中考物理分类汇编第16讲电功率课时1电动电功率含解析

第十六讲电功率1 电功电功率命题点 1 电能表相关计算(2012.38)1.(2012长沙38题6分)通常人们看完电视后习惯通过遥控器将电视机关闭了事，而此时电视机实际处于待机状态．待机时电视机是否耗电？耗电多少？为了得到正确的答案，小亮决定在暑假期间对这一问题进行实验探究．他选择了家里一套久未住人的老房子来完成他的实验．他的实验方案设计如下：让电视机处于待机状态，其他用电器均处于断电状态．记下开始的时刻和电能表的示数，几天后再回到该房中，然后记下结束的时刻和电能表的示数，记录数据如下表所示．求：(1)这几天内，电视机消耗了多少电能？电视机在待机状态下消耗的电功率为多大？(2)我市常住人口约704万，全市估计有1.6×106台电视机．假设平均每台电视机每天待机10 h，待机功率与小亮家电视机相同，则每月(按30天计算)共浪费的电能约为多少度？若按每度1元的收费标准计算，需多少电费？命题点 2 动态电路分析类型一滑动变阻器引起的动态电路分析2.(2014长沙27题3分)如图所示，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，下列判断正确的是 ( )第2题图A. 电流表示数变小B. 电压表示数变小C. 灯L变亮D. 滑动变阻器消耗的电功率变大3. (2010长沙25题3分)如图所示的电路中，电源电压不变，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，闭合开关后，在滑动变阻器的滑片P向左移动过程中 ( )第3题图A. 电压表的示数变大B. 电流表的示数变大C. 电流表的示数变小D. 灯泡的亮度变小类型二开关引起的动态电路分析(2016.26)4. (2016长沙26题3分)如图，电源电压和灯的电阻保持不变，先闭合S1，灯L正常发光，电流表有示数，再进行下列操作后．判断正确的是 ( )第4题图A. 同时闭合S1、S2，电流表示数变大，灯变亮B. 同时闭合S1、S3，电流表示数变大，灯的亮度不变C. 同时闭合S1、S3，电压表示数不变D. 断开S1，只闭合S2，电流表、电压表示数都变大考向拓展1. (2015衡阳)如图所示，电源电压保持不变，当闭合开关S，滑动变阻器的滑片P由右向左移动的过程中，下列说法正确的是 ( )A. 电压表的示数减小，电压表的示数增大B. 电阻R1和R2消耗的功率的变化量一定相等C. 电压表增大的示数大于减小的示数D. 电压表增大的示数小于减小的示数考向拓展1图考向拓展2图2. 如图所示的电路中，电源电压恒定不变，则下列说法正确的是( )A. 闭合开关S和S1，滑动变阻器的滑片由A端滑到B端，电压表的示数变大B. 闭合开关S、S1和S2，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电流表的示数都不变C. 闭合开关S、S2和S3，使滑动变阻器的滑片向B端滑动，R1消耗的电功率增大D. 当滑动变阻器的滑片保持不动，先闭合开关S、S1，再闭合S2、S3，电路消耗的总功率减小命题点3 电功、电功率的相关计算类型一文字表述类(2015.31)5. (2015长沙31题4分)为了节约能源，我国制定了彩电能效标准，该标准规定，彩电待机功率不得超过9 W．若每个家庭平均拥有2台电视机，每天待机5 h，则某家庭每天电视机待机消耗的电能最多将达到________J．晚上，婷婷一家人坐在电视机前观看电视，开机一段时间后，当她用手去摸电视机背面时，感觉到有点热，这是电流的______效应所致．类型二极值、范围、比值类6. (2013长沙27题3分)在如图的电路中，灯泡L上标有“6 V 4 W”的字样，当S、S1均闭合时，灯泡正常发光，电压表示数为12 V；若再断开S1，灯泡的实际功率变为原来的1，则下列选项中正确的是 ( )4A. 