第十八章 电功率 整合拔尖 2025-2026学年人教版物理九年级上学期

第十八章整合拔尖 第十八章　电 功 率 01 知识体系构建 02 高频考点突破 03 综合素能提升 目 录 返回目录 考点一 电功公式的应用 典例1　新情境·现代科技 （2024·武汉期末）2024年4月9日，湖北省300MW级压缩空气储能电站并网发电。压缩空气储能电站是在用电低谷时，利用多余的电能带动压缩机将空气压缩到储气罐（或盐穴）等密封容器中；在用电高峰时再释放压缩空气，压缩空气通过膨胀机使叶轮转动，带动发电机对外发电，从而提升电网调节能力。其单个储能周期可储存150万度电，年发电量达5亿度，是个超级“绿色充电宝”。 返回目录 （1） 超级“绿色充电宝”在用电低谷时将多余的 　电　能转化为空气的 　内能　（填“化学能”“机械能”或“内能”）储存到盐穴中，在用电高峰时再释放压缩空气发电。 （2） 市场上有款充电宝，铭牌上标有“3.8V　20000mA·h”的字样，超级“绿色充电宝”在单个储能周期储存的电能相当于 　1974　万个该款充电宝充满电时储存的电能（结果保留整数）。 电　 内能　 1974　 返回目录 [跟踪训练] 1. 图像法 （2024·南阳二模）如图甲所示的电路中，电源电压不变，R1的阻值不变，滑动变阻器R2的规格是“100Ω　1A”。闭合开关，在保证电路元件安全的前提下，最大范围内移动滑片，绘制了通过变阻器的电流与变阻器阻值关系的图像，如图乙所示。下列说法中，正确的是（　B　） B A. 电源电压为6V B. R1的电阻为20Ω C. 当滑片P移到中点时，通过R2的电流为0.2A D. 整个电路电功率最小时，10s内滑动变阻器消耗的电能为12J 返回目录 考点二 额定功率与实际功率 典例2　（2023·海南）如图甲所示的电路中，电源电压不变，灯泡L标有“6V　0.3A”字样，滑动变阻器R标有“20Ω　2A”字样，电路工作时不考虑灯丝电阻变化，并保证电路安全。只闭合开关S时，电路的最小总功率为 P1，开关S、 S1、 S2均闭合时的最小总功率为P2，两种情况下，移动滑片，得到电流表示数I随滑动变阻器阻值R变化的关系如图乙所示，则电源电压为 　6　V，P1∶P2＝ 　1∶4　。 6　 1∶4　 返回目录 　 　　判断图乙中两根图线对应的状态是基础，列出两种状态下，功率的表达式是关键。 返回目录 [跟踪训练] 2. （2024·肇庆段考）一只电热水壶的铭牌上标着“220V　1100W”的字样，电热水壶正常工作时，通过电热水壶的电流为 　5　A；假如电路中的电压降到210V，电热水壶的实际电功率 　小于　（填“大于”“小于”或“等于”）1100W；电热水壶工作时，导线几乎不热，通过导线的电流 　等于　（填“大于”“小于”或“等于”）通过电热水壶的电阻丝的电流。（电热水壶电阻丝的电阻不变） 5　 小于　 等于　 返回目录 考点三 焦耳定律的计算及其应用 典例3　（2023·泰安）如图所示的电路中，电源电压U恒定，灯泡L上标有“2.5V　1.25W”字样（忽略温度对灯丝电阻的影响），定值电阻R1的阻值为15Ω，滑动变阻器R2的规格为“20Ω　1A”，电流表量程为0～0.6A，电压表量程为0～3V。闭合开关S，断开开关S1、S2，在确保电路各元件安全的情况下，滑动变阻器接入电路的最小阻值为R2'，当滑动变阻器滑片移至中点时，电流表示数为0.3A；闭合开关S、S1、S2，在确保电路各元件安全的情况下，滑动变阻器在电路中消耗的最大功率为P，定值电阻R1在10s内产生的热量为Q。下列说法中，正确的是（　C　） C ① U＝6V　② R2'＝4Ω　③ P＝1.35W　④ Q＝27J A. ①④ B. ①③ C. ②③ D. ②③④ 返回目录 [跟踪训练] 3. （2023·南通）如图所示，灯泡L标有“6V　3W”的字样，定值电阻R为10Ω，滑动变阻器R1的最大阻值为20Ω。闭合开关S，将开关S1拨至2，滑片P移至a端，灯泡正常发光。 （1） 求灯泡正常发光时通过它的电流。 解：（1） 由P＝UI可得，灯泡正常发光时通过它的电流I额＝＝＝0.5A 返回目录 （2） 滑片P移至b端，开关S1拨至1，求定值电阻R工作10min产生的热量。 解：（2） 闭合开关S，将开关S1拨至2，滑片P移至a端时，定值电阻R被短路，滑动变阻器接入电路的电阻为零，电路中只有灯泡L工作，由灯泡正常发光可知，电源电压U＝U额＝6V，滑片P移至b端，开关S1拨至1，滑动变阻器接入电路的阻值为最大阻值，灯泡L被短路，电阻R与滑动变阻器R1串联，根据Q＝I2Rt可得，定值电阻R工作10min产生的热量Q＝I2Rt＝Rt＝×10Ω×10×60s＝240J 返回目录 （3） 接着将开关S1拨回2，电流表示数为0.24A，求此时灯泡的功率。 