；（3）当S、S1、S2都闭合时，电流表的示数变化了0.4A．则R3的阻值是多大？【答案】（1）电源电压为15V。（2）通电10s内电路消耗的电能为75J。（3）R3的阻值为100Ω。【解析】（3）当S、S1、S2都闭合时，R2被短路，此时R1和R3并联接入电路中，电流表测干路中的电流，此时的总电阻要小于R1，当S闭合，S1、S2断开时，R1和R2串联接入电路中，此时的总电阻要大于R1，所以，R1和R3并联的总电阻小于R1和R2串联的总电阻，由欧姆定律可知，当S、S1、S2都闭合时，干路中的电流变大，故并联后干路中的电流为：I'=0.4A+0.5A=0.9A；通过R1的电流为：I1===0.75A；由并联电路的电流特点可得，通过R3的电流为：I3=I′﹣I1=0.9A﹣0.75A=0.15A；则R3的阻值为：R3===100Ω。☞知识点2电能表1、作用：测量电功（或消耗的电能多少）。2、电能表的参数及其义“220V50Hz”：个电能表应该在电压为220V，频率为50Hz的交流电路中使用。“10（20）A”：这个电能表的标定电流是10A，额定电流最大电流是20A。“1250r/Kw.h”:用电器每消耗1Kw.h的电能，电能表上的转盘转过1250转。3、使用方法：电能表的计数器前后两次示数之差。4、注意事项：电能表的计数器显示的数字以kW•h为单位；计数器上最末一位是小数位。例1（2018•十堰）小天家电能表本月初的示数为，本月底的示数如图所示，小天家本月消耗的电能为__________kW•h【答案】130【解析】由图可知，电能表本月初的示数W1=821.6kW•h，电能表本月末的示数W2=951.6kW•h，则小天家本月消耗的电能：W=W2﹣W1=951.6kW•h﹣821.6kW•h=130kW•h。例2（2018•赤峰）某校为师生饮水方便，安装了电热水器。为测定热水器消耗的电能，关闭其他用电器，只用电热水器给水加热，一段时间后，电能表的示数，由图甲示数变为图乙示数，则该电热水器在这段时间内消耗的电能为__________kW•h，等于___________J．若消耗电能的87%被水吸收，则可把________kg初温为13℃的水加热至100℃【水的比热容c=4.2×103J/（kg•℃）】。【答案】2.1；7.56×106；18。【解析】（1）关闭其他用电器，只用电热水器给水加热，电热水器在这段时间内消耗的电能：W=7626.9kW•h﹣7624.8kW•h=2.1kW•h=7.56×106J；☞知识点3电功率1、定义：电流在单位时间内所做的功叫电功率。2、物理意义：在物理学中，电功率表示做功快慢的物理量，用字母P表示。电功率大表明做功快，并不表示电流做功的多少。3、单位：瓦特,简称瓦，符号W，常用单位有千瓦（kW）、毫瓦(mW)1kW=1000W1W=1000mW4、定义式：P=W/tW-电能-焦（J）；t-时间-秒（s）；P-电功率-瓦（W）5、串、并联电路中，电功率的特点及分配关系（1）串联电路：电路消耗的总功率等于各用电器消耗的电功率之和，分配关系：P1：P2=R1：R2.（1）并联电路：电路消耗的总功率等于各用电器消耗的电功率之和，分配关系：P1：P2=R2：R1.例1（2018•沈阳）如图所示，电源电压保持不变，R1=15Ω，闭合开关S1，断开开关S2，电流表示数为0.2A；同时闭合开关S1、S2，电流表示数为0.5A，此时R1、R2的电功率分别为P1、P2．下列判断正确的是（）A．P1：P2=2：3R1：R2=2：5 B．P1：P2=2：3R1：R2=3：2 C．P1：P2=3：2R1：R2=2：5 D．P1：P2=3：2R1：R2=3：2【答案】B【解析】因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，由I=可得，两电阻的阻值之比：====，故AC错误；由P=UI可得，两电阻的电功率之比：===，故B正确、D错误。例2（2018•新疆）如图所示的电路中，电源电压为9V，灯泡L上标有“6V1.2W”的字样，闭合开关S，灯泡恰好正常发光，求此时：（1）通过灯泡L的电流；（2）电阻R的阻值；（3）整个电路消耗的电功率。【答案】（1）通过灯泡L的电流为0.2A；（2）电阻R的阻值为15Ω；（3）整个电路消耗的电功率为1.8W。【解析】（3）电路消耗的总功率：P=UI=9V×0.2A=1.8W。