专题15 电功和电热（原卷版）

专题15电功和电热（原卷版）一．实验探究题（共20小题）1．有一个额定电压是2.5V的小灯泡，正常工作时的电阻约为10Ω，小明想测量它的额定电功率。实验室有如下器材：电源（电压恒为6V）、电流表、电压表、开关各一个、规格分别为“10Ω0.5A”和“50Ω0.5A”的滑动变阻器两个、导线若干。（1）小明设计了图甲所示电路，他应选规格为的滑动变阻器才能完成实验；（2）图乙是小华根据电路图连接的实物图，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡不亮，经检查是由于一根导线连接错误，请你在图乙中连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线；（3）小华改正接线后，闭合开关，观察到电流表指针不偏转，示数为零；电压表示数为6V则电路中出现的故障是：；（4）小华排除故障后，继续实验。实验中，当电压表的示数为2.5V时，电流表的示数如图丙所示，则小灯泡额定功率是W；（5）该实验同时还发现小灯泡的电阻是变化的，其原因是；利用上述电路继续进行对比实验时，当调节滑动变阻器使得电流表示数为0.15A时，灯泡的实际电功率P实（大于/小于/等于）0.25P额；（6）小华同学利用（5）中连接好的实物电路，探究电流跟电阻的关系。实验时，她将小灯泡分别换成多个已知阻值的定值电阻R，保持电压表示数始终为如图丁所示，并记录各次电流表的示数，在不更换其他器材的情况下，为了能够完成实验，更换的定值电阻的阻值范围是：；若实验中某两次接入的定值电阻之比为1：3，则滑动变阻器两端的电压之比是，功率之比是。2．测量小灯泡电功率。下面是小明测量额定电压为2.5V、正常发光时的电阻约为10Ω的小灯泡L1电功率的实验过程，他选择了电压恒为6V的电源、最大阻值为15Ω的滑动变阻器、电压表和电流表等器材，连接了如图甲所示的电路。请你根据所学的知识回答下面的问题。（1）如图甲所示的电路，有一根导线连接不妥。请在不妥的导线上打“×”，并用笔画线代替导线将电路连接正确。正确连接电路后，闭合开关前应将滑动变阻器的滑片滑至最（填“左”或“右”）端。闭合开关后，发现电流表示数为0.4A，电压表的指针不发生偏转，则电路出现的故障可能是。（2）排除故障后、闭合开关，适当调节滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为V时，小灯泡正常发光，电流表的示数如图乙所示为A，小灯泡的额定功率为W。（3）小明找来额定电压为2V，正常发光时电阻为8Ω的小灯泡A和额定电压为3V、正常发光时电阻为10Ω的小灯泡B，利用图甲所示的电路和器材可以测出小灯泡（填“A”或“B”）的额定功率。（4）小明又设计了如图丙所示电路，利用电压恒为4.5V的电源、阻值为5Ω定值电阻R0以及电压表，测量出了额定电流为0.3A的小灯泡L的额定功率，具体实验过程如下。请将实验步骤补充完整：①只闭合开关S1，调节滑动变阻器，使电压表示数为V；②闭合开关S1、S2，滑动变阻器的滑片（填“保持不变”、“适当向左调”或“适当向右调”），读出电压表示数为2V；③灯泡L的额定功率P＝W。3．实验老师为“测量小灯泡额定功率”准备了如下器材：电源（电压恒为6V）开关、电压表和电流表各一只、额定电压为2.5V的待测小灯泡（电阻约为10Ω）、滑动变阻器（“20Ω1A”）、导线若干。（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物图连接完整（要求：滑片向右移动灯泡变亮）。（2）闭合开关前电流表的指针如图乙所示，其原因是。（3）故障排除后，调节滑动变阻器的滑片，并绘制了小灯泡的电流随其两端电压变化的关系如图丙所示，则小灯泡的额定功率为W。从图象中还发现：当电压表的示数增大时，电压表与电流表的示数之比（选填“变大”、“变小”或“不变”），这主要是受的因素影响。（4）由图丙推知：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P1P2（选填“大于”、“小于”或“等于”）。