(最新)电功和电热专题(讲解及练习带答案).pdf
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1、滨海县玉龙初级中学王景年1 初 三 物 理2007 年中考专题复习第九单元电功和电热【教学内容与目的要求】目的要求:1、知道电功及其单位,掌握电功的公式,知道电能表是测量电功的仪表2、掌握电功率的概念,理解额定功率3、理解焦耳定律,知道电热器的原理4、会测小灯泡的电功率【知识重点与学习难点】1、理解电功的概念2、理解电功率的概念,掌握电功率的计算公式3、理解额定功率和实际功率的概念4、理解焦耳定律及有关计算【方法指导与教材延伸】1、怎样理解电功这个物理量电流做功的过程就是电能转化为其它形式能,如:内能、机械能和化学能等的过程。电功的计算公式W=UIt是电功的基本计算公式,适用于任何电路。根据W
2、=Pt,也可以计算电功,但是,根据I=U/R 推出的电功的两个计算公式:RtIW2和tRUW2只适用于计算将电能完全转化为内能的用电器的电功。电功的单位是焦耳,常用的电功单位是千瓦时(度)。1 千瓦时=6106.3焦耳2、怎样理解电功率这一物理量电功和电功率是既有联系又有区别的两个物理量。电功率表示电流做功的快慢,即滨海县玉龙初级中学王景年2 电流在单位时间内做的功。公式P=UI是计算电功率的基本公式。另两个公式P=I2R,P=U2/R,这两个公式是根据P=UI 结合欧姆定律I=U/R 推出的,仅适用于将电能完全转化为内能的用电器或电路。3、额定功率和实际功率用电器上标出的正常工作时,应接到的
3、电压叫做额定电压。用电器在额定电压下工作(正常工作)时的功率称为额定功率。例如“220V、100W”表示这个用电器接在额定电压 220V 下工作时,发挥的功率是100W。实际功率是指用电器某一电压下工作时的功率,它随用电器的工作条件的变化而变化,当实际加在用电器两端的电压为额定电压时,实际功率就等于额定功率。当加在用电器两端的电压小于或大于额定电压时,实际功率就小于或大于额定功率,一般情况下这是不允许的,使用用电器时,必须使加在用电器两端电压等于或接近于额定电压,这样用电器才不至于损坏。4、焦耳定律焦耳通过大量实验精确地确定了电流产生热量跟电流强度、电阻和时间的关系:电流通过导体产生的热量,跟
4、电流强度的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。即:Q=I2Rt。它适用于任何用电器热量的计算。在仅有电流热效应存在的电路中,电能全部转化成了内能,而没有转化为其他形式的能,这时电流产生的热量等于电流所做的功。即Q=W。再根据 W=UIt 和 U=IR 可推导得出 Q=I2Rt。焦耳定律的公式也可以表述为tRUQ2,用它解决某些问题比较方便,但必须注意它适用于只存在电流热效应的电路中。【例题选讲】例 1、灯泡 L1和 L2串联在电路中,L1的电阻比L2大,在相等的时间里,电流做的()A、L1灯做的功多B、L2灯做的功多C、两灯一样多D、无法确定滨海县玉龙初级中学王景年3 解:两灯
5、串联,通过两灯的电流相同,时间也相等,由W=UIt和 U=IR 得 W=I2Rt可知电功与电阻成正比,而L1的电阻大于L2的电阻,所以电流通过L1做功多,本题应选 A。例 2、把“12V、8W”的电灯接到9V 的电路中,它的实际功率为多大?解:WVRUPWVPURRUP5.418)9(188)12(22222实实例 3、现有甲、乙、丙三盏灯,分别标有“220V、40W”、“110V、40W”、“36V、40W”的字样,它们均在额定电压下工作,比较它们的亮度,哪一盏灯最亮。答:三盏灯的亮度完全相同,因为它们均在额定电压下工作,所以它们的实际功率也就是它们的额定功率均为40W。例 4、一台“220
6、V、1000W”的电炉,想把它改装后接到110 伏的电源上,但功率保持不变,以下哪个措施是正确的()A、将电炉丝截掉一半后接入电路B、将电炉丝截掉四分之三接入电路C、将电炉丝分成等长的两段,然后并联接入电路D、将电炉丝截掉四分之一后接入电路解:根据题意要求额实UU21时,P实=P额。由RUP2可知要满足题设条件,只有改变电阻 R,才能满足要求。由121212441RURURUP额额实实若时1241RR,P实才能等于P额。所以1241RR是选择答案的首要依据,在上述四个滨海县玉龙初级中学王景年4 答案中可发现(B)(C)均满足条件,究竟两个答案谁更合理呢?我们还应该考虑当U变化后,R 也变时,I
