电功、电功率和电热
A组·基础过关练
1．(2022·四川自贡)小王随父母去自贡江姐故里进行红色研学之旅。需要提前给移动充电宝进行充电，充电宝容量为60 000 mA·h，充电电压为5 V，充电时剩余电量为0。于是她关闭家中其他用电器，并观察到家里电能表如图所示，要给充电宝充满电，电能表的转盘将转过( )
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A．120 r B．200 r C．300 r D．1 000 r
2．(2022·河南)(多选)如图所示，两个相同透明容器中密封着等量的空气。用该装置探究电流产生的热量与哪些因素有关时，下列说法正确的是( )
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A．用U形管中液面高度差反映电流产生热量的多少
B．通电后可探究电流产生的热量与电流大小的关系
C．通电后可探究电流产生的热量与电阻大小的关系
D．通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差较大
3．(2022·云南)某教室共有20盏“220 V 40 W”的普通照明灯泡，一盏灯泡的电阻为________ Ω；如果改用20盏“220 V 13 W”的LED灯，不仅亮度相当，而且可以省电。若该教室平均每天用电5 h，则一天可节约________度电。
4．(2022·湖北十堰)如图为小红家电路中安装的电能表，此时示数为________________kW·h。小红将一个电吹风机接入电路，电热丝因为电流的______效应吹出热风。她关闭其他用电器，3 min内电能表铝盘转过15转，则此电吹风机的功率为__________W。
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5．(2022·河南)如图所示的电路中，电源电压不变，电阻R2的阻值为20 Ω。闭合开关S，两电流表的示数分别为0.5 A和0.2 A，则电源电压为________V，电阻R1的阻值为________Ω。通电1 min，该电路消耗的总电能为________J。
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6．(2022·湖南郴州)如图甲为测量小灯泡L功率的电路图，小灯泡L的额定电压为2.5 V，电源电压恒为3 V。实验中：
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(1)在连接电路时，开关S应处于__________状态。
(2)连接完电路后，闭合开关S，发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片P，电流表示数始终为零，电压表示数始终为3 V。假定电路中只有一处故障，则产生这一现象的原因可能是________(选填序号)。
A．灯泡短路 B．灯泡断路
C．滑动变阻器短路 D．滑动变阻器断路
(3)排除故障后，继续实验，当电压表示数为2.5 V时，电流表示数如图乙所示，则此时流过灯泡的电流是________A，小灯泡的额定功率为________W。
(4)如果要使灯泡两端电压由2.5 V调到2 V，应该把滑动变阻器的滑片向________(选填“左”或“右”)滑动。
(5)根据实验数据绘制出小灯泡的电流I与电压U的关系图像，如图丙所示。当电压表示数增大时，灯丝温度会发生变化，灯丝电阻将___________(选填序号)。
A．变大 B．变小
C．不变 D．无法确定
7．(2022·湖北宜昌)小杰和小芳在探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验中，在两个透明容器中密封等量的空气，各放置一段电阻丝，并连接一个装水的U形管，通过U形管中水面的高度差来判断电阻产生热量的多少。装置的密封性能良好，电源电压为6 V。
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(1)小杰根据图甲观察到的现象得到“在通电时间和电阻相同时，______________，电阻产生的热量越多”的结论。
(2)小芳猜想电流产生的热量与电阻大小有关。下列能支持她猜想的现象是________(选填序号)。
A．正常工作时，“36 V 54 W”的灯泡比“12 V 6 W”的灯泡亮
B．接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热
C．电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却不怎么热
(3)为了验证猜想，小芳选用了5 Ω和100 Ω的电阻丝进行实验，如图乙所示，请你用笔画线把电路连接完整。
