第十五章电功和电热一、选择题(每题2分，共24分)1．下列选项中，利用电流的热效应工作的家用电器是( )A．油烟机B．电热毯C．洗衣机D．电风扇2．小明在中国科技馆看到“1度电的意义”展品后，绘制了1度电可供他家中的一些额定电压相同的用电器分别在额定功率下持续工作的时间图像，如图1所示．关于图中家用电器的比较，下列说法中正确的是( )图1A．浴霸正常工作时的电流最小B．节能灯正常工作时的电压最大C．电风扇的额定功率比白炽灯的额定功率大D．节能灯正常工作时的电流比白炽灯正常工作时的电流大3．下列关于电功和电功率的说法中正确的是( )A．电流越大，电流做功越多B．电功率越大，电流做功越多C．电流做功越快，电功率越大D．电流做同样多的功，用的时间越长，电功率越大4．家庭电路中，熔丝的主要作用是( )A．可以节省电能B．防止电路中出现短路C．限制用电器的电功率D．当电路中电流过大时自动切断电路5．关于家庭电路和安全用电，下列说法中正确的是( )A．空气开关跳闸，一定是电路发生了短路B．控制电灯的开关应接在火线与电灯之间C．使用测电笔时，必须用手直接接触金属笔尖D．一般对人体而言，只要电压不高于220 V就是安全的6．下列情况中不会使空气开关断开的是( )A．用电器总功率过大B．短路C．开关内两根线相碰D．电路中总电流过大7．下列四个灯泡正常发光时，最亮的是( )A．“220 V 25 W”B．“220 V 60 W”C．“100 V 60 W”D．“100 V 100 W”8．将一个标有“6 V 9 W”字样的灯泡(灯丝电阻不变)接入某电路，测得灯泡两端的电压是2 V，那么这个灯泡的实际功率等于( )A．9 W B．3 W C．6 W D．1 W9．要使一个电热器在单位时间内放出的热量减少一半，应该( )A．使通过电热器的电流减小一半B．使加在电热器两端的电压减小一半C．使电热器的电阻减小一半D．使加在电热器两端的电压和它的电阻都减小一半10．王老师的新家买了250 W的电视机一台，300 W的洗衣机一台，100 W的电冰箱一台，2200 W的柜式空调一台，250 W的电脑一台，800 W的电饭锅一个，40 W的照明灯8盏．请为王老师选择一种合适的电能表( )A．“220 V 5 A”B．“220 V 15 A”C．“220 V 20 A”D．“220 V 30 A”11．如图2所示是一个体重测试仪的工作原理图，有关它的说法中正确的是( )图2A．体重测试仪所测体重越大，体重显示表的示数越小B．体重测试仪电路由于缺少开关，始终处于通路状态C．体重显示表是用电流表改装成的D．体重测试仪所测体重越大，电路的总功率越小12．如图3所示是电阻甲和乙的U－I图像，下列说法中正确的是( )图3A．甲的电阻值保持10 Ω不变B．乙的电阻值保持20 Ω不变C．甲、乙并联在电路中，当电源电压为2 V时，电路的总功率为0.6 WD．甲、乙串联在电路中，当电路电流为0.2 A时，电路的总功率为0.6 W二、填空题(每空1分，共21分)13．在家庭电路中，电视机与空调之间的连接方式是________联的；灯泡与控制灯泡的开关之间是______联的，且开关要接在________(选填“火线”或“零线”)与灯泡之间．对人体的安全电压一般不高于________．14．有一台电动机，额定电压为3 V，额定电流为1 A，电动机线圈电阻为0.5 Ω.这台电动机正常工作1 min，消耗的电能为________J，产生的热量为________J，输出的机械能为________J.15．如图4所示，电源电压为9 V，当闭合S、S1，断开S2时，调节滑片P，使电压表的示数为 5 V，此时电流表的示数为 1 A，小灯泡正常发光，则小灯泡的额定功率为________W．若保持滑片P位置不动，闭合S、S2，断开S1，电流表的示数增大了0.5 A，则定值电阻R0的阻值为________ Ω，此时R0的功率为__________W.图416．小明家的电能表如图5所示，此时该电能表的示数为____________；小明家还有一个“220 V 1500 W”的电热水器，正常工作10 min产生的热量为________J；若将其单独连接在家庭电路中，发现电能表上的转盘在120 s内转了125圈，则电热水器的实际功率为________W，他家的实际电压________(选填“大于”“小于”或“等于”)220 V.