☞知识点4探究灯泡的电功率跟哪些因素有关1、猜想与假设：灯泡的电功率可能跟电压有关，也可能跟电流有关，还可能跟电压、电流都有关。2、设计实验：要设计实验探究，需要用控制变量法，电功率的大小可通过转换法来体现。用灯泡的亮度来体现电功率的大小。3、实验方案和电路图4、实验数据（1）当两灯的电压相同时电流I/A灯泡亮度（亮/暗）灯泡L10.5暗灯泡L21亮（2）当两灯的电流相同时电压U/V灯泡亮度（亮/暗）灯泡L12暗灯泡L24亮换用不同规格的小灯泡多次实验，并将结果记录在表中。5、实验结论（1）在电流相等的条件下，电功率的大小跟灯泡两端的电压有关，电压越大电功率就越大；（2）在电压相等的条件下，电功率的大小跟通过灯泡的电流有关，电流越大，电功率就越大；（3）实验表明，电功率等于电压U跟电流I的乘积，即P=UI。例1（2018•济宁）根据额定电压为2.5V小灯泡的I﹣U图象（如图所示）分析，下列结论正确的是（）A．当小灯泡的电压为0V时，其电阻为0Ω B．当小灯泡的电流为0.1A时，其实际功率为0.1W C．通过小灯泡的电流与其两端的电压成正比 D．小灯泡的额定功率为0.625W【答案】D【解析】C、由图可知，灯泡的电流与其两端的电压图象，不是正比例函数，故不成正比，故C错误；D、由图可知，小灯泡在额定电压为2.5V时，电流为0.25A，额定功率，P=UI=2.5V×0.25A=0.625W，故D正确。例2（2018•吉林）如图所示电路中，电阻R1的阻值是20Ω，闭合开关S，电流表A1的示数为0.3A，电流表A的示数为0.5A，求：（1）电源电压；（2）电阻R2的电功率。【答案】（1）电源电压是6V。（2）电阻R2的功率是1.2W。【解析】☞知识点5电功率的计算1、电功率和电流、电压之间的关系式：P=UI（1）在使用该公式进行计算时，单位要统一。电功率P-W、电流I-A、电压U-V、电阻R-Ω。（2）P=W/t是根据功率的定义得出的，是定义式，反映了电功率跟电功和时间的关系；P=UI揭示了电功率跟电流、电压的关系，适用于电功率的测量和计算。（3）根据P=UI和欧姆定律，还可以推导出另外两个计算功率的公式P=U2/R和P=I2R，这两个公式只适用于纯电阻电路或用电器（电灯、电炉等）。2、电阻R1和R2串联时（1）R1、R2的电功率之比P1：P2=U1：U2=R1：R2；（2）串联电路的总功率等于各电阻的电功率之和，即P=P1+P2；（3）串联电路中，计算电功率时常用公式P=I2R。3、电阻R1和R2并联时（1）R1、R2的电功率之比P1：P2=I1：I2=R2：R1；（2）并联电路的总功率等于各电阻的电功率之和，即P=P1+P2；（3）并联电路中，计算电功率时常用公式P=U2/R。例1（2018•济宁）将电阻R1、R2串朕后接在电路中。如图所示，在a、b间接一根导线时，电路中的电功率将变为原来的4倍；在a、b向接电压表吋。其示数为3V，在a、b间接电流表时，其示数为1A．求：（1）电压U；（2）R1的阻值；（3）电路的总功率。【答案】（1）电压U为4V；（2）R1的阻值为4Ω；（3）电路的总功率为1W。【解析】（1）原电路中两电阻串联，在a、b间接一根导线时，R2短路，为R1的简单电路：因电功率将变为原来的4倍，根据P=，在电压不变时，电功率与R成反比，根据电阻的串联规律有：=4，故R2=3R1；a、b间接电压表吋，其示数内3V，根据分压原理，R1的电压为1V，根据串联电路电压的规律：电源电压U=3V+1V=4V；例2（2018•杭州）小金对玩具汽车的电动机很感兴趣，他拆下电动机，测得它的内阻为1.5Ω．为测量电动机工作时的电流，利用身边现有器材，设计了如图所示的电路（符号表示数值可读的变阻器）。已知电源电压为12V，当变阻器的阻值为6Ω时，电压表的读数为3V．计算此时：（1）通过电动机的电流；（2）电动机消耗的电功率。【答案】（1）通过电动机的电流为1.5A；（2）电动机消耗的电功率4.5W。【解析】（1）由图知，电动机M与变阻器串联，电压表测电动机M两端的电压，根据串联电路电压的规律知，变阻器的电压：UR=U﹣UM=12V﹣3V=9V；由欧姆定律可得，通过变阻器的电流：IR===1.5A；因串联电路中电流处处相等，则通过电动机的电流：IM=IR=1.5A；（2）电动机消耗的电功率：PM=UMIM=3V×1.5A=4.5W。