20、電能與電功(原卷版+解析)

二十、電能與電功知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)導(dǎo)航電功：1、定義：電流通過(guò)某段電路所做的功叫電功。2、實(shí)質(zhì)：電流做功的過(guò)程，實(shí)際就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能（消耗電能）的過(guò)程；電流做多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，就消耗了多少電能。電流做功的形式：電流通過(guò)各種用電器使其轉(zhuǎn)動(dòng)、發(fā)熱、發(fā)光、發(fā)聲等都是電流做功的表現(xiàn)。3、規(guī)定：電流在某段電路上所做的功，等于這段電路兩端的電壓，電路中的電流和通電時(shí)間的乘積。4、計(jì)算公式：W=UIt=Pt=I2Rt=U2t/R5、單位：國(guó)際單位是焦耳（J）常用單位：度（kw.h）1度=1千瓦時(shí)=1kw.h=3.6×106J6、測(cè)量電功：⑴電能表：是測(cè)量用戶(hù)用電器在某一段時(shí)間內(nèi)所做電功（某一段時(shí)間內(nèi)消耗電能）的儀器。⑵電能表上“220V”“5A”“3000R/kwh”等字樣，分別表示：電電能表額定電壓220V；允許通過(guò)的最大電流是5A；每消耗一度電電能表轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)。⑶讀數(shù)：A、測(cè)量較大電功時(shí)用刻度盤(pán)讀數(shù)。①最后一位有紅色標(biāo)記的數(shù)字表示小數(shù)點(diǎn)后一位。②例題演練例題演練一．選擇題（共6小題）1．如圖所示的用電器工作時(shí)主要將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是（）A．臺(tái)燈 B．電視機(jī) C．洗衣機(jī) D．電飯鍋2．如圖所示的用電器工作時(shí)，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是（）A．計(jì)算器 B．電風(fēng)扇 C．電暖氣 D．電視機(jī)3．如圖所示的四種情景中，屬于電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是（）A．電風(fēng)扇正在吹風(fēng) B．木柴在燃燒 C．電燈在發(fā)光 D．植物的光合作用4．如圖所示為單相電子式電能表，關(guān)于該電能表下列說(shuō)法正確的是（）A．允許通過(guò)的最大電流為10A B．主要用來(lái)測(cè)量用電器的電功率 C．此時(shí)的示數(shù)為13148kW?h D．指示燈閃2500次表示消耗電能3.6×106J5．假期小明一家要出門(mén)旅游，出發(fā)前家里只有一臺(tái)額定功率為200W的冰箱正常工作，其它用電器都已關(guān)閉。小明看到家里電能表的示數(shù)為2021.6kW?h，過(guò)了7天小明回到家再次查看電能表的示數(shù)如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．這段時(shí)間冰箱消耗的電能是7kW?h B．冰箱每天平均工作的時(shí)間為0.5h C．冰箱正常工作1min電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)12轉(zhuǎn) D．再有其它家電和冰箱一同正常工作時(shí)，電能表轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速不變6．將一臺(tái)額定電壓為220V、額定功率為100W的電冰箱單獨(dú)接入家庭電路中，當(dāng)電冰箱正常工作3min后，電能表的示數(shù)如圖所示，下列說(shuō)法正確的是（）A．電能表是測(cè)量電功率的儀表 B．這段時(shí)間內(nèi)電冰箱消耗的電能為318.6kW?h C．這段時(shí)間內(nèi)電能表的指示燈閃了8次 D．電冰箱的壓縮機(jī)的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象二．填空題（共3小題）7．某同學(xué)家的電能表本月末抄表時(shí)的示數(shù)如圖所示，若本月應(yīng)交電費(fèi)45元，且電價(jià)為0.5元/度，則上次抄表時(shí)電能表的示數(shù)為kW?h。若只接入某用電器工作一段時(shí)間，電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)25r，則在這段時(shí)間內(nèi)該用電器消耗了kW?h的電能。8．