闭合开关，她发现较长时间后两个U形管的高度差均不明显，原因是_________________________________________________________________，
请你提出改进办法：________________________________________________
_________________________________________________________________。
8．(2022·江西)如图所示，已知电源电压恒为8 V，小灯泡上标有“6 V
3 W”。
(1)求小灯泡正常发光时的电流和电阻；
(2)闭合开关S，移动滑片P，使小灯泡正常发光，求此时滑动变阻器连入电路中的电阻和电路消耗的总功率。
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B组·能力提升练
1．(2022·湖南衡阳)某商场有甲、乙两种容积相同的电热水壶，甲标有“220 V 800 W”的字样，乙标有“220 V 1 500 W”的字样。若家庭电路的电压是220 V，室内插座的额定电流是5 A，用该插座给电热水壶供电，从安全用电的角度考虑，应选购________(选填“甲”或“乙”)电热水壶，选择的理由是_________________________________________________________________。
2．(2022·湖北十堰)如图是小明测量小灯泡电功率的电路，小灯泡额定电压为2.5 V，电阻为10 Ω左右。
(1)用笔画线代替导线，将图甲电路连接完整。
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(2)正确连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片，发现小灯泡始终不亮。电流表指针几乎不动，电压表示数接近3 V且保持不变。为排除故障，小明检查了开关并拧紧两端接线柱，小芳则将小灯泡与灯座拧紧。若电路中只有一处故障，________(选填“小明”或“小芳”)排除故障的操作是正确的。
(3)排除故障后重新闭合开关，改变滑片位置，他们根据测量数据画出了通过灯丝电流与其两端电压关系的图像如图乙。根据图像可得小灯泡的额定功率为______________W。研究发现，通过灯丝的电流与其两端电压不成正比，原因是______________________________________________________________。
(4)在测量小灯泡电功率拓展实验过程中，电流表坏了，他们找来一只阻值合适的定值电阻R0，设计了如图丙所示电路图，操作步骤如下：
①断开S1，闭合S2，移动滑动变阻器滑片，使电压表示数等于小灯泡的额定电压U额；
②_____________________，断开S2，闭合S1，记下此时电压表示数为U；
则小灯泡额定功率表达式P额＝____________(用U额、U和R0表示)。
3．(2022·湖南常德)如图所示，电路中使用的是可调电压电源，电阻R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，小灯泡L标有“12 V 18 W”的字样(不考虑温度对小灯泡电阻的影响)。
(1)开关S1、S2、S3闭合，调节电源电压为6 V时，求电流表A的示数；
(2)开关S1、S2闭合，S3断开，调节电源电压为10 V时，求小灯泡L的实际发光功率；
(3)开关S1闭合，S2、S3断开，调节电源电压使小灯泡L正常发光时，求电路消耗的总功率。
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4．(2022·江苏连云港)在一次综合实践活动中，小明制作了一个简单的保温箱，其工作原理如图所示。热敏电阻R、定值电阻R0和电磁继电器组成保温箱的控制电路。热敏电阻R的阻值随温度的升高而减小。当箱内温度达到100 ℃时，电磁铁吸合衔铁，使触点A脱开触点B改与触点C接触；当箱内温度低于50 ℃时，电磁铁松开衔铁，触点A再次与触点B接触。当触点A先后与触点B、C接触时，电流表的示数分别为5 A和1 A。求：
(1)电阻R1和R2的阻值；
(2)保温箱加热时工作电路的功率；
(3)保温箱保温10 min工作电路消耗的电能。
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C组·压轴拔高练
1．(2022·浙江金华)图甲为市面上的某款电热毛巾架，额定电压220 V，简化的工作电路如图乙，该毛巾架通过智能系统实现加热、保温挡自动切换，图丙为该毛巾架在正常工作30分钟内功率的变化情况。完成下列问题：
(1)加热状态下，毛巾架正常工作时的电流为多大？
(2)分析计算图乙电路中定值电阻R0、R1的阻值各为多少欧？
(3)毛巾架正常工作30分钟总共消耗多少电能？
