2020届中考科学(杭州版)复习同步练习题：第三篇 主题3 第六单元 电流热效应和电功率的测量

第六单元电流热效应和电功率的测量[学生用书P199]
1．[嘉兴舟山中考]某同学为探究电流通过导体产生热量的多少跟电阻的关系，设计了如下电路图，其中正确的是(B)
A B C D 2．[2018·成都]如图所示，电热水壶上标有“220V
1800W”，小明发现烧水过程中热水壶的发热体部分很快变
热，但连接的电线却不怎么热，是因为导线的电阻比发热体
的电阻__小__。

在额定电压下，烧开一壶水用时3分20秒，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为__3.6×105__J。

3．[2019·嘉兴校级模拟]小科按照如图所示的电路图连接好电
路，测量一只额定电压为2.5V的灯泡的电功率，部分实验数
据和现象如表所示。

实验次数电压表示数(V) 电流表示数(A) 灯泡亮度
1 1 0.
2 较暗
2 2.5 正常发光
3 6 0 不发光
(1)__6__V(“1.5A 50Ω”)和乙(“2.0A20Ω”)两种规格的滑动变阻器，上面实验中他选用的滑动变阻器为__甲__。

(2)由于小科粗心大意，没有记录灯泡正常发光时电流表的示数，于是他根据第
一次实验数据计算出灯泡电阻R＝U1
I1＝
1V
0.2A＝5Ω，再计算出灯泡两端电压为
2.5V时的功率P＝U2
R＝
（2.5V）2
5Ω＝1.25W。

则灯泡的额定功率__＜__1.25W。

(选
填“＞”“＝”或“＜”)
4．[2019·嘉兴舟山]某科学小组对电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关进行了研究。

装置如图，2只烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙。

猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多；
猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。

为验证猜想一，设计以下方案：
①将电阻丝R
甲和R
乙
串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置，闭合开关
记下电流表的读数I1，经过一段时间后标出2根玻璃管内液面的位置；
②当2根玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关记下电流表的读数I2，经过相同时间后标出2根玻璃管内液面的位置。

请回答下列问题：
(1)为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想。

为比较电热丝产生热量的多少，实验中体现这些思想的设计有__通过玻璃管内液面上升的高度来反映电热丝产生热量的多少(合理即可)__(写出一条即可)。

(2)为验证猜想一，必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度，原因是__保持前后两次电阻的大小相同__。

(3)科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例：__电水壶中的发热体放热比连接电水壶的导线放热多(合理即可)__。

一、实验：测定小灯泡的电功率
考点1知道测小灯泡的电功率需用的器材(a)
实验器材：电源、电压表、电流表、开关、小灯泡、滑动变阻器、导线考点2会画实验电路图（b）
电路图
考点3会根据实验电路图进行实物的连接(b)
考点4能做分别测定小灯泡的额定功率和实际功率的实验(b)
用__伏安法__测小灯泡的电功率
(1)实验电路图：如考点2中电路图所示。

(2)串联滑动变阻器的作用：
①限制电流，__保护电路__；
②调节小灯泡的__电压__、__电流__，以便测出不同电压、电流下的小灯泡的电功率。

(3)注意事项：
①连接电路时，开关必须__断开__；
②滑动变阻器串联在电路上，要接__“一上一下”__两接线柱，滑片P 应放在阻值__最大__的位置；
③电流表与小灯泡__串联__，电压表与小灯泡__并联__，电流表、电压表的量程选择要适当，正、负接线柱的接法要正确；
④要注意电路中是否有短路的地方，检查电路无误后，闭合开关，调节滑动变阻器。

注意此时要小心移动滑片，以免因实际电压超过额定电压过多而烧毁小灯泡。

考点5 会正确地记录实验数据和得出的实验结论(b)
二、电热器
考点1 理解焦耳定律的内容(b)
焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的__平方__成__正比__，跟导体的电阻成__正比__，跟通电的__时间__成__正比__。

考点2 会用焦耳定律公式Q ＝I 2Rt 进行简单计算和解决简单问题(c)
1．焦耳定律的公式：__Q ＝I 2
Rt __(普遍适用)，Q ＝U 2t R ＝UIt ＝W (只适用于纯电阻电路)。

2．电热与电功的关系
(1)若电能全部转化为内能：对于__纯电阻__电路电功__全部__用来产生热量，如电流通过电饭锅时(近似)，则Q ＝W (即I 2Rt ＝UIt )。