电路中电源电压为24 VB. 电阻R1的阻值为27 ΩC. 断开S1后，电压表的示数变大D. 断开S1前后，电流表的示数之比为4∶1第6题图第7题图7. (2012长沙32题6分)如图所示，电源电压U保持不变，滑动变阻器R2的最大阻值为20 Ω，灯泡L的电阻是10 Ω.当S闭合，S1断开，且滑片P在b端时，电流表示数为0.2 A；当S、S1都闭合，且滑片P在a端时，电流表的示数为0.8 A，则电源电压为______V，电阻R1的阻值为______Ω，电路中消耗的最大总功率与最小总功率之比为________．(不考虑温度对电阻的影响)8. (2016长沙32题4分)如图，电源电压恒定，灯L的规格为“24 V72 W”且工作时电阻保持不变，电压表的量程为0～15 V，电流表的量程为0～3 A，在电路安全的前提下，操作如下：当只闭合S、S3时，电路中的总功率为P1，电流表示数为I1；当只闭合S2、S3时，移动滑片使滑动变阻器的阻值为R，电流表示数为I2，电阻R1和滑动变阻器的总功率为10 W；再移动滑片使滑动变阻器的阻值为2R，电流表示数为I3，灯L和滑动变阻器的总功率为9.72 W；当只闭合S、S1、S2时，移动滑动变阻器的滑片，使电路中的最小总功率为P4，此时电流表示数为I4.已知P1∶P4＝5∶6，I2∶I3＝10∶9，则灯L的电阻为________Ω，I1∶I4＝________，当滑动变阻器R2的阻值为________Ω时，该电路消耗的功率最小．第8题图9. (2010长沙38题6分)研究表明，在汽车中听音乐有助于减轻驾驶途中的疲劳，使驾驶者、乘坐者身心感到轻松愉快．某品牌汽车上的收音机的基本结构可以简化成如图所示的电路，其中R1代表机体电阻，R2为音量控制电阻，R2的最大电阻为750 Ω，R3为扬声器的等效电阻，电源电压为4.5 V．问：(1)当滑片P滑到a端时，流过电源的电流为0.015 A，此时电路中的总电阻为多少？机体电阻R1消耗的电功率为多少？(2)当滑片P滑到什么位置时，扬声器音量最大？为什么？第9题图10. (2011长沙38题6分)下表为某饮水机铭牌的部分参数，其内部简化电路如图所示．当S闭合，S1断开时，饮水机处于保温状态，当S、S1同时闭合时，饮水机处于加热状态．求：[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]额定电压0 V额定功率加热 1 000 W保温44 W热水箱的容量 2 L(1)饮水机保温状态下正常工作时的电流．(2)饮水机保温50 min消耗的电能．(3)若不计热损耗，该饮水机将2 L的水从30 ℃加热到98 ℃，需要多长时间？第10题图11. (2013长沙39题分9分)小刚设计了一种小鸡孵化器的电路模型，如图所示，在一般情况下，只需灯光照明，温度较低时，则需要加热．电源电压为72 V，R1为定值电阻，R2为发热电阻丝改成的滑动变阻器，其上标有“200 Ω 3 A”的字样，电流表的量程为0～0.6 A，电流表的量程为0～3 A，灯泡上标有“12 V 3 W”的字样．(1)灯泡正常工作时的电流是多大？(2)闭合S，断开S1、S2，灯泡正常工作，求R1的阻值．(3)S、S1、S2均闭合时，求R2上消耗电功率的最小值和最大值．第11题图12. (2017长沙39题8分)如图甲所示，已知电源电压为60 V且保持不变，电阻R1标有“35 V 245 W”的字样，R2是一个最大阻值为70 Ω的滑动变阻器，电阻R3的额定电流为7 A(不计温度对电阻的影响)．