小強(qiáng)關(guān)閉家中其他用電器，只用一個(gè)電水壺?zé)官|(zhì)量為1kg、初溫為20℃的水被燒開(kāi)（1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下），用時(shí)5min，如圖所示的電能表剛好轉(zhuǎn)過(guò)300r。則水吸收的熱量是J，電水壺的實(shí)際電功率為W。[水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃）]9．小明家的電飯鍋額定電壓為220V，“煮飯”時(shí)額定功率為880W，簡(jiǎn)化電路如圖所示，S1為溫控開(kāi)關(guān)，發(fā)熱電阻R1與R2的阻值不隨溫度變化，電阻R2在“保溫”狀態(tài)與“煮飯”狀態(tài)時(shí)的功率之比為1：16。正常“煮飯”時(shí)，電流為A，R1的阻值為Ω，在保溫狀態(tài)下工作10min，電路消耗的電能為J。三．計(jì)算題（共6小題）10．如圖所示的電路中，電源電壓恒為3V，電阻R1的阻值為5Ω，閉合開(kāi)關(guān)S，電流表示數(shù)為0.5A．求：（1）電阻R2的阻值；（2）干路中的總電流I；（3）通電10s的時(shí)間內(nèi)，電流通過(guò)電阻R2做的功W2。11．如圖所示，電源電壓為9V，燈泡標(biāo)有“6V3W”字樣，閉合開(kāi)關(guān)后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使燈泡正常發(fā)光。求此時(shí)：（1）電流表的示數(shù)；（2）滑動(dòng)變阻器1min消耗的電能。12．如圖所示，電源兩端電壓保持不變，電阻R2阻值為20Ω。閉合開(kāi)關(guān)S后，電流表A1的示數(shù)為0.5A，電流表A2的示數(shù)為0.3A。求：（1）通電10s電阻R2消耗的電能；（2）電阻R1的阻值。13．如圖所示電路，電源電壓為6V，R1＝30Ω，R2＝20Ω，求：（1）開(kāi)關(guān)S、S1閉合，S2斷開(kāi)時(shí)，電流表的示數(shù)；（2）再閉合開(kāi)關(guān)S2，R2在1min內(nèi)消耗的電能。14．小燈泡的I﹣U圖像如圖甲所示，將它與定值電阻R1并聯(lián)在穩(wěn)壓電源兩端，如圖乙所示。閉合開(kāi)關(guān)S1，電流表的示數(shù)為0.2A；再閉合開(kāi)關(guān)S2，電流表示數(shù)變?yōu)?.45A。求：（1）電源電壓是多少？（2）小燈泡1min消耗多少電能？15．圖甲所示的新型電飯鍋采用“聰明火”技術(shù)，智能化地控制食物在不同時(shí)間段的溫度，以得到最佳的營(yíng)養(yǎng)和口感，其簡(jiǎn)化電路如圖乙所示，R1和R2均為電熱絲，S1是自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)。煮飯時(shí)，把電飯鍋接入220V電路中，在電飯鍋工作的一段時(shí)間內(nèi)，電路中總電流隨時(shí)間變化的圖象如圖丙所示。求：（1）電熱絲R1的電阻；（2）0～10min內(nèi)電飯鍋消耗的電能。二十、電能與電功知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)導(dǎo)航電功：1、定義：電流通過(guò)某段電路所做的功叫電功。2、實(shí)質(zhì)：電流做功的過(guò)程，實(shí)際就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能（消耗電能）的過(guò)程；電流做多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，就消耗了多少電能。電流做功的形式：電流通過(guò)各種用電器使其轉(zhuǎn)動(dòng)、發(fā)熱、發(fā)光、發(fā)聲等都是電流做功的表現(xiàn)。3、規(guī)定：電流在某段電路上所做的功，等于這段電路兩端的電壓，電路中的電流和通電時(shí)間的乘積。4、計(jì)算公式：W=UIt=Pt=I2Rt=U2t/R5、單位：國(guó)際單位是焦耳（J）常用單位：度（kw.h）1度=1千瓦時(shí)=1kw.h=3.6×106J6、測(cè)量電功：⑴電能表：是測(cè)量用戶(hù)用電器在某一段時(shí)間內(nèi)所做電功（某一段時(shí)間內(nèi)消耗電能）的儀器。⑵電能表上“220V”“5A”“3000R/kwh”等字樣，分別表示：電電能表額定電壓220V；允許通過(guò)的最大電流是5A；每消耗一度電電能表轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)。⑶讀數(shù)：A、測(cè)量較大電功時(shí)用刻度盤(pán)讀數(shù)。①最后一位有紅色標(biāo)記的數(shù)字表示小數(shù)點(diǎn)后一位。②例題演練例題演練一．選擇題（共6小題）1．如圖所示的用電器工作時(shí)主要將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是（）A．臺(tái)燈 B．