解：（3） 接着将开关S1拨回2，灯泡L与滑动变阻器R1串联，电流表测量电路中的电流，由U＝IR可得，滑动变阻器两端的电压U1＝I实R1＝0.24A×20Ω＝4.8V，由串联电路的电压特点可知，灯泡L两端的实际电压U实＝U－U1＝6V－4.8V＝1.2V，此时灯泡的功率P实＝U实I实＝1.2V×0.24A＝0.288W 返回目录 考点四 电功率的综合计算 典例4　（2023·潍坊）恒温箱广泛应用于医疗、科研、化工等行业部门，如图所示为某恒温箱的工作原理。S为电源开关，通过控制温控开关S1可实现“保温”“加热”两个挡位间的切换。电源电压为220V，R1、R2是电热丝，R1＝440Ω，“加热”时恒温箱的电功率P加热＝550W。将恒温箱两气孔封闭，闭合开关S，S1置于“加热”挡位，箱内温度从20℃升至设定的恒温温度，用时130s，该段时间内的加热效率η＝80％。恒温箱的容积V＝2m3，箱内空气密度ρ＝1.3kg/m3，箱内空气的比热容c取1.0×103J/（kg·℃）。求： 返回目录 （1） “保温”时恒温箱的电功率。 解：（1） 由图可知，当闭合开关S，温控开关S1置于右边两个触点时，R1和R2并联，根据并联电路的电阻特点可知，此时电路中的总电阻最小，由P＝可知，电路中的总功率最大，恒温箱处于“加热”挡，当闭合开关S，温控开关S1置于左边触点时，只有R1工作，电路中的总电阻最大，总功率最小，恒温箱处于“保温”挡，“保温”时恒温箱的电功率P保＝＝＝110W 返回目录 （2） 电热丝R2的阻值。 解：（2） 由于并联电路中各用电器的电功率之和等于电路的总功率，则“加热”挡工作时R2的电功率P2＝P加－P保＝550W－110W＝440W，由P＝可知，R2的阻值R2＝＝＝110Ω 返回目录 （3） 恒温箱的恒温温度。 解：（3） 由P＝可知，恒温箱消耗的电能W＝P加t＝550W×130s＝71500J，由η＝×100％可知，恒温箱内气体吸收的热量Q吸＝ηW＝80％×71500J＝57200J，由ρ＝可知，恒温箱内气体的质量m＝ρV＝1.3kg/m3×2m3＝2.6kg，由Q吸＝cm（t1－t0）可知，恒温箱的恒温温度t1＝＋t0＝＋20℃＝42℃ 返回目录 [跟踪训练] 4. （2023·十堰）小明家电饭锅的额定电压为220V，简化电路如图所示。发热电阻R1、R2的阻值不随温度变化，通过控制开关S1、S2、S3的通断（S1、S2不会同时闭合），可实现煮饭、煲汤、保温三个挡位的调节，只闭合S3时电饭锅处于煲汤挡，额定功率为440W。 （1） 电饭锅在煲汤挡正常工作时，求电路中的电流。 解：（1） 电饭锅在煲汤挡正常工作时，电路中的电流I1＝＝＝2A 返回目录 （2） 若电阻R1在保温挡和煮饭挡时，消耗的功率之比是1∶9，则电阻R1的阻值是多少？ 解：（2） 闭合S3时电饭锅处于煲汤挡，电路为R2的简单电路，R2的阻值R2＝＝＝110Ω，当只闭合开关S2，两个电阻串联，电路的总电阻最大，由P＝可知，电路的总功率最小，电饭锅处于保温挡；只闭合开关S1和S3，两个电阻并联，电路的总电阻最小，由P＝可知，电路的总功率最大，电饭锅处于煮饭挡； 返回目录 电阻R1在保温挡和煮饭挡时，消耗的功率之比是1∶9，即＝，设电阻R1在保温挡时两端的电压为U1，而电阻R1在煮饭挡时两端的电压等于电源电压U，所以根据P＝可得，＝＝＝，由串联电路的电压规律可得，保温挡时R1、R2分得的电压之比＝＝＝，由串联电路的电压规律可得，R1、R2的阻值之比＝＝，所以电阻R1的阻值R1＝R2＝×110Ω＝55Ω 返回目录 1. 如图所示，R为定值电阻，电源电压保持不变。闭合开关S后，电路中元件均正常工作，将滑动变阻器的滑片P向左移动，下列说法中，正确的是（不计温度对电阻的影响）（　D　） A. 电流表的示数变小 B. 电压表的示数变小 C. 电路消耗的总功率变小 D. 电压表与电流表的示数之比不变 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 2. （2024·青岛）如图所示的电路中，开关S闭合，灯泡L1和L2均发光。若它们的阻值不同，忽略温度对电阻的影响，下列说法中，不正确的是（　D　） A. 通过A、B两点的电流不相等 B. L1和L2两端的电压相等 C. L1和L2的实际功率不相等 D. 