（5）若把这样的两只灯泡串联接在3V的电源上，则此时两个小灯泡消耗的实际功率总和是W。（6）小明打算增加一个已知阻值的电阻R0，只利用一只电流表，来测量这个小灯泡的额定功率。经过小组讨论设计了图丁和图戊两个电路图，你认为能测出灯泡额定功率的电路图是图。4．探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”。实验装置如图所示，A、B两个相同的烧瓶中装有等质量、等温度煤油。烧瓶内装有同材质、同长度的电热丝，RA＞RB。（1）A瓶中电热丝比B瓶中电热丝的横截面积。（2）闭合开关，通过RA的电流通过RB的电流，通电一段时间后，瓶的温度更高，电热丝产生热量更多。（3）与上述实验过程采用的两种物理研究方法不同的是。A.探究物体受到几个力作用，引入了合力的概念B.探究压力的作用效果，可通过观察海绵的凹陷程度C.探究电流与电压的关系，必须保持电阻一定5．在“测量小灯泡额定功率”的实验中，器材有：电源（电压恒定）、开关、电压表和电流表各一只、额定电压为2.5V的灯泡、滑动变阻器及导线若（1）在未做实验前检查仪器时，发现其它仪器正常，但电流表的指针如图甲所示，则接下来应该做的操作是；（2）在连接实物时，如图乙所示，开关应断开，并将滑片移至滑动变阻器的最（选填“左”或“右”）端；闭合开关后，发现灯泡不亮、电流表有示数、电压表无示数，产生此现象的原因可能是（写出一条即可）；（3）问题解决后，移动滑片，小灯泡I﹣U图像如图丙所示，则小灯泡正常发光的额定功率为W；（4）实验中若电压表损坏，同学们利用身边的器材设计了如图丁所示的电路。其中电源电压恒为U，R0的电阻值已知；①闭合开关S和S1，调节滑动变阻器的滑片，使电流表的示数为；②闭合开关S和S2，（选填“调节”或“不调节”）滑动变阻器的滑片，记录电流表的示数为I；③小灯泡额定功率表达式为：P额＝（用已知量的数字和符号表示）。6．小明测量小灯泡的电功率中，提供的实验器材有：待测小灯泡（额定电压为2.5V）、电源（二节新干电池），滑动变阻器、电流表、电压表、开关及导线若干。（1）小明通过移动滑片记录了五组数据，描点并绘出了如图乙所示的I﹣U图像。据图像可知小灯泡的额定功率为W。（2）测出小灯泡的额定功率后，同学们又把灯泡两端的电压调为额定电压的一半，发现测得的实际功率不等于其额定功率的，此时它的实际功率0.1875W（选填“大于”、“小于”或“等于”）。（3）小华利用小明的实验器材，只增加了一个阻值为10Ω定值电阻R1，如图丙是她设计的电路图，则她（选填“能”或“不能”）测出小灯泡的额定功率。（4）实验结束后，小明将该小灯泡单独与一个10Ω的定值电阻R1串联后接入电压为3V的电源两端，此时R1的功率是W。7．小明在测额定电压为“2.5V”小灯泡电功率的实验中，电源电压恒为4.5V，灯泡正常发光时的电阻约为6Ω，滑动变阻器规格为“20ΩlA”。（1）如图甲所示，是小明连接的实验电路，若利用该电路实验，闭合开关，会发生的情况是。A．小灯泡不亮B．电流表无示数C．电压表无示数D．电压表指针反向偏转（2）若只需改动一根导线，即可使电路连接正确。请你在应改动的导线上画“×”，并用笔画代替导线画出正确的接法。（3）电路连接正确后，闭合开关，小明同学移动滑片，（选填“能”或“不能”）实现灯泡两端的电压从零连续变化到2.5V。（4）当灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路的电阻为4Ω，则小灯泡的额定功率为W。（5）小明通过计算求得该灯泡在1.5V电压下的实际功率为0.45W，此数据（选填“合理”或“不合理”）。（6）同组小亮同学也用小明所用的器材，在不使用电流表的情况下，另选了一个5Ω的电阻R0，设计了如图乙的电路及实验方案测量小灯泡的额定功率：①调节滑片使电压表的示数为额定电压U额＝2.5V；②断开开关，保持滑片位置不变，只将电压表的c点接线改接到a点。