初中物理电功和电功率试题

如图所示为某品牌四旋翼无人机，该无人机具有一键起降和返航、空中悬停、高清拍摄、 $\mathit{GPS}$定位等功能，下表是该无人的部分参数：

整机质量	$2\mathit{kg}$	电池额定电压	$15V$
最大上升速度	$6m/s$	电动机工作电压	$12V$
最大下降速度	$2m/s$	悬停时每个电动机功率	$50W$
最大水平速度	$16m/s$	电动机数量	4

在某次火灾中，该无人机参与火情的勘测，它先以最大速度匀速直线上升，且达到 $60m$高处时，再以最大速度水平匀速直线飞行到达 $1.6\mathit{km}$远处的火场上空。若无人机整个过程四个电动机同时工作，电动机将电能转化为机械能的效率为 $90\%$，假设无人机以最大速度匀速直线上升时，受到的阻力大小为 $10N$，通过计算回答下列问题： $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）无人机从起飞到火场上空，这一过程共耗时多少秒？

（2）无人机到达火场上空后，悬停观测10分钟，则10分钟内电动机消耗多少电能？

（3）无人机以最大速度匀速直线上升 $60m$，这个过程中消耗多少电能？

如图所示的电路，电源电压保持不变，定值电阻 $R_1$的阻值为 $20\Omega$．闭合开关，调节滑动变阻器 $R_2$的电阻，当滑片 $P$从一端移动到另一端时，电流表的示数变化范围为 $0.1A~0.5A$．求：

（1）电源电压；

（2）滑动变阻器 $R_2$的最大阻值；

（3）通过计算说明滑动变阻器接入电路的电阻为多大时，它消耗的功率最大，并求出最大功率。

母亲为了给小林增加营养，买了一台全自动米糊机，如图（甲 $)$所示。米糊机的主要结构：中间部分是一个带可动刀头的电动机，用来将原料粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热管，用来对液体加热。如图（乙 $)$所示是米糊机正常工作时，做一次米糊的过程中，电热管和电动机交替工作的“ $P-t$”图象。表格内是主要技术参数。

额定容积	$1.5L$	加热功率	$1000W$
额定电压	$220V$	电机功率	$130W$
额定频率	$50\mathit{Hz}$	机器净重	$1.9\mathit{kg}$
整机尺寸	$232\times 174\times 298\mathit{mm}$

请问：

（1）米糊机正常工作时的电热管中的电流是多大？（计算结果保留两位小数）

（2）米糊机正常工作时做一次米糊，消耗的电能是多少？

（3）米糊机在正常工作状态下做一次米糊，若各类原料和清水总质量为 $1.5\mathit{kg}$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$，米糊沸腾时温度是 ${100}^{°}\text{C}$，电热管的加热效率是多少？（已知原料和清水的混合物的比热容及米糊的比热容均为 $4.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，计算结果保留百分数整数）。

某兴趣小组探究串联电路中电阻消耗的电功率与电流的关系，电路如图甲所示。滑动变阻器滑片 $P$ 从最右端向最左端移动的过程中， $R_1$ 的 $U-I$ 图象如图乙所示。求：

（1） $R_1$ 的阻值；

（2）电路消耗的最大功率；

（3）当 $R_2$ 消耗的电功率为 $0.5W$ 时， $R_2$ 的阻值。

如图甲所示是"测量小灯泡电功率"的实验装置，电源电压为 $4V$ 且保持不变，小灯泡额定电压为 $2.5V$ ，电阻约为 $9\Omega$ ，滑动变阻器标有" $20\Omega 1A$ "字样。

（1）请用笔划线代替导线把图甲中的实物电路连接完整；

（2）闭合开关前，滑动变阻器滑片应调至 　 $B$ 　（选填" $A$ "或" $B$ " $)$ 端；

（3）正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表、电压表指针均有偏转，则小灯泡不发光的原因是 　　；

（4）实验中，电压表示数如图乙所示，要使小灯泡正常发光，应将滑片向 　　（选填"左"或"右" $)$ 移；

（5）一实验小组的数据如表所示：

实验序号	1	2	3	4	5
$U/V$	0.3	1.5	2.0	2.5	2.9
$I/A$	0.06	0.20	0.24	0.28	0.30

老师在检查时指出第 　　次实验的数据无法从实验中测得，理由是 　　。该小灯泡的额定功率是 　　 $W$ ；

（6）另一实验小组在原有器材基础上，不使用电流表，增加一个阻值已知、大小合适的定值电阻 $R_0$ 和若干开关、导线也能测出小灯泡的额定功率，请你在图丙的方框内画出该小组的实验电路图（要求：电路只连接一次并考虑灯丝电阻受温度变化的影响）