(2)若电能部分转化为内能：对于__非纯电阻__电路电流所产生的热量仅是电流做功中的__一部分__。

如：电流通过电动机时，则Q <W (W 外＋Q )(即I 2Rt <UIt )。

【注意】 焦耳定律适用于任何用电器的热量计算。

考点3 知道电热器的原理和应用(a)
1．电流的热效应：电流通过导体时，使导体的温度__升高__的现象，实质是__电能__转化为__内能__。

2．电热器是利用电流的__热效应__工作的，主要组成部分是__发热体__，发热体一般选用电阻率__大__、熔点__高__的金属丝绕在绝缘体上做成。

如：电熨斗、电褥子、电烙铁、电饭锅、电烤箱等。

具有清洁无污染、热效率高、便于控制和调节等优点。

【考点延伸】
研究电热跟哪些因素有关，实验设计如图所示(R
甲＜R
乙
)：
实验原理：当电流通过电阻丝时，电流产生的__热量__使瓶中的煤油__温度升高__，玻璃管内的液面就会逐渐__上升__。

电流产生的热量越多，液面就会上升得越高。

我们可以通过玻璃管内液面上升的__高度__比较电流产生热量的多少(保证煤油的质量、初温、容器等相同)。

(1)电阻丝产生的热量看不见，可利用电阻丝产生的热量使玻璃管内煤油上升的高度进行比较，这是采用了__转换法__。

(2)电流产生的热量和电阻、电流和通电时间均有关系，在研究热量与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变，这是采用了__控制变量法__。

类型一理解伏安法测电功率
典例1 [2019·杭州校级三模]一个额定电压是6V，额定电流是0.3A的小灯泡，小明想用实验测量这个灯泡的额定功率，实验室中有如下器材：电流表、电压表、开关各一个，两个规格分别为“10Ω1A”、“100Ω0.5A”的滑动变阻器，导线若干，电源(电压为12V)。

(1)小明应选用合适的滑动变阻器，如果他选择错误，可能造成的后果有__①②__。

①无法测量小灯泡的额定功率
②小灯泡灯丝烧断
③电流表指针偏转超出最大值
④滑动变阻器电阻丝熔断
(2)小明已连接了部分电路，请你根据电路图补上两根导线，将电路连接完整。

(3)实验过程中，小明忽略了电流表的调零(如图)，而其他操作均正确，当调节滑动变阻器，使电流表示数为0.3A时，此时小灯泡的实际功率__大于__(选填“小于”“等于”或“大于”)小灯泡的额定功率。

(4)实验过程中若电压表突然断路，则电灯的亮度将__不变__(选填“变亮”“变暗”或“不变”)。

【答案】(2)如答图所示。

典例1(2)题答图
跟踪训练1 [2019·台州]图甲是测定小灯泡(额定电压2V)电功率的实验电路。

(1)某同学根据实验数据画出如图乙所示的图像，则该小灯泡的额定功率为__0.8__W。

老师认为图乙曲线右半段不符合实验事实，理由是__当实际电压远大于额定电压时，小灯泡会烧毁__。

(2)另一同学为探究电流跟电阻的关系，换用4.5V的电源，并用多个不同阻值的定值电阻替换图甲中的灯泡，得到如图丙的图像，则他选用的滑动变阻器的最大阻值至少为__15__Ω。

类型二关于焦耳定律的理解与应用
典例2 [衢州中考]为探究“电流通过导体产热的多少与导体电阻的关系”，小柯用如图甲所示装置进行实验，图中两个250mL的同规格烧瓶内装有等体积的煤油，瓶塞上各插一根同规格的玻璃管，瓶内连接的电阻丝的阻值分别为5Ω和10Ω。

【实验步骤】①连接好电路，将滑动变阻器的滑片移至__B__端(填字母)，分别标记两烧瓶内玻璃管中液面的起始位置。

②闭合开关，通电t0时间后，分别标记此时两烧瓶内玻璃管中液面的位置。

③比较发现10Ω电阻丝所在烧瓶内玻璃管中液面上升更高。

【推测结论】在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量__越多__。

【交流反思】为使上述结论具有一定的普遍性，同学们讨论了以下两种方案：方案一：在前一次实验后，待玻璃管中的液面降回到起始高度后，按小柯的实验步骤②再次进行实验，比较两玻璃管内液面上升情况，得出结论。

方案二：用图乙所示装置替换图甲中对应装置(图乙中两个烧瓶规格相同，容积都为500mL)，按小柯的实验步骤①②进行实验，比较两玻璃管内液面上升情况，得出结论。

以上两种方案，你认为可行的有__方案二__。

跟踪训练2 [2018·湖州吴兴区统测]如图是探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置中的部分电路(所连接5Ω电阻均可上下活动)。