☞知识点6额定电压和额定功率1、额定电压与额定功率（1）额定电压：用电器正常工作时的电压，标注在用电器铭牌上，常用U额表示。（2）额定功率：用电器在额定电压下工作时的电功率，标注在用电器铭牌上，常用P额表示。（3）灯泡铭牌的意义：“PZ22025”，“PZ”表示普通照明；“220”表示该灯泡的额定电压是220V；“25”表示灯泡的额定功率是25W。2、实际电压与实际功率（1）实际电压：用电器实际工作时的电压，常用U实表示。（2）实际功率：用电器在实际电压下工作时的电功率，常用P实表示。（3）灯泡的亮度取决于实际功率的大小，无论额定电压如何，额定功率如何，在灯泡没有损坏情况下，如果两灯的实际功率相等，则发光的亮度相同。3、实际功率和额定功率的关系用电器两端的电压电功率灯泡亮度用电器工作情况U实=U额P实=P额正常发光正常工作U实〉U额P实〉P额很亮容易损坏U实〈U额P实〈P额较暗不能正常发光一个用电器的额定电压、额定功率都是确定的，只有一个；实际电压和实际功率可以有很多个。例1（2018•泸州）小明家有额定电压相同的微波炉和电视机各一台，按照每度电0.55元的计费标准，将这两个用电器正常工作1h所用的电费绘制成了如图所示的柱状图，对小明家的这两个用电器，下列判断正确的是（）A．微波炉正常工作时的电压大于电视机正常工作时的电压 B．微波炉正常工作时的电流等于电视机正常工作时的电流 C．微波炉正常工作时的电功率大于电视机正常工作时的电功率 D．每月在微波炉上用的电费一定比在电视机上用的电费多【答案】D【解析】例2（2018•内江）将规格为“2.5V0.3A”的小灯泡L1和规格为“3.8V0.3A”的小灯泡L2串联，接在3V的电源上，下列判断正确的是（）A．L1的电阻大于L2的电阻 B．L1的亮度比L2的亮度更小 C．两只灯泡都正常发光 D．两只灯泡实际功率相等【答案】C【解析】A、用电器正常工作时的电压等于额定电压，由于微波炉和电视机的额定电压相同，所以这两个用电器正常工作时的电压相等，故A错误；BC、由柱状图可知，微波炉正常工作1小时的电费比电视机高，而单价是一定的，所以微波炉消耗电能多，根据P=可知，微波炉电功率大于电视机的电功率，故C正确；电压相同，由P=UI可知，微波炉正常工作时的电流大，故B错误；D、虽然微波炉电功率大，由于不知道一个月内它们的实际工作时间，根据W=Pt知无法判断微波炉和电视机消耗的电能的多少，所以无法比较电费的多少，故D错误。☞知识点7测量小灯泡的电功率1、实验原理：P=UI（伏安法间接测量电功率）。2、实验器材：电源、开关、导线、小灯泡、滑动变阻器、电流表、电压表。3、电路图：4、实验步骤根据电路图选择实验器材并连接成电路，进行实验。（1）使小灯泡在额定电压下发光，测出小灯泡中的电流，算出小灯泡的功率。（2）调节滑片，使小灯泡上的电压约为额定电压的1.2倍，观察小灯泡的发光情况，测出小灯泡中的电流，算出小灯泡的功率。（3）调节滑片，使小灯泡上的电压约为额定电压的0.8，观察小灯泡的发光情况，测出小灯泡中的电流，算出小灯泡的功率。5、实验分析①、小灯泡的发光情况由实际功率决定，实际功率越大，灯泡越亮；②、灯泡实际功率随着加在它两端的电压而改变，电压越大，功率越大；③、小灯泡发光情况分三种情况：当U〉U0时，则P〉P0，灯很亮，易烧坏；当U=U0时，则P=P0，灯正常发光；当U〈U0时，则P〈P0，灯很暗。6、注意事项（1）连接电路的过程照中，开关应该是断开的；（2）选取器材时，所用电源的电压应高于小灯泡的额定电压；所用电压表的量程要大于小灯泡的额定电压，电流表的量程要大于电路中的最大电流‘滑动变阻器的最大电阻应略大于或接近小灯泡的电阻，使调节效果明显；（3）在利用滑动变阻器改变小灯泡的电压时，要一边调节滑动变阻器的滑片，一边观察电压表的示数，以免烧坏灯泡；（4）因为小灯泡在不同电压下的实际功率不同，所以不能利用多次测量求电功率的平均值。例1（2018•鞍山）王同学想测量额定电压是2.5V的小灯泡的额定功率，他使用了三节新干电池、“20Ω1A”的滑动变阻器、电压表、电流表、开关和若干导线，连接了如图甲所示的电路。（1）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该滑动到最（选填“左”或“右”）端，这样做的目的是_________________________________。