求：(1)R1的阻值；(2)R 1正常工作100 s 消耗的电能；(3)闭合S ，当R 2的阻值为R CD 时，的示数为U 1，的示数为U 2；当R 2的阻值为R 0时，的示数为U 1′，的示数为U 2′：已知U 1′＝34U 1，U 2′＝910U 2，U 1＝45U 2，求R 3的阻值； (4)在电路安全的前提下，小天同学用以上器材组成一个如乙图所示的电路：在R 1、R 2和R 3中任选两个电阻分别连入电路的“AB ”和“CD ”处，组成不同的电路，在同一电路中两个电阻的功率之差如果超过200 W ，电路外的检测装置将自动报警，请通过计算和推导，判断哪些电路始终不会导致检测装置报警，哪些电路会导致检测装置报警，并计算报警时R 2的取值范围．第12题图类型三 图像类13.(2014长沙32题4分)如图甲所示电路中，R 0为定值电阻，R 1为滑动变阻器．图乙是该滑动变阻器消耗的电功率与电流关系的图像．则该滑动变阻器的最大值是________Ω，电源电压是________V.第13题图14. (2010长沙37题6分)LED 灯(发光二极管)具有高亮度、低能耗的优点，LED 景观照明技术使得上海世博园区的各大场馆如梦如幻：阳光谷或繁星点点，或彩虹飘舞，石油馆红橙黄绿色彩变幻无穷……问：(1)如图是某种额定电压为3 V的LED灯的I－U图像，它正常工作100 s消耗的电能为多少J?(2)世博园场馆室内照明光源中大部分采用了LED绿色光源，若LED照明光源4 h内可节约电能1.05×1012J，这些电能可让多少kg的水温度从20 ℃上升到70 ℃？[不计热量损失，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]第14题图15. (2015长沙39题8分)如图甲所示，电源电压恒为18 V，灯泡L上标有“10 V 5 W”字样，电流表量程为0～0.6 A，电压表量程为0～15 V，滑动变阻器R的最大阻值为200 Ω.当只闭合S和S1，移动滑动变阻器的滑片P时，它两端的电压与其接入电路的电阻关系如图乙所示．当滑动变阻器接入电路的阻值由R1增大到4R1时，定值电阻R0的电功率变化了5.4 W．求：(1)灯泡正常发光时通过的电流；(2)只闭合S和S2，且滑动变阻器的滑片P置于中点位置时，灯泡的实际功率；(3)只闭合S和S1，在保证电路安全的情况下，当电阻R0消耗电功率最小时，滑动变阻器R 消耗的电功率．第15题图答案1. 解：(1)由电表上的示数可看出消耗电能为1 kW·h，时间为125 h ．待机功率P ＝W t＝1 kW ·h 125 h＝0.008 kW ＝8 W (2)每月共浪费电能W ＝Pt ＝0.008 kW×1.6×106×10 h ×30＝3.84×106 kW ·h ＝3.84×106度，由于电费为每度1元，则所需电费为3.84×106元2. A3.C 解析将电路简化后，应为并联电路，其中测滑动变阻器所在支路中的电流．当滑片向左滑动时，电阻变大，而电压不变，所以电流变小，即示数变小，且对其他支路没有影响，所以示数不变，电压表测量电源电压，故其示数不变，灯两端的电压不变，故其亮度也不变．故选C.4. B 解析根据电路分析，同时闭合S 1、S 2时，灯泡两端电压和只闭合S 1时一样，因此电流表示数、灯泡亮度都不变，A 错误；只闭合S 1时，只有灯泡L 接入电路，同时闭合S 1、S 3时，灯泡L 和R 并联，因为并联电路各支路互相不影响，所以灯泡亮度不变，而干路电流是各支路电流之和，则电流表示数变大、灯泡亮度不变，B 正确；只闭合S 1时，电压表被断路示数为0 ，而同时闭合S 1、S 3时，电压表测量电源电压，所以电压表示数增大，C 错误；只闭合S 2时，电路变成串联电路，总电阻增大，电流减小，电压表测量的是R 两端电压，示数不为0，示数增大了，故电流表示数减小，电压表示数增大，D 错误．故选B. 考向拓展1.D 解析由电路图可知，R 1、R 2、R 串联，电压表测R 1两端的电压，电压表测R 两端的电压．