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1、-电功和电功率典型例题-第 9 页电功和电功率【例题选讲】例1、今有“6V、6W”的电灯L1和“6V、W”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= 若L1、L2直接接入6伏电路上均能正常发光,即P1=6瓦,P2=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= L1的电路中应串联一个电阻RX起分压作用,如图所示答:应给“6V、6W”的电灯串联一个6欧的电阻。例2、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,
2、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3:如图所示,一个标有“”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 C当滑片P
3、滑到某个位置时,L和R 的电功率相等D当滑片P由滑向的过程中,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的滑片在端时,则此时灯泡两端电压为6V,其功率为3.6W。滑片P在端时,电路总电阻最大,电路中总功率最小,此时。当滑片P 滑至某一位置,使接入电路的电阻时,其两端电压相等,L和R 电功率相等。当滑片P由滑向的过程中,电路总电阻逐渐增大,电路中电流逐渐减小,由知,灯泡L的电功率一直是减小。答:选 A 。例4: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。电热管标有“220V 1100W”,与构成保温电路。当
4、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、的值。保温时实际功率是多少?【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。此时的功率为1100W。由此可求出的阻值。K打到3时为保温档,此时与串联,电功率为100W,由,可求出阻值再由,求出的实际功率解: 。 时,只有接入电路,正常工作,故电源电压。时,和串联, 。 保温时,流过的电流有。消耗的实际功率。例5: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
5、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,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5,电饭锅使用了1,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10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: , 度 电能表转盘转250转,电流做功臣, (实际功率)例6:如图,是一个电热毯示意电路图,是电热毯中的电阻丝,“220V 100W”字样,S是控制电热毯处于加热状
6、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每分钟有60焦的电能转化为内能,电阻的阻值是多大?【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.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,被短接,电路中只有,由电功率公式得的电功率为(U为电源电压),当开关S断开时,电路中与串联.设两端电压为,则的电功率为.很明显,所以有,即S断开的电功率要小些,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
7、丝的电阻为:在保温状态(S断开)时,的电功率为;在加热状态(S闭合)时,的电功率为它的额定功率,即。因电阻丝的阻值不变,于是由公式得:在S 断开时,与串联,由串联电路电压特点,得两端电压为。再由串联电路的电流特点,不难得出:例7: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
