初中应用物理知识竞赛辅导讲座8电功率.doc

初中应用物理知识竞赛辅导讲座8
电功率
编辑人：袁几
【知识要点解读】
1.电功率
电功率P=UI，用电器的额定功率等于额定电压与额定电流的乘积，用电器的实际功率等于实际电压与通过的实际电流的乘积。
2. 焦耳定律
电流具有热效应，电流通过电阻时要产生焦耳热，由焦耳定律可得，产生的热量Q=I2Rt。
3．电能的计算
若用电器以恒定功率P工作，则t时间消耗电能为W=Pt。
【经典竞赛题分析】
例1（2008河南初中物理竞赛题）灯L1标有“8V、16W”的字样，灯L2标有“12V、36W”的字样，两灯串联后接在电压为U的电路中，要保证两灯不损坏，电压U的最大值为( )
A．8V B．12V C．1 6V D．20V
例2（2011上海第25界初中物理竞赛）在如图所示的电路中，电源电压保持不变。闭合电键S，当滑片P置于滑动变阻器的中点时，电压表的示数为4伏；当滑片置于滑动变阻器的b端时，电压表的示数变化了2伏，此后15秒内定值电阻R1产生的热量为60焦。下列结果正确的是 （ ）
A．电源电压为10伏
B．R1的阻值为18欧
C．滑动变阻器R的最大阻值为9欧
D．R1先后两次消耗的电功率之比4:3
解析：设电源电压为U，滑动变阻器R的最大阻值为R，闭合电键S，当滑片P置于滑动变阻器的中点时，电路总电阻为R1+R/2，电流I=U/( R1+R/2)，电压表的示数为IR/2=4伏；当滑片置于滑动变阻器的b端时，电路总电阻为R1+R，电流I’=U/(R1+R)，电压表的示数增大2伏，为I’R=6伏；此后15秒内定值电阻R1产生的热量为I’ 2R1t=60焦。联立解得R1=R，U=12V，定值电阻R1两端电压为12V-6V=6V，根据15秒内定值电阻R1产生的热量为60焦可得R1的阻值为9欧，滑动变阻器R的最大阻值为9欧，选项AB错误C正确；I/I’=4/3，R1先后两次消耗的电功率之比16:9，选项D错误。[来源:学科网ZXXK]
【答案】C
（1）这个电热器可有几个不同加热挡位?并指出每个加热档位旋转开关的箭头指向的位置；
（2）将此电热器接人家庭电路中，电热器在正常工作时每个挡位的功率各是多大。[来源:学*科*网]
解析：（1）有五个档位：A档：当旋纽上的箭头指向图中位置A或F时；B档：当旋纽上的箭头指向图中位置B或G时；C档：当旋纽上的箭头指向图中位置C或H时；D档：当旋纽上的箭头指向图中位置D或I时；E档：当旋纽上的箭头指向图中位置E或J时。
【名师点评】解答此题要注意题述“绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接”。对于纯电阻用电器，一般是先计算出各档位的等效电阻，然后利用P=U2/R计算功率；对于含电动机的用电器，用P=UI计算功率。电动机正常转动时，电动机输入功率UI=P +I2R，电动机输入功率等于电动机输出功率与内阻发热功率之和。
例4．（2011全国初中应用物理知识竞赛初赛）家用电熨斗为了适应不同衣料的熨烫需要，设计了调整温度的多档开关。使用时，转动旋钮即可使电熨斗达到需要的低温、中温或高温。图（甲）是电熨斗的电路图，图中电热丝R1=96.8Ω，R2=48.4Ω。旋转开关可以改变1、2、3、4四个接点的连接情况，如图（乙）中的A、B、C所示
可知，电源电压不变时，总电阻最大，总功率最小。
（2）当开关旋转处于B状态时，电路中只有R2工作，电熨斗处于中档位工作，此时电路中的电功率P=U2/R2=(220V)2/48.4Ω=1000W。
(3) 当开关S1置于a端、S2闭合时, R1和R2并联，此时电熨斗在高档位工作，工作6min，电熨斗消耗的电能为
J。
【名师点评】根据题述条件可计算出电熨斗三个档位的额定功率分别为500W、100W、1500W。
【竞赛实战训练】
一．选择题
1.（2010上海初中物理竞赛题）如图24-13所示，额定电压为110伏的A、B两盏电灯，额定功率分别为100瓦和25瓦。把它们接到220伏的电路上，欲使它们都能正常发光且电路消耗的电能最少，正确的电路是
2.（2011上海第25界初中物理竞赛）甲、乙两灯为钨丝白炽灯，将它们并联在照明电路里都能正常发光，且甲灯比乙灯亮，那么
A．甲灯的额定功率一定比乙灯大
B．甲灯消耗的电能一定比乙灯多
C．甲灯的电阻比乙灯大.
D．甲灯两端的电压比乙灯两端的电压大
2.【答案】：.A
【解析】：根据两灯并联在照明电路里都能正常发光，且甲灯比乙灯亮，说明甲灯的额定功率一定比乙灯大，两灯电压相同，甲灯的电阻比乙灯小，选项A正确CD错误。灯消耗的电能与时间相关，选项B错误。
3.（2010上海初中物理竞赛题）将某灯泡接到电压不变的电源两端，灯泡的电功率为40瓦。如果将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电阻的电功率为3.6瓦，不考虑灯泡的电阻随温度而发生变化，且灯泡的电阻小于R，则此时灯泡的电功率为 ( )
A．14.4瓦。 B．32.4瓦。 C．0.4瓦。 D．0.9瓦。
4. （2010上海初中物理竞赛题）将某灯泡接到电压不变的电源两端，灯泡的电功率为40瓦。如果将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电阻的电功率为3.6瓦，不考虑灯泡的电阻随温度而发生变化，且灯泡的电阻小于R，则此时灯泡的电功率为 ( )
A．14.4瓦。 B．32.4瓦。 C．0.4瓦。 D．0.9瓦。
5.答案：B解析：灯泡电阻RD=U2/P=9Ω，额定电流I=P/U=4/6=2/3A.。要使灯泡两端电压不超过额定电压6V，并联部分电压不小于2V，电阻不小于3Ω。。当滑动片左移动时电阻减小，由R2R1/(R2+R1)=3解得R1=3.4Ω。当滑动片右移动时电阻增大，移动到b点时电阻最大。设滑动变阻器R1的总电阻为R，若滑动变阻器R1的滑动片P在离b端1/4处时，变阻器R1有电流部分的阻值为3R/4，小灯泡的实际功率为1W，说明小灯泡的实际电压为3V，实际电流为1/3A，并联部分电压为5V，并联部分电阻为5V÷1/3A=15Ω。由)=15解得R=40Ω。所以变阻器R1的阻值（有电流部分）的变化范围是3.4Ω~40Ω。
6.. （2010上海初中物理竞赛题）如图24-13所示，额定电压为110伏的A、B两盏电灯，额定功率分别为100瓦和25瓦。把它们接到220伏的电路上，欲使它们都能正常发光且电路消耗的电能最少，正确的电路是
7.答案：C解析：设电源电压为U，灯泡电阻R0，将某灯泡接到电压不变的电源两端，有=40W；
将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电路电流I=；电阻的电功率I2R=3.6W；灯泡的电功率为P=I2R0.联立解得P=0.4W，选项C正确。
二．填空题
解析：设电动机内阻为R，电源电压为U，用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后U=I1R；电动机正常转动时，UI2=P +I22R；由上述二式解得P=0.84R.。该玩具电动机正常转动时的效率为η=P / (P + I22R)×100%=70%。