7、 是否变化,对于一个能正常工作的电阻来说,它有一个额定电流,若实际电流超过它允许的额定电流,则它必将烧毁,所以接下来应判定(B)(C)中由实际电路中通过的电流大小。对B:额额实实实IIRURURUI22421122,而C选 项 每 根 电 阻 丝 上 的 电 流额额IRUI1221/21显然应排除B,而选择C。例 5、标有“6V、3W”的灯 L1和标有“6V、1W”的灯 L2串联后接在12 伏的电源上,求灯L1的实际功率。解:123)6(21211WWPUR额额361)6(22222WVPUR额额0,943,3413136121122212121PLLUUVUUVUURRUUL无法工作电路断路
8、会烧毁串联额例 6、今有“6V、6W”的电灯L1和“6V、1.5W”的电灯L2各式各一盏,把它们分别接到电压6 伏的电源上,要求两灯具有同样的亮度,应在哪一盏灯的电路里串联一个电阻?阻值为多大?解:U=伏额额621UU若 L1、L2直接接入6 伏电路上均能正常发光,即P1=6 瓦,P2=1.5 瓦。今要求两灯具有相同的亮度,即L1的实际功率与L2的额定功率相同:P1=P2=瓦额5.12P滨海县玉龙初级中学王景年5 1L1P=1.5WxRU=6V1LL2VASL1的电路中应串联一个电阻RX起分压作用,如图所示66)6(212112WVPURRUPL额额欧由分压原理可得伏伏伏串联伏欧瓦6:3363
9、65.1112111LXLRRUUURPU答:应给“6V、6W”的电灯串联一个6 欧的电阻。例 7、如图所示,两盏灯L1和 L2串联接入电路,合上开关后两灯均正常发光,电压表和电流表均有示数,突然两灯先后熄灭,同时发现电压表示数变为零,电流表示数先增大后变为零,电路发生故障的首要原因是()A、L1断路B、L2断路C、L1短路D、L2短路解:应选择 C。电压表示数突然变零,有可能是L2断路,也可能是L1短路。由于题中两灯是先后熄灭,L2断路不会出现这种情况。如果 L1短路,电路中电流增大,导致 L2的消耗功率过大而烧毁,因而出现L1先熄灭 L2紧接着熄灭的情况,所以本题只有选C 才是正确的。例
10、8:如图所示,一个标有“6V,3.6W”字样的小灯泡L 和最大阻值为50的滑动变阻器 R 串联后接在电源电压U 恒为 6V 的电路中,设灯泡电阻不变,则下列判断不正确的是()A无论如何移动滑片P,电路中总功率不会超过2W B移动滑片P,电路中总功率最小值为0.6W C当滑片 P滑到某个位置时,L 和 R 的电功率相等D当滑片 P 由a滑向b的过程中,灯泡L 的电功率一直是减小解:电路中小灯泡L 和滑动变阻器R 串联,电源电压U=6V。当变阻器R 的滑片在a端时,0aR,则此时灯泡两端电压为6V,其功率为3.6W。滨海县玉龙初级中学王景年6 226103.6LLLVURPW滑片 P 在b端时,电
11、路总电阻最大,电路中总功率最小,此时50bR。2260.61050LbVUPWRR最小当滑片 P 滑至某一位置,使接入电路的电阻10PLRR时,其两端电压相等,L 和 R 电功率相等。当滑片P 由a滑向b的过程中,电路总电阻逐渐增大,电路中电流逐渐减小,由2LLRI R知,灯泡L 的电功率一直是减小。答:选 A。例 9:如图所示,小灯泡L 标有“6V 3.6W”,滑动变阻器R 最大值为10 欧,当滑片P移到a端,小灯泡正常发光。试求:电源电压和小灯泡电阻。当滑片P 移到b端时,闭合S,你还能求出哪些物理量?【解析】:这是一道结论开放的电学综合题,主要考查学生对电学知识综合运用的能力,考查知识多
12、、覆盖面广。当滑片移到a端时,L正常发光,此时电源电压U=6V,则2/PUR得小灯泡的电阻为226103.6LVURPW当滑 P 滑到b端时:电路中的总电阻:20abLRRR总电路中的总电流:60.320UVIAR总总电路中消耗的总功率:60.31.8PUIVAW总总电灯 L 消耗的功率:220.3100.9LLPI RAW滑动变阻器消耗的电功率:0.9LPPPW滑总答案:电源电压U=6V 小灯泡的电阻10LR滨海县玉龙初级中学王景年7 电路中的总电阻R总=20电路中的电流0.3IA电路中消耗的总功率1.8PW总电灯L 消耗的功率0.9LPW滑动变阻器消耗的电功率0.9PW滑滑动变阻器两端电压