滑动变阻器的滑片P 由右向左移动的过程中，接入电路中的电阻减小，电路中的总电阻减小，由I ＝U R可知，电路中的电流增大，由U ＝IR 可知，R 1与R 2两端的电压都增大，则电压表的示数增大，因串联电路中总电压等于各用电器两端电压之和，所以，R 两端的电压减小，即电压表的示数减小，A 错误；设滑片移动前后电路中的电流分别为I 1、I 2，则R 1与R 2消耗功率的变化分别为：ΔP 1＝I 22R 1－I 21R 1＝(I 22－I 21)R 1，ΔP 2＝I 22R 2－I 21R 2＝(I 22－I 21)R 2，因R 1与R 2的阻值关系不确定，所以电阻R 1和R 2消耗的功率的变化量ΔP 1与ΔP 2不一定相等，B 错误；滑片移动前后，电压表示数的增加量ΔU 1＝I 2R 1－I 1R 1＝(I 2－I 1)R 1，电压表示数的减少量：ΔU 2＝I 2(R 1＋R 2)－I 1(R 1＋R 2)＝(I 2－I 1)(R 1＋R 2)，所以电压表增大的示数小于减小的示数，C 错误，D 正确．故选D.2. B 解析闭合开关S 、 S 1，定值电阻R 1、R 2与滑动变阻器串联，滑动变阻器的滑片由A 端滑到B 端，其阻值变大，电路中的电流变小，电压表的示数变小，A 错误；闭合开关S 、S 1和S 2，滑动变阻器被短路，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电流表的示数都不变，B 正确；闭合开关S 、S 2 和S 3，定值电阻R 1与滑动变阻器串联，使滑动变阻器的滑片向B 端滑动，变阻器阻值变大，电路中的电流变小，R 1消耗的电功率变小，C 错误；先闭合开关S 和S 1，定值电阻R 1、R 2与滑动变阻器串联，再闭合开关S 2、S 3时，电路中只有R 1，电路总电阻减小，由P ＝U 2R得，电路消耗的总功率增大，D 错误．故选B. 5. 3.24×105 热 解析由P ＝W t 得，W ＝Pt ＝2×9 W×5×3 600 s＝3.24×105J ；电流通过导体时都会发热，即电流的热效应．6. B 解析S 、S 1均闭合时，灯泡正常发光，电路中R 1被短路，L 与R 2串联连接，此时I L ＝I 2＝I 额＝P 额U 额＝4 W 6 V ＝23 A ，即可知电路中的电流为23A ．电压表并联在R 2两端，U 2＝12 V ，因此R 2＝U 2I 2＝12 V 23 A ＝18 Ω，电源电压U ＝U 额＋U 2＝6 V ＋12 V ＝18 V ，A 错误；当断开S 1时，R 1、R 2、L 三者串联连接，电路中的总电阻变大，电流变小，电压表示数变小，C 错误；当断开开关S 1后，小灯泡的实际功率变为原来的14，因此根据P ＝I 2R 知，灯泡的电阻不变，此时通过小灯泡的电流为原来的12，即断开S 1前后，电流表的示数之比为2∶1，此时灯泡L 两端电压为原来的12，即3 V ，R 2两端电压也为原来的12，即6 V ，R 1两端电压为18 V －3 V －6 V ＝9 V ，根据串联分压可知，R 1的电阻是R 2电阻的1.5倍，即R 1＝1.5R 2＝1.5×18 Ω＝27 Ω，B 正确，D 错误．故选B.7. 6 30 4∶1 解析当S 闭合、S 1断开，且滑片P 在b 端时，电路总电阻为R ＝R L ＋R 2＝10 Ω＋20 Ω＝30 Ω，电路电流为I ＝0.2 A ，根据欧姆定律可得电源电压为U ＝IR ＝6 V ；当S 和S 1都闭合且滑片P 在a 端时，灯L 与电阻R 1并联，通过灯的电流为I L ＝U R L ＝6 V 10 Ω＝0.6 A ，所以通过电阻R 1的电流为I 1＝I ′－I L ＝0.8 A －0.6 A ＝0.2 A ，由欧姆定律可求出R 1的阻值为R 1＝U I 1＝6 V 0.2 A＝30 Ω；当只闭合S 且滑片P 在b 端时电路的总电阻最大，此时电路消耗的总功率最小P min ＝U 2R ＝U 230 Ω；当S 和S 1都闭合且滑片P 在a 端时，灯L 与电阻R 1并联，电流消耗的总功率最大P max ＝U 2R L R 1R L ＋R 1＝U 2152Ω＝2U 215 Ω，所以电路中消耗的最大总功率与最小总功率之比为4∶1.8. 