内容正文:
专题08 欧姆定律、电功率、焦耳定律的理解及简单计算(复习讲义)
目 录
01 析·考情目标 1
02 筑·专题框架 2
03 攻·重难考点 2
真题动向 核心提炼 拓展提升
考点一
考点二
考点三 焦耳定律
04 测·预测闯关 23
命题透视
1.欧姆定律:侧重电路动态分析、欧姆定律的简单计算,多以选择、填空、计算题呈现,常结合广东本地生活场景(如家庭电路调节、电子设备供电)考查,难度适中,分值约2-4分。
2.电功率:聚焦电功率计算、额定功率与实际功率辨析、电能表读数,是中考核心考点,题型涵盖选择、填空、计算、实验探究,常结合新能源充电、家电能耗等情境命题,分值约2-4分。
3.焦耳定律:侧重电热计算与生活应用,多以选择、填空、实验题呈现,常结合电热器具(如电饭煲、电热水器)、电路安全等情境考查,分值约2-4分。
4.综合应用:三大定律综合题多结合广东本地科技、工程情境考查,分值占比约 10%-12%。
命题预测
1.情境化深化:聚焦广东本地科技、生活、工程等情境,强化知识与实际的联系。
2.计算与探究升级:突出多状态电路计算、动态电路分析、实验数据处理与误差分析,如伏安法测电功率的变式实验、焦耳定律的生活化探究。
3.跨学科融合:结合语文、数学、地理等学科,考查知识综合运用能力。
复习目标
1.熟练掌握欧姆定律、电功率、焦耳定律的核心公式与适用条件,构建系统知识体系。
2.突破多状态电路计算、动态电路分析等重难点,掌握规范解题方法与答题模板。
3.提升情境化试题分析与综合解题能力,适配广东中考命题风格。
4.强化科学计算与实验探究思维,培养严谨的逻辑推理能力。
考点一
1.(2025·四川广元·中考真题)【新情境+电路分析・结合灯与电阻考察串并联判断与电表示数分析】如图甲所示电路,闭合开关,电流表和电压表的示数如图乙和丙所示,下列分析正确的是( )
A.灯与电阻R串联 B.电路的总电阻大于电阻R的阻值
C.通过电阻R的电流是0.40A D.电源两端的电压为3.0V
【答案】C
【详解】A.由图甲可知,电流从电源正极流出后,分别经过灯和“电流表、电阻R”支路,然后汇合回到电源负极,所以灯与电阻R是并联,故A错误;
B.根据并联电路电阻特点,并联电路总电阻小于其中任何一个分电阻;电阻R是其中一个分电阻,所以电路的总电阻小于电阻R的阻值,故B错误;
C.电流表使用的是量程,分度值为0.02A,其示数为0.40A,因为电流表测电阻R支路的电流,所以通过电阻R的电流是0.40A,故C正确;
D.电压表使用的是量程,分度值为0.1V,其示数为1.5V。在并联电路中,各支路两端电压相等且等于电源电压,所以电源电压为1.5V,故D错误。
故选C。
2.(2024·山东菏泽·中考真题)【新情境+电路动态分析・结合开关通断考察电路连接与灯泡亮度变化】如图所示,电源电压恒定。下列说法正确的是( )
A.只闭合,电阻R与灯泡L并联
B.只闭合,电压表测量电阻R两端电压
C.先闭合,再闭合,灯泡L亮度变大
D.先闭合,再闭合,电流表示数变大
【答案】C
【详解】AB.只闭合,电路依次经过电阻R与灯泡L回到负极,电阻R与灯泡L串联,电压表并联在电源两端,测电源电压,故AB错误;
CD.先闭合,电阻R与灯泡L串联,电流表测电路电流,有示数,再闭合,电阻R与电流表被短路,则电流表无示数,所以电流表示数变小,总电阻变小,根据,电路中电流变大,则灯泡L亮度变大,故C正确,D错误。
故选C。
3.(2025·四川·中考真题)【新情境+并联电路・结合开关通断考察电源电压与电阻计算】如图所示,电阻,闭合、断开时,电流表的示数为0.4A;闭合和时,电流表的示数为0.5A。则电源两端的电压为___________V,电阻的阻值为___________。
【答案】 12 120
【详解】[1]闭合、断开时,电路为R1的简单电路,电流表的示数为0.4A,则通过R1的电流为0.4A,则电源电压
[2]闭合和时,两电阻并联,电流表测干路中的电流,由于R1两端的电压不变,流过R1的电流不变,仍为0.4A;电流表的示数为0.5A,则通过R2的电流
由并联电路中电压关系可知,电阻R2两端的电压为电源电压12V,则电阻的阻值
4.(2025·吉林·中考真题)【新情境+并联电路・结合电流表测量对象考察支路电流与电源电压计算】如图所示的电路中,电源电压恒定,R2的阻值为15Ω。闭合开关S,电流表A的示数为1.2A,电流表A1的示数为0.4A。求:
(1)电阻R2的电流
(2)电源电压。
【详解】(1)由电路图可知R1与R2并联,电流表A测干路电流,电流表A1测R1的电流,根据并联电路电流规律可得,电阻R2的电流为I2=I-I1=1.2A-0.4A=0.8A
(2)根据并联电路电压规律和欧姆定律可得,电源电压U=U2=I2R2=0.8A×15Ω=12V
知识1 欧姆定律
1、欧姆定律的内容:导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比;公式为。
2、欧姆定律的理解
(1)当导体的电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比;当导体两端的电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比。
(2)在使用公式及其导出式时,要注意同一段导体、同一时刻。
3、欧姆定律变形公式及简单计算
(1):电阻等于电压与电流的比值;电阻是导体本身的性质,与电压、电流无关。
(2)U=IR:电压等于电流与电阻的乘积;电压与电流、电阻无关。
4、利用欧姆定律解决的比例问题常用到的理论
(1)串联电路中电压与电阻成正比。
(2)并联电路中电流与电阻成反比。
知识2 欧姆定律在串、并联电路中的应用
1、电阻的串联
(1)电阻串联的实质是增加了导体的长度,因此串联电路的总电阻比任何一个分电阻都大。
(2)串联电路的总电阻等于各分电阻之和,公式:R=R1+R2。
(3)串联电路的任何一个分电阻增大,总电阻就随着增大。
(4)n个阻值相同的电阻串联,总电阻等于nR。
(5)在串联电路中电流处处相等,总电压等于各部分电路电压之和。
(6)串联电路中,电压与电阻成正比 。
2、电阻的并联
(1)电阻的并联实质是增大了导体的横截面积,所以并联电路的总电阻比任何一个分电阻都小。
(2)并联电路的总电阻的倒数等于各分电阻的倒数之和,公式:。
(3)并联电路中任何一个分电阻增大,总电阻也随之增大。
(4)n个阻值相同的电阻并联,总电阻等于。
1.【新情境+I-U图像・结合并联电路考察电流、电压与总电阻关系】如图所示是两电阻、的图像。将、并联后接入电路,根据图中信息分析可知,下列说法正确的是( )
A.通过的电流大于通过的电流 B.电路的总电阻分别小于、的阻值
C.电阻两端的电压大于两端的电压 D.当电源电压为4V时,干路电流为0.8A
【答案】B
【详解】AC.将、并联后接入电路,根据并联电压规律,、此时电压相等,由图像可知,、电压相等时,通过的电流小于通过的电流,故AC错误;
BD.由图像可知,电源电压为4V时,通过的电流为0.2A,通过的电流为0.4A,则阻值为
阻值为
根据并联电流规律,干路电流为
则电路的总电阻为
则将、并联接入电路后电路的总电阻分别小于、的阻值,故B正确,D错误。
故选B。
2.【新情境+I-U图像・结合串并联电路考察电阻比较与电流计算】如图甲是定值电阻A、B的I-U图像,则A的阻值__________(选填“大于”或“小于”)B的阻值。若将A、B按照图乙方式接入电路,电源电压为3V,闭合开关后,电流表的示数为__________A;若将A、B按照图丙方式接入电路,电源电压为6V,闭合开关后,电流表的示数为__________A。
【答案】 小于 0.2 1.8
【详解】[1][2][3]由图甲可知,A的阻值
B的阻值
因此A的阻值小于B的阻值。图乙中,两电阻串联,电流表示数为