两个相同的透明容器中密封着等量的空气，甲、乙两U形管中所有液面初始状态是等高相平，通电一段时间后液面的高度如图所示。

(1)本实验利用U形管中液面的高度差的大小反映放出热量的多少，这是利用了装置中__空气__(选填“液体”或“空气”)的热胀冷缩。

(2)根据题干中的实验结果，本实验能得到的结论是__相同电阻，在通电时间相同的情况下，通过电流越大，导体产生的热量越多__。

(3)为了研究电流产生的热量跟电阻的关系。

在不增加实验器材和不改变电路接线的前提下，断开开关，U形管中的液面降回到原来液面后，你需要进行的实验操作是__将图中上方5Ω的电阻也放入右边容器中，重复上述实验，一段时间后观察管内液面高度差__。

类型三含有电动机的电路计算
典例3 [杭州中考]如图是小金研究电动机转动是否对小灯泡的亮度有影响的电路图。

开始小金先抓住转轴合上开关，观察小灯泡的亮度；接着放开转轴让电动机转动，继续观察小灯泡亮度的变化(已知：小灯泡的电阻为R，电动机线圈电阻为r，电源电压为U)。

由此请你回答：
(1)在电动机未转动时，t时间内电流在电路中产生的热量为__
U2
R＋r
t__(填写表达
式)。

(2)在电动机转动时，电流所做的功__大于__电流在电路中产生的热量(选填“大于”“等于”或“小于”)。

(3)小金判断电动机转动后小灯泡会更亮，你认为小金的判断正确吗？并根据学过的知识给以解释。

【答案】不正确，不转时，W电功＝Q电热，UI1t＝I21(R＋r)t，I1＝
U
R＋r
；转动时，
W′电功>Q′电热，UI2t>I22(R＋r)t，I2<U
R＋r
，故I2<I1，小灯泡变暗。

跟踪训练3 [2019·杭州上城区一模]小金对玩具汽车的电动
机很感兴趣，他拆下电动机，利用身边现有的器材，设计
了如图电路，测量他感兴趣的一些物理量。

电动机的规格
“6V6W”，电源电压为10V，闭合电路中的开关S，调
节滑动变阻器至电动机恰好正常工作，若整个电路消耗的电能有50%转化为机械能，请计算：
(1)滑动变阻器接入电路的电阻R是多少欧？电动机的线圈电阻r是多少欧？
(2)电动机的效率为多少？(小数点后面保留一位)
【答案】(1)电动机正常工作，所以U滑＝U－U电动机＝10V－6V＝4V，串联电
路电流处处相等，I＝I电动机＝P电动机
U电动机
＝6W
6V
＝1A，R＝
U滑
I
＝4V
1A
＝4Ω。

电路消耗
的电能有50%转化为机械能，则剩下50%用于电阻发热，即I2(R＋r)＝50%UI，解得R＋r＝5Ω，则r＝1Ω。

(2)η电动机＝P机
P机＋P热＝
P额－P内
P额
＝
6W－（1A）2×1Ω
6W×100%≈83.3%。

混淆电流做功和电热的关系致错
典例4 加在某电动机上的电压是U ，电动机消耗的电功率为P ，电动机线圈的电阻为r ，则电动机线圈上消耗的电功率为( C )
A ．P B.U 2r C.P 2r U 2 D.P －P 2r U 2
跟踪训练4 如果加在某定值电阻两端的电压从8V 升高到10V ，通过该电阻的电流变化了0.1A ，则该电阻的功率变化了( B )
A ．0.2W
B ．1.8W
C ．2.0W
D ．8.0W
影响导体电热大小的相关因素
1．教材实验原理图
2．实验结论
电流通过导体产生的热量跟电流I、导体的电阻R、通电时间t有关。

电流越大、电阻越大、通电时间越长，导体产生的电热就越多。

3．实验关键点
(1)控制变量法
电流产生的热量跟电流、电阻、通电时间有关，要研究电热与某个因素的关系时，需采用控制变量法。

(2)转换法
烧瓶与玻璃管相当于液体温度计，电流产生热量的多少通过玻璃管中液面高度变
化显示，采用的是转换法。

4．实验拓展
(1)在纯电阻电路中，电流产生的热量与电流所做的功相等，即Q＝W。

因为纯电阻将电能全部转化为内能，所以产生的电热与消耗的电能相等。

(2)在非纯电阻电路中，Q＜W。

因为非纯电阻电路中只有一部分电能转化为内能，还有一部分电能转化为其他形式的能。

例如，电动机在工作时，电能大部分转化为动能，小部分转化为内能。

提示：《高分作业》见教师用书P130。