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(1) 解:由图(a)可知,当$U=8\ \mathrm{V}$时,通过电阻$R$的电流$I=0.4\ \mathrm{A},$
根据欧姆定律可得$R=\frac{U}{I}=\frac{8\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=20\ \Omega$
(2) 解:灯泡额定电压为$8\ \mathrm{V},$由图(a)知此时通过灯泡的电流$I_{\mathrm{L}}=0.5\ \mathrm{A},$
则灯泡正常工作1min消耗的电能$W=UIt=8\ \mathrm{V} × 0.5\ \mathrm{A} × 60\ \mathrm{s}=240\ \mathrm{J}$
(3) 解:串联电路中电流处处相等,当$I_{R}=0.2\ \mathrm{A}$时,$I_{\mathrm{L}}=I_{R}=0.2\ \mathrm{A},$
由图(a)知此时$U_{\mathrm{L}}=1\ \mathrm{V},$$U_{R}=I_{R}R=0.2\ \mathrm{A} × 20\ \Omega=4\ \mathrm{V},$
电源电压$U=U_{\mathrm{L}}+U_{R}=1\ \mathrm{V}+4\ \mathrm{V}=5\ \mathrm{V}$
(4) 解:当$P_{\mathrm{L}}=0.6\ \mathrm{W}$时,由图(a)知$U_{\mathrm{L}}=2\ \mathrm{V},$
并联电路中$U_{R}=U_{\mathrm{L}}=2\ \mathrm{V},$
$P_{R}=\frac{U_{R}^{2}}{R}=\frac{(2\ \mathrm{V})^{2}}{20\ \Omega}=0.2\ \mathrm{W},$
故$P_{\mathrm{L}}:P_{R}=0.6\ \mathrm{W}:0.2\ \mathrm{W}=3:1$
0.5
也是消耗电能的
解:小明外出的时间$t=2\ \mathrm{天}+2\ \mathrm{h}=50\ \mathrm{h},$消耗的电能$W=0.5\ \mathrm{kW·h},$
则待机功率$P=\frac{W}{t}=\frac{0.5\ \mathrm{kW·h}}{50\ \mathrm{h}}=0.01\ \mathrm{kW}=10\ \mathrm{W}$
电视机不工作时,切断电源(拔掉电源插头)
【分析】
本题是电学综合题,需结合I-U图像和串并联电路特点、欧姆定律、电功与电功率公式进行求解,解题思路如下:
1. 对于第(1)问:电阻的I-U图像是线性的(图中B线),根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,只需从B线上选取一组对应的电压、电流值(如$U=8\mathrm{V}$时,$I=0.4\mathrm{A}$),代入公式即可算出电阻R的阻值。
2. 对于第(2)问:灯泡正常工作时电压等于额定电压8V,从图中A线找到此时的电流,再利用电功公式$W=UIt$计算1min消耗的电能,注意时间单位要转换为秒。
3. 对于第(3)问:串联电路中电流处处相等,已知通过R的电流为0.2A,所以灯泡的电流也为0.2A。从图中A线找到灯泡此时的电压,再用欧姆定律算出R的电压,根据串联电路总电压等于各部分电压之和,即可求出电源电压。
4. 对于第(4)问:并联电路中各支路电压相等,先根据灯泡实际功率0.6W,从A线找到对应的电压和电流,再利用电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$算出R的实际功率,最后求出两者的功率之比。
【解析】
(1) 由图(a)可知,电阻R的I-U图像为直线B,当$U=8\ \mathrm{V}$时,通过R的电流$I=0.4\ \mathrm{A}$。
根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,可得:
$R=\frac{8\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=20\ \Omega$
(2) 灯泡的额定电压为$8\ \mathrm{V}$,由图(a)中A线可知,此时通过灯泡的电流$I_{\mathrm{L}}=0.5\ \mathrm{A}$。
根据电功公式$W=UIt$,灯泡正常工作$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$消耗的电能:
$W=U_{\mathrm{L}}I_{\mathrm{L}}t=8\ \mathrm{V} × 0.5\ \mathrm{A} × 60\ \mathrm{s}=240\ \mathrm{J}$
(3) 串联电路中电流处处相等,当通过电阻R的电流$I_{R}=0.2\ \mathrm{A}$时,通过灯泡的电流$I_{\mathrm{L}}=I_{R}=0.2\ \mathrm{A}$。
由图(a)中A线可知,此时灯泡两端的电压$U_{\mathrm{L}}=1\ \mathrm{V}$;
根据欧姆定律,电阻R两端的电压:$U_{R}=I_{R}R=0.2\ \mathrm{A} × 20\ \Omega=4\ \mathrm{V}$;
根据串联电路电压规律,电源电压:$U=U_{\mathrm{L}}+U_{R}=1\ \mathrm{V}+4\ \mathrm{V}=5\ \mathrm{V}$
(4) 当灯泡L的实际功率为$0.6\ \mathrm{W}$时,观察图(a)中A线,可知此时灯泡两端的电压$U_{\mathrm{L}}=2\ \mathrm{V}$。
并联电路中各支路电压相等,所以电阻R两端的电压$U_{R}=U_{\mathrm{L}}=2\ \mathrm{V}$;
根据电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$,电阻R的实际功率:
$P_{R}=\frac{(2\ \mathrm{V})^{2}}{20\ \Omega}=0.2\ \mathrm{W}$;
则灯泡L和电阻R的实际功率之比:
$P_{\mathrm{L}}:P_{R}=0.6\ \mathrm{W}:0.2\ \mathrm{W}=3:1$
【答案】
(1) $\boldsymbol{20\ \Omega}$
(2) $\boldsymbol{240\ \mathrm{J}}$
(3) $\boldsymbol{5\ \mathrm{V}}$
(4) $\boldsymbol{3:1}$
【知识点】
1. 欧姆定律
2. 串并联电路的特点
3. 电功与电功率的计算
【点评】
本题结合I-U图像考查电学核心公式与串并联电路规律的应用,重点在于从图像中准确提取对应的电压、电流信息,同时需要熟练掌握欧姆定律、电功及电功率公式的变形与应用,对学生的图像分析能力和公式运用能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
【分析】
首先看第一问,要计算电视机消耗的电能,根据电能表的使用原理,消耗的电能等于两次电能表的示数之差,用后面的读数减去前面的读数即可。
第二问,电能表示数有变化,说明电视机待机时也在消耗电能,因为只有消耗电能,电能表读数才会增加。
第三问,计算待机电功率,首先要确定待机总时长,从4月6日8:00到4月8日10:00,先换算出总小时数,再利用电功率公式$P=\frac{W}{t}$计算,注意单位的统一与换算。
第四问,从切断待机电源的角度思考,比如拔掉插头、关闭总开关,避免电视机处于待机状态来减少耗电。
【解析】
(1) 计算消耗的电能:
$W = 116.3\ \mathrm{kW·h} - 115.8\ \mathrm{kW·h} = 0.5\ \mathrm{kW·h}$
(2) 由电能表读数变化可知,电视机在待机状态时会消耗电能。
(3) 计算待机时间:
4月6日上午8:00到4月8日上午8:00的时长为$2×24\ \mathrm{h}=48\ \mathrm{h}$,到4月8日上午10:00又过了2h,总时间$t=48\ \mathrm{h}+2\ \mathrm{h}=50\ \mathrm{h}$
根据电功率公式$P=\frac{W}{t}$,代入数据得:
$P=\frac{0.5\ \mathrm{kW·h}}{50\ \mathrm{h}}=0.01\ \mathrm{kW}=10\ \mathrm{W}$
(4) 降低待机电能消耗的可行方法:电视机不工作时,拔掉电源插头(或关闭总电源开关等合理措施)
【答案】
(1) $\boldsymbol{0.5}$
(2) $\boldsymbol{会消耗电能}$
(3) $\boldsymbol{10\ \mathrm{W}}$
(4) $\boldsymbol{电视机不工作时,拔掉电源插头(或关闭总电源开关等合理答案)}$
【知识点】
电能表读数,电功率计算,节电措施
【点评】
本题结合生活中电视机待机的场景,将物理知识与生活实际结合,既考查电能、电功率的基础计算,又引导学生关注生活中的节能问题,培养节能意识。
【难度系数】
0.8