图517．如图6所示，在三线插座的A、B、C三孔中，连接火线的是______孔，通过三线插头和家用电器的金属外壳相连的是________孔．图618．图7是某电水壶的铭牌，该电水壶正常工作1 min产生__________J的热量，如果这些热量的84%被冷水吸收，能使 2 L的冷水温度升高________℃.[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]719．如图8甲所示，电源电压为6 V恒定不变，滑动变阻器R2的最大阻值是20 Ω.闭合开关，滑动变阻器的P－R图像如图乙所示，则R1＝________Ω；当滑片滑至最右端时，电流表的示数为________A，通电10 s，电流通过R1产生的热量是________J.图8三、作图题(6分)20．如图9所示，家庭电路中有一盏用声控开关和光控开关控制的电灯，电灯只有在光线昏暗并且有人经过时才会发光，同时电路中接入了一只三线插座，请用笔画线代替导线将图中电路连接完整．图9四、实验探究题(共25分)21．(10分)如图10所示，甲、乙两个完全相同的烧瓶内有阻值分别为R甲、R乙的电阻丝，瓶中插入温度计a、b.(1)利用此装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时，在两瓶中加入质量、初温都相同的煤油．闭合开关一段时间，可以通过观察________________________，来判断电阻丝产生热量的多少．此方案是探究________和通电时间相同时，电流通过电阻丝产生的热量与________大小的关系．(2)在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝的阻值R甲________R 乙时，可以比较不同物质的吸热能力．若温度计a比温度计b示数升高得快，则甲、乙两瓶内液体的比热容关系是c甲________c乙．(均选填“>”“<”或“＝”)图10图1122．(15分)在“测量标有‘2.5 V’字样小灯泡的电功率”的实验中，实验室提供的器材有电压表、电流表、开关、电压为4.5 V的电源和标有“30 Ω0.5 A”字样的滑动变阻器，小宇同学已连接好如图11甲所示的部分实验电路．(1)请用笔画线代替导线将电路连接完整，要求闭合开关后，滑片P向右端移动时小灯泡变亮．(2)连接好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，发现小灯泡始终不亮，且电压表的示数为零，电流表的示数不为零，则出现故障的原因可能是______________．(3)排除故障后，调节滑动变阻器，当电压表的示数为2.5 V时，电流表的示数如图乙所示，小灯泡的额定电流为________A，小灯泡的额定功率为________W；小灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路的电阻为________Ω(保留一位小数)．五、计算题(共24分)23．(12分)如图12甲所示是某品牌家用蒸汽电熨斗的示意图，其铭牌如下表所示，使用时储水器中的水滴入汽室，加热的铁质底板使水迅速汽化变成蒸汽，从底板喷出．(1)求电熨斗正常工作时的电流．(2)汽熨前先预热，使底板的温度从20 ℃升高到220 ℃，温控开关自动断开．已知底板的质量为1 kg，铁的比热容为0.46×103 J/(kg·℃)，求预热过程底板吸收的热量．(3)汽熨时，滴入汽室的水汽化带走热量，当底板温度降到190 ℃时，温控开关自动闭合，当加热到220 ℃时又断开，如此反复，若蒸汽电熨斗按如图乙所示的程序工作，熨一件衣服用时10 min，求总共消耗的电能．图1224.（12分）家庭电路中某电热锅的额定电压是220 V，加热状态的额定功率是1210 W，简化电路如图13所示，S1为温控开关，发热电阻R1与R2的阻值恒定，电阻R2在保温状态与加热状态时的功率之比为4∶25.（1）求电阻R1和R2的阻值.（2）在用电高峰期，家中只有电热锅和电视机工作时，电热锅的实际功率为1000 W（始终处于加热状态），电视机的实际功率为200 W，计算此时通过电视机的电流.图13参考答案1．