電視機(jī) C．洗衣機(jī) D．電飯鍋【解答】解：A、臺(tái)燈工作時(shí)，電能主要轉(zhuǎn)化為光能，故A錯(cuò)誤。B、電視機(jī)主要是電能轉(zhuǎn)化為聲能和光能，故B錯(cuò)誤。C、洗衣機(jī)中有電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，主要是電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，故C正確。D、電飯鍋把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，故D錯(cuò)誤。故選：C。2．如圖所示的用電器工作時(shí)，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是（）A．計(jì)算器 B．電風(fēng)扇 C．電暖氣 D．電視機(jī)【解答】解：A、計(jì)算器在工作時(shí)，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為光能，故A不正確；B、電風(fēng)扇在工作時(shí)，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故B正確；C、電暖氣在工作時(shí)，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C不正確；D、電視機(jī)在工作時(shí)，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為光能，故D不正確。故選：B。3．如圖所示的四種情景中，屬于電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是（）A．電風(fēng)扇正在吹風(fēng) B．木柴在燃燒 C．電燈在發(fā)光 D．植物的光合作用【解答】解：A、電風(fēng)扇吹風(fēng)，由電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，故A符合題意；B、木柴燃燒，是化學(xué)變化，是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B不符合題意；C、電燈發(fā)光，由電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，故C不符合題意；D、植物的光合作用，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故D不符合題意。故選：A。4．如圖所示為單相電子式電能表，關(guān)于該電能表下列說(shuō)法正確的是（）A．允許通過(guò)的最大電流為10A B．主要用來(lái)測(cè)量用電器的電功率 C．此時(shí)的示數(shù)為13148kW?h D．指示燈閃2500次表示消耗電能3.6×106J【解答】解：A、“10（20）A”表示電能表的標(biāo)定電流是10A，20A是指這個(gè)電能表平時(shí)工作允許通過(guò)的最大電流，故A錯(cuò)誤；B、電能表是測(cè)量消耗電能多少的儀表，不是測(cè)量用電器電功率大小的儀表，故B錯(cuò)誤；C、電能表顯示數(shù)字中最后一位是小數(shù)，由圖知，該電能表此時(shí)示數(shù)為1314.8kW?h，故C錯(cuò)誤；D、2500imp/（kW?h）表示的是電路中每消耗1kW?h的電能，電能表指示燈閃爍2500次，則指示燈閃爍2500次，電路消耗電能為1kW?h＝3.6×106J，故D正確。故選：D。5．假期小明一家要出門(mén)旅游，出發(fā)前家里只有一臺(tái)額定功率為200W的冰箱正常工作，其它用電器都已關(guān)閉。小明看到家里電能表的示數(shù)為2021.6kW?h，過(guò)了7天小明回到家再次查看電能表的示數(shù)如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．這段時(shí)間冰箱消耗的電能是7kW?h B．冰箱每天平均工作的時(shí)間為0.5h C．冰箱正常工作1min電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)12轉(zhuǎn) D．