8 5∶6 32 解析灯泡的额定电压是24 V 、额定功率是72 W ，电阻是R L ＝U 2P ＝（24 V ）272 W ＝8 Ω；因为电源电压不变，由P ＝UI 可得P 与I 成正比，所以I 1∶I 4＝P 1∶P 4＝5∶6；由I 2∶I 3＝10∶9①；U ＝I 2(R 1＋R ＋R L )＝I 3(R 1＋2R ＋R L )②；I 22(R 1＋R )＝10W③；I 23(R L ＋2R )＝9.72 W④；由①②③④四式可得：I 2＝1 A ，I 3＝0.9 A ，R 1＝8 Ω，R ＝2 Ω，U ＝18 V ；P 1∶P 4＝5∶6⑤；P 1＝U 2R L ⑥；P 4＝U 2R 1＋U 2R 2max⑦；由⑤⑥⑦三式可得：R 2max ＝40 Ω，当R 2＝32 Ω时，此时电压表的示数为15 V ，电路的总功率最小．9. 解：(1)当滑片P 滑到a 端时，R 3被短路，R 1与R 2并联，电路中的总电阻R ＝U I ＝4.5 V 0.015 A＝300 Ω 通过R 2的电流I 2＝U R 2＝4.5 V 750 Ω＝0.006 A 通过R 1的电流I 1＝I －I 2＝0.015 A －0.006 A ＝0.009 A此时机体电阻R 1消耗的电功率：P 1＝UI 1＝4.5 V ×0.009 A ＝0.040 5 W(2)当滑片P 滑到b 端时，扬声器音量最大，因为此时扬声器两端的工作电压最大(或者电流最大；它消耗的电功率最大)．10. 解：(1)饮水机在保温状态下正常工作时的电流I ＝P 保U ＝44 W 0 V＝0.2 A (2)饮水机保温50 min 消耗的电能W ＝P 保t ＝44 W×50×60 s＝1.32×105 J(或约为0.037 kW·h)(3)不计热损耗，由W ＝Q ＝cm Δt 、W ＝Pt 得t ＝W P 加热＝c 水m Δt P 加热＝c 水ρ水V Δt P 加热＝ 4.2×103 J/（kg·℃）×103 kg/m 3×2×10－3 m 3×68 ℃1 000 W＝571.2 s 11. 解：(1)灯泡正常工作时的电流即为额定电流 I 额＝P 额U 额＝3 W 12 V＝0.25 A (2)当S 1、S 2断开，S 闭合时，R 1与L 串联连接，灯泡正常工作，即通过R 1的电流等于通过灯泡的电流为0.25 A ，所以电路中的总电阻R 总＝U 总I 总＝72 V 0.25 A＝288 Ω 灯泡L 的电阻：R L ＝U 额I 额＝12 V 0.25 A＝48 Ω，因此 R 1＝R 总－R L ＝288 Ω－48 Ω＝240 Ω(3)当S 、S 1、S 2都闭合时，L 被短路，R 1与R 2并联，根据公式P ＝U 2R可知，功率要最小，电路中的电阻要最大R 1中电流不变为I 1＝U R 1＝72 V 240 Ω＝0.3 A ，为了电路安全，电流表位于干路上电流不得超过3 A ，因此电阻R 2上最大电流不得超过3 A －0.3 A ＝2.7 A最大功率P 大＝UI 2＝72 V×2.7 A＝194.4 W最小功率P 小＝U 2R ＝（72 V ）2200 Ω＝25.92 W 因此R 2上消耗的最小功率为25.92 W ，最大功率为194.4 W.12. 解：(1)R 1的阻值R 1＝U 21P 1＝（35 V ）2245 W＝5 Ω (2)R 1正常工作100 s 消耗的电能为W ＝Pt ＝245 W×100 s＝24 500 J(3)的示数变化量ΔU 1＝U 1－U ′1＝14U 1，的示数变化量ΔU 2＝U 2－U ′2＝110U 2，又U 1∶U 2＝4∶5 ΔU 1ΔU 2＝21＝R 3R 1＝R 35 Ω，得R 3＝10 Ω (4)R 1额定电流I 1＝U 1R 1＝35 V 5 Ω＝7 A讨论1：把R3、R1分别接入乙图电路，闭合开关后电路中的电流为4 A，P3＝10 I2，P1＝5I2，ΔP＝P3－P1＝5I2＝80 W这个电路不会报警．