图丙中,两电阻并联,电流表测干路电流,由并联电路电压特点可知
由并联电路电流特点可知电流表示数为
3.【新情境+水果筛选器・结合压敏电阻考察电路计算与重力范围判断】某物理兴趣小组同学设计了一种水果重量自动筛选器模拟电路,其结构原理如图甲所示。已知电源电压恒为9V,定值电阻R0=10Ω,电压表的测量范围为0~3V,电流表的测量范围为0~0.6A,压敏电阻R安装在压力检测点下方,R的阻值随压力大小的变化关系如图乙所示。一旦某电表指针超过最大刻度线,经过压力检测点的水果就会被分拣器推出传送带。
(1)求压力检测点上没有水果时,电压表的示数。
(2)求不被分拣器推出的水果的重力范围值。
【详解】(1)当压力检测点上没有水果时,压力。由图乙可知,当时,压敏电阻的阻值。由电路图可知,定值电阻和压敏电阻串联,则电路中的总电阻为
根据欧姆定律,则电路中的电流为
电压表测量两端的电压,因此其示数为
(2)根据题意,水果不被分拣器推出,则要求电路中的电流和电压均不超过电表的量程。随着水果重力G的增大,它对压力检测点的压力增大,压敏电阻R的阻值减小,电路中的总电阻减小,由欧姆定律可知,电路中的电流I增大,电压表示数也会增大。因此,我们需要计算出电表达到最大量程时对应的最大重力。已知电压表的测量范围为0~3V,电流表的测量范围为0~0.6A,当电压表示数达到最大值时,电路中的电流为
因为0.3A < 0.6A(电流表量程),所以电流表是安全的。电路中的最大电流由电压表量程决定,为0.3A。电压表示数为3V时,电路中的总电阻为
则压敏电阻的阻值为
由图乙可知,当压敏电阻的阻值为20Ω时,压敏电阻受到的压力,由于水果的重力等于对压敏电阻的压力,所以水果的最大重力
当压力检测点上没有水果时,压力,即水果的最小重力
综上所述,不被分拣器推出的水果的重力范围是0N ≤ G ≤ 3N。
1、:导体的电阻在数值上等于加在导体两端的电压与通过导体的电流的比值。因为电阻是导体本身的一种性质,它的大小由导体的材料、长度、横截面积和温度等因素决定,与导体两端电压和通过导体的电流无关,因此它既不与U成正比,也不与I成反比。
2、用电器串并联:用电器互相影响的,一般设计为串联电路;用电器互不影响的,一般设计为并联电路。
3、开关的串并联:两个或两个以上的开关同时闭合,用电器才能工作的,开关一般设计为串联;无论闭合哪一个开关,都能控制用电器,开关一般设计为并联。
考点二
1.(2025·山东东营·中考真题)【新情境+电动汽车・结合物理量估测考察质量、速度与电能判断】我国新能源汽车的产销量连年位居世界第一、下列对某家用电动汽车的估测,最符合实际的是( )
A.空载时的质量约1t
B.高速公路上正常行驶时的速度约5m/s
C.轮胎的高度约20dm
D.充满电后动力电池储存的电能约3600J
【答案】A
【详解】A.家用电动汽车空载时质量一般在1000~2000kg,即1~2t,1t符合实际情况,故A符合题意;
B. 5m/s合18km/h,高速公路上汽车正常行驶速度一般在60~120km/h之间,18km/h远低于正常行驶速度,故B不符合题意;
C.家用电动汽车轮胎高度一般在0.3~0.6m,即3~6dm之间,20dm远大于实际轮胎高度,故C不符合题意;
D.3600J合0.001kW·h,家用电动汽车动力电池储存的电能一般在几十千瓦时,甚至上百千瓦时,故D不符合题意。
故选A。
2.(2025·江苏无锡·中考真题)【新情境+小灯泡额定功率・结合定值电阻与滑动变阻器考察电路计算】如图所示,是小红连接的测量小灯泡额定功率的电路,小灯泡的额定电流为0.3A,电源电压保持不变,R为定值电阻,滑动变阻器的最大阻值为20Ω,她将滑动变阻器的滑片P置于B端,断开开关S2,闭合开关S、S1,电流表示数为0.1A;移动滑片P置于A端,电流表的示数为0.2A;重新将滑片P移至B端,断开开关S1,闭合开关S、S2,移动滑片P使电流表的示数为0.3A;保持滑片P的位置不变,断开开关S2,闭合开关S、S1,电流表示数为0.16A。下列说法中正确的是( )
A.电源的电压为3V B.定值电阻R的阻值为10Ω
C.小灯泡的额定电压为3.8V D.小灯泡的额定功率为0.75W
【答案】D
【详解】AB.将滑动变阻器的滑片P置于B端,断开开关S2,闭合开关S、S1,R与变阻器的最大电阻串联,灯泡断路,电流表测量电路电流,电流表示数为0.1A,由欧姆定律得┄①
移动滑片P置于A端,电路为R的简单电路,电流表的示数为0.2A,由欧姆定律得┄②
由①②得,定值电阻R的阻值为
电源电压
故AB错误;
CD.重新将滑片P移至B端,断开开关S1,闭合开关S、S2,灯泡与滑动变阻器串联,电流表测量电路电流,移动滑片P使电流表的示数为0.3A,此时灯泡正常发光,保持滑片P的位置不变,则变阻器接入电路中电阻不变,断开开关S2,闭合开关S、S1,R与变阻器串联,电流表示数为0.16A,由欧姆定律得,此时电路电阻为
由串联电路电阻特点得,滑动变阻器接入电路中的电阻为
由串联电路电压特点与欧姆定律得,小灯泡的额定电压为
小灯泡的额定功率为
故C错误,D正确。
故选D。
3.(2025·四川绵阳·中考真题)【新情境+电路挡位・结合电表类型考察串并联判断与焦耳热比较】如图所示电路中,电源电压恒定,R1、R2和R3是定值电阻。当X和Y均为电流表时,闭合开关,其示数之比为9∶5,此时R1、R2、R3的连接方式是________(选填“串联”或“并联”),若通电时间t,电路产生的总焦耳热为Q1;当X和Y均为电压表时,闭合开关,其示数之比为5∶3,若通电相同时间t,电路产生的总焦耳热为Q2。则Q1_______Q2。
【答案】 并联 >
【详解】[1]若当X和Y均为电流表时,分析电路知,电流表X测R2、R3的总电流,电流表Y测R1、R2的总电流,闭合开关,等效电路如图所示,故此时R1、R2、R3并联,由并联电路电阻规律可知,总电阻越并越小,并联电路的总电阻会小于任何一个分电阻。
[2] 当X和Y均为电压表时,闭合开关,则电路是一个串联电路,由串联电路电阻规律可知,总电阻越串越大,串联电路的总电阻会大于任何一个分电阻。综上可得
电源电压不变,由可知,在相同时间t内电路产生的总焦耳热,电阻小的产生的热量多,故
4.(2025·四川攀枝花·中考真题)【新情境+小灯泡功率・结合串并联电路考察定值电阻与实际功率计算】实验室有一只标有“2.5V;0.5W”的小灯泡L,将其接入如图甲所示的电路中,闭合开关后,小灯泡刚好正常发光,电压表的示数为0.5V;将其接入如图乙所示的电路中,闭合开关后,电流表的示数为1.4A。甲、乙电路中,为同一定值电阻,电源相同且电压恒定,求:
(1)定值电阻的阻值;
(2)图乙所示情况下,小灯泡的功率。
【详解】(1)图甲中与小灯泡串联,小灯泡正常发光,其电压,功率,电路电流为
电压表测两端电压,根据欧姆定律
(2)图甲中电源电压
图乙中与小灯泡并联,电流表测干路电流。
通过的电流
通过小灯泡的电流
并联时小灯泡两端电压等于电源电压,则
知识1 电能 电功
1、电功:电流通过某段电路所做的功叫电功;国际单位是焦耳(J);常用单位:度(kW•h);1度=1千瓦时=1kW•h=3.6×106J。
2、电功的计算公式:W=UIt=Pt(适用于所有电路);对于纯电阻电路可推导出:
(1)串联电路中常用公式:W=I2Rt。
(2)并联电路中常用公式:,W1:W2=R2:R1。
(3)无论用电器串联或并联,计算在一定时间所做的总功,常用公式W=W1+W2+…Wn。
3、电能表参数的理解
(1)220V:表示电能表应该在220V的电路中使用。
(2)10(20)A:表示该电能表的标定电流是10A,额定最大电流是20A。
(3)50Hz:表示电能表在50Hz的交流电路中使用。
(4)600revs/kW•h:表示接在这个电能表上的用电器每消耗1kW•h的电能,电能表上的转盘转过600圈。
4、串、并联电路中电功的特点