某物理研究小组设计了一个压力报警装置，工作原理如图甲所示。 $\mathit{OBA}$为水平杠杆， $\mathit{OA}$长 $100\mathit{cm}$， $O$为支点， $\mathit{OB}:\mathit{BA}=1:4$；已知报警器 $R_0$的阻值恒为 $10\Omega$，压力传感器 $R$固定放置，压力传感器受到的压力 $F$与 $R$的阻值变化的关系如图乙所示。当托盘空载时，闭合开关 $S$，电压表的示数为 $1V$：当托盘所受的压力增大，电压表的示数达到 $2V$时，报警器 $R_0$开始发出报警信号。托盘、压杆和杠杆的质量均忽略不计，电压表的量程为 $0~3V$．

求：

（1）电源电压；

（2）当报警器开始报警时，压力传感器受到的压力；

（3）当托盘受到的压力为 $120N$时，报警器是否报警；

（4）当电路输出的电功率与电路在安全状态下输出的最大电功率的比值为 $5:6$时，托盘受到的压力。

图甲是温度自动报警器。控制电路中，电源电压 $U=5V$，热敏电阻 $R_2$的阻值与温度的关系如图乙所示：工作电路中，灯泡 $L$标有“ $9V0.3A$”的字样， $R_4$为电子嗡鸣器，它的电流达到某一固定值时就会发声报警，其阻值 $R_4=10\Omega$，在 $R_2$温度为 ${20}^{°}\text{C}$的情况下，小明依次进行如下操作：闭合开关 $S_1$和 $S_2$，灯泡 $L$恰好正常发光，此时 $R_0$的电功率为 $P_0$；将 $R_1$的滑片调到最左端时，继电器的衔铁刚好被吸下，使动触点与下方静触点接触：调节 $R_3$的滑片，当 $R_3$与 $R_4$的电压之比 $U_3:U_4=4:1$时，电子嗡鸣器恰好能发声，此时 $R_0$的电功率为 $P_0\text{'}$， $P_0\text{'}:P_0=4:9$，已知电源电压，灯丝电阻都不变，线圈电阻忽略不计，求：

（1）灯泡 $L$的额定功率；

（2）当衔铁刚好被吸下时，控制电路的电流；

（3）将报警温度设为 ${50}^{°}\text{C}$时， $R_1$接入电路的阻值；

（4）工作电路的电源电压 $U_x$。

在学习了电学知识后，小宝对家里新买的号称“大功率电热毯”进行了研究。他对电热毯的工作电路图进行简化处理后绘制出了如图所示的等效电路图并研究。电路安全保护装置部分小宝由于没有学到相关知识打算以后再研究。

按照说明书介绍，电热毯工作电路等效电源的电压低于 $220V$．通过旋转电热毯的开关，电路可以达到3个档位。如图所示，档位1：单独闭合 $S_1$；档位2：同时闭合 $S_1$、 $S_2$；档位3：同时闭合 $S_1$、 $S_2$、 $S_3$。

小宝根据说明书提供参数进行计算后发现，不考虑灯丝电阻随温度变化，当电热毯处于档位1时，灯泡 $L$ 的功率为其额定功率的 $\frac{9}{16}$， $R_2$消耗的功率为 $1w$；当电热毯处于档位3时，灯泡 $L$正常发光， $R_1$消耗的功率为 $64W$。

请你根据题目所给的信息，完成以下问题。

（1）当电热毯处于档位1时， $R_1$、 $R_2$、灯泡 $L$一起　串　联工作。

当电热毯处于档位2时， $R_1$、 $R_2$、灯泡 $L$中只有　　工作。

（2）求电热毯处于档位1时，灯泡两端实际电压与其额定电压之比 $\frac{U_L}{U_{额}}=$？

（3）求电热毯处于档位3时，通电50秒电流通过 $R_2$产生的热量？

如图甲所示，电源电压保持不变， $R_1$是定值电阻，小灯泡 $L$的额定电压是 $6V$且灯丝电阻不随温度变化。当闭合开关 $S_1$、 $S_3$，断开开关 $S_2$，调节滑动变阻器 $R_2$的滑片，使电压表示数从 $1V$变为 $3V$的过程中，电路总功率变化了 $3.6W$，其中电压表示数为 $3V$时，电流表示数为 $0.3A$；滑动变阻器 $R_2$的电功率 $P_2$与电压表示数 $U_1$的关系如图乙所示，滑动变阻器 $R_2$的滑片在 $a$点、 $b$点时，对应电压表示数为 $U_a$、 $U_b$，且 $U_b=8U_a$．求：

（1）定值电阻 $R_1$的阻值。

（2）电源电压。

（3）滑动变阻器 $R_2$的滑片从 $a$点滑到 $b$点过程中， $R_2$接入电路的阻值范围。

（4）当闭合开关 $S_1$、 $S_2$，断开开关 $S_3$，滑动变阻器 $R_2$的滑片在中点时，小灯泡 $L$恰好正常发光，其电功率为 $P_L$；当滑动变阻器 $R_2$的滑片在阻值最大处时，小灯泡 $L$的电功率为 $P_L\text{'}$．则 $P_L$与 $P_L\text{'}$之比是多少？