若L1断路，则L2不会发光 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 3. （2024·济南）如图所示为“220V　15W”的LED灯和“220V　15W”的白炽灯正常工作时将电能转化为内能和光能的占比图。当两灯均正常工作时，下列说法中，正确的是（　D　） D A. 灯两端的实际电压：LED灯低于白炽灯 B. 相同时间内产生的内能：LED灯多于白炽灯 C. 相同时间内消耗的电能：LED灯少于白炽灯 D. 电能转化为光能的效率：LED灯高于白炽灯 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 4. 如图所示，电源电压为4.5V，电压表的量程为0～3V，电流表的量程为0～0.6A，滑动变阻器的规格为“10Ω　1A”，小灯泡L标有“2.5V　1.25W”字样（灯丝电阻不变），在保证通过小灯泡L的电流不超过其额定电流的情况下，移动滑动变阻器的滑片，下列说法中，正确的是（　C　） A. 小灯泡的额定电流是0.6A B. 电压表的示数变化范围是0～3V C. 电流表的示数变化范围是0.3～0.5A D. 滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是5～10Ω C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 5. （2024·潍坊）（多选题）如图甲所示的电路，电流表量程为0～0.6A，小灯泡L标有“4V　2W”字样。闭合开关S1、S2，在确保电路安全的情况下，调整滑动变阻器滑片P位置，记录多组电压表示数U与相应的电流表示数I，并作出如图乙所示的图像。下列分析中，正确的是（　BC　） BC A. 电源电压为10V B. 电阻R能达到的最大功率为3.6W C. 滑动变阻器允许接入电路的最小阻值为10Ω D. 断开S2，小灯泡正常发光时，滑动变阻器的功率为2.5W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 6. 如图甲所示为九年级的同学们在参加“物理科技创新大赛”时设计的空气质量监测仪的原理图。电源电压恒为3V，R0为10Ω的定值电阻，R为可以感知空气污染指数的可变电阻，其阻值随空气污染指数变化的情况如图乙所示。电压表的示数越大，表示空气污染指数 　越大　（填“越大”或“越小”）；若比赛当天的空气污染指数为100，则电压表的示数为 　0.75　V。 越大　 0.75　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 7. （2024·威海）如图所示，电源电压恒定，电流表的量程为“0～3A”，R0＝15Ω。只闭合开关S，滑动变阻器R（40Ω　1A）的滑片P处于中点时，小灯泡L（3V　1.8W）正常发光，则电源电压为 　15　V。当开关全部闭合时，在保证电路安全的前提下，该电路消耗的最大功率为 　30　W（不考虑灯丝电阻的变化）。 15　 30　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 8. 控制变量法 （2024·潍坊期末）如图所示为探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，透明容器中密封着初温和质量相等的空气。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 （1） 如图甲所示的装置可探究电流通过导体产生的热量与 　电阻　之间的关系，通电一段时间后， 　右　（填“左”或“右”）侧U形管中液面的高度差更大。 （2） 如图乙所示的装置可探究电流通过导体产生的热量与 　电流　之间的关系；电阻丝R3的主要作用是使电阻丝R1和R2中的电流 　不相等　（填“相等”或“不相等”）。 电阻　 右　 电流　 不相等　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 （3） 图乙中，若通电一段时间后发现左侧U形管的液面高度差逐渐变大，但右侧U形管液面高度差不变，经检查，是由电路故障引起的。则可能的原因是 　BD　。 A. R1电阻丝短路 B. R2电阻丝断路 C. R3电阻丝断路 D. R3电阻丝短路 BD　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 9. 跨学科实践·工程实践 （2024·烟台）为了方便学生就餐，某学校餐厅使用了一款智慧餐盘，该系统可以自动识别餐盘中食品的种类和质量，并在显示屏上显示出价钱，通过人脸识别系统自动扣费。