8、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。 例8. 照明电路的电压是220V,如果在某电灯并联接入一个大电炉,发现灯的亮度变暗,其原因是( ) A. 干路上的电流减小了 B. 电炉从灯那里分出了部分电流 C. 干路中的电流变大,干路上导线分担电压增多 D. 干路上消耗的电压不变,但电灯两端的电压变小了 答案:C 例9. 有两个定值电阻和,将它们并联到电源上,它们消耗的电功率分别为和,如果把它们串联起来再接到同一电源上,它们消耗的总功率应为多大? 解:设电源电压为U,当与并联时,每个电阻两端的电压均为U,所以和消耗的电功率和分别为: 则可以求得定值电阻和的阻
9、值为: 将与串联起来接在电压U两端时,它们消耗的总功率为: 将定值电阻阻值代入上式得: 答案:消耗的总电功率例10. 如图1所示电路,灯L上标有“12V 9W”字样,当开关S和都闭合,变阻器的滑片P移到a端时,灯恰好正常发光,电流表示数是,求: (1)变阻器的最大阻值是多少? (2)当开关S闭合,断开,变阻器的滑片P移到b端时,灯消耗的功率是多少?图1 解:(1)当开关都闭合时,P在a端,灯泡L与变阻器并联,灯正常发光 通过的电流 因为灯L与变阻器直接并联到电源两端,所以 变阻器最大值: (2)当开关S闭合,断开,滑片P滑到的b端时,灯L与串联。 灯的电阻: 串联后总电阻: 电路中的实际电流:
10、 灯的实际功率: 答案:(1)变阻器的最大阻24; (2)当S闭合断开P在b端时,灯消耗的功率。 例11. 某同学利用电源、电流表、电压表、开关,标有“50 2A”字样的滑动变阻器和若干导线测定小灯泡的额定功率。其中灯泡上所标“”字样清晰可见,电压表015V挡损坏,小灯泡的额定功率估计为左右。该同学实验步骤正确。当闭合开关时,电压表和电流表的示数分别为2V和,接着他边思考边实验,直至灯正常发光,这时滑动变阻器的滑片恰好在中点上(即变阻器连入电路的电阻为25)。 (1)画出灯正常发光的电路图,并简述判定灯正常发光的理由; (2)求出灯的额定功率。 答案:(1)由灯的额定功率大约是左右,额定电流,
11、可估算出灯的额定电压大约是5V左右,而题目中已知电压表015V挡损坏,只能用03V挡,据此判断,灯正常发光时,其两端不应接有电压表,只能依据电流表示数为时,确定正常发光,此时电路图如图所示。 (2)根据实验规则,刚闭合开关时,滑动变阻器连入电路的电阻值应最大,由此可计算出此时滑动变阻器两端电压: 电源电压: 当灯正常发光时,滑动变阻器两端电压: 灯额定电压: 灯的额定功率: 透视:本题目把实验过程与计算结合在一起,是近几年出现的新题型。由于它已知条件隐蔽,综合性强,故形成难点。解此类题目的关键是要结合实验现象和操作过程对题目进行全面分析,一旦整个实验过程清晰了,问题也就迎刃而解了。 例12.
12、图7是SD600全自动豆浆机的结构示意图,下表是铭牌。额定电压220V电机功率260W额定频率50Hz干豆容量605g电热功率600W外形尺寸215190347 mm 制浆过程:先将90g泡好的黄豆装入滤杯内,再往制浆杯内加入1000 mL的水。 第一步:加热,接通电源,加热管开始加热,加热6 min杯内水温升至80; 第二步:打浆,加热停止,电机开始打浆,按工作10s停8s方式循环,经停止; 第三步:再加热,打浆结束后,加热管继续加热,加热3min豆浆由80升温至100。根据以上信息计算: (1)在“第三步,再加热”的过程中,豆浆吸收的热量(设豆浆与水的比热容相等); (2)豆浆机在“加热打
13、浆再加热”的全过程中,共消耗的电能。 解:(1)水的质量: 豆浆质量: 豆浆吸收的热量: (2)豆浆机第一次加热消耗的电能: 豆浆机第二次加热消耗的电能: 电机工作时间: 豆浆机打浆消耗电能: 豆浆机消耗的总电能: 答案:(1)在“再加热”的过程中,豆浆吸收的热量是J。 (2)豆浆机在全过程中,共消耗电能J。 例13. 在一次测定小灯泡额定功率的实验中,老师给出了下列器材:额定电压为的小灯泡、电源(电压未知)、一个阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一只电流表、一个单刀双掷开关和若干导线。实验时不能忽略灯丝的电阻随温度而发生的变化。 (1)小张同学设计的实验电路图如下,请你根据电路图用笔画线连接未