(1)串联电路:电阻R1、R2串联在总电压为U的电路中,设它们两端的电压分别为U1、U2,电路中的电流为I,则在时间t内电流所做的功分别是W总=UIt,W1=U1It,W2=U2It;又因为U=U1+U2,故W总=(U1+U2)It=U1It+U2It=W1+W2。
(2)并联电路:电阻R1、R2并联在电压为U的电路中,设通过它们的电流分别为I1、I2,电路中的电压为U,则在时间t内电流所做的功分别是W总=UIt,W1=UI1t,W2=UI2t;又因为I=I1+I2,故W总=U(I1+I2)t=UI1t+UI2t=W1+W2。
知识2 电功率
1、电功率的定义:电流单位时间内所做的功;表示电流做功快慢的物理量,用字母P表示,灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率大小。
(1)国际单位:瓦特(W);常用单位:千瓦(kW)。
(2)电功与电功率的区别:用电器消耗电能的多少为电功,而消耗电能的快慢叫电功率。
2、额定电压、额定功率、实际电压、实际功率
(1)用电器正常工作时的电压叫额定电压;用电器在额定电压下的功率叫额定功率。
(2)用电器实际工作时的电压叫实际电压;用电器在实际电压下的功率叫实际功率。
3、电功率定义式:。
(1)电功率用瓦(W),电能用焦耳(J),时间用秒(s)。
(2)电功率用千瓦(kW),电能用千瓦时(kW•h 度),时间用小时(h)。
4、电功率的定义式:P=UI;即电功率等于用电器两端的电压和通过它的电流的乘积,该公式是电功率的普适公式,适用于所有的用电器;导出式:P=I2R,,这两个公式只适用于纯电阻电路,即能将电能全部转化为内能的用电器,如电炉子、电饭煲就属于纯电阻电路。
1.【新情境+电路总功率・结合串并联电路考察总功率大小比较】如图的四个电路中,电源电压U相同,,电路的总功率由小到大的顺序是( )
A.甲<乙<丙<丁 B.丁<丙<乙<甲 C.丁<甲<乙<丙 D.丙<乙<甲<丁
【答案】D
【详解】甲电路:只有接入电路,总电阻
乙电路:只有接入电路,总电阻
丙电路:与串联,根据串联电阻规律,总电阻 ,串联总电阻大于任意一个分电阻
丁电路:与并联,根据并联电阻规律,并联总电阻小于任意一个分电阻,即
已知 ,因此四个电路总电阻的大小关系为:
根据 且不变,总功率随总电阻增大而减小,因此总功率由小到大的顺序为
故ABC不符合题意,D符合题意。
故选 D。
2.【新情境+多开关电路・结合滑动变阻器考察电流与实际功率计算】如图电源两端电压为且保持不变,定值电阻阻值为,灯泡标有“6V 3W”的字样。滑动变阻器的最大阻值为(不考虑温度对灯泡电阻的影响)。当开关、、都闭合,将滑动变阻器的滑片移到最右端时,电流表的示数为________。当开关闭合,、断开,当滑动变阻器接入电路的电阻为时,小灯泡的实际功率为______。
【答案】 0.8 1.08
【详解】[1]当开关、、都闭合,将滑动变阻器的滑片P移到最右端,电阻与滑动变阻器的最大阻值并联,灯泡L被开关短路,电流表测量干路电流,通过的电流为
通过R2的电流为
根据并联电路的电流特点,干路电流(即电流表的示数)为
[2]当开关闭合,、断开,灯泡L与滑动变阻器串联,灯泡标有“6V 3W”的字样, 可得灯泡电阻
当滑动变阻器接入电路的电阻为18Ω时,电路的总电阻为
此时电路中的电流为
小灯泡的实际功率为
3.【新情境+多开关电路・结合滑动变阻器考察电流、电能与功率范围计算】如图所示,灯泡标有“6V 3W”,的电阻为10Ω,变阻器标有“20Ω 1A”的字样,电流表的量程为,电压表的量程为。当开关、、都闭合时,灯泡L恰好正常发光(设灯泡电阻不随温度而改变)。求:
(1)灯泡正常发光时,通过灯丝的电流;
(2)开关、、都闭合时,电路10秒消耗的电能;
(3)开关闭合,、断开时,在保证电路中各元件安全工作的情况下,电阻消耗的电功率范围。
【分析】对于问题(1),因为灯泡标有额定电压和额定功率,所以可利用公式计算正常发光时的电流。
对于问题(2),先根据开关都闭合时灯泡正常发光,确定电源电压;再分析此时电路为与灯泡L并联,分别计算的功率和灯泡的功率,利用计算总电能,或先算总电流再用计算。
对于问题(3),先分析开关闭合,、断开时,与串联;然后根据电压表量程、电流表量程、变阻器允许的最大电流,确定电路的最大电流和最小电流;最后利用计算消耗的电功率范围。
【详解】(1)根据得,灯泡正常发光时,通过灯丝的电流
(2)当、、都闭合时,滑动变阻器被短路,与灯泡并联,灯泡正常发光,因此电源电压。通过的电流
干路总电流
10秒消耗的电能
(3)开关闭合,、断开时,与滑动变阻器串联,电压表测两端的电压,限制条件:电压表最大电压,变阻器允许最大电流,电流表量程。接入电阻越小,电流越大,功率越大。当时,电流最大
符合安全要求。
的最大功率
接入电阻越大,电压越大,最大不超过电压表量程,此时电压
电流最小
符合安全要求。
的最小功率
因此的电功率范围为。
1、利用转盘转数来计算电能时,得到的单位是kW•h,记住单位之间换算关系:1kW•h=3.6×106J。
2、串联电路中电功率与电压、电阻的关系:(电功率之比等于它们所对应的电压、电阻之比)。
3、并联电路中电功率与电流、电阻的关系:(电功率之比等于它们所对应的电流之比、等于它们所对应电阻的反比)。
4、额定功率是唯一的、确定的,不随实际工作电压而改变;实际功率是不确定的,随实际电压而改变,灯泡的亮度取决于实际功率,如果实际功率相等,则亮度相同。
考点三 焦耳定律
1.(2025·四川自贡·中考真题)【新情境+液体比热容・结合加热装置与温度图像考察比热容计算】图甲为测量杯中液体比热容的装置,图乙为液体温度与加热时间的关系图。已知液体质量为0.5kg,初温为20℃,电加热器的功率为800W,不计一切热量损失。下列说法正确的是( )
A.液体的沸点是100℃
B.液体的比热容是
C.液体持续加热120s后温度会继续升高
D.液体加热至某时刻,温度计示数如图丙,此时温度是
【答案】B
【详解】A.根据图乙,当温度到达80℃之后吸收热量,温度不变,所以该液体沸点应该是80℃,故A错误;
B.此实验装置,是利用电加热器加热液体测量液体比热容大小,根据乙图且不计热量损失,说明在电加热器加热90s液体温度从20℃变为80℃的过程中,电加热器产生的热量全部转化为液体吸收的热量且为纯电阻电路,即
由得
故B正确;
C.根据乙图,加热120s以后已经达到沸点,达到沸点后吸收热量但是温度不变,故C错误;
D.根据丙图,温度计得分度值为1℃,读出温度为37℃,故D错误。
故选B。
2.(2025·四川眉山·中考真题)【新情境+滑动变阻器・结合并联电路考察电压、电流与功率计算】如图所示,电源电压保持不变,的最大阻值为。闭合开关,当滑动变阻器的滑片在中点时,的功率为;将滑动变阻器的滑片移动到最右端,电流表的示数与滑片在中点时的示数之比是。此过程中,下列判断正确的是( )
A.电压表示数为
B.滑片在中点时电流表的示数为
C.在中点时,内产生的热量
D.电路的最小功率为
【答案】D
【详解】A. 的最大阻值为,滑动变阻器的滑片在中点时,的阻值为,设电源电压为,电流表的示数与滑片在中点时的示数之比是,则有
解得。闭合开关,当滑动变阻器的滑片在中点时,的功率为,由得
又由于并联电路,则电源电压等于两端电压,即
故A错误;
B.由电路图可知测所在支路的电流,则滑片在中点时电流表的示数为
故B错误;
C.在中点时,内产生的热量
故C错误;
D.由可知,电压一定,电阻最大时,功率最小,滑动变阻器的滑片移动到最右端时,电阻最大。最小功率为
故选D。
3.(2025·四川巴中·中考真题)【新情境+烤火炉・结合挡位切换考察功率与电热计算】如图为烤火炉的简化电路图,电源电压220V,两个发热电阻阻值均为88Ω,该烤火炉有低温和高温两个挡位,则烤火炉处于高温挡时的功率为______W,处于低温挡工作1min产生的电热为______J。