13、3abUV例 10:如图是供电设备向居民楼用房户输电的示意图。为保证居民楼内的用户所有用电器都能正常工作,居民楼的输入导线间的电压必须保证为220V,当居民楼内消耗的功率为44 千瓦的时候,问:通过输电线的电流为多少安?若输电线的总电阻为0.1 欧,供电设备的输出电压是多少伏?居民楼内由于家用电器的增加,将向供电部门申请“增容”,即增加用电功率,当居民的用电器的额定功率由44 千瓦增加到88 千瓦所有用电器均在正常工作时,输电线路损失的功率比“增容”前增加了多少?若要求减少输电线损失的功率,用学过的公式及知识说明应采取的措施。【解析】:44000200220PWIAUV户2000.120UIR
14、AV线线22020240UUUVVV输户线88000400220PWIAUV户222000.14000PI RAW增前线224000.116000PIRAW增后线16000400012000PPPWWW增后增前 由2PI R损线可知,导线上损失的功率与电流的平方和导线的电阻有关,减小输电线损失的电功率时,为保障用户的用电器正常工作,I 不能减小,只能减小R线,R线随导线长度的变短而变小,随横截面积变大而变小,还跟材料有关。因居民楼到供电设备间距离不能变短,所以导线的长度不能变短,减小输电线的电阻应换用较粗的导线或改变输电线的材料(例如:铝线换成铜线),从而达到减小输电线损失功率的目的。滨海县玉
15、龙初级中学王景年8 例 11:如图,是常见的静脉滴注装置。为了解冬季输液患者冰凉的感觉,小锐设想在导管外添加一个电加热器,使药液在流动中加热。他收集了相关数据:药液 M=500 克,331.0 10/千克米,34.2 10c水焦/(千克?),一般滴注时间50t分钟,针头与瓶内液面竖直高度1 米(不考虑其他热损失)不过若患者血压与针头处液体压强相等,则患者血压相当于多少毫米汞柱?若使药液从5加热到 35,该加热器电功率应多大?为了解除患者冰凉的感觉,请你再提出一种可行的方法。【解析】:本题以一个“小发明”作为题目的背景,综合了力学、热学、电学和化学等知识,设计新颖且解答开放。在解答过程中要注意审
16、题,学会从题设的众多条件中剥取所需的信息,就不难解决。33411 10/10/110pghkg mNkgmPa4210ghPa水银,20.073573.5hmmm,即患者血压相当于73.5 毫米汞柱。每秒钟流出的药液质量:30.511050606Mkgmkgt每秒的热量:3314.2 10()1030216Qcm tJ kgCkgCJg吸WPtQ21211QJPWtS方法 1:传热法。用热水袋、暖水瓶等靠近扎针处,利用热传递使扎针处暖和。方法 2:水浴法。让输液管通过盛有热水的容器,使药液加热。方法 3:化学法。在能让输液管穿过的密封盒内放入生石灰块,使用时,只要打开盒的开口,让生石灰与空气中
17、水蒸气发生放热反应,就可使药液加热。例 12:市场上有一种双能源太阳能热水器,晴天享用太阳能,阴天可用电加热,如图,该热水器电路图。电热管R标有“220V 1100W”,0R与R构成保温电路。当K 连到 2 时,电热管正常工作,给水箱里的水加热;当 K 连到 3 时,热水器处于保温状态,保温功率为100W。求R、0R的值。保温时R实际功率是多少?【解析】:本题电热器具有保温档和加热档,这是一类题型。常见的还有电热器、电烙铁、饮水机、电饭锅等。电热器的额定功率状态即加热状态。电路中只有一个电阻R。此时R滨海县玉龙初级中学王景年9 的功率为1100W。由此可求出R的阻值。2URP额额。K 打到 3
18、 时为保温档,此时R与0R串联,电功率为100W,由20UPRR,可求出0R阻值再由2PI R,求出R的实际功率解:22220441100VURPW。2K时,只有R接入电路,R正常工作,故电源电压220UV。3K时,R和0R串联,100PW。20UPPR220220444401100VURRPW。保温时,流过R的电流I有220522011PWIAUV。R消耗的实际功率225449.111RPIRAW。例 13:如图所示是某同学家庭电路中的电能表.若照明灯泡的规格为“220V 60W”,两孔插座接一台“220V 100W”的电视机,三孔插座接一台“220V 280W”的电饭锅,当它们全部工作时,
19、通过电流表的电流是多大?如果某一天电灯和电视机都使用了5h,电饭锅使用了1h,这一天它们消耗了几度电?如果该同学家中添置了一台铭牌标示为“220V 600W”的电热水器,他想测试一下标示的功率与实际使用时的功率是否相符,他让这台电热水器单独工作,用手表计时,结果 10min电能表的转盘转了250 转.请计算说明电热水器的实际功率是多大.【解析】:电能表是电学中的重要仪表之一,它除用来测量电功外,还有一个较为广泛的用途就是测量用电器的功率值,本题就是其中的一例.三个用电器额定电压为220V,正常工作时的电流可以根据PIU,求得.用电器工作时消耗的电能由WPt解出,注意时间和功率单位要统一.要求实
