14. 在图（a）所示的电路中，电源电压为 9 V 且保持不变，电流表选用的量程为“0～3 A”，电压表选用的量程为“0～15 V”，灯泡上标有“6 V 6 W”字样，灯泡中的电流随电压变化的关系如图（b）所示。
（1）求灯泡正常发光时的电流。
（2）当电流表示数为 0.4 A 时，求电压表的示数。
（3）为了保证电路安全，求滑动变阻器接入电路中的最小阻值及此时电路消耗的总功率。
（1）求灯泡正常发光时的电流。
（2）当电流表示数为 0.4 A 时，求电压表的示数。
（3）为了保证电路安全，求滑动变阻器接入电路中的最小阻值及此时电路消耗的总功率。
答案：解：
(1) 灯泡正常发光时的电流：$I_{额}=\frac{P_{额}}{U_{额}}=\frac{6W}{6V}=1A$
(2) 当电流表示数为0.4A时，由图(b)知灯泡两端电压$U_{L}=1V$，
电压表的示数：$U_{R}=U-U_{L}=9V-1V=8V$
(3) 电路中最大电流为灯泡额定电流$I_{max}=1A$，
此时滑动变阻器两端电压：$U_{R小}=U-U_{额}=9V-6V=3V$，
滑动变阻器最小阻值：$R_{小}=\frac{U_{R小}}{I_{max}}=\frac{3V}{1A}=3\Omega$，
电路总功率：$P_{总}=UI_{max}=9V×1A=9W$
(1) 灯泡正常发光时的电流：$I_{额}=\frac{P_{额}}{U_{额}}=\frac{6W}{6V}=1A$
(2) 当电流表示数为0.4A时，由图(b)知灯泡两端电压$U_{L}=1V$，
电压表的示数：$U_{R}=U-U_{L}=9V-1V=8V$
(3) 电路中最大电流为灯泡额定电流$I_{max}=1A$，
此时滑动变阻器两端电压：$U_{R小}=U-U_{额}=9V-6V=3V$，
滑动变阻器最小阻值：$R_{小}=\frac{U_{R小}}{I_{max}}=\frac{3V}{1A}=3\Omega$，
电路总功率：$P_{总}=UI_{max}=9V×1A=9W$
解析：
【分析】
1. 第(1)问：灯泡正常发光时，电压和功率为额定值，利用电功率公式$P=UI$的变形公式$I=\frac{P}{U}$，代入额定参数即可计算正常发光电流。
2. 第(2)问：灯泡与滑动变阻器串联，电流表测电路电流，电压表测滑动变阻器电压。先从图(b)的I-U图像中找到电流为0.4A时灯泡的电压，再根据串联电路电压规律，用电源电压减去灯泡电压得到电压表的示数。
3. 第(3)问：保证电路安全需考虑元件的电流限制，灯泡额定电流1A小于电流表量程3A，故电路最大电流为1A。此时滑动变阻器电压最小，结合串联分压求出其电压，再用欧姆定律计算最小阻值；最后用$P=UI$计算电路总功率。
【解析】
(1) 已知灯泡额定电压$U_{额}=6V$，额定功率$P_{额}=6W$，根据$P=UI$的变形公式：
$I_{额}=\frac{P_{额}}{U_{额}}=\frac{6W}{6V}=1A$
(2) 由图(b)可知，当电流$I=0.4A$时，灯泡两端电压$U_{L}=1V$。
因为灯泡与滑动变阻器串联，电源电压$U=9V$，根据串联电路电压规律$U=U_{L}+U_{R}$，可得电压表的示数：
$U_{R}=U-U_{L}=9V-1V=8V$
(3) 为保证电路安全，电路最大电流不能超过灯泡额定电流，即$I_{max}=I_{额}=1A$（该电流小于电流表量程，符合安全要求）。
此时滑动变阻器两端电压：
$U_{R小}=U-U_{额}=9V-6V=3V$
根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，滑动变阻器的最小阻值：
$R_{小}=\frac{U_{R小}}{I_{max}}=\frac{3V}{1A}=3\Omega$
电路消耗的总功率：
$P_{总}=UI_{max}=9V×1A=9W$
【答案】
(1) $\boldsymbol{1A}$
(2) $\boldsymbol{8V}$
(3) 滑动变阻器接入的最小阻值为$\boldsymbol{3\Omega}$，此时电路总功率为$\boldsymbol{9W}$
【知识点】
1. 电功率计算
2. 串联电路电压规律
3. 欧姆定律应用
【点评】
本题结合I-U图像考查电学综合应用，需从图像提取关键信息，同时串联电路规律、电功率与欧姆定律的结合使用是解题关键，重点考察了电路安全的分析逻辑，对学生的综合应用能力有一定要求。
【难度系数】
0.5
