备考2019年中考物理知识点复习专练（知识点精讲）专题15 电功率（含解析）

专题15 电功率考点一：电能、电功1电功：电流通过某段导体所做的功叫电功，消耗电能的过程即电流做功的过程，实质是将电能转化为其他形式能的过程，可用公式 WUIt计算电功大小，推导式有 WPtI2Rt。2电能(电功)：国际主单位是焦，符号是 J，日常生活中常用单位是度，物理学中叫kWh，1 kWh36106 J。3电能表的认识作用测量电路消耗电能(电流做功)单位度(kWh)读数计数器末尾数字的单位是十分位参数意义220 V工作电压10 A（20A）标定电流为10A，额定最大电流为20A600r/(kWh)电路中每用1度电，表盘转600转4拓展：计算电功公式 WPtUIt是普遍适用的公式；由定义式 WUIt和欧姆定律I，可以推导两个式子： Wt和 WI2Rt适用于纯电阻电路（用电器只是电阻，如电饭锅、电熨斗、电烙铁、电褥子等）。无论串联还是并联，电路的总功 W总W1W2Wn。考点二：电功率及其测量1电功率：（1）物理意义：反映电流做功快慢的物理量，（2）定义：电功率等于电流做的功与时间的比值。2电功率公式：，若是纯电阻电路，由欧姆定律可得变形公式PI2R或。3单位：国际主单位是瓦(W)，另一个单位是千瓦(kW)，二者换算关系是1 kW103 W。4额定电压和额定功率：额定电压是指用电器在正常工作时的电压，额定功率是指用电器在额定电压下的电功率，与实际电压、实际功率的关系如下：若U实U额时，则P实P额，用电器正常工作；若U实U额时，则P实P额，用电器不能正常工作；若U实U额时，则P实P额，损坏用电器。灯泡的亮度是由灯泡的实际功率决定的。5伏安法测小灯泡电功率（1）原理是PUI。（2）电路图：（3）滑动变阻器的作用：保护电路；改变小灯泡两端电压和通过小灯泡的电流，从而实现多次测量，便于比较灯泡的亮度与功率的关系。（4）注意事项：在测量小灯泡电功率的实验中，不能将多次测得的电功率求平均值。多次测量的目的：为了研究小灯泡亮度(或电功率)与小灯泡两端电压的关系。在测量小灯泡电阻的实验中，多次测量的目的：为了研究小灯泡的电阻是否与温度有关。在测量定值电阻的实验中，多次测量的目的是为了求平均值，以减小测量误差。在测量小灯泡电功率的实验中，选择滑动变阻器的最大阻与小灯泡阻值相差不大，调节效果明显。6用电能表、秒表测用电器功率：（1）原理：。（2）方法：用电能表测出用电器在某一段时间(t)消耗的电能 WkWh36106 J(n、n0表示转数)，则用电器的电功率为P W。7拓展：几种特殊测电功率方法(1)安阻法，如图所示：表达式为：PUII2R0I(2)伏阻法，如图所示：表达式为：P(3)转换法，如图所示：表达式为：P8电功、电功率的综合计算题一般涉及电路变化问题，解答此类题时，应先根据开关的通、断和滑动变阻器的移动情况，确定各时刻的电路结构，最好画出等效电路图，然后根据电阻的变化情况以及“灯泡正常发光”“串联”等关键字眼，逐步分析电流和电压的变化，再灵活选择合适的公式进行求解。9拓展：（1）用电设备的P额、U额具有唯一性、对应性，而用电设备的U实、P实可有很多个，但U实、P实具有同体性，同时性；（2）串、并联电路，总功率P总P1P2Pn，串联电路电功率与电阻关系：，并联电路电功率与电阻关系：。考点三：焦耳定律与电热1电流的热效应：电流通过导体时电能转化为热能的现象。利用电热工作的用电器有电饭锅等。为了防止电热危害，可以加散热窗等。我们可以借助电流的热效应来判定电流的大小，这种方法叫转换法。2焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。用公式表示为QI2Rt，单位是J。3电功和电热的关系：(1)当电路中接入的是电炉、电烙铁、电饭锅、电热壶等“纯电阻性”用电器时，消耗的电能全部转化为热能，即WQ。(2)当电路中接入的电动机、充电的蓄电池时，消耗的电能大部分转化机械能、化学能，只有一部分电能转化为热能，即W大于Q。此时，只能利用公式QI2Rt计算电热。4电热器的原理：电流的热效应。5电热器的主要结构：发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的。