如图所示的电路，电源电压恒定， $R_1$、 $R_2$为两个定值电阻， $L$为“ $2.5V0.5W$”的小灯泡。开关 $S_1$、 $S_2$、 $S_3$均闭合时，电流表 $A_1$的示数为 $0.55A$， $A_2$的示数为 $0.1A$；保持 $S_1$闭合，断开 $S_2$、 $S_3$，小灯泡 $L$恰好正常发光。求：

（1）小灯泡正常发光时的阻值 $R_L$；

（2）小灯泡正常发光 $1\mathit{min}$所消耗的电能；

（3）电源电压和电阻 $R_1$、 $R_2$的阻值。

如图甲所示是小明家新购买的电热水壶，他发现水壶有一铭牌如图乙所示。待电热水壶注满水后，他关闭了家中的其他用电器，只让电热水壶工作，观察到家里的电能表（如图丙所示）的转盘 $1\mathit{min}$转了50圈，能使壶中水的温度从 ${25}^{°}\text{C}$升高到 ${35}^{°}\text{C}$．请你结合电热水壶上的铭牌和电能表实物图提供的有关参数信息，忽略温度对电阻的影响。求：

（1）电热水壶正常工作的电阻；

（2）电热水壶中水的温度从 ${25}^{°}\text{C}$升高到 ${35}^{°}\text{C}$吸收的热量； $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（3）此时电路的实际电压。

如图所示，电源电压为 $12V$ 且保持不变，灯泡 $L$ 标有" $6V$ ， $3W$ "的字样，滑动变阻器的最大阻值为 $50\Omega$ ，闭合开关 $S_1$ ， $S_2$ ，调节滑片 $P$ ：当滑动变阻器接入电路的阻值为 $R_1$ 时，电压表的示数为 $U_1$ ， $R_0$ 的功率为 $P_{01}$ ，当变阻器接入电路的阻值为 $R_2$ 时，电压表的示数为 $U_2$ ， $R_0$ 的电功率为 $P_{02}$ ，已知 $U_1:U_2=1:2$ ， $R_1:R_2=3$ ；1， $P_{01}+P_{02}=4.5W$ ．求：

（1） $S_1$ 闭合， $S_2$ 断开，灯泡 $L$ 正常发光时，电路的总功率；

（2） $S_1$ 、 $S_2$ 闭合时，电阻 $R_0$ 的电功率 $P_{01}$ 和 $P_{02}$ ；

（3）电阻 $R_0$ 的阻值。

某段输电线由铝绞线组成，为避免冰雪天时因附着冰块变粗变重，造成断线危险，附着在线上的冰重与铝绞线重之比达到 $8:3$ 时，就必须进行除冰作业。已知该铝绞线的直径 $D_0=9\mathit{mm}$ ， ${\rho }_{铝}=2.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， ${\rho }_{冰}=0.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ，每公里铝绞线的电阻 $R=0.56\Omega$ ．铝绞线变粗前后横截面均看作圆，如图所示。

（1）求需要除冰时冰冻变粗铝绞线的直径 $D$ 。

（2）有一种除冰方法叫"短路熔冰"。即短时间内输电线不经用电器直接通电，利用导线本身发热熔冰。若短路熔冰时通过铝绞线的电流是 $600A$ ，每千克冰熔化吸热 $3.36\times {10}^{5}J$ ，熔冰效率为 $80\%$ ，则每公里铝绞线每秒钟可熔冰多少千克？

小强家买了一个自动电热水壶，其铭牌如下表，小强装了 $1L$ 的水，加热 $6\mathit{min}$ 后把水烧开，水壶自动断电。已知大气压为1个标准大气压，家庭电路电压为 $220V$ ，电热水壶的电阻不变，水的初温为 ${20}^{°}\text{C}$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ ， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ．求：

（1）这壶水吸收的热量；

（2）电热水壶的热效率；

（3）在用电高峰期，电路中的实际电压降为 $198V$ 时，电热水壶的实际功率。

自动电热水壶
型号	$\mathit{WL}100F$
电源	$220V50\mathit{Hz}$
额定功率	$1100W$
容量	$1L$

如图1所示是某型号电热加湿器的原理图，如表为其部分技术参数。 $R_1$ 、 $R_2$ 为发热电阻，且 $R_2=3R_1$ ， $S$ 为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关 $S$ 可实现"关"、"低档"、"高档"之间的转换（低档为小功率加热，高档为大功率加热）。

额定电压	$220V$
高档发热功率	$400W$
水箱容积	$3L$
适用面积	$20~40m^2$

（1）加湿器需在高档加热，开关 $S$ 应旋转至触点 　 　（选填："1、2"、"2、3"或"3、4" $)$ 位置；

（2）电阻 $R_1$ 的阻值；

（3）加湿器处于低档位置时的发热功率；

（4）如图2所示是某次使用加湿器工作 $30\mathit{min}$ 的图象，请计算加湿器消耗的总电能。