B [解析] 油烟机工作时，主要把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故A 错误；电热毯工作时，主要把电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故B 正确；洗衣机工作时，主要把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故C 错误；电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故D 错误．2．C [解析] 1度电可供用电器持续工作的时间越短，用电器的额定功率越大；各用电器正常工作电压(额定电压)都相等，都等于220 V ；由P ＝UI 可知额定功率越大的用电器，正常工作时的电流越大．3．C 4.D5．B [解析] 当电路发生短路或严重过载时，空气开关会跳闸，故A 错误；由安全用电原则可知，控制电灯的开关应接在火线和电灯之间，故B 正确；使用测电笔时，必须用手接触笔尾的金属体，不能与金属笔尖接触，故C 错误；不高于36 V 的电压对人体是安全的，故D 错误．6．C 7.D 8.D9．D [解析] 对于电热器来说，电能几乎全部转化为内能，所以有Q ＝W ＝Pt ＝UIt ＝I2Rt ＝U2Rt ，对于不同情况要注意选择适当的公式进行判断．对于A 选项，应选用Q ＝I2Rt ，可知当电流减小一半，其他量不变时，放出的热量是原来的14；对于B 选项，应选用Q ＝U2Rt ，当电压减小一半，其他量不变时，放出的热量应是原来的14；对于C 选项，应选用Q ＝U2Rt ，电阻减小一半时，电压和时间没有改变，放出的热量是原来的2倍(如果选用Q ＝I2Rt ，就存在两个变量，因为电阻改变会引起电流的改变)；对于D 选项，也应选用Q ＝U2Rt ，当电压和它的电阻都减小一半而时间不变时，放出的热量是原来的12. 10．C11．C [解析] 体重显示表串联在电路中，是用电流表改装成的；当测试仪所测体重增大时，滑动变阻器的滑片向上移动，接入电路的电阻变小，电路中的电流变大，即体重显示表的示数增大，由P ＝UI 可知，电路消耗的电功率变大；当体重测试仪不工作时，滑片位于绝缘体的位置，电路断路．12．C [解析] 甲的U －I 图像是一条过原点的直线，表示甲的电流与电压成正比，即电压与电流的比值(即电阻)是定值，比值为6 V 0.3 A＝20 Ω.乙的U －I 图像是曲线，所以乙不是定值电阻．甲、乙两电阻并联在电路中，电源电压为2 V 时，甲、乙两电阻两端的电压均为2 V ，由图像可知对应的电流分别为0.1 A 和0.2 A ，所以电路的总电流：I ＝0.1 A ＋0.2 A ＝0.3 A ，电路的总功率：P ＝UI ＝2 V ×0.3 A ＝0.6 W. 甲、乙两电阻串联在电路中，电路中电流为0.2 A 时，通过甲、乙两电阻的电流均为0.2 A ，由图像可知对应的电压分别为4 V 和2 V ，电路的总电压为U ′＝4 V ＋2 V ＝6 V, 电路的总功率为P ′＝U ′I ′＝6 V ×0.2 A ＝1.2 W.13．并 串 火线 36 V14．180 30 150[解析] 这台电动机正常工作t ＝1 min ＝60 s ，电动机消耗的电能：W ＝UIt ＝3 V ×1 A ×60 s ＝180 J ，产生的热量：Q ＝I2Rt ＝(1 A)2×0.5 Ω×60 s ＝30 J ，输出的机械能：W 机械＝W －Q ＝180 J －30 J ＝150 J.15．4 1 2.25 [解析] (1)当闭合S 、S1，断开S2时，电压表的示数为5 V ，电流表的示数为1 A ，小灯泡正常发光，小灯泡正常发光时两端的电压：UL ＝U －UR ＝9 V －5 V ＝4 V ，小灯泡的额定功率：PL ＝ULI ＝4 V ×1 A ＝4 W ；(2)变阻器连入电路的阻值：R ＝UR I ＝5 V 1 A＝5 Ω，若保持滑片P 位置不动，闭合S 、S2，断开S1，R 与R0串联，电流表测电路中的电流，由电流表的示数增大了0.5 A 可知，此时电路中的电流I ′＝1.5 A ，则此时电路中的总电阻：R 总＝U I ′＝9 V 1.5 A＝6 Ω， 定值电阻R0的阻值：R0＝R 总－R ＝6 Ω－5 Ω＝1 Ω，此时R0的功率：P0＝(I ′)2R0＝(1.5 A)2×1 Ω＝2.25 W.16．