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2．(2022·湖北宜昌)小君为了知道家中电饭锅(图甲)的耗电情况，将电饭锅接入图乙所示的功率计量插座，测量其工作时的电流、电压和消耗的电能。已知电饭锅的额定电压为220 V，电路如图丙所示，S2为温控开关，盛有米和水的锅放在发热盘R1上，限流电阻R2的发热不能被利用。某次测量得到煮饭和保温的数据如表所示，不计温度对电阻的影响和散失的热量。
电压/V 电流/A 消耗电能/度
煮饭 198 3.6 0.297
保温 198 0.3
(1)电阻R1的阻值及煮饭时间是多少？
(2)电阻R2的阻值及保温时发热盘的功率是多少？
(3)小君认为电饭锅煮饭时实际功率比额定功率小，更省电。你是否赞同他的说法？说明你的理由。
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参考答案
【A组·基础过关练】
1．C 2.AC 3.1 210 2.7 4.2 022.6 热 500
5．6 30 180
6．(1)断开 (2)B (3)0.24 0.6 (4)左 (5)A
7．(1)电流越大 (2)C
(3)如图所示
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电路中电流太小(或电源电压太低) 将100 Ω的电阻丝换为阻值更小的电阻丝(或增大电源电压)
8．解：(1)小灯泡正常发光时的电流：
I额＝＝＝0.5 A，
小灯泡的电阻：R灯＝＝＝12 Ω。
(2)小灯泡正常发光时，电路总电阻：
R 总＝＝＝16 Ω，
滑动变阻器连入电路中的电阻：
R滑＝R总－R灯＝16 Ω－12 Ω＝4 Ω，
电路消耗的总功率：P总＝U总I额＝8 V×0.5 A＝4 W。
【B组·能力提升练】
1．甲 乙的额定电流大于插座的额定电流
2．(1)如图所示
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(2)小芳 (3)0.625 小灯泡灯丝的阻值随温度的变化而变化
(4)②保持滑动变阻器滑片位置不变 ×U额
3．解：(1)小灯泡的电阻：
RL＝＝2＝8 Ω，
由电路图可知，开关S1、S2、S3闭合时，电阻R1被短路，R2与小灯泡L并联，电流表A测干路电流，由并联电路电流规律可知，电流表A的示数：
IA＝I2＋IL＝＋＝＋＝1 A＋0.75 A＝1.75 A。
(2)由电路图可知，开关S1、S2闭合，S3断开时，为小灯泡L的简单电路，由P＝可知，小灯泡L的实际发光功率：
P实＝＝＝12.5 W。
(3)由电路图可知，开关S1闭合，S2、S3断开时，R1与小灯泡L串联，小灯泡L正常发光时，通过电路的电流：
I＝＝＝1.5 A，
由串联电路电压规律可知，电源电压：
U′＝U1＋U额＝IR1＋UL＝1.5 A×3 Ω＋12 V＝16.5 V，
由P＝UI可知，电路消耗的总功率：
P总＝U′I＝16.5 V×1.5 A＝24.75 W。
4．解：(1)当触点A与触点B接触时，R2被短路，此时只有R1连接在电路中，保温箱处于加热状态，电阻R1的阻值：R1＝＝＝44 Ω。
当触点A与触点C接触时，R1和R2串联，此时保温箱处于保温状态，电路的总电阻：
R总＝＝＝220 Ω，
由串联电路中电阻的规律可知，R2的阻值：
R2＝R总－R1＝220 Ω－44 Ω＝176 Ω。
(2)保温箱加热时工作电路的功率：
P＝UI1＝220 V×5 A＝1 100 W。
(3)保温箱保温10 min工作电路消耗的电能：
W＝UIt＝220 V×1 A×10×60 s＝1.32×105 J。
【C组·压轴拔高练】
1．解：(1)加热状态下，毛巾架正常工作时的电流：
I加热＝＝＝2 A。
(2)由图乙可知，开关S、S1都闭合时，电路为R0的简单电路，电热毛巾架处于加热状态，由P＝可得，R0的阻值：R0＝＝＝110 Ω；
当开关S闭合，S1断开时，R1与R0串联，电热毛巾架处于保温状态，此时电路的总电阻：
R总＝＝＝605 Ω，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电阻R1的阻值：
R1＝R总－R0＝605 Ω－110 Ω＝495 Ω。
(3)由P＝可得，该毛巾架正常工作30分钟消耗的电能：
W＝Pt＝440 W×10×60 s＋80W×(30－10)×60 s＝3.6×105 J。
2．解：(1)根据图丙可知，当S1、S2都闭合时，只有R1接入电路，为煮饭挡；当S1闭合、S2断开时，R1和R2串联接入电路，为保温挡。
R1的阻值：R1＝＝＝55 Ω；
由W＝UIt可知，煮饭时间：
t＝＝＝1 500 s。
(2)保温时的总电阻：R总＝＝＝660 Ω，
所以R2的阻值：R2＝R总－R1＝660 Ω－55 Ω＝605 Ω；
此时，发热盘的实际功率：
P1实＝I保2R1＝(0.3 A)2×55 Ω＝4.95 W。
(3)不赞同，因为煮熟同一锅饭需要的能量是一定的，不会省电。