电热器的优点：清洁环保，效率高，使用方便。6几种材料的比较材料电阻熔点滑动变阻器的电阻线大高电热器的发热体大高保险丝大低7电热的危害：由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器。安装散热扇、散热窗加快散热。8拓展：（1）由QI2Rt和I可以推导Qt，QI2Rt方便串联电路计算，Qt方便并联电路计算。（2）电热挡位的判定方法：由P可知，在电源电压一定时，电阻越小，电功率越大，为高温挡位，反之，为低温挡位；（3）比例关系：串联电路：，并联电路：。考点一 电能及其测量【典例】（2018安徽）图中R1=4，R2=6，把它们并联在U=3V的电路中，则R1和R2并联后的总电阻为_；通电30s，电阻R1消耗的电能为_J。【答案】2.4；67.5。【解析】已知R1和R2并联，则并联后的总电阻，则，解得R=2.4，因为R1和R2并联，把它们并联在U=3V的电路中，则R1两端电压为3V，通电30s，电阻R1消耗的电能。【点评】本题考查了并联电路的特点和电功的计算，关键能根据并联电路各支路两端的电压相等确定R1两端电压。【跟踪练习】1（2018济南）小亮想测量家中电视机待机状态下消耗的电能，需要选用的仪器是A电流表 B电压表 C电能表 D变阻器【答案】C2 （2018盘锦）用电热水器（铭牌如图甲所示）把质量为50kg的水由20加热到50，水吸收的热量是_J，电热水器是利用电流的_工作的。图乙所示的电能表读数是_kWh；若只有电热水器接入电路且正常工作12min，电能表的转盘转过_转。（c水=4.2103J/（kg）【答案】6.3106；热效应；2014.1；1200。【解析】水吸收的热量Q=cm（t-t0）=4.2103J/（kg）50kg（50-20）=6.3106J。电热壶工作时把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，电能表上的示数，最后一位是小数，单位是kWh；从表盘上可以看出此时的读数为2014.1kWh，由电饭锅铭牌知，电热水器的额定功率P=2000W=2kW，因为电热水器正常工作，所以电热水器的电功率：P=P额=2kW，由得，电热水器消耗的电能：，电能表的转盘转过的圈数：n=3000r/kWh0.4kWh=1200r。3 （2018重庆）如图所示的电路中，定值电阻R1=40，R2=20，电压表示数为10V求：（1）通过R2的电流；（2）通电300s，电流通过R1所做的功。【答案】（1）通过R2的电流为0.5A；（2）通电300s，电流通过R1所做的功为3000J。考点二 额定功率与实际功率【典例】（2018济南）如图所示电路中，灯泡L上标有“12V 0.2A”字样，R为定值电阻。闭合开关S后，灯泡L恰好正常发光，电压表的示数为3V，通过计算回答：（1）灯泡L的额定功率是多少瓦？（2）定值电阻R的阻值是多少欧？（3）整个电路在5min内消耗的电能是多少焦？【答案】（1）灯泡L的额定功率是2.4W；（2）定值电阻R的阻值是15；（3）整个电路在5min内消耗的电能是900J。【解析】（1）灯泡L的额定功率：PL=ULIL=12V0.2A=2.4W；（2）电压表测量定值电阻两端的电压：UR=3V，灯泡L恰好正常发光，串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流I=0.2A，由欧姆定律得，定值电阻R的阻值：；（3）电路总电压：U=UL+UR=12V+3V=15V，整个电路在5min内消耗的电能：W=UIt=15V0.2A560s=900J。【点评】本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式、电功公式的应用，要注意灯泡正常发光时的电压和额定电压相等。【跟踪练习】1（2018青岛）某电视机的额定功率是l10w，则它正常工作时，电流是_；1kWh的电能可供它止常工作的时间是_（至少保留一位小数）【答案】0.5A；9.1h。【解析】家庭电路的电压是220V，电视机的额定功率是l10W，则它正常工作时，通过电视机的电流为：；1kWh的电能可供它正常工作的时间：。