20、际功率,只要求出10min内做的功即可,从表上可知,电度表每KW hg转 2500滨海县玉龙初级中学王景年10 转,此时转了250 转,电流做的功为2502500Wkw hg,再由WPt,即可求得.解:60100280440PWWWW,/44/2202IP UWVA0.1650.2811.081.08WP tkWhwhkW hgg度 电能表转盘转250 转,电流做功0.1kW hg臣,/0.6600PW tkWW(实际功率)说明:利用电能表测用电器的功率,通常采用了下列步骤:首先按测量要求设计合理的测量电路图.观察电能表,记下它每kW hg的转数 N.测量时使待测用电器工作,其他用电器(属于该
21、电能表的)都停止工作.用秒表或手表记下电能表转一定圈数(盘的边缘有个红点)n时所用时间t s.利用公式3.6 106nJWNPtt s计算出所测用电器的功率值为多少瓦?例14:如图,是一个电热毯示意电路图,0R是电热毯中的电阻丝,R是与电热毯电阻丝串联的电阻.电热毯上标有“220V 100W”字样,S 是控制电热毯处于加热状态或保温状态的开关.用学过的公式推理说明开关S 断开时,电热毯是处于加热状态 还是保温状态?若要求在保温时电流通过电阻线0R每分钟有60 焦的电能转化为内能,电阻R的阻值是多大?【解析】:本题考查是否会用学过的知识解决生活中的实际问题.电热毯是众多家庭冬季睡觉时取暖的用具.
22、通过本题的解答,同学们就可以更好地理解电热毯的工作原理.当开关S 闭合时,R被短接,电路中只有0R,由电功率公式得0R的电功率为200/PUR(U 为电源电压),当开关 S 断开时,电路中R与0R串联.设0R两端电压为0U,则0R的电功率为2000/PUR.很明显,0UU,所以有00PP,即 S 断开0R的电功率要小些,也就是说,S 断开时电热毯处于保温状态.由电热毯上标有的“220V 100W”字样,可得电热毯电阻丝的电阻为:220/220/100484RUPVW额额.滨海县玉龙初级中学王景年11 在保温状态(S 断开)时,0R的电功率为060160WJPWtS;在加热状态(S闭合)时,0R
23、的电功率为它的额定功率,即100PW。因电阻丝0R的阻值不变,于是由公式2/RUP得:2200/UPUP额额2200220122100UPVWUVPW额额在 S 断开时,R与0R串联,由串联电路电压特点,得R两端电压为198RUV。再由串联电路的电流特点,不难得出:00198484435622RUVRRUV例 15:某同学在做完“测定小灯泡的电功率”的实验后(所用小灯泡的额定电压为2.5伏),及时完成了实验报告。实验报告中他设计了表格。如该同学对实验现象的观察和数据的记录都正确,请你指出他所设计的表格中的错误。答案:表格中灯泡的平均电功率一栏设计错误【解析】:这是一道较为新颖的实验考查题,主要
24、考查学生对实验设计、对图表的认识与设计和对实验数据的处理能力,表格中设计了“灯泡平均电功率”一栏,意在考查学生是否真正理解“实验结果求平均值”这种数据处理方法的含义。专题练习一、填空1电流做功的过程,就是电能的过程,电流做多少功,就有多少电能。2“PZ220 40”的灯泡接在220 伏的电路上工作小时消耗1 度电,改接在110伏的电路是,功率为瓦,额定功率为瓦。3甲灯标有“220V 40W”,乙灯标有“110V 40W”,将它们分别接在电路中,都能正常发光,则甲、乙两灯实际功率之比为,甲、乙两灯通过的电流之比为,甲灯的电阻是欧,甲、乙两灯的电阻之比为。4电热器是利用电流的制成的加热设备,它的发
25、热体是由、滨海县玉龙初级中学王景年12 的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。5我国大亚湾核电站一号机组的发电功率为44.5 10 kW。若这个机组连续工作一天,输出的电能为。6把标有“6V,3W”和“6V,6W”的两盏电灯串联后接入电路中,如果让其中一盏灯正常发光,另一盏灯的实际功率不超过额定功率,则该电路两端的电压应为V,两灯消耗的实际总功率为W。7如图所示电路,电源电压不变,130R。当1S闭合、2S断开时,电流表的示数为0.1A;当1S和2S都闭合时,电流表的示数为0.4A,在1min内 电 流通 过1R与2R做功 之 比12:WW。8下表为某型号双缸洗衣机的铭牌在额定电压下洗衣时,通过洗衣机
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