【答案】 1100 33000
【详解】[1]当两个开关都闭合时,两个电阻并联,此时电路的总电阻最小,由可知,功率最大,为高温挡。单个电阻的功率
两个电阻并联,总功率
即烤火炉处于高温挡时的功率为1100W。
[2]当只闭合开关S时,只有一个电阻接入电路,此时电路总电阻较大,由可知,功率较小,为低温挡。低温挡的功率
工作时间
根据
可知,低温挡工作1min产生的电热为
4.(2025·广东深圳·中考真题)【新情境+植物工厂・结合小灯泡与加热电阻考察电流、电阻与电能计算】某简易植物工厂,为了给植物提供光和热,君君、辉辉、阳阳共同设计了如图所示的电路图。小灯泡L的规格是“12V,6W”。电源电压为12V,R为加热电阻,阻值大小为6Ω,求:
(1)请帮助君君同学算出只闭合S2通过R的电流;
(2)请帮助辉辉同学算出只闭合S1灯泡L的电阻;
(3)阳阳同学闭合S1、S2后,通电10min,求R产生的热量和电路消耗的总电能。
【详解】(1)只闭合S2,通过R的电流
(2)只闭合S1,灯泡L的电阻
(3)阳阳同学闭合S1、S2后,通电10min,R产生的热量
灯泡支路的电流
干路中的电流I=IL+IR=0.5A+2A=2.5A
电路消耗的总电能W=UIt=12V×2.5A×10×60s=1.8×104J
1、电热的利用与防止
(1)电流的热效应:电流通过导体时电能转化成热,这个现象叫做电流的热效应。
(2)电流热效应的实质:是电流通过导体时,由电能转化为内能。
(3)电热器:电流通过导体时将电能全部转化为内能的用电器。其优点是清洁、无污染、
热效率高,且便于控制和调节电流。
(4)有时人们利用电热,如电饭锅、电熨斗等;有时人们防止电热产生的危害,如散热孔、
散热片、散热风扇等。
2、焦耳定律的内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比,这个规律叫焦耳定律。
(1)公式:Q=I2Rt,公式中的电流I的单位要用安培(A),电阻R的单位要用欧姆(Ω),通过的时间t的单位要用秒(s)这样,热量Q的单位就是焦耳(J)。
(2)变形公式:,Q=UIt。
(3)在纯电阻电路中,电能全部转化为热能,电功等于电热,即W=Q;在非纯电阻电路中,电能大部分转化为其他能,已小部分转化为热能,电功大于电热,W=Q+W其他。
3、焦耳定律的计算公式及其应用
(1)电热与电能的关系:纯电阻电路时Q=W;非纯电阻电路时Q<W。
(2)电热与电功的关系
物理量
电功
电功率
焦耳定律
适用范围
基本公式
W=UIt
P=UI
Q=I2Rt
普遍适用
导出公式
=I2Rt
=I2R
=UIt
纯电阻电路W=Q
1.【新情境+电饭锅・结合挡位切换考察电路原理与功率比例计算】某型号的电饭锅有加热和保温两挡,其原理如图所示,和是加热电阻,且,以下说法正确的是( )
A.开关S闭合时,为加热状态
B.电饭锅工作原理是利用了电流的磁效应
C.保温挡与加热挡正常工作的电功率之比为
D.若将电路中、位置对调,高温挡功率增大
【答案】A
【详解】A.由电路图可知,开关S断开时,电流的路径只有一条,和串联;当S闭合时,电阻R1 被短路,只有电阻R2 接入电路;由电功率公式可知,电源电压U一定,当S闭合时,电路总电阻最小,此时电饭锅电功率较大,电饭锅处于加热状态;开关S断开时,电路总电阻最大,处于保温状态,故A正确;
B.电饭锅利用加热电阻产生热量,电饭锅工作原理是利用了电流的热效应,故B错误;
C.,保温挡正常工作的电功率
加热挡正常工作的电功率,保温挡与加热挡正常工作的电功率之比为
故C错误;
D.由于,若将电路中、位置对调,闭合开关,电路为R1的简单电路,高温挡时电路中的电阻变大,由电功率公式可知,高温挡功率减小,故D错误。
故选A。
2.【新情境+半导体元件・结合串联电路考察电流、热量与总功率计算】如图甲中,为半导体元件,为5Ω的定值电阻,的图像如图乙。当电源电压为6V时,电路中的电流为________A,电阻在1min内产生的热量为________J。如果将两个相同的元件串联后接入电路中,测得通过电流为0.7A,则电路的总功率为________W。
【答案】 0.6 108/ 7
【详解】[1]由图甲可知,与串联,串联电路电流处处相等,总电压等于各部分电压之和,即
代入得
结合的图像,当时,的电压,满足
因此电路电流为。
[2]根据焦耳定律,电阻在1min内产生的热量
[3]两个相同串联,电流处处相等,每个的电流都为,从图像得,电流为时,单个的电压为,总电压
总功率
3.【新情境+多开关串联电路・结合滑动变阻器考察电阻与焦耳热计算】在如图所示的电路中,电源电压恒为6V,R1、R2均为定值电阻,R3为滑动变阻器,其中R2=20Ω。当开关S1闭合、S2断开,滑动变阻器R3的滑片P移到最右端时,电流表的示数为0.2A,电压表的示数为4V。求:
(1)电阻R1的阻值;
(2)开关S1、S2都闭合,滑动变阻器R3的滑片P移到最左端时,通电10s整个电路产生的热量。
【详解】(1)当开关S1闭合、S2断开,滑动变阻器R3的滑片P移到最右端时,电阻R1与滑动变阻器R3串联,电阻R1两端的电压
则电阻
(2)开关S1、S2都闭合,滑动变阻器R3的滑片P移到最左端时,滑动变阻器R3接入电路电阻为0,电阻R1与R2并联,通电10s整个电路产生的热量
公式Q=I2Rt是电流产生热效应的公式,与W=UIt不能通用;W=UIt是电流做功的计算公式,如果电流做功时,只有热效应,则两公式是等效的;如果电流做功时,同时有其他能量转化,像电动机工作时,电能既转化为热能,也转化为动能,则Q=I2Rt只是转化为电热的部分,W=UIt则是总的电功,只有对纯电阻电路才有W=Q,对非纯电阻电路Q<W。
1.如图所示,电源两端的电压保持不变。闭合开关S后,电流表A1、A2的示数之比3∶2,若仅将电阻R2换成R3,闭合开关后,电流表A1、A2的示数之比2∶1,则电阻R2∶R3为( )
A.1∶3 B.1∶2 C.2∶3 D.3∶4
【答案】D
【分析】先判断电路连接方式(并联),明确各电表测量对象。利用并联电路“电流与电阻成反比”的规律,将电流比转化为电阻比。联立两次的电阻关系,求出目标电阻的比值。
【详解】与并联,电源电压不变,根据并联电路电压的规律,则
已知,根据欧姆定律可知,电流与电阻成反比,即
则
换成,则与并联,由题意可知此时与的电流之比为。电源电压U不变,电流与电阻成反比,即
则,所以
,故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
2.如图所示电路中,电源电压保持不变。闭合开关,将滑动变阻器的滑片向右移动的过程中,下列说法正确的是( )
A.电流表A示数变小,电压表示数变大
B.电流表示数变大,电压表示数变小
C.电压表示数与电流表示数的比值减小
D.电压表示数与电流表示数的比值变大
【答案】D
【分析】如图所示,电路为与的串联电路,电流表测干路电流,电压表测两端电压,电压表测电源电压。移动变阻器滑片,串联电路总电阻发生变化,电流变化。两端电压变化。利用串联电路电流与电阻、电压的关系来求解。
【详解】AB.当滑片向右移动时,总电阻增大,根据,可知,电路中电流减小,电源电压不变,即示数不变,电流表A示数减小,电压表示数减小。故AB错误;
C.根据可知,电压表的示数与电流表A示数的比值为电阻的阻值,为定值。故比值不变,故C错误;
D.由可知,电压表测电源电压,保持不变,当滑动变阻器滑片向右移动时,总电阻增大,电流减小,故电压表示数与电流表A示数的比值变大。故D正确。
故选D。
3.小兴用一个电压表和阻值为R1的电阻器测量另一个电阻器的阻值R2,设计了如图所示的电路。闭合开关S、断开开关S1时电压表的示数为U1,S和S1均闭合时电压表的示数为U2。假定电源两端电压保持不变,则待测电阻器的阻值R2为(用R1、U1和U2表示)( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】当闭合开关S、断开S1,R1与R2串联,电压表测量R1两端的电压,示数为U1。根据欧姆定律,电路中的电流为