  　 （1）图中P、Q两个接头中，_______与零线相连；正常情况下，零线和地线之间的电压为_______V.
　 （2）为安全起见，需在电路中安装一总开关，该开关最好应安装在图中A、B、C、D、E中的_________点处.
（3）如果 R1＝R2＝48.4 Ω，则电热器在旋钮开关旋到位置T时的电功率为 _________W；当旋钮开关旋到位置M时，通电1 min产生的热量是_________J.
3．（2006全国初中应用物理知识竞赛河南预赛）自从爱迪生1879年发明电灯以来，在一百多年中经过人们的不断改进，如今白炽灯己成为我们生活中最常用的照明工具。根据你对白炽灯的了解，请提出一个与电功率知识有关的实际问题，并根据你所学过的物理知识做出简要回答。例如：断丝的灯泡再“搭上”为什么会比以前更亮？简答：“搭上”灯丝后，灯丝变短，电阻变小，在电压一定时，由P=U2/R可知电灯的实际功率增大，所以灯泡比原来更亮。
问题：_____________________________________________________________。
简答：_____________________________________________________________。

三．综合运用题[来源:学§科§网]
1.（2009全国初中应用物理知识竞赛复赛题）小兰家的全自动家用豆浆机的部分技术数据如下表所示。
额定电压
220V
电机功率
180W
额定频率
50Hz
加热功率
800W
加干豆量
75g
加 水 量
1200mL
制作豆浆的程序大致如下：(水温为20℃)
工作程序
加热→
打浆→
煮浆→
防溢延煮→
断电报警