闭合开关，测出R0两端的电压U0。③通过计算得出小灯泡的额定功率P额＝U额×。指出他的设计方案中存在的两个问题问题一：；问题二：。（7）小明完成实验后，想用电压表和一个阻值为R0的定值电阻。在电源电压未知的情况下，测量额定电流为I额的小灯泡的额定功率，设计了如图丙所示电路，请完成实验步骤：①只闭合开关（选填“S1”或“S2”），将滑动变阻器的滑片移至最右端，读出电压表V2的示数为U0；②只闭合另一个开关，再次调节滑动变阻器的滑片，直到电压表V1的示数为时，小灯泡正常发光，此时电压表V2的示数为U2；③小灯泡额定功率的表达式是P额＝。8．如图甲所示，两个透明容器中封闭着等量的空气，将两个容器中的电阻丝R1和R2串联接到电源两端，将容器外部的电阻丝R1和R2并联。（1）图甲的装置是探究电流通过导体产生的热量与的关系，电阻丝R3的作用是使通过电阻丝R1和R2的电流。（选填“相同”或“不同”）（2）图甲乙所示，某小组在实验中观察到左侧U形管中液面很快出现高度差，右侧U形管中液面高度差为零，原因是电阻丝断路。（选填“R1”、“R2”或“R3”）9．小明和小红想利用如图所示的装置探究“通电导体产生的热量与电阻大小的关系”，三个烧瓶中盛有质量相等、初温相同的煤油，三瓶煤油中都各自浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝是铜丝，电阻为R1，烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，电阻为R2，烧瓶C中的金属丝是锰铜合金丝，电阻为R3，温度计显示煤油的温度（1）通过这三个电阻R1、R2和R3的电流（选填“相等”或“不相等”）。（2）实验中通过观察来比较电流产生的热量的多少。（3）这三个电阻R1、R2和R3阻值应该。（选填“相等”或“不相等”）（4）若R3＞R2＞R1，闭合开关后，小明和小红发现C烧瓶中温度计的示数升高的最快，B烧瓶中温度计的示数升高的较快，A烧瓶中温度计的示数升高的最慢。这表明：在和通电时间相同的情况下，。10．在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，实验电路如图1所示，其中R1＞R2。实验一：探究电流产生的热量与电阻大小的关系：（1）请按照图1中的电路图将图2实物图连接完整；（2）实验电路按照图1中的电路图连接是为了控制通电时间相同和控制；电阻丝放出热量的多少，通过来进行判断。（3）为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少，a、b两瓶中要装入相等、初温相同的同种液体。为了在较短时间内达到明显的实验效果，实验时选用煤油而不选水，是因为煤油的比热容水的比热容（选填“大于”、“等于”或“小于”）。实验二：探究电流产生的热量与电流大小的关系：（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝R1加热的煤油，在实验一中温度升高△t1，在实验二中温度升高△t1′，则△t1′2△t1（选填“大于”、“等于”或“小于”），该实验说明电流产生的热量与电流大小正比例关系（选填“成”或“不成”）。实验中，用电阻丝R2加热煤油重复以上实验步骤，也可以得出相同的结论。（5）如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值的电阻丝（选填“相同”或“不同”），就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。假设a烧瓶中液体的质量为m，瓶中电阻丝的阻值为R，测出通过它的电流为I，通电一段时间t后，温度计的示数变化量为△t，若不计热量损失，则a液体的比热容为（用所给出的物理量写出比热容的表达式）。11．测定小灯泡的额定功率。某实验兴趣小组想测量标有“2.5V”字样小灯泡的额定功率，从实验室找来了电源、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线若干。