14、完成的实物连线。 (2)实验中所需要的物理量_。 (3)本实验中,小灯泡额定功率的表达式_。 (4)若在给出的器材中只将其中的一只电流表改为一只电压表,请你重新设计一个实验电路图,测量小灯泡的额定功率(将实验电路图画在下面的方框内,不需要说明实验步骤)。 答案:(1)电路连接如图10所示: (2)第一步:计算当R两端的电压为时,通过它的电流为;第二步:S掷向接线柱1,调节滑动变阻器,使用电流表读数为;第三步:保持滑动变阻器滑片不动,S掷向接线柱2,读出电流表读数。 (3) (4)电路图如下图11。图11 透视:(1)结合电路图和实际电路可以看出,电路中还有3根导线没有连接:灯与单刀双掷开关的动
15、触点间的导线,静触点1与电流表的“”接线柱间的导线,定值电阻(或灯L)的右边接线柱到滑动变阻器之间的导线。 (2)实验中没有电压表,故问题的关键是如何调节滑片使灯泡两端电压等于它的额定功率电压U。小张同学设计了如下方案,其处理方法为:先将S拨到1,调节滑动变阻器,使电流表示数与定值电阻R和乘积等于灯L的额定电压,再将S拨到2让电流表处于干路读出这时的读数,由和便可以得到灯正常发光时的电流,从而可以进一步求出灯泡的额定功率。 (3)因为灯正常发光时,流过R的电流为,利用公式可表示出其额定功率为: (或) (4)当只有电压表时,测量额定功率的关键是如何得到灯泡正常工作时的电流,这时可以利用串联电路
16、中电流相等的规律,采用已知定值电阻R同时灯L串联的基本方法。 在用伏安法测电阻或电功率的实验中,若没有电压表,可以采用阻值已知的定值电阻同被测电阻(或灯泡)并联的基本方法测电压;若没有电流表;通常采用阻值已知的电阻与被测电阻(或灯泡)串联的基本方法间接测量电流。 伏安法测电阻或电功率,仪器不受限制,称其为一般测量。若实验仪器有所限制,测电阻或电功率就要采取特殊的测量方法。不仅电阻或电功率的测量有一般方法和特殊方法之分,其实其它测量也是如此,请同学们总结。【常见失误分析】 例14. 关于电功和电功率,下述说法正确的是( ) A. 电功率的大小决定于电流做功的多少 B. 电功与电功率都表示了电能转
17、化为其他形式的能的多少 C. 电功与电功率都表示了电能转化为其他形式的能的快慢 D. 电功率等于用电器在单位时间里所消耗的电能 错解:A或B 答案:D 分析:错解的原因在于对电功、电功率概念的理解模糊,我们在对力学中的功与功率的学习中,已经知道功与功率是意义不相同的两个概念。电功率表示电流做功的快慢,表示用电器消耗电能的本领。电流做功的多少与电流做功的快慢,其差异在于与时间的联系上,“快慢”与时间有关,而“多少”与时间无关。所以它们不可能表示同一物理意义,选项B与C肯定不正确。 电功表示电能与其他形式能的真正转化,而电功率表示这种转化的一种潜在的能力。对功和功率概念的正确理解,并不是一次就能完
18、成的,对知识整理、归纳,使其系统化、条理化,将有助于完成这种理解。 例15. 标有“6V 6W”和“6V 3W”的灯泡和串联接在某电源上,设灯丝电阻不变,则( ) A. 通过灯、的电流之比为2:1 B. 灯、的实际功率之比为1:2 C. 电源电压为12V时,、均正常发光 D. 电源电压为9V时,正常发光 错解:A、C 答案:B、D 例16. 现有为“12V 8W”和为“6V 2W”的两盏电灯,把它们与“20 1A”的滑动变阻器串联后,接在18V的电源上,如图1所示,开关闭合后,当滑动变阻器R的滑片P从a端向b端滑动的过程中,下列说法正确的是( ) A. 两灯都变亮,且首先正常发光 B. 两灯灯丝电阻不同 C. 因为的额定功率大,所以比更亮 D. 两灯都变亮,且可能先烧毁 错解:A 答案:AD 分析:当用电器串联接入电路中时,首先要先计算出其电阻值,然后通过计算或分析其实际功率是否与其额定功率相同,切不可仅凭额定电压和额定功率就草率地做出判断。 因为,所以 显然; 当滑片自a端向b端移动过程中,电路中的电流逐渐增大,因此,两灯的亮度均增加,由于,故可以先达到其正常工作时的电流,首先正常发光,但当随着电路中的电流再继续增大时,电流I将大于I2,造成烧坏,因此,选项A、D正确。