再有其它家電和冰箱一同正常工作時(shí)，電能表轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速不變【解答】解：A、由圖知，小明回到家時(shí)電能表的讀數(shù)為2028.6kW?h，而離開(kāi)家時(shí)電能表的示數(shù)為2021.6kW?h，則在這7天內(nèi)所消耗的電能W＝2028.6kW?h﹣2021.6kW?h＝7kW?h，故A正確；B、P＝200W＝0.2kW，由W＝Pt可得t＝＝＝35h，則每天工作的時(shí)間為＝5h，故B錯(cuò)誤；C、600r/kW?h的含義：電路中每消耗1kW?h的電能，電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)600轉(zhuǎn)，冰箱正常工作1min所消耗的電能：W＝Pt′＝0.2kW×h＝kW?h，則冰箱正常工作1min電能表轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)數(shù)＝600r/kW?h×kW?h＝2r，故C錯(cuò)誤；D、再有其它家電和冰箱一同正常工作時(shí)，總功率增加，電能表轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速增大，故D錯(cuò)誤；故選：A。6．將一臺(tái)額定電壓為220V、額定功率為100W的電冰箱單獨(dú)接入家庭電路中，當(dāng)電冰箱正常工作3min后，電能表的示數(shù)如圖所示，下列說(shuō)法正確的是（）A．電能表是測(cè)量電功率的儀表 B．這段時(shí)間內(nèi)電冰箱消耗的電能為318.6kW?h C．這段時(shí)間內(nèi)電能表的指示燈閃了8次 D．電冰箱的壓縮機(jī)的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象【解答】解：A、電能表是測(cè)量用電器消耗電能多少的儀表，故A錯(cuò)誤；B、電冰箱正常工作3min消耗的電能W＝Pt＝0.1kW×h＝0.005kW?h，故B錯(cuò)誤；C、“1600imp/kW?h”表示用電器每消耗1kW?h的電能，電能表的指示燈閃爍1600次；這段時(shí)間內(nèi)電能表指示燈閃爍次數(shù)：n＝1600imp/kW?h×0.005kW?h＝8imp（次）；故C正確；D、電冰箱的壓縮機(jī)，是電動(dòng)機(jī)，其工作原理是通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。故選：C。二．填空題（共3小題）7．某同學(xué)家的電能表本月末抄表時(shí)的示數(shù)如圖所示，若本月應(yīng)交電費(fèi)45元，且電價(jià)為0.5元/度，則上次抄表時(shí)電能表的示數(shù)為841.6kW?h。若只接入某用電器工作一段時(shí)間，電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)25r，則在這段時(shí)間內(nèi)該用電器消耗了0.01kW?h的電能?！窘獯稹拷猓海?）本月應(yīng)交電費(fèi)45元，且電價(jià)為0.5元/度，則本月消耗的電能：W＝＝90度＝90kW?h，電能表本月末抄表時(shí)的示數(shù)：W2＝931.6kW?h，上次抄表時(shí)的示數(shù)：W1＝W2﹣W＝931.6kW?h﹣90kW?h＝841.6kW?h；（2）“2500r/（kW?h）”表示電路中每消耗1kW?h的電能，電能表的表盤(pán)轉(zhuǎn)2500轉(zhuǎn)，則電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)25r時(shí)該用電器消耗的電能：W′＝＝0.01kW?h。故答案為：841.6；0.01。8．小強(qiáng)關(guān)閉家中其他用電器，只用一個(gè)電水壺?zé)?，使質(zhì)量為1kg、初溫為20℃的水被燒開(kāi)（1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下），用時(shí)5min，如圖所示的電能表剛好轉(zhuǎn)過(guò)300r。則水吸收的熱量是3.36×105J，電水壺的實(shí)際電功率為1200W。[水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃）]【解答】解：（1）1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)是100℃，則水吸收的熱量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg?℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J；（2）電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)300轉(zhuǎn)消耗的電能：W＝＝0.1kW?h，所用時(shí)間t＝5min＝h，該電熱水壺的實(shí)際功率：P實(shí)＝＝＝1.2kW＝1200W。故答案為：3.36×105；1200。9．小明家的電飯鍋額定電壓為220V，“煮飯”時(shí)額定功率為880W，簡(jiǎn)化電路如圖所示，S1為溫控開(kāi)關(guān)，發(fā)熱電阻R1與R2的阻值不隨溫度變化，電阻R2在“保溫”狀態(tài)與“煮飯”狀態(tài)時(shí)的功率之比為1：16。正?！爸箫垺睍r(shí)，電流為4A，R1的阻值為165Ω，在保溫狀態(tài)下工作10min，電路消耗的電能為1.32×105J?！