当S、S1均闭合,R2被短路,只有R1接入电路,电压表测量电源电压,示数为U2,因此电源电压
由串联电路电压的规律可知R2两端的电压为
由于串联电路电流处处相等,通过R2的电流为,待测电阻器的阻值
故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
4.电能表是测量电路中消耗电能的仪表,某电能表的表盘上标有“”字样,其含义是( )
A.每消耗的电能,电能表的指示灯闪烁3000次
B.每闪烁3000次,电能表消耗的电能
C.电能表的指示灯每闪烁1次,电路中消耗的电能
D.以上说法都不正确
【答案】A
【详解】“”表示电路每消耗1kW·h的电能,电能表的指示灯闪烁3000次,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
5.小明经过调查发现,如果将学校内100W的白炽灯更换为同等亮度的12W的LED灯,仅此一项一天就能节约电能。下列说法正确的是( )
A.学校节约的电能相当于1000只100W的白炽灯正常工作—天消耗的电能
B.由于LED灯与白炽灯正常工作时的亮度相当,故它们的电功率相等
C.100W的白炽灯正常工作时一定比12W的LED灯正常工作时消耗的电能快
D.100W的白炽灯正常工作一定比12W的LED灯正常工作时消耗的电能多
【答案】C
【详解】A.1000只100W的白炽灯总功率,正常工作一天(24h)消耗的电能,远大于学校节约的100kW·h,故A错误;
B.由题可知,LED灯额定功率为12W,白炽灯额定功率为100W,二者电功率不相等,亮度相当是因为LED灯的发光效率更高,故B错误;
C.电功率是表示用电器消耗电能快慢的物理量,,所以100W的白炽灯正常工作时消耗电能比12W的LED灯快,故C正确;
D.根据公式,消耗电能的多少与电功率和工作时间都有关,不知道工作时间,无法确定两者消耗电能的多少,故D错误。
故选C。
6.如图所示,电源电压不变,只闭合开关后,电流表的示数为0.4A;断开开关,将电流表和电压表的位置互换,再将开关:、均闭合后,电流表的示数为1A,电压表的示数为6V。下列说法错误的是( )
A.电源电压为6V
B.电阻的阻值为15Ω
C.两表位置互换前后,电阻两端的电压之比为
D.两表位置互换前后,电阻的功率之比为
【答案】B
【分析】先根据电流表和电压表互换位置前后的电路特点分析电路的串并联连接方式,分析出互换前后电表的测量对象,结合欧姆定律和串并联电路电流、电压和电阻关系进行相关计算。电功率的比值计算通过进行计算。
【详解】A.当电流表和电压表位置互换,开关、均闭合时,两电阻并联,电压表测电源电压,其示数为6V,所以电源电压为6V,故A正确,不符合题意;
B.两表位置互换后,两电阻并联,电流表测电流,此时通过的电流,根据欧姆定律,的阻值为
两表位置互换前,两电阻串联,电流表测干路电流,根据欧姆定律,电路的总电阻为
,则
故B错误,符合题意;
C.两表位置互换前,两电阻串联,电路中的电流,两端的电压;两表位置互换后,两端的电压等于电源电压,所以两表位置互换前后,电阻两端的电压之比为,故C正确,不符合题意;
D.两表位置互换前,两端的电压为;两表位置互换后,两端的电压等于电源电压,根据公式,两表位置互换前后,电阻的功率之比
故D正确,不符合题意。
故选B。
7.小灯泡L和定值电阻R接在如图甲所示的电路中,其两者的关系图像如图乙所示,下列分析错误的是( )
A.定值电阻的阻值为40Ω
B.图线b表示定值电阻R的图像
C.当电源电压为4V时,电流表示数为0.3A
D.当电源电压为4V时,小灯泡的实际功率为1.2W
【答案】C
【详解】B.定值电阻R的电流与电压成正比,小灯泡L的电阻是变化的,其电流与电压不成正比,所以图线b表示定值电阻R的图像,曲线a表示小灯泡L的图像,故B正确,不符合题意;
A.由图线b可知,定值电阻R的电压为4V时,电流为0.1A,则定值电阻的阻值为
故A正确,不符合题意;
CD.分析电路可知,小灯泡L和定值电阻R并联,电流表测干路电流。当电源电压为4V时,根据并联电压规律可知,小灯泡L和定值电阻R的电压均为4V,由图像可知,定值电阻R的电流为0.1A,小灯泡的电流为0.3A,根据并联电流规律,电流表示数为
小灯泡的实际功率为
故C错误,符合题意,D正确,不符合题意。
故选C。
8.如图是某品牌智能插座内置保护电路的电路图:电源电压保持不变,定值电阻R1与热敏电阻R2串联,R2的阻值随温度升高而减小,电压表测________电压。当电路温度正常时,电流表示数为0.2A;当电路温度过高时,R2的阻值变为正常时的,电流表示数变为0.3A(已知R1的阻值不随温度变化)。则正常温度下R1与R2的阻值之比为________。
【答案】 R1
【分析】分别在两种状态下对整个电路列出欧姆定律表达式,再联立求解。
【详解】[1]由图可知,电压表并联在定值电阻两端,因此电压表测量的电压。
[2]如图,与串联,设正常温度下热敏电阻阻值为,电源电压保持不变,根据欧姆定律知, 正常温度时,电源电压为
温度过高时热敏电阻的阻值为,此时电源电压可表示为
联立两式得
整理后得。
9.如图所示,电源电压保持不变,电路正常工作时,开关S闭合,将滑片P向右移动时,电压表的示数_________(选填“变大”、“变小”或“不变”);电路正在工作时,突然电压表有示数,电流表无示数,只有一个元件断路,则断路的元件是___________(填写元件符号)。
【答案】 变大 R
【详解】[1]闭合开关时,定值电阻与滑动变阻器R串联,电压表测量滑动变阻器R两端的电压。当R的滑片P向右移动时,R的电阻变大,电路总电阻变大,由于总电压不变,根据欧姆定律可知,电路中的电流变小,即电流表示数变小,由可知,定值电阻R0两端电压变小,由串联电路电压规律,滑动变阻器R两端的电压变大,故电压表示数变大。
[2]电流表无示数,只有一个元件断路,电压表有示数,说明电压表与电源两端接通,完好,则滑动变阻器R断路。
10.某电动汽车的电池容量为60kW·h,充电时相当于电路中的______,若用功率为15kW的充电桩充电,从电池容量的20%充至满电,理论上需要______h;若充电过程中消耗的电能中有80%转化为电池存储的电能,则实际消耗的电能为______kW·h。
【答案】 用电器 3.2 60
【详解】[1]电池在充电时,消耗电能,获得化学能,相当于电路中的用电器。
[2]电池容量为60kW·h,电池容量的20%充至满电,需消耗的电能
充电桩充电功率
理论上需要的充电时间
[3]若充电过程中消耗的电能中有80%转化为电池存储的电能,则实际消耗的电能
11.如图所示的电路中,电源电压为3V,电阻R1=10Ω,R2=20Ω,开关S闭合后,R2滑片在最大阻值处,通过R1的电流为______A,R1、R2两端的电压之比U1∶U2=______,电路的总功率为______W。
【答案】 0.1 1:2 0.3
【详解】[1]由图可知,与串联,电流表测电路电流,串联总电阻
根据欧姆定律,电路电流
串联电路电流处处相等,因此通过的电流为。
[2]根据,R1、R2两端的电压之比因此
即。
[3]电路的总功率为
12.如图所示的电路,电源两端电压保持不变,电阻R1的阻值为20Ω。闭合开关S后,电流表A1的示数I1为0.4A,电流表A的示数I为1.2A。求:
(1)电阻R1两端的电压U1。
(2)电阻R2的阻值。
【详解】(1)由图可知,电阻R1与R2并联,电流表A测干路电流,电流表A1测通过电阻R1的电流。由可得,电阻两端的电压:
(2)由并联电路的电流规律可知,通过电阻的电流:
由.可得,的阻值:
13.如图所示,电源电压恒定。R1=30,当S闭合,S1断开时,电流表的示数为0.3A;当S、S1都闭合时,电流表的示数为1.2A。求:
(1)电源电压;
(2)S、S1都闭合时,R2的电阻;
(3)S、S1都闭合时,通电1min电路消耗的总电能。
【详解】(1)当S闭合,S1断开时,电路为R1的简单电路,电流表测量通过R1的电流I1。
根据欧姆定律,电源电压
(2)当S、S1都闭合时,电阻R1和R2并联,电流表测量干路总电流I。
由于并联电路中各支路互不影响,通过R1的电流不变,仍为0.3A。
根据并联电路的电流特点,通过R2的电流
根据欧姆定律,R2的电阻
(3)当S、S1都闭合时,电路消耗的总电能
14.如图所示,已知定值电阻R2的阻值为5Ω,当闭合S1时电流表的示数为0.6A,再闭合S2时,电流表示数为0.9A。求:
(1)通过R1的电流是多少;
(2)电源电压是多少;
(3)当S1与S2都闭合时,电流1min内所做的功。
【详解】(1)只闭合时,的电流;都闭合后干路总电流。 根据并联电路电流规律, 通过R1的电流为
(2)并联电路中两端电压等于电源电压,根据欧姆定律知,电源电压为
(3)电流1min内所做的功为
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专题08 欧姆定律、电功率、焦耳定律的理解及简单计算(复习讲义)
目 录
01 析·考情目标 1
02 筑·专题框架 2
03 攻·重难考点 2
真题动向 核心提炼 拓展提升
考点一
考点二
考点三 焦耳定律
04 测·预测闯关 15
命题透视
1.欧姆定律:侧重电路动态分析、欧姆定律的简单计算,多以选择、填空、计算题呈现,常结合广东本地生活场景(如家庭电路调节、电子设备供电)考查,难度适中,分值约2-4分。
2.电功率:聚焦电功率计算、额定功率与实际功率辨析、电能表读数,是中考核心考点,题型涵盖选择、填空、计算、实验探究,常结合新能源充电、家电能耗等情境命题,分值约2-4分。
3.焦耳定律:侧重电热计算与生活应用,多以选择、填空、实验题呈现,常结合电热器具(如电饭煲、电热水器)、电路安全等情境考查,分值约2-4分。
4.综合应用:三大定律综合题多结合广东本地科技、工程情境考查,分值占比约 10%-12%。
命题预测
1.情境化深化:聚焦广东本地科技、生活、工程等情境,强化知识与实际的联系。
2.计算与探究升级:突出多状态电路计算、动态电路分析、实验数据处理与误差分析,如伏安法测电功率的变式实验、焦耳定律的生活化探究。
3.跨学科融合:结合语文、数学、地理等学科,考查知识综合运用能力。
复习目标
1.熟练掌握欧姆定律、电功率、焦耳定律的核心公式与适用条件,构建系统知识体系。
2.突破多状态电路计算、动态电路分析等重难点,掌握规范解题方法与答题模板。
3.提升情境化试题分析与综合解题能力,适配广东中考命题风格。
4.强化科学计算与实验探究思维,培养严谨的逻辑推理能力。
考点一
1.(2025·四川广元·中考真题)【新情境+电路分析・结合灯与电阻考察串并联判断与电表示数分析】如图甲所示电路,闭合开关,电流表和电压表的示数如图乙和丙所示,下列分析正确的是( )
A.灯与电阻R串联 B.电路的总电阻大于电阻R的阻值
C.通过电阻R的电流是0.40A D.电源两端的电压为3.0V
2.(2024·山东菏泽·中考真题)【新情境+电路动态分析・结合开关通断考察电路连接与灯泡亮度变化】如图所示,电源电压恒定。下列说法正确的是( )
A.只闭合,电阻R与灯泡L并联 B.只闭合,电压表测量电阻R两端电压
C.先闭合,再闭合,灯泡L亮度变大 D.先闭合,再闭合,电流表示数变大
3.(2025·四川·中考真题)【新情境+并联电路・结合开关通断考察电源电压与电阻计算】如图所示,电阻,闭合、断开时,电流表的示数为0.4A;闭合和时,电流表的示数为0.5A。则电源两端的电压为___________V,电阻的阻值为___________。
4.(2025·吉林·中考真题)【新情境+并联电路・结合电流表测量对象考察支路电流与电源电压计算】如图所示的电路中,电源电压恒定,R2的阻值为15Ω。闭合开关S,电流表A的示数为1.2A,电流表A1的示数为0.4A。求:
(1)电阻R2的电流
(2)电源电压。
知识1 欧姆定律
1、欧姆定律的内容:导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比;公式为。
2、欧姆定律的理解
(1)当导体的电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比;当导体两端的电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比。
(2)在使用公式及其导出式时,要注意同一段导体、同一时刻。
3、欧姆定律变形公式及简单计算
(1):电阻等于电压与电流的比值;电阻是导体本身的性质,与电压、电流无关。
(2)U=IR:电压等于电流与电阻的乘积;电压与电流、电阻无关。
4、利用欧姆定律解决的比例问题常用到的理论
(1)串联电路中电压与电阻成正比。
(2)并联电路中电流与电阻成反比。
知识2 欧姆定律在串、并联电路中的应用
1、电阻的串联
(1)电阻串联的实质是增加了导体的长度,因此串联电路的总电阻比任何一个分电阻都大。
(2)串联电路的总电阻等于各分电阻之和,公式:R=R1+R2。
(3)串联电路的任何一个分电阻增大,总电阻就随着增大。
(4)n个阻值相同的电阻串联,总电阻等于nR。
(5)在串联电路中电流处处相等,总电压等于各部分电路电压之和。
(6)串联电路中,电压与电阻成正比 。
2、电阻的并联
(1)电阻的并联实质是增大了导体的横截面积,所以并联电路的总电阻比任何一个分电阻都小。
(2)并联电路的总电阻的倒数等于各分电阻的倒数之和,公式:。
(3)并联电路中任何一个分电阻增大,总电阻也随之增大。
(4)n个阻值相同的电阻并联,总电阻等于。
1.【新情境+I-U图像・结合并联电路考察电流、电压与总电阻关系】如图所示是两电阻、的图像。将、并联后接入电路,根据图中信息分析可知,下列说法正确的是( )
A.通过的电流大于通过的电流 B.电路的总电阻分别小于、的阻值
C.电阻两端的电压大于两端的电压 D.当电源电压为4V时,干路电流为0.8A
2.【新情境+I-U图像・结合串并联电路考察电阻比较与电流计算】如图甲是定值电阻A、B的I-U图像,则A的阻值__________(选填“大于”或“小于”)B的阻值。若将A、B按照图乙方式接入电路,电源电压为3V,闭合开关后,电流表的示数为__________A;若将A、B按照图丙方式接入电路,电源电压为6V,闭合开关后,电流表的示数为__________A。
3.【新情境+水果筛选器・结合压敏电阻考察电路计算与重力范围判断】某物理兴趣小组同学设计了一种水果重量自动筛选器模拟电路,其结构原理如图甲所示。已知电源电压恒为9V,定值电阻R0=10Ω,电压表的测量范围为0~3V,电流表的测量范围为0~0.6A,压敏电阻R安装在压力检测点下方,R的阻值随压力大小的变化关系如图乙所示。一旦某电表指针超过最大刻度线,经过压力检测点的水果就会被分拣器推出传送带。
(1)求压力检测点上没有水果时,电压表的示数。
(2)求不被分拣器推出的水果的重力范围值。
1、:导体的电阻在数值上等于加在导体两端的电压与通过导体的电流的比值。因为电阻是导体本身的一种性质,它的大小由导体的材料、长度、横截面积和温度等因素决定,与导体两端电压和通过导体的电流无关,因此它既不与U成正比,也不与I成反比。
2、用电器串并联:用电器互相影响的,一般设计为串联电路;用电器互不影响的,一般设计为并联电路。
3、开关的串并联:两个或两个以上的开关同时闭合,用电器才能工作的,开关一般设计为串联;无论闭合哪一个开关,都能控制用电器,开关一般设计为并联。
考点二
1.(2025·山东东营·中考真题)【新情境+电动汽车・结合物理量估测考察质量、速度与电能判断】我国新能源汽车的产销量连年位居世界第一、下列对某家用电动汽车的估测,最符合实际的是( )