1. 第(1)问：灯泡正常发光时，电压和功率为额定值，利用电功率公式$P=UI$的变形公式$I=\frac{P}{U}$，代入额定参数即可计算正常发光电流。
2. 第(2)问：灯泡与滑动变阻器串联，电流表测电路电流，电压表测滑动变阻器电压。先从图(b)的I-U图像中找到电流为0.4A时灯泡的电压，再根据串联电路电压规律，用电源电压减去灯泡电压得到电压表的示数。
3. 第(3)问：保证电路安全需考虑元件的电流限制，灯泡额定电流1A小于电流表量程3A，故电路最大电流为1A。此时滑动变阻器电压最小，结合串联分压求出其电压，再用欧姆定律计算最小阻值；最后用$P=UI$计算电路总功率。
【解析】
(1) 已知灯泡额定电压$U_{额}=6V$，额定功率$P_{额}=6W$，根据$P=UI$的变形公式：
$I_{额}=\frac{P_{额}}{U_{额}}=\frac{6W}{6V}=1A$
(2) 由图(b)可知，当电流$I=0.4A$时，灯泡两端电压$U_{L}=1V$。
因为灯泡与滑动变阻器串联，电源电压$U=9V$，根据串联电路电压规律$U=U_{L}+U_{R}$，可得电压表的示数：
$U_{R}=U-U_{L}=9V-1V=8V$
(3) 为保证电路安全，电路最大电流不能超过灯泡额定电流，即$I_{max}=I_{额}=1A$（该电流小于电流表量程，符合安全要求）。
此时滑动变阻器两端电压：
$U_{R小}=U-U_{额}=9V-6V=3V$
根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，滑动变阻器的最小阻值：
$R_{小}=\frac{U_{R小}}{I_{max}}=\frac{3V}{1A}=3\Omega$
电路消耗的总功率：
$P_{总}=UI_{max}=9V×1A=9W$
【答案】
(1) $\boldsymbol{1A}$
(2) $\boldsymbol{8V}$
(3) 滑动变阻器接入的最小阻值为$\boldsymbol{3\Omega}$，此时电路总功率为$\boldsymbol{9W}$
【知识点】
1. 电功率计算
2. 串联电路电压规律
3. 欧姆定律应用
【点评】
本题结合I-U图像考查电学综合应用，需从图像提取关键信息，同时串联电路规律、电功率与欧姆定律的结合使用是解题关键，重点考察了电路安全的分析逻辑，对学生的综合应用能力有一定要求。
【难度系数】
0.5
1. 一个阻值为 $20\ \Omega$ 的电阻，通过的电流为 $0.5\ \mathrm{A}$，$2\ \mathrm{min}$ 内该电阻消耗了
600
J 的电能，产生的热量为600
J。答案：600
600
600
解析：
【分析】
首先，本题涉及纯电阻电路的电能与热量计算。对于纯电阻电路，电阻消耗的电能会全部转化为内能，因此消耗的电能等于产生的热量。已知电阻阻值、通过的电流和通电时间，可选用公式$W=I^2Rt$计算电能，解题时需先统一时间单位，再代入数值计算，最后根据纯电阻电路的特点得出产生的热量。
【解析】
1. 单位换算：将通电时间换算为秒，$t = 2\ \mathrm{min} = 2 × 60\ \mathrm{s} = 120\ \mathrm{s}$
2. 计算电阻消耗的电能：
根据纯电阻电路电能计算公式$W = I^2Rt$，代入已知数据：
$W = (0.5\ \mathrm{A})^2 × 20\ \Omega × 120\ \mathrm{s} = 0.25 × 20 × 120\ \mathrm{J} = 600\ \mathrm{J}$
3. 计算产生的热量：
由于电阻是纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为内能，因此产生的热量$Q = W = 600\ \mathrm{J}$
【答案】
600；600
【知识点】
1. 焦耳定律的应用
2. 纯电阻电路电能与热量的关系
【点评】
本题为电学基础计算题，重点考查纯电阻电路中电能和热量的计算，解题关键是掌握相关公式并注意单位统一，理解纯电阻电路中电能全部转化为内能的特点，侧重对基础知识的考查。
【难度系数】
0.9
首先，本题涉及纯电阻电路的电能与热量计算。对于纯电阻电路，电阻消耗的电能会全部转化为内能，因此消耗的电能等于产生的热量。已知电阻阻值、通过的电流和通电时间，可选用公式$W=I^2Rt$计算电能，解题时需先统一时间单位，再代入数值计算，最后根据纯电阻电路的特点得出产生的热量。
【解析】
1. 单位换算：将通电时间换算为秒，$t = 2\ \mathrm{min} = 2 × 60\ \mathrm{s} = 120\ \mathrm{s}$