工作时间与状态

电热器开始加热，8min后，水温达到打浆设定温度。
电机带动刀片高速打浆，打浆共4次，每次打15s，间隔15s。
电热器继续加热，直至豆浆第一次沸腾，耗时2min。
电热器间断加热，(每加热l min，停20s)使豆浆反复煮沸，充分煮熟。共6min40s结束。
机器发出声光报警，提示豆浆已做好

小兰在用该豆浆机制作豆浆之前关闭了她家所有的用电器开关，然后在豆浆机开始制作豆浆的同时，开始记录她家电能表(如图3所示)的转盘转过的圈数，当豆浆机发出声光报警时为止，数得电能表的转盘转过了74圈。请回答：
（1）．煮好一锅这样的豆浆需要消耗多少电能?[来源:学科网]
（2）．根据第1问的计算结果，计算制作一锅这样豆浆的过程中她家电能表的转盘应转过多少圈?
（3）．第（2）问中计算的结果与小兰实际记录的圈数相符吗?如不相符，请说出你对产生这一偏差的猜想。
2.（2011全国初中应用物理知识竞赛河南预赛）节能是这个时代的主旋律。小强要测量一盏节能灯的额定功率，他利用如图甲所示的照明电路，将标有“220V60W”的白炽灯L1和标有“220V4W-40W”的节能灯L2正确接入电路中，当开关S1和S2都闭合时，两盏灯都正常发光，且在2000s内，标有1800r/kWh的电能表转了71转。试问：

（1） 节能灯的发光功率是多少？
（2） 当开关S1和S2都断开时，小明将图乙所示的电路插入照明电路的插座内。超导限流器是一种短路故障电流限制装置，它的电阻R随电流I变化关系如图丙所示，L为用电器。为使用电器短路后电路仍能保持稳定状态，超导电阻R应满足什么条件？
（3） 在R满足一定条件时，有人把超导限流器称为“不断电保险丝”，请你说明理由。
2. 解：（1）电能表转了71转消耗电能E=（71÷1800）kWh=（71÷1800）×3600×103J，两盏灯的总发光功率为E/t=（71÷1800）×3600×103J÷2000s=71W。3.（2007第17届全国初中应用物理知识竞赛）表1中提供的是明湖中学使用的一台数学投影仪的有关数据，请根据其中的数据，通过计算回答：
1、这台投影仪的耗电总功率是多大？
2、如果投影仪的光源采用串联电阻降压的话，所有电阻的阻值应该多大？该电阻消耗的功率为多大？
3、这台投影仪的光源采用上述串联电阻降压的方法可行吗？为什么？ [来源:学。科。网]
4、如果上述方法不可行，请你提出一种可以使投影仪正常工作的方案。（要求定性说明即可）
表1
电源工作电压
220V
电源频率
50Hz
光源电压
24V
光源电流
10.0A
鼓风机电压
220V
鼓风机电流
0.1A

3、解：（1）．因为光源消耗的功率为：P光源=U光源I光源=24V×10A=240W。
鼓风机消耗的功率为：P风机=U风机I风机 =220V×0.1A=22W。
所以这台投影仪消耗的总功率为：P=P光源+ P风机=240W+22W =262W。
（2）．若光源采用串联电阻降压，这时所选用的电阴R应分担的电压为：
UR=U电源- U光源=220V-24V=196V。
通过所选用的电阻R的电流为：IR= I光源=10A。
所选用电阻的阻值应为：R= UR/IR=196V/10A=19.6Ω。
所选用电阻消耗的功率为：PR=I2RR=（10A）2×19.6Ω=1960W。
4.．（2008第18届全国初中应用物理知识竞赛）如图l 3是一个电热器的工作原理图，电热器内有两个阻值分别为R1=60Ω和R2=120Ω的电热丝；旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有0，1，2，—— 9共10个金属触点；可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接。如旋钮上的箭头指向图中位置D时，金属滑片将2、3触点接通，同时另一端将7、8触点接通。用这个旋转开关可以实现电热器有多挡位工作的要求。请回答：
（1）这个电热器可有几个不同加热挡位?并指出每个加热档位旋转开关的箭头指向的位置；
（2）将此电热器接人家庭电路中，电热器在正常工作时每个挡位的功率各是多大。
E档：空挡，接此档时功率为零。
5..（1998全国初中应用物理知识竞赛复赛）有两种灯泡，分别标有（110伏 60瓦）和（110伏25瓦），把它们接入家庭照明电路中。
（1）能不能各取一只串联使用？请说明原因。
（2）若把两种灯泡在同一电路中混合使用，并使它们都能正常发光，最少应各使用多少只，如何连接？（3）这时总电功率是多少？
。
故使用5只60瓦的灯并联后，再与12只并联的25瓦的灯串联即可。
（3）此时总功率为W=W1+W2=560瓦+1225瓦=600瓦。