A.空载时的质量约1t B.高速公路上正常行驶时的速度约5m/s
C.轮胎的高度约20dm D.充满电后动力电池储存的电能约3600J
2.(2025·江苏无锡·中考真题)【新情境+小灯泡额定功率・结合定值电阻与滑动变阻器考察电路计算】如图所示,是小红连接的测量小灯泡额定功率的电路,小灯泡的额定电流为0.3A,电源电压保持不变,R为定值电阻,滑动变阻器的最大阻值为20Ω,她将滑动变阻器的滑片P置于B端,断开开关S2,闭合开关S、S1,电流表示数为0.1A;移动滑片P置于A端,电流表的示数为0.2A;重新将滑片P移至B端,断开开关S1,闭合开关S、S2,移动滑片P使电流表的示数为0.3A;保持滑片P的位置不变,断开开关S2,闭合开关S、S1,电流表示数为0.16A。下列说法中正确的是( )
A.电源的电压为3V B.定值电阻R的阻值为10Ω
C.小灯泡的额定电压为3.8V D.小灯泡的额定功率为0.75W
3.(2025·四川绵阳·中考真题)【新情境+电路挡位・结合电表类型考察串并联判断与焦耳热比较】如图所示电路中,电源电压恒定,R1、R2和R3是定值电阻。当X和Y均为电流表时,闭合开关,其示数之比为9∶5,此时R1、R2、R3的连接方式是________(选填“串联”或“并联”),若通电时间t,电路产生的总焦耳热为Q1;当X和Y均为电压表时,闭合开关,其示数之比为5∶3,若通电相同时间t,电路产生的总焦耳热为Q2。则Q1_______Q2。
4.(2025·四川攀枝花·中考真题)【新情境+小灯泡功率・结合串并联电路考察定值电阻与实际功率计算】实验室有一只标有“2.5V;0.5W”的小灯泡L,将其接入如图甲所示的电路中,闭合开关后,小灯泡刚好正常发光,电压表的示数为0.5V;将其接入如图乙所示的电路中,闭合开关后,电流表的示数为1.4A。甲、乙电路中,为同一定值电阻,电源相同且电压恒定,求:
(1)定值电阻的阻值;
(2)图乙所示情况下,小灯泡的功率。
知识1 电能 电功
1、电功:电流通过某段电路所做的功叫电功;国际单位是焦耳(J);常用单位:度(kW•h);1度=1千瓦时=1kW•h=3.6×106J。
2、电功的计算公式:W=UIt=Pt(适用于所有电路);对于纯电阻电路可推导出:
(1)串联电路中常用公式:W=I2Rt。
(2)并联电路中常用公式:,W1:W2=R2:R1。
(3)无论用电器串联或并联,计算在一定时间所做的总功,常用公式W=W1+W2+…Wn。
3、电能表参数的理解
(1)220V:表示电能表应该在220V的电路中使用。
(2)10(20)A:表示该电能表的标定电流是10A,额定最大电流是20A。
(3)50Hz:表示电能表在50Hz的交流电路中使用。
(4)600revs/kW•h:表示接在这个电能表上的用电器每消耗1kW•h的电能,电能表上的转盘转过600圈。
4、串、并联电路中电功的特点
(1)串联电路:电阻R1、R2串联在总电压为U的电路中,设它们两端的电压分别为U1、U2,电路中的电流为I,则在时间t内电流所做的功分别是W总=UIt,W1=U1It,W2=U2It;又因为U=U1+U2,故W总=(U1+U2)It=U1It+U2It=W1+W2。
(2)并联电路:电阻R1、R2并联在电压为U的电路中,设通过它们的电流分别为I1、I2,电路中的电压为U,则在时间t内电流所做的功分别是W总=UIt,W1=UI1t,W2=UI2t;又因为I=I1+I2,故W总=U(I1+I2)t=UI1t+UI2t=W1+W2。
知识2 电功率
1、电功率的定义:电流单位时间内所做的功;表示电流做功快慢的物理量,用字母P表示,灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率大小。
(1)国际单位:瓦特(W);常用单位:千瓦(kW)。
(2)电功与电功率的区别:用电器消耗电能的多少为电功,而消耗电能的快慢叫电功率。
2、额定电压、额定功率、实际电压、实际功率
(1)用电器正常工作时的电压叫额定电压;用电器在额定电压下的功率叫额定功率。
(2)用电器实际工作时的电压叫实际电压;用电器在实际电压下的功率叫实际功率。
3、电功率定义式:。
(1)电功率用瓦(W),电能用焦耳(J),时间用秒(s)。
(2)电功率用千瓦(kW),电能用千瓦时(kW•h 度),时间用小时(h)。
4、电功率的定义式:P=UI;即电功率等于用电器两端的电压和通过它的电流的乘积,该公式是电功率的普适公式,适用于所有的用电器;导出式:P=I2R,,这两个公式只适用于纯电阻电路,即能将电能全部转化为内能的用电器,如电炉子、电饭煲就属于纯电阻电路。
1.【新情境+电路总功率・结合串并联电路考察总功率大小比较】如图的四个电路中,电源电压U相同,,电路的总功率由小到大的顺序是( )
A.甲<乙<丙<丁 B.丁<丙<乙<甲 C.丁<甲<乙<丙 D.丙<乙<甲<丁
2.【新情境+多开关电路・结合滑动变阻器考察电流与实际功率计算】如图电源两端电压为且保持不变,定值电阻阻值为,灯泡标有“6V 3W”的字样。滑动变阻器的最大阻值为(不考虑温度对灯泡电阻的影响)。当开关、、都闭合,将滑动变阻器的滑片移到最右端时,电流表的示数为________。当开关闭合,、断开,当滑动变阻器接入电路的电阻为时,小灯泡的实际功率为______。
3.【新情境+多开关电路・结合滑动变阻器考察电流、电能与功率范围计算】如图所示,灯泡标有“6V 3W”,的电阻为10Ω,变阻器标有“20Ω 1A”的字样,电流表的量程为,电压表的量程为。当开关、、都闭合时,灯泡L恰好正常发光(设灯泡电阻不随温度而改变)。求:
(1)灯泡正常发光时,通过灯丝的电流;
(2)开关、、都闭合时,电路10秒消耗的电能;
(3)开关闭合,、断开时,在保证电路中各元件安全工作的情况下,电阻消耗的电功率范围。
1、利用转盘转数来计算电能时,得到的单位是kW•h,记住单位之间换算关系:1kW•h=3.6×106J。
2、串联电路中电功率与电压、电阻的关系:(电功率之比等于它们所对应的电压、电阻之比)。
3、并联电路中电功率与电流、电阻的关系:(电功率之比等于它们所对应的电流之比、等于它们所对应电阻的反比)。
4、额定功率是唯一的、确定的,不随实际工作电压而改变;实际功率是不确定的,随实际电压而改变,灯泡的亮度取决于实际功率,如果实际功率相等,则亮度相同。
考点三 焦耳定律
1.(2025·四川自贡·中考真题)【新情境+液体比热容・结合加热装置与温度图像考察比热容计算】图甲为测量杯中液体比热容的装置,图乙为液体温度与加热时间的关系图。已知液体质量为0.5kg,初温为20℃,电加热器的功率为800W,不计一切热量损失。下列说法正确的是( )
A.液体的沸点是100℃
B.液体的比热容是
C.液体持续加热120s后温度会继续升高
D.液体加热至某时刻,温度计示数如图丙,此时温度是
2.(2025·四川眉山·中考真题)【新情境+滑动变阻器・结合并联电路考察电压、电流与功率计算】如图所示,电源电压保持不变,的最大阻值为。闭合开关,当滑动变阻器的滑片在中点时,的功率为;将滑动变阻器的滑片移动到最右端,电流表的示数与滑片在中点时的示数之比是。此过程中,下列判断正确的是( )
A.电压表示数为 B.滑片在中点时电流表的示数为
C.在中点时,内产生的热量 D.电路的最小功率为
3.(2025·四川巴中·中考真题)【新情境+烤火炉・结合挡位切换考察功率与电热计算】如图为烤火炉的简化电路图,电源电压220V,两个发热电阻阻值均为88Ω,该烤火炉有低温和高温两个挡位,则烤火炉处于高温挡时的功率为______W,处于低温挡工作1min产生的电热为______J。