（1）如图甲所示为该小组一同学所连的实验电路，刚闭合开关后，向左移动滑动变阻器的滑片，电流表示数，电压表示数（均选填“变大”、“变小”或“不变”），此电路不符合实验要求。（2）排除电路故障后闭合开关，移动滑片，当灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，则灯泡的额定功率为W。（3）同组的小红认为，可以利用图甲的装置多次测量不同电压下灯泡的电阻，并求出平均值，小明认为小红的观点不合理，理由是。（4）小红在继续实验时发现电流表突然损坏，于是她又找来了一个阻值为R0的定值电阻，设计了如图丙所示的电路，已知电源电压为U且保持不变，也可以测出另一额定电压为U额的小灯泡的额定功率，请将步骤补充完整：①只闭合S、S2，移动滑片P，使电压表的示数为；②只闭合，保持滑片P不动，读出电压表的示数为U1；③小灯泡的额定功率P＝（用U、U1、U额、R0表示）。12．如图甲所示是“测量小灯泡电功率”的实验电路，已知小灯泡额定电压为2.5V。请你回答下列问题：（1）连接电路时，应将开关。（2）闭合开关后，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电压表始终无示数，电流表有示数而小灯泡始终不亮，故障的原因是灯泡。（3）排除故障后，移动滑片，当电压表的示数为2.5V时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为W。为了测量小灯泡发光较暗时的功率，应将滑片向阻值（选填“增大”或“减小”）的方向移动。（4）虽然电压表的电阻大，但仍然有电流通过，会导致测量误差。若考虑有电流通过电压表，所测灯泡的功率将（选填“偏大”或“偏小”）。13．小明利用如图甲所示的电路，测量额定电压为2.5V小灯泡的电功率。电源电压恒为3V，滑动变阻器最大阻值为20Ω。（1）请用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整，要求闭合开关后滑片P向右滑时灯变亮。（2）确认电路无误后，小明开始进行实验。当滑片P移到某位置时，电压表示数如图乙所示，为了测出小灯泡的额定功率，他应将滑片P向移动。（3）小明在实验过程中，移动滑片P到达图甲所示位置时，小灯泡的灯丝突然断了，则电压表的示数将变。（4）小明换用相同规格的小灯泡重新进行实验。实验结束后，他利用实验数据绘制了如图丙所示的I﹣U图象。由图象可知：小灯泡额定功率为W；小灯泡正常发光时的电阻是Ω；图象不是直线的原因是。14．小明想测量标有“2.5V”字样小灯泡的额定功率，从实验室找来了学生电源（电压恒为6V）、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线若干。（1）请用笔画线代替导线将图甲所示的实验电路连接完整。（2）闭合开关进行试触时，发现电流表无示数，灯泡不亮，电压表指针迅速转到右边没有刻度的地方。造成这一现象的原因可能是。（3）排除电路故障后闭合开关，移动滑片，当灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，则灯泡的额定功率为W。（4）实验结束后，小明利用本实验中的有关器材和阻值为10Ω的定值电阻，设计了如图丙所示的电路测量该灯泡的额定功率，操作步骤如下。①只闭合开关S和S1，调节滑动变阻器的滑片使电流表的示数为A，灯泡正常发光；②只闭合开关S和S2，滑片位置（选填“保持不动”“向右移动”或“向左移动”），读出此时电流表示数；③计算出小灯泡的额定功率。15．在“测小灯泡电功率”的实验中，实验室有以下器材学生电源（电压恒为4.5V）、标有2.5V的小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器“20Ω1A”、开关各一个，定值电阻三个（10Ω、20Ω、30Ω）、导线若干。（1）请用笔画线代替导线，将图甲中电路连接完整．