（2）他闭合开关后，又立即断开了开关，否则会损坏___（选填“灯泡”、“电流表”或“电压表”）（3）他检查电路，发现一处连接错误，只改变了一根导线的连接就将电路修改正确，请你在错误的导线上打“×”，并补画上正确的连线。（4）实验中，他调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数从1.5V变化到3V，画出了如图乙所示的图象，由于灯丝的电阻随温度的升高而可以判断图象的横坐标为___________（选填“电压”或“电流”）。（5）当电压表示数为2.5V时，电流表的示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率是_____。（6）取下小灯泡，将阻值为5Ω、10Ω、15Ω的三个定值电阻分别接入电路中原小灯泡位置，可利用该电路探究“电压一定时，电流与电阻的关系”。控制电压一定时，不可以选取的电压值是____A.1.5VB.2VC.2.5VD.3V【答案】（1）右；保护电路；（2）电压表；（3）如上图所示；（4）电流；（5）0.7W；（6）A。【解析】（1）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该滑动到阻值最大处的最右端，这样做的目的是保护电路；（2）电源为三节新干电池串联，电源电压为4.5V；原电路中，电压表串联在电路中，电流表将灯短路，电路中几乎没有电流，电压表（量程为0﹣3V）测电源电压，故他闭合开关后，又立即断开了开关，否则会损坏电压表；（3）电流表应串联在电路中，电压表应与灯并联，改正后如下左图所示：（4）实验中，他调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数从1.5V变化到3V，画出了如图乙所示的图象，由于灯丝的电阻随温度的升高，由U=IR可知，灯泡电压的变化量大于电流的变化量，如上右图所示，所以可以判断图象的横坐标为电流；（5）当电压表示数为2.5V时，电流表的示数如图丙所示，电流选用小量程，大小为0.28A，则小灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.28A=0.7W；例2（2018•达州）某实验小组的同学在进行“测量小灯泡的额定功率”的实验中，现有器材：电源（电压恒为6V）、开关、电压表、电流表各一个，导线若干，额定电压为3.8V的待测小灯泡（电阻约为12Ω），滑动变阻器两个（A：“5Ω2A”；B：“20Ω0.5A”）。（1）该实验的实验原理是______；实验中，应选用的滑动变阻器是（选填“A”或“B”）。（2）如图甲所示是小田同学连接的实物电路图，图中只有一根导线连接错误，请你在图中用“×”标出这根错接的导线，只改接一根导线使电路成为正确的电路（不能与其他导线交叉）。（3）小田确认电路连接无误后闭合开关，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，小灯泡始终不发光且电压表的示数都接近电源电压，则电路的故障是____________。（4）排除故障后，移动滑动变阻器的滑片，并绘制出了小灯泡的电流随电压变化的图象如图乙所示，则该小灯泡的额定功率为W。（5）该组的另一同学接着实验时，发现电压表0～15V量程已经损坏，0～3V量程还可以正常使用，在不添加器材的情况下，为了测出该小灯泡的额定功率，请你在丙图中的虚线框内画出正确的电路图。（6）由图乙推知：小灯泡的实际电压是额定电压一半时的电功率为P1，小灯泡的实际电流是额定电流一半时的电功率为P2，则P1________P2（选填“大于”、“小于”或“等于”）。【答案】（1）P=UI；B；（2）如上图1；（3）灯泡断路；（4）1.14；（5）如上图2所示；（6）大于。【解析】（2）原电路中，灯与电流表串联，电压表串联在电路中是错误的，电压表与灯并联，电流表与灯串联，如下图1所示：（6）由图乙知，小灯泡的实际电压是额定电压一半时的电流约为0.22A，电功率为：P1=1.9V×0.22A=0.418W；小灯泡的实际电流是额定电流一半时（0.15A）对应的电压约为1V，灯的实际电功率为：P2=1V×0.15A=0.15W，则P1大于P2。