4.(2025·广东深圳·中考真题)【新情境+植物工厂・结合小灯泡与加热电阻考察电流、电阻与电能计算】某简易植物工厂,为了给植物提供光和热,君君、辉辉、阳阳共同设计了如图所示的电路图。小灯泡L的规格是“12V,6W”。电源电压为12V,R为加热电阻,阻值大小为6Ω,求:
(1)请帮助君君同学算出只闭合S2通过R的电流;
(2)请帮助辉辉同学算出只闭合S1灯泡L的电阻;
(3)阳阳同学闭合S1、S2后,通电10min,求R产生的热量和电路消耗的总电能。
1、电热的利用与防止
(1)电流的热效应:电流通过导体时电能转化成热,这个现象叫做电流的热效应。
(2)电流热效应的实质:是电流通过导体时,由电能转化为内能。
(3)电热器:电流通过导体时将电能全部转化为内能的用电器。其优点是清洁、无污染、
热效率高,且便于控制和调节电流。
(4)有时人们利用电热,如电饭锅、电熨斗等;有时人们防止电热产生的危害,如散热孔、
散热片、散热风扇等。
2、焦耳定律的内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比,这个规律叫焦耳定律。
(1)公式:Q=I2Rt,公式中的电流I的单位要用安培(A),电阻R的单位要用欧姆(Ω),通过的时间t的单位要用秒(s)这样,热量Q的单位就是焦耳(J)。
(2)变形公式:,Q=UIt。
(3)在纯电阻电路中,电能全部转化为热能,电功等于电热,即W=Q;在非纯电阻电路中,电能大部分转化为其他能,已小部分转化为热能,电功大于电热,W=Q+W其他。
3、焦耳定律的计算公式及其应用
(1)电热与电能的关系:纯电阻电路时Q=W;非纯电阻电路时Q<W。
(2)电热与电功的关系
物理量
电功
电功率
焦耳定律
适用范围
基本公式
W=UIt
P=UI
Q=I2Rt
普遍适用
导出公式
=I2Rt
=I2R
=UIt
纯电阻电路W=Q
1.【新情境+电饭锅・结合挡位切换考察电路原理与功率比例计算】某型号的电饭锅有加热和保温两挡,其原理如图所示,和是加热电阻,且,以下说法正确的是( )
A.开关S闭合时,为加热状态
B.电饭锅工作原理是利用了电流的磁效应
C.保温挡与加热挡正常工作的电功率之比为
D.若将电路中、位置对调,高温挡功率增大
2.【新情境+半导体元件・结合串联电路考察电流、热量与总功率计算】如图甲中,为半导体元件,为5Ω的定值电阻,的图像如图乙。当电源电压为6V时,电路中的电流为________A,电阻在1min内产生的热量为________J。如果将两个相同的元件串联后接入电路中,测得通过电流为0.7A,则电路的总功率为________W。
3.【新情境+多开关串联电路・结合滑动变阻器考察电阻与焦耳热计算】在如图所示的电路中,电源电压恒为6V,R1、R2均为定值电阻,R3为滑动变阻器,其中R2=20Ω。当开关S1闭合、S2断开,滑动变阻器R3的滑片P移到最右端时,电流表的示数为0.2A,电压表的示数为4V。求:
(1)电阻R1的阻值;
(2)开关S1、S2都闭合,滑动变阻器R3的滑片P移到最左端时,通电10s整个电路产生的热量。
公式Q=I2Rt是电流产生热效应的公式,与W=UIt不能通用;W=UIt是电流做功的计算公式,如果电流做功时,只有热效应,则两公式是等效的;如果电流做功时,同时有其他能量转化,像电动机工作时,电能既转化为热能,也转化为动能,则Q=I2Rt只是转化为电热的部分,W=UIt则是总的电功,只有对纯电阻电路才有W=Q,对非纯电阻电路Q<W。
1.如图所示,电源两端的电压保持不变。闭合开关S后,电流表A1、A2的示数之比3∶2,若仅将电阻R2换成R3,闭合开关后,电流表A1、A2的示数之比2∶1,则电阻R2∶R3为( )
A.1∶3 B.1∶2 C.2∶3 D.3∶4
2.如图所示电路中,电源电压保持不变。闭合开关,将滑动变阻器的滑片向右移动的过程中,下列说法正确的是( )
A.电流表A示数变小,电压表示数变大
B.电流表示数变大,电压表示数变小
C.电压表示数与电流表示数的比值减小
D.电压表示数与电流表示数的比值变大
3.小兴用一个电压表和阻值为R1的电阻器测量另一个电阻器的阻值R2,设计了如图所示的电路。闭合开关S、断开开关S1时电压表的示数为U1,S和S1均闭合时电压表的示数为U2。假定电源两端电压保持不变,则待测电阻器的阻值R2为(用R1、U1和U2表示)( )
A. B. C. D.
4.电能表是测量电路中消耗电能的仪表,某电能表的表盘上标有“”字样,其含义是( )
A.每消耗的电能,电能表的指示灯闪烁3000次
B.每闪烁3000次,电能表消耗的电能
C.电能表的指示灯每闪烁1次,电路中消耗的电能
D.以上说法都不正确
5.小明经过调查发现,如果将学校内100W的白炽灯更换为同等亮度的12W的LED灯,仅此一项一天就能节约电能。下列说法正确的是( )
A.学校节约的电能相当于1000只100W的白炽灯正常工作—天消耗的电能
B.由于LED灯与白炽灯正常工作时的亮度相当,故它们的电功率相等
C.100W的白炽灯正常工作时一定比12W的LED灯正常工作时消耗的电能快
D.100W的白炽灯正常工作一定比12W的LED灯正常工作时消耗的电能多
6.如图所示,电源电压不变,只闭合开关后,电流表的示数为0.4A;断开开关,将电流表和电压表的位置互换,再将开关:、均闭合后,电流表的示数为1A,电压表的示数为6V。下列说法错误的是( )
A.电源电压为6V
B.电阻的阻值为15Ω
C.两表位置互换前后,电阻两端的电压之比为
D.两表位置互换前后,电阻的功率之比为
7.小灯泡L和定值电阻R接在如图甲所示的电路中,其两者的关系图像如图乙所示,下列分析错误的是( )
A.定值电阻的阻值为40Ω
B.图线b表示定值电阻R的图像
C.当电源电压为4V时,电流表示数为0.3A
D.当电源电压为4V时,小灯泡的实际功率为1.2W
8.如图是某品牌智能插座内置保护电路的电路图:电源电压保持不变,定值电阻R1与热敏电阻R2串联,R2的阻值随温度升高而减小,电压表测________电压。当电路温度正常时,电流表示数为0.2A;当电路温度过高时,R2的阻值变为正常时的,电流表示数变为0.3A(已知R1的阻值不随温度变化)。则正常温度下R1与R2的阻值之比为________。
9.如图所示,电源电压保持不变,电路正常工作时,开关S闭合,将滑片P向右移动时,电压表的示数_________(选填“变大”、“变小”或“不变”);电路正在工作时,突然电压表有示数,电流表无示数,只有一个元件断路,则断路的元件是___________(填写元件符号)。
10.某电动汽车的电池容量为60kW·h,充电时相当于电路中的______,若用功率为15kW的充电桩充电,从电池容量的20%充至满电,理论上需要______h;若充电过程中消耗的电能中有80%转化为电池存储的电能,则实际消耗的电能为______kW·h。
11.如图所示的电路中,电源电压为3V,电阻R1=10Ω,R2=20Ω,开关S闭合后,R2滑片在最大阻值处,通过R1的电流为______A,R1、R2两端的电压之比U1∶U2=______,电路的总功率为______W。
12.如图所示的电路,电源两端电压保持不变,电阻R1的阻值为20Ω。闭合开关S后,电流表A1的示数I1为0.4A,电流表A的示数I为1.2A。求:
(1)电阻R1两端的电压U1。
(2)电阻R2的阻值。
13.如图所示,电源电压恒定。R1=30,当S闭合,S1断开时,电流表的示数为0.3A;当S、S1都闭合时,电流表的示数为1.2A。求:
(1)电源电压;
(2)S、S1都闭合时,R2的电阻;
(3)S、S1都闭合时,通电1min电路消耗的总电能。
14.如图所示,已知定值电阻R2的阻值为5Ω,当闭合S1时电流表的示数为0.6A,再闭合S2时,电流表示数为0.9A。求:
(1)通过R1的电流是多少;
(2)电源电压是多少;
(3)当S1与S2都闭合时,电流1min内所做的功。
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