某实践小组在了解智慧餐盘的工作原理后，利用电压恒为24V的电源、量程为0～15V的电压表、定值电阻、滑动变阻器R（最大阻值为100Ω）等器材设计了一款自动称量装置，使用时，物体的质量可以从标注质量后的电压表表盘上直接读出。当餐盘不放物体时，滑片P恰好位于滑动变阻器的a端，如图甲所示。闭合开关S，滑片P从滑动变阻器的a端移动到b端的过程中，电压表的示数由0逐渐增大到15V，此过程的最大称量质量为2kg。实践探究过程中同学们还发现，滑片下移的距离与餐盘中所放物体的质量成正比，滑动变阻器a端与滑片P所在位置之间的阻值和a、P之间的距离成正比。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 （1） 定值电阻R0在电路中的作用是什么？阻值为多少？ 解：（1） 定值电阻R0在电路中的作用是与R串联分压，才能使电压表的示数随滑片位置而改变；滑片在b端时的电流I＝＝＝0.15A；R0两端电压U0＝U－UR＝24V－15V＝9V；R0的阻值R0＝＝＝60Ω 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 （2） 整个电路消耗的电功率的变化范围是多少？ 解：（2） 滑片在b端（总电阻最大），电路的电功率Pb＝UI＝24V×0.15A＝3.6W；滑片在a端（总电阻最小），电路的电功率Pa＝＝＝9.6W；整个电路消耗的电功率的变化范围是3.6～9.6W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 （3） 当滑片P位于滑动变阻器的中点时，电压表的示数为多少（结果保留一位小数）？此时对应的物体质量为多少？ 解：（3） 当滑片P位于滑动变阻器的中点时，变阻器的阻值R'＝×100Ω＝50Ω，此时电路总电阻R总＝R0＋R'＝60Ω＋50Ω＝110Ω，在串联电路中，＝，此时电压表示数UR＝＝≈10.9V，滑片下移的距离与餐盘中所放物体的质量成正比，滑片P从滑动变阻器的a端移动到b端，最大称量质量为2kg，所以，滑片移到中点时对应的物体质量为1kg 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 （4） 实践小组在对电压表表盘进行质量标注的过程中发现，表盘上原刻度的每一小格对应的质量值是不同的，即质量刻度不均匀，如图乙所示。请设计一个可以实现质量刻度均匀的电路，在图丙虚线框内画出，并从节能的角度对甲、丙两个电路作出评价。 解：（4） 如图所示　与图甲相比，该电路电流最小且保持不变，比图甲电路更节能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 10. 跨学科实践·社会发展 阅读材料，回答下列问题。 智慧教室互动黑板 智慧教室互动黑板采用电容触控技术将传统的手写黑板和多媒体应用相结合。这种黑板既可以像普通黑板一样用粉笔正常书写，也可以像平板一样，用手触控观看视频、图片、动画等各种丰富的多媒体应用。该黑板采用电容触控技术，触摸屏通过传感器感知物体在屏上的运动。目前触摸屏大多采用电容式触摸屏，其电容结构通常由两片相距很近的导电极板组成。电容式触摸屏是一块多层复合玻璃，在夹层中涂有导电且透明的薄膜材料。当手指触碰到触摸屏时，手指和导电薄膜形成电容，人体上的电荷传递到触摸屏上。通过触摸屏周边分布的电极检测电荷分布的空间变化，就可以计算触摸点的位置，进而感知手指在屏上的运动轨迹。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 （1） 电容式触摸屏夹层中的薄膜材料是 　导体　（填“导体”或“绝缘体”）。通过触摸屏周边分布的电极检测 　电荷分布的空间　变化，可感知手指的运动轨迹。 导体　 电荷分布的空间　 （2） 智慧教室互动黑板在播放视频时的电功率为1000W，黑屏模式的电功率为100W。若一节课上老师播放视频10min，其余的30min该黑板都处于黑屏的状态，则该黑板在40min内消耗的总电能是 　7.8×105　J。 （3） 黑屏模式时，智慧教室互动黑板的电源线不怎么热，但在播放视频时，电源线明显发热，这是因为 　电源线中电流变大，产生了更多热　。为了用电安全，应该对电源线做的改进是 　更换横截面积更大的导线　。 7.8×105　 电源线中电流变大，产生了更多热量 更换横截面积更大的导线 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 返回目录 $$