☞知识点8电流的热效应1、电流三大效应电流效应内容应用电流热效应电流通过导体时，导体会发热的现象电炉、电热毯、电烤箱、等电流化学效应电流流过溶液时，会产生化学反应现象工业电镀电流磁效应导体中有电流流过时，周围会产生磁场的现象电磁铁、电磁继电器等2、电流热效应：电流通过导体时，电能转化成内能，这种现象叫电流的热效应。3、影响热效应的因素（1）当电流和通电时间一定时，导体的电阻越大，产生的热量越多；（2）当电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多；（3）当电流和电阻一定时，通电时间越长，导体产生的热量越多。4、两类用电器①、纯电阻用电器：电流通过时将电能全部转化为内能的用电器。如电饭煲、电炉、电熨斗、电取暖器、电热水器等单纯用来发热的用电器；②、非纯电阻用电器：：电流通过时将电能只有部分转化为内能的用电器。如电风扇、电动机、电脑、电视机等，这类用电器除部分电能转化为内能外，大部分电能转化成其他形式的能。例1（2018•无锡）用如图的装置探究影响电流热效应的因素”，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1＜R2，瓶中装有质量相等的煤油。下列说法正确的是（）A．该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系 B．闭合开关后，装R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上上升较快 C．实验中，通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生生热量的多少 D．将某一烧瓶中的煤油换成等质量的水，可比较煤油和水的比热容大【答案】C【解析】例2（2018•北京）有两个额定电压相同的电热水壶甲和乙，甲的额定功率为1800W，乙的额定功率为1200W．两个电热水壶都正常工作时，下列说法中正确的是（）A．甲电热水壶两端的电压较高 B．电流通过甲电热水壶做功较快 C．通过两个电热水壶的电流相等 D．相同时间内，两个电热水壶消耗的电能一样多【答案】B【解析】A、两电热水壶的额定电压相同，且都正常工作，所以它们两端的电压相等，故A错误；B、甲的额定功率大于乙的额定功率，且都正常工作，根据电功率的物理意义可知，电流通过甲电热水壶做功较快，故B正确；C、两个电热水壶都正常工作时，甲的额定功率大，根据P=UI可知，通过甲的电流大，故C错误；D、两个电热水壶都正常工作时，通电时间相同，甲的额定功率大，根据W=Pt可知，甲消耗的电能多，故D错误。☞知识点9焦耳定律1、内容：电流通过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。2、公式：Q=I2RtQ-热量-焦（J）;I-电流-安（A）；R-电阻-欧（Ω）；t-通电时间-秒（s）.3、适用范围：无论是纯电阻元件还是非纯电阻元件，任何电阻不为零的用电器，都可以用焦耳定律计算它产生的电热。4、推到公式：Q=Pt；Q=UIt；Q=（U2/R）t(只适应于纯电阻元件的电热计算)。5、注意事项①、计算时，注意单位要统一；②、串联电路中，Q=I2Rt，即电流相等时，在一定的时间内，导体产生的热量跟导体的电阻成正比；③、并联电路中，Q=（U2/R）t，即电压相等时，在一定的时间内，导体产生的热量跟导体的电阻成反比。6、电热Q和电能W的关系1、纯电阻电路中，Q=W。消耗的电能全部转化为内能，所以产生的电热和消耗的电能相等；2、非纯电阻电路，Q〈W。只有部分电能转化为内能，所以电热小于用电器消耗的电能，如电动机转化为动能，W=Q+W机。例1（2018•河北）如图所示装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。（1）烧瓶中装入的煤油是_______（选填“导体”或“绝缘体”）。（2）请根据实物电路，在虚线框图2内画出对应的电路图。（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应___，通过R1的电流通过R2的电流。（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明______________________。（5）小红用如图3示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面