2（2018凉山州）将一个标有“36V 10W”字样的灯泡，接到电压为18V的电源上，此时该灯泡的实际功率为_W（灯丝电阻不随温度改变）。由三节新干电池串联组成的电池组的电压为_V。【答案】2.5；4.5。3（2018大连）如图是某电火锅加热器的简化电路图，电源电压是220V，R1、R2是发热电阻，开光接“1”时为低温挡，此时R1的功率是11W，R2的功率是99W，开关接“2”时为高温挡，试求：（1）低温挡工作时，电路中的电流是多少？（2）低温挡工作10min，消耗的电能是多少？（3）高温挡的功率是多少？【答案】（1）低温挡工作时，电路中的电流是0.5A；（2）低温挡工作10min，消耗的电能是6.6104J；（3）高温挡的功率是1100W。考点三 伏安法测电功率【典例】（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、“201A”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5、10、15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.1.5V B.2V C.2.5V D.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：【点评】本题测量额定电压是2.5V的小灯泡的额定功率，考查注意事项、电路连接、影响电阻大小因素、额定功率计算及探究“电压一定时，电流与电阻的关系”中对实验的要求。【跟踪练习】1（2018哈尔滨）“探究小灯泡电功率”的实验电路如图甲，实验中选择“2.5V”小灯泡，调节滑动变阻器滑片的过程发现灯亮度变化，这是由_变化引起的。实验得到灯的U-I图象如图乙，则小灯泡的额定功率是_W。【答案】灯泡实际功率；0.75。2（2018通辽）某小组在“测量小灯泡的电功率”实验中，备有器材规格如下：电源电压恒为6V，小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10，变阻器A的规格为“10 1A“，B的规格为“50 2A”。（1）用笔画线代导线，将图甲的电路连接完整，要求滑动变阻器滑片P向右滑动时小灯泡变亮。（2）该组同学选用的滑动变阻器应是_（选填“A”或”B“）。（3）闭合开关后，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，则故障可能是_。（4）通过小灯泡的电流随它两端电压的变化如图乙所示，分析图象可知，小灯泡的额定功率为_W；小组同学分析图象后发现：通过灯泡的电流与其两端电压不成正比。形成这一现象的原因是_。（5）他们想继续探究“电流与电压的关系”，请你帮他们设计一个实验电路，将电路图画在图丙的虚线框中。【答案】（1）（2）B；（3）灯泡断路；（4）灯的电阻随温度的变化而变化。；（5）如下。【解析】（1）要求滑动变阻器滑片P向右滑动时小灯泡变亮，即电流变大电阻变小，故滑片以右电阻丝连入电路中，如下所示：3（2018盘锦）在“测定小灯泡电功率”的实验中，小灯泡额定电压为2.5V。（1）图甲中有一根导线连接错误，请在错误的导线上画“”，并在图中改正（导线不许交叉）。（2）正确连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮。两电表无示数。为判断故障、将电压表与滑动变阻器并联，电压表有示数，则电路发生故障的原因是_。（3）排除故障后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P到某一点，电压表示数如图乙所示为_V。（4）根据实验记录绘制-U图象如图丙所示，根据图象信息，计算小灯泡的额定功率是_W。（5）完成上述实验后，小敏设计了如图丁所示的电路，测出了额定电流为I额的小灯泡的额定功率。实验方案如下：（电源电压不变，滑动变阻器R1的最大阻值为R1）按电路图连接电路。闭合开关_，移动R1滑片，使电流表的示数为I额灯泡正常发光。闭合开关_，保持R1滑片位置不动，移动R2滑片，使电流表的示数为I额。保持_滑片位置不动，将另一个滑动变阻器滑片移到最左端，电流表的示数为I1，再将此滑动变阻器的滑片移到最右端，电流表的示数为I2。