2. 计算电阻消耗的电能：
根据纯电阻电路电能计算公式$W = I^2Rt$，代入已知数据：
$W = (0.5\ \mathrm{A})^2 × 20\ \Omega × 120\ \mathrm{s} = 0.25 × 20 × 120\ \mathrm{J} = 600\ \mathrm{J}$
3. 计算产生的热量：
由于电阻是纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为内能，因此产生的热量$Q = W = 600\ \mathrm{J}$
【答案】
600；600
【知识点】
1. 焦耳定律的应用
2. 纯电阻电路电能与热量的关系
【点评】
本题为电学基础计算题，重点考查纯电阻电路中电能和热量的计算，解题关键是掌握相关公式并注意单位统一，理解纯电阻电路中电能全部转化为内能的特点，侧重对基础知识的考查。
【难度系数】
0.9
2. 冰箱、电视机、电扇等用电器的后面均装有散热片或制成空格状，这样做是为了(
A.使用电器美观
B.防止用电器漏电
C.帮助用电器散热
D.节约用电器的制作材料
C
)A.使用电器美观
B.防止用电器漏电
C.帮助用电器散热
D.节约用电器的制作材料
答案：C
解析：
【分析】
首先思考用电器工作时的能量转化：电流通过用电器时，电能除了转化为我们需要的能量（如冰箱的机械能、电视机的光能和声能），还有一部分会转化为内能，使电器温度升高。如果热量不能及时散发，会影响用电器的使用寿命甚至损坏电器。接下来分析选项：A选项美观不是这类结构的主要设计目的；B选项防止漏电依靠的是绝缘材料，和散热片或空格状结构无关；D选项这种结构是为了散热，并非节约制作材料；只有C选项帮助用电器散热符合原理，所以应选C。
【解析】
电流通过用电器时，会发生能量转化，部分电能转化为内能，导致用电器发热。散热片或空格状结构可以增大与空气的接触面积，加快热量的散发，避免用电器因温度过高而损坏。
对各选项分析如下：
A：美观是附加效果，不是设计这类结构的主要目的，错误；
B：防止漏电需要依靠绝缘部件，与散热结构无关，错误；
C：帮助用电器散热是这类结构的核心作用，正确；
D：该结构是为了散热，不会节约制作材料，错误。
【答案】
C
【知识点】
电流的热效应；用电器散热原理
【点评】
本题考查物理知识在生活中的实际应用，需要结合电流热效应的原理，理解用电器散热结构的作用，属于基础题型，注重对生活现象的物理本质的考查。
【难度系数】
0.8
首先思考用电器工作时的能量转化：电流通过用电器时，电能除了转化为我们需要的能量（如冰箱的机械能、电视机的光能和声能），还有一部分会转化为内能，使电器温度升高。如果热量不能及时散发，会影响用电器的使用寿命甚至损坏电器。接下来分析选项：A选项美观不是这类结构的主要设计目的；B选项防止漏电依靠的是绝缘材料，和散热片或空格状结构无关；D选项这种结构是为了散热，并非节约制作材料；只有C选项帮助用电器散热符合原理，所以应选C。
【解析】
电流通过用电器时，会发生能量转化，部分电能转化为内能，导致用电器发热。散热片或空格状结构可以增大与空气的接触面积，加快热量的散发，避免用电器因温度过高而损坏。
对各选项分析如下：
A：美观是附加效果，不是设计这类结构的主要目的，错误；
B：防止漏电需要依靠绝缘部件，与散热结构无关，错误；
C：帮助用电器散热是这类结构的核心作用，正确；
D：该结构是为了散热，不会节约制作材料，错误。
【答案】
C
【知识点】
电流的热效应；用电器散热原理
【点评】
本题考查物理知识在生活中的实际应用，需要结合电流热效应的原理，理解用电器散热结构的作用，属于基础题型，注重对生活现象的物理本质的考查。
【难度系数】
0.8
3. 某电熨斗的铭牌上标有“$220\ \mathrm{V}\ \ 300\ \mathrm{W}$”字样，求该电熨斗正常工作时通过的电流，以及连续工作 $10\ \mathrm{min}$ 放出的热量。
答案：解：（1）由 P=UI 得，电熨斗正常工作时的电流：
$ I=\frac{P}{U}=\frac{300\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}}\approx1.36\ \mathrm{A} $
$ （2） t=10\ \mathrm{min}=600\ \mathrm{s} $，
电熨斗产生的热量：