窘獯稹拷猓寒?dāng)S閉合，S1斷開(kāi)時(shí)，該電路為R1和R2的串聯(lián)電路，總電阻最大，由P＝可知，此時(shí)電功率最小，即為保溫?fù)?；?dāng)S和S1均閉合時(shí)，該電路為只有R2的簡(jiǎn)單電路，總電阻最小，由P＝可知，此時(shí)電功率最大，即為煮飯擋；（1）已知煮飯擋的額定功率為P1＝880W，則正?！爸箫垺睍r(shí)，電流為：I1＝＝＝4A；（2）電阻R2的阻值為：R2＝＝＝55Ω，已知保溫?fù)鮎2的功率和煮飯擋R2的功率之比為1：16，即＝，則保溫?fù)鮎2的功率為：P2＝＝＝55W，由P＝可知保溫?fù)鮎2兩端的電壓為：U2＝＝＝55V，通過(guò)R2的電流為：I2＝＝＝1A，即保溫?fù)蹼娐分械碾娏鳛镮＝I2＝1A，由串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知R1兩端的電壓為：U1＝U﹣U2＝220V﹣55V＝165V，則R1的阻值為：R1＝＝＝165Ω；（3）在保溫狀態(tài)下電路消耗的電能為：W＝IUt＝1A×220V×10×60s＝1.32×105J。故答案為：4；165；1.32×105。三．計(jì)算題（共6小題）10．如圖所示的電路中，電源電壓恒為3V，電阻R1的阻值為5Ω，閉合開(kāi)關(guān)S，電流表示數(shù)為0.5A．求：（1）電阻R2的阻值；（2）干路中的總電流I；（3）通電10s的時(shí)間內(nèi)，電流通過(guò)電阻R2做的功W2?！窘獯稹拷猓河蓤D知，閉合開(kāi)關(guān)，兩定值電阻并聯(lián)，電流表測(cè)量R2支路電流。（1）由I＝可得，電阻R2的阻值為：R2＝＝＝6Ω；（2）通過(guò)電阻R1中的電流為：I1＝＝＝0.6A，因并聯(lián)電路干路中的電流等于各支路電流之和，所以，干路中的總電流：I＝I1+I2＝0.6A+0.5A＝1.1A；（3）通電10s的時(shí)間內(nèi)，電流通過(guò)電阻R2做的功為：W2＝UI2t＝3V×0.5A×10s＝15J。答：（1）電阻R2的阻值為6Ω；（2）干路中的總電流為1.1A；（3）通電10s的時(shí)間內(nèi)，電流通過(guò)電阻R2做的功為15J。11．如圖所示，電源電壓為9V，燈泡標(biāo)有“6V3W”字樣，閉合開(kāi)關(guān)后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使燈泡正常發(fā)光。求此時(shí)：（1）電流表的示數(shù)；（2）滑動(dòng)變阻器1min消耗的電能?！窘獯稹拷猓海?）由P＝UI得小燈泡正常工作時(shí)的電流為，因?yàn)樾襞菖c滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，串聯(lián)電路電流處處相等，電流表測(cè)量電路中電流，所以電流表的示數(shù)為0.5A；（2）滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為UR＝U'﹣U＝9V﹣6V＝3V，滑動(dòng)變阻器1min消耗的電能為：W＝URIt＝3V×0.5A×60s＝90J。答：（1）電流表的示數(shù)為0.5A；（2）滑動(dòng)變阻器1min消耗的電能為90J。12．如圖所示，電源兩端電壓保持不變，電阻R2阻值為20Ω。閉合開(kāi)關(guān)S后，電流表A1的示數(shù)為0.5A，電流表A2的示數(shù)為0.3A。求：（1）通電10s電阻R2消耗的電能；（2）電阻R1的阻值。【解答】解：由電路圖可知，閉合開(kāi)關(guān)S后，R1與R2并聯(lián)，電流表A1測(cè)干路電流，電流表A2測(cè)R2支路的電流。（1）因并聯(lián)電路中各支路電壓相等，所以，由I＝可得，電源的電壓：U＝I2R2＝0.3A×20Ω＝6V，則通電10s電阻R2消耗的電能：W2＝UI2t＝6V×0.3A×10s＝18J；（2）因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，所以，通過(guò)R1支路的電流：I1＝I﹣I2＝0.5A﹣0.3A＝0.2A，則電阻R1的阻值：R1＝＝＝30Ω。答：（1）通電10s電阻R2消耗的電能為18J；（2）電阻R1的阻值為30Ω。13．如圖所示電路，電源電壓為6V，R1＝30Ω，R2＝20Ω，求：（1）開(kāi)關(guān)S、S1閉合，S2斷開(kāi)時(shí)，電流表的示數(shù)；（2）再閉合開(kāi)關(guān)S2，R2在1min內(nèi)消耗的電能?！窘獯稹拷猓海?）開(kāi)關(guān)S、S1閉合，S2斷開(kāi)時(shí)，只有電阻R1接入，則電流表的示數(shù)為I＝（2）再閉合開(kāi)關(guān)S2，R2的電功率為P＝R2在1min內(nèi)消耗的電能W＝Pt＝1.8W×60s＝108J答：（1）電流表的示數(shù)為0.2A；（2）R2在1min內(nèi)消耗的電能108J。14．小燈泡的I﹣U圖像如圖甲所示，將它與定值電阻