要求滑动变阻器滑片向左移动时小灯泡亮度变亮；（2）小明连接好电路后，闭合开关时，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，且电压表示数很大，可能的原因是；（3）排除故障后，小明移动滑动变阻器的滑片进行多次实验，并将其中三次数据记录在表格中，根据数据求出小灯泡的额定功率为W；实验次数123电压表示U/V2.02.52.8电流表示数I/A0.200.240.26（4）上述实验结束后，小华同学想进一步“探究电流与电阻的关系”，他将小灯泡取下后，按图乙电路在R的位置依次换成定值电阻（10Ω、20Ω、30Ω）进行实验，为保证每次都能将接入的定值电阻两端电压调为2.5V，应在电路中再串联一个阻值范围为Ω至Ω的电阻R'。16．在“测量小灯泡的电功率”实验中。同学们用电压表、电流表、开关、电压为4.5V的电源、额定电压为3.8V的小灯泡和标有“20Ω1.5A”的滑动变阻器，设计了如图所示的电路（小灯泡的灯丝电阻约为10Ω）。（1）若电流表正确接入图甲电路中，闭合开关前，某同学发现电路有一处错误，这错误是。（2）测量过程中，当小灯泡正常发光时，此时电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为W。（3）实验过程中，若将电压表和电流表互换位置，闭合开关后，发现小灯泡不亮，这时电压表的示数约为V。（4）小珠受此实验启发，想测定电动自行车上用作照明的LED（发光二极管）额定功率。在老师的帮助下通过实验得到该LED的I﹣U图像如图丙所示，由图像可知LED灯的电阻随电压的增大而（选填“增大”、“不变”或“减小”）。查阅资料知道该LED的额定电压为3V，结合图像可得该LED的额定功率为W。17．小宁同学将电源电压恒为12V的蓄电池，额定电压为3V的小灯泡和标有“50Ω1A”字样的滑动变阻器连接成如图乙所示的电路来“测量小灯泡的电功率”，电压表的0～3V量程损坏不能使用。（1）根据图甲所示的电路图，请用笔画线代替导线，将图乙中的器材连接成完整的电路（要求滑动变阻器滑片P向右移动时阻值变大）；（2）闭合开关前，滑片P应该位于端（选填“A”或“B”）；（3）连接好电路，闭合开关后，发现小灯泡不亮，电压表无示数，电流表有示数，那么出现该状况的可能原因是小灯泡发生（选填“开路”或“短路”）；（4）排除故障后，闭合开关，继续进行探究，根据测量数据绘制出通过小灯泡的电流I随它两端电压U变化的图像，如图丙所示。分析可知：小灯泡的额定功率为W。某次实验中，若电流表的示数如图丁所示，其示数为A，此时小灯泡的电阻为Ω；（5）实验结束后老师介绍到，电表在使用中若指针偏转不能超过刻度盘的一半，则误差会比较大。小宁经过思考，认为还需要在灯泡不烧坏的情况下测量各种实际电功率，因此他重新设计并连接了电路，在新电路中，当电压表示数为V时就可以测得小灯泡的额定电功率；（6）若实验室电压表损坏，小宁同学用一个已知阻值为R0的定值电阻代替电压表，并设计了如图戊所示的电路，在电源电压保持不变情况下，也正确地测出了一个额定电流为I额的小灯泡的额定功率，其实验步骤如下：①闭合开关S1，断开开关S2，移动滑动变阻器R的滑片至最左端，记下电流表的示数为I1；②闭合开关S2，断开开关S1，调节滑动变阻器R的滑片使小灯泡正常发光，电流表示数为I额；③保持滑动变阻器R的滑片不动，闭合S1，断开S2，记下电流表的示数为I2；④则小灯泡额定功率的表达式为P额＝（用I额、I1、I2和R0表示）。18．在“测小灯泡额定电功率”的实验中，提供的器材有：电压恒为4.5V的电源，额定电压为2.5V的待测小灯泡，电阻约为8Ω，电流表（0～0.6A，0～3A），电压表（0～3V，0～15V），开关和导线若干，另有标有“30Ω2A”的滑动变阻器R1和标有“5Ω1A”的滑动变阻器R2。（1）连接电路前，小明发现电流表指针如图甲所示，接下来应进行的操作是：；（2）若小明设计的电路如图乙所示，请选择合适的量程，并用笔画线代替导线将图乙的实物图连接完整；（3）连接电路时开关应处于