$ Q=W=Pt=300\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=1.8×10^5\ \mathrm{J} $
$ I=\frac{P}{U}=\frac{300\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}}\approx1.36\ \mathrm{A} $
$ （2） t=10\ \mathrm{min}=600\ \mathrm{s} $，
电熨斗产生的热量：
$ Q=W=Pt=300\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=1.8×10^5\ \mathrm{J} $
解析：
【分析】
要解决这道题，我们可以分两步思考：
1. 求正常工作时的电流：已知电熨斗的额定电压和额定功率，正常工作时实际电压等于额定电压，实际功率等于额定功率，根据电功率公式$P=UI$，变形可得$I=\frac{P}{U}$，代入数值即可算出电流。
2. 求连续工作10min放出的热量：电熨斗是纯电阻用电器，电流做的功全部转化为内能，所以放出的热量$Q$等于电流做的功$W$，而$W=Pt$，需要先把时间单位从分钟转换成秒，再代入功率和时间的数值计算热量。
【解析】
（1）电熨斗正常工作时，实际电压$U=220\ \mathrm{V}$，实际功率$P=300\ \mathrm{W}$。
由$P=UI$可得，正常工作时通过的电流：
$I=\frac{P}{U}=\frac{300\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}}\approx1.36\ \mathrm{A}$
（2）将时间单位换算为秒：$t=10\ \mathrm{min}=10×60\ \mathrm{s}=600\ \mathrm{s}$
因为电熨斗是纯电阻用电器，电流做功全部转化为内能，所以放出的热量等于电流做的功，即$Q=W=Pt$。
代入数值可得：
$Q=Pt=300\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=1.8×10^5\ \mathrm{J}$
【答案】
该电熨斗正常工作时通过的电流约为$1.36\ \mathrm{A}$，连续工作10min放出的热量为$1.8×10^5\ \mathrm{J}$。
【知识点】
电功率计算、电热计算、单位换算
【点评】
本题是电学基础计算题，考查了电功率公式和电热公式的应用，解题关键是明确电熨斗正常工作时的参数，以及纯电阻电路中电热与电功的关系，同时要注意单位的统一换算。
【难度系数】
0.8
要解决这道题，我们可以分两步思考：
1. 求正常工作时的电流：已知电熨斗的额定电压和额定功率，正常工作时实际电压等于额定电压，实际功率等于额定功率，根据电功率公式$P=UI$，变形可得$I=\frac{P}{U}$，代入数值即可算出电流。
2. 求连续工作10min放出的热量：电熨斗是纯电阻用电器，电流做的功全部转化为内能，所以放出的热量$Q$等于电流做的功$W$，而$W=Pt$，需要先把时间单位从分钟转换成秒，再代入功率和时间的数值计算热量。
【解析】
（1）电熨斗正常工作时，实际电压$U=220\ \mathrm{V}$，实际功率$P=300\ \mathrm{W}$。
由$P=UI$可得，正常工作时通过的电流：
$I=\frac{P}{U}=\frac{300\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}}\approx1.36\ \mathrm{A}$
（2）将时间单位换算为秒：$t=10\ \mathrm{min}=10×60\ \mathrm{s}=600\ \mathrm{s}$
因为电熨斗是纯电阻用电器，电流做功全部转化为内能，所以放出的热量等于电流做的功，即$Q=W=Pt$。
代入数值可得：
$Q=Pt=300\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=1.8×10^5\ \mathrm{J}$
【答案】
该电熨斗正常工作时通过的电流约为$1.36\ \mathrm{A}$，连续工作10min放出的热量为$1.8×10^5\ \mathrm{J}$。
【知识点】
电功率计算、电热计算、单位换算
【点评】
本题是电学基础计算题，考查了电功率公式和电热公式的应用，解题关键是明确电熨斗正常工作时的参数，以及纯电阻电路中电热与电功的关系，同时要注意单位的统一换算。
【难度系数】
0.8