讨论2：把R1、R2分别接入乙图电路，闭合开关后设电路中的电流为I，P1＝5I2，P2＝60 I－5 I2当P1＝P2时，I＝6 A；当R2最大时，I min＝0.8 A；当R2＝0时，I＝12 A>7 A，I max＝7 A当0.8 A≤I≤6 A时，P2>P1ΔP＝P2－P1＝60 I－10 I2＝－10(I－3)2＋90，ΔP max＝90 W当6 A<I<7 A时，P1>P2，ΔP＝P1－P2＝10I2－60 I＝10(I－3)2－90当I＝7 A时，ΔP max＝70 W此电路始终不会报警．讨论3：把R3、R2分别接入乙图电路，闭合开关后设电路中的电流为I，P3＝10I2，P2＝60 I －10 I2当P3＝P2时，I＝3 A：当R2最大时，I min＝0.75 A；当R2＝0时，I max＝6 A<7 A；当0.75 A≤I≤3A时，P2>P3ΔP＝P2－P3＝60 I－20 I2＝－20(I－1.5)2＋45，ΔP max＝45 W当3 A<I<6 A时，P3>P2ΔP＝P3－P2＝20 I2－60 I＝20(I－1.5)2－45，当I＝6 A时，ΔP max＝360 W此电路会报警．当ΔP＝P3－P2＝20 I2－60 I>200W解得I>5 A，当I＝5 A，此时滑动变阻器的电阻R滑＝UI－R3＝2 Ω故当电路报警时，R2的取值范围为0≤R2≤2 Ω13. 50 12 解析因定值电阻R0与滑动变阻器R1串联，则电源电压U＝U1＋U0，根据图像信息有U ＝2 W 0.2 A ＋0.2 A×R 0 ①，U ＝3.2 W 0.4 A＋0.4 A×R 0 ②，联立①②解方程组可得R 0＝10 Ω，U ＝12 V ．由图像可知，当电流为最小值0.2 A 时，此时电路中总电阻最大，即滑动变阻器接入电路中的阻值最大，此时滑动变阻器的电功率为2.0 W ，根据P ＝UI ＝I 2R 可得滑动变阻器的最大阻值为R 1＝P 1I 21＝ 2 W （0.2 A ）2＝50 Ω. 14. 解：(1)LED 灯正常工作100 s 消耗的电能W ＝UIt ＝3 V×0.02 A×100 s＝6 J(2)由Q ＝cm Δt 得：m ＝Q c 水Δt ＝ 1.05×1012J 4.2×103 J/（kg·℃）×（70℃－20℃）＝5×106 kg 15. 解：(1)I ＝P L 额U L 额＝5 W 10 V＝0.5 A (2)闭合开关S 和S 2时，灯泡与滑动变阻器串联灯丝电阻R L ＝U 2L 额P L 额＝（10 V ）25 W＝20 Ω 则I 实＝U （R L ＋R 2）＝18 V （20 Ω＋2002Ω）＝0.15 A 灯泡的实际功率P L 实＝I 2实R L ＝(0.15 A)2×20 Ω＝0.45 W(3)只闭合开关S 和S 1时，定值电阻R 0与滑动变阻器串联由U ＝IR 和图像可得： U 1＝UR 1（R 0＋R 1）① 2U 1＝U ×4R 1（R 0＋4R 1）②联立①②，解得R 0＝2R 1，且U 1＝UR 1（2R 1＋R 1）＝U 3＝18 V 3＝6 V ，2U 1＝12 V ，R 0的功率变化量为（18 V －6 V ）2R 0－（18 V －12 V ）2R 0＝5.4 W ，解得R 0＝20 Ω 当加在滑动变阻器两端的电压最大为15 V 时，R 0消耗的功率最小，此时，I ＝U 0R 0＝U －U R R 0＝18 V －15 V 20 Ω＝0.15 A 滑动变阻器消耗的功率P R ＝U R I ＝15 V×0.15 A＝2.25 W。