864.0 kW ·h 9×105 1250 小于[解析] 电热水器正常工作时功率为1500 W ，正常工作10 min 产生的热量可利用电热与电功的关系求解，Q ＝W ＝Pt ＝1500 W ×600 s ＝9×105 J ．电热水器的实际功率利用P ＝W t计算，W ′＝125 r 3000 r/（kW ·h ）＝124 kW ·h ；P ′＝W ′t ′＝1.5×105 J 120 s＝1250 W<1500 W ，所以他家的实际电压小于220 V.17．B C18．9×104 9 [解析] (1)由图知，电水壶正常工作1 min 产生的热量：Q ＝W ＝Pt ＝1500 W ×60 s ＝9×104 J ；(2)水的质量：m ＝ρV ＝1.0×103 kg/m3×2×10－3 m3＝2 kg ，产生的热量的84%被冷水吸收，由Q ＝cm Δt 得水升高的温度：Δt ＝84%Q c 水m ＝84%×9×104 J 4.2×103 J/（kg ·℃）×2 kg＝9 ℃. 19．10 0.2 4 [解析] (1)由图像可知，当R2＝10 Ω时，P2＝0.9 W ，由P ＝I2R 可得，电路中的电流：I ＝P2R2＝0.9 W 10 Ω＝0.3 A ，由I ＝U R 可得，电路中的总电阻：R ＝U I ＝6 V 0.3 A＝20 Ω，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，R1＝R －R2＝20 Ω－10 Ω＝10 Ω.(2)当滑片P 滑至最右端时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，此时电路中的电流：I ′＝U R1＋R2′＝ 6 V 10 Ω＋20 Ω＝0.2 A. (3)通电10 s ，电流通过R1产生的热量：Q1＝I ′2R1t ＝(0.2 A)2×10 Ω×10 s ＝4 J.20．如图所示21．(1)温度计示数的变化 电流 电阻(2)＝ <22．(1)如图所示(2)小灯泡短路(3)0.24 0.6 8.3[解析] (1)将电流表与灯泡串联，选择0～0.6 A 的量程；电压表与灯泡并联，小灯泡的额定电压为2.5 V ，电压表应选用0～3 V 量程；将滑动变阻器与灯泡串联，滑片向右移动，灯泡变亮，则电阻应变小，所以滑动变阻器下面应连接右边的接线柱．(2)电流表有示数，说明电路为通路；电压表的示数为零，说明和电压表并联的小灯泡发生短路．(3)小灯泡的额定电压为2.5 V ，则当电压表的示数为2.5 V 时，小灯泡正常发光；由图知，电流表的量程为0～0.6 A ，分度值为0.02 A ，示数为0.24 A ；小灯泡的额定功率为P ＝UI ＝2.5 V ×0.24 A ＝0.6 W ；根据串联分压特点可知，滑动变阻器两端的电压：U ′＝4.5 V －2.5 V ＝2 V ，则滑动变阻器接入电路的电阻为R ＝U ′I ＝ 2 V 0.24 A＝8.3 Ω. 23．(1)由P ＝UI 可得，电熨斗正常工作时的电流：I ＝P U ＝1100 W 220 V＝5 A. (2)预热过程底板吸收的热量：Q 吸＝cm Δt 温＝0.46×103 J/(kg ·℃)×1 kg ×(220 ℃－20 ℃)＝9.2×104 J.(3)由图示可知，20 s 内电熨斗加热15 s ，则10 min 内的加热时间：t ＝10×60 s 20 s×15 s ＝450 s ，由P ＝W t可得，10 min 熨一件衣服共消耗的电能：W ＝Pt ＝1100 W ×450 s ＝4.95×105 J.24．(1)当开关S 、S1均闭合时，只有电阻R2接入电路，此时为加热状态，R2的阻值：R2＝U2P 加热＝（220 V ）21210 W＝40 Ω. 当开关S 闭合、S1断开时，电阻R1、R2串联，此时为保温状态，保温时R2两端的电压与加热时R2的电压之比为425＝25， 即串联时R2两端的电压与电源电压之比为2∶5，R1和R2串联时，R2两端的电压与R1两端的电压之比为2∶3，由串联分压原理可得，R2∶R1＝2∶3，则R1＝32R2＝32×40 Ω＝60 Ω. (2)家庭电路的实际电压： U 实＝PR2＝1000 W ×40 Ω＝200 V ，通过电视机的电流：I 电视＝P 电视U 实＝200 W 200 V ＝1 A.。