小灯泡额定功率的表达式为P额=_。（用I额、I1、I2、R1表示）【答案】（1）见上图；（2）滑动变阻器断路；（3）2.2；（4）0.5；（5）S1；S2；R2；。【解析】（1）由图甲知，电压表串联在了电路中，应将其与灯泡并联，将滑动变阻器与灯泡串联，电路图如图所示：（3）由图乙知，电压表使用0-3V量程，分度值为0.1V，所以电压表示数为2.2V；（4）当U=2.5V时灯泡正常发光，由图象知此时灯泡中的电流I=0.2A，所以灯泡的额定功率：P=UI=2.5V0.2A=0.5W；（5）按电路图连接电路。闭合开关S1，移动R1滑片，使电流表的示数为I额灯泡正常发光。此时灯泡与R1串联；闭合开关S2，保持R1滑片位置不动，移动R2滑片，使电流表的示数为I额。此时R1与R2串联，因为电路中电流仍为I额，所以R2=RL；保持R2滑片位置不动，将另一个滑动变阻器（R1）滑片移到最左端，电流表的示数为I1，再将此滑动变阻器（R1）的滑片移到最右端，电流表的示数为I2。由串联电路特点和欧姆定律可得：U=I1R2=I2（R1+R2），解得：，小灯泡额定功率的表达式为P额=I额2RL=I额2R2=。考点四 焦耳定律及其应用【典例】（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R1R2，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【点评】该题考查了控制变量法和转换法在焦耳定律实验中的应用，注意两导体串联时电流相等，导体产生热量的多少是通过温度计示数的变化来反映的。【跟踪练习】1（2018通辽）小明同学在进行电学知识复习时，针对电阻甲和乙的I-U图象，作出了如下判断，正确的是A甲、乙串联在电路中，相同时间内甲、乙产生热量之比为2：1B甲、乙并联在电路中，相同时间内甲、乙消耗电能之比为1：2C将甲和乙并联，当甲两端电压为2V时，则它们的干路电流为0.6AD将甲和乙串联，当它们两端电压为3V时，通过甲的电流为0.6A【答案】C。2（2018青海）电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，请你用学过的电学知识解释这种现象。【答案】电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通电的时间相同。而导线的电阻很小，电炉丝的电阻很大，由公式Q=I2Rt知，相同时间电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，所以电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。【解析】由焦耳定律知道，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、导体电阻大小和通电时间成正比。电炉丝和连接的导线串联在电路中（通过的电流相等），通电时间是相同的，而电炉丝的电阻比导线的电阻大得多，据焦耳定律分析判断。3（2018镇江）图是研究“相同时间内导体产生的热量与_的关系”的装置。每只烧瓶中煤油质量均为200g，电阻丝R1=20，电路中电流I=0.5A通电5min后，左侧烧瓶中的煤油温度升高了2，煤油吸收的热量为_J，R1产生的电热为_Jc煤油=2.1103J/（kg）【答案】电阻；840；1500。考点五 电能、电功率、电热的综合计算【典例】（2018鞍山）某电热水器的额定电压为220V，有高温和低温两个档位，低温档的电功率为550W，其内部电路由发热电阻R1和R2组成，R1=2R2，简化电路如图所示。（1）R1的电阻是多大？（2）高温档的电功率是多大？（3）在额定电压下，高温档工作时将40kg、初温20的水加热至60需要多长时间？不计热量损失，水的比热容c水=4.2103J/（kg）【答案】（1）R1的电阻是88；（2）高温档的电功率是1650W；（3）在额定电压下，高温档工作时将40kg、初温20的水加热至60需要4072.7s。【解析】（1）由电路图可知，只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，此时电路中的总电阻较大（比并联的总电阻大），电热水器的总功率小，处于低温档，由可得，R1的电阻：；（2）由电路图可知，闭合开关S1、S2时，R1与R2并联，电热水器处于高温档，由R1=2R2可得，R2的阻值：，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，R2的电功率：，则高温档的电功率：P高=P低+P2=550W+1100W=1650W；【点评】本题考查了电功率公式和吸热公式、电功公式的综合应用，正确的判断出电热水器处于不同状态时电路的连接方式是关键。【跟踪练习】1（2018绥化）妈妈为了给小丽增加营养，买了一款煲汤用的电热锅，额定电压是220V，加热时的额定功率是1100W，加热效率为84%，简化电路如图所示，S1为温控开关，发热电阻R1与R2的阻值恒定，电阻R2在保温状态与加热状态时的功率之比为4：25请解答：（1）当同时闭合开关S、S1时，电热锅处于_（选填“加热”或“保温”）状态；（2）若正常工作时，电热锅将4L水从40加热到65，水吸收的热量是多少？（3）电阻R1的阻值是多少？（4）在用电高峰期，家中只有电热锅和液晶电视机工作时，电热锅将4L水从40加热到65，实际用时550s。若此过程中共消耗6.1105J的电能，计算这时通过液晶电视机的电流是多少？（假设加热过程中电热锅的加热效率不变）【答案】（1）加热；（2）水吸收的热量是4.2105J；（3）电阻R1的阻值是66；（4）通过液晶电视机的电流是1A。【解析】（1）当同时闭合开关S、S1时，R1被短路，此时电路电阻最小，根据可知，此时电路功率最大，处于加热状态；（2）由得，水的质量：m=V=1103kg/m3410-3m3=4kg，水吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）=4.2103J/（kg）4kg（65-40）=4.2105J；（3）由得，R2的阻值：，电阻R2的保温功率：2（2018锦州）如图所示的是某款电热水壶，表中是水壶的部分参数。请回答下列问题：额定电压220V额定功率1210W额定容量1.5L水壶净重1kg（1）该电热水壶正常工作时发热体的电阻是多大？（2）该电热水壶的效率是80%，在1标准大气压下，把1L水从20烧开需要7min，此时水壶的实际电压是多大？（水的比热容c水=4.2103（kg），水的密度水=1.0103kg/m3）【答案】（1）该电热水壶正常工作时发热体的电阻是40；（2）该电热水壶的效率是80%，在1标准大气压下，把1L水从20烧开需要7min，此时水壶的实际电压是200V。3（2018东营）多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。（水=1103kg/m3，c水=4.2103J/（kg），g=10N/kg）项目参数电源电压（V）220低温档功率（W）275中温档功率（W）550高温档功率（W）1100容积（L）1（1）开关S1、S2处于什么状态，养生壶为高温档，说明判断依据；（2）求R1的阻值；（3）养生壶处于低温档工作时，求电路中的电流大小；（4）在标准大气压下，使用高温档将初温是12的一壶水烧开，若养生壶高温档加热效率为80%，求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。【答案】（1）当开关S1闭合，S2接B时，为高温档；因为此时电阻R1、R2并联，电路中的总电阻最小，总功率最大；（2）电阻R1的阻值是88；（3）养生壶处于低温档工作时电流为1.25A；（4）水吸收的热量为3.696105J，烧开一壶水需要的时间为420s。（3）由P=UI得，养生壶在低温档工作时电路中的电流为：，（4）由可得，水的质量：m=V=1103kg/m3110-3m3=1kg，水吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）=4.2103J/（kg）1kg（100-12）=3.696105J，由和W=Pt得，烧开一壶水需要的时间为：。19