初中物理电功和电功率计算题

如图是某型号电热水器的电路原理图。R₁、R₂为电热丝，将开关S依次置于ab、bc、cd位置时，电热水器分别处于断电、保温、加热状态。已知该电热水器的保温功率为1.1kW，R₂=8.8Ω。各种橡胶绝缘铜芯导线在常温下安全载流量（长时间通电时的最大安全电流）如下表：

导线规格
导线横截面积S/ mm^2	2.5	4	6	10
安全载流量I/A	28	37	47	68

 
（1）求电热丝R₁的阻值；
（2）从用电安全角度考虑，安装该电热水器时，至少应选择上表中横截面积为多大的铜芯导线，请通过计算说明；
（3）在加热状态下，电热水器正常工作10min所产生的热量相当于完全燃烧多少m³煤气所放出的热量。（假设电热水器正常工作时把电能全部转化为热能）（煤气的热值约为4.0×10⁷J/ m³）

电动自行车可以电动骑车，亦可以脚踏骑行．电动骑车时，蓄电池对车上电动供电，电动机提供动力，张老师利用周末骑着一辆电动自行车，沿着威海公园的水平道路匀速行驶，在30min内，电动车行驶了9km，此时车上电动机的工作电压为32V，工作电流为4A．
（1）张老师骑车的速度是多快？
（2）电动机的功率多大？
（3）该电动车在这30min内消耗的电能是多少？
（4）若车行驶过程中所受阻力为20N，则这段路程内该车克服阻力所做的功为多少？电能转化为克服阻力做功的效率多大？

直流电动机提升重物，电源电压为110V且保持不变，电路中的电流为6A，质量为60㎏的重物在电动机的带动下以0.9ｍ／ｓ的速度匀速竖直上升，不计各处摩擦 。
请计算：（1）电动机的耗电功率；   
（2）电动机的机械功率：
（3）电动机的发热功率；

图甲为小阳家的电热水瓶，图乙是其电路原理图， $R_1$和 $R_2$为阻值不变的电热丝， $R_1=44\Omega$， $R_2=1166\Omega$， $S_1$为温控开关，可以实现“加热”和“保温”态的转换。为了测量电热水瓶的实际电功率，小阳找来了一块标有“ $2000\mathit{revs}/(\mathit{kW}·h)$”字样的电能表，在电热水瓶中加入 $1L$温度为 ${20}^{°}\text{C}$的水后，把它单独通过电能表接入家庭电路中，将水加热到 ${56}^{°}\text{C}$，用了 $3.5\mathit{min}$。小阳根据电能表的参数和转盘转数，计算出电热水瓶的实际电功率为 $900W$（水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right))$。

求：（1）水吸收的热量是多少？

（2）电热水瓶正常工作时保温功率是多少？

（3）在给水加热的过程中，电能表的转盘转了多少转？

（4）电热水瓶的加热效率是多少？

如图所示电路，电源电压恒定不变，电阻R₁的阻值为5Ω，小灯泡上标有“12V  6W”字样，闭合开关S。

（1）当开关S₁、S₂都闭合，滑动变阻器R₂的滑片P移到最右端时，电流表的读数为1.7A，小灯泡恰能正常发光，求滑动变阻器的最大阻值。
（2）当开关S₁、S₂都断开，滑动变阻器的滑片P在最右端，求电流表的读数和滑动变阻器消耗的电功率。

如图所示，电源电压为12V，且保持不变，当只闭合开关S时，电流表A的示数是1A，开关S₁，S同时闭合时，电流表的示数为1.5A．求：

（1）R₁的电阻．
（2）R₂消耗的电功率．
（3）S₁、S同时闭合时，通电10s电路中产生的热量．

中国茶文化源远流长，如图甲是某款工夫茶保温碟。电路原理如图乙所示，电阻 为发热体，它的额定电功率为 且电阻不变。电流通过发热体加热底板使茶汤保温； 为电功率忽略不计的电源指示灯。求：

（1）发热体正常工作时的电流；

（2）当实际电压为 时，发热体工作 消耗的电能；

（3）为了适应不同品种茶汤的保温需求，小杨对电路进行重新设计（如图丙），移动滑片可以连续调节发热体的电功率，最低可调至额定功率的四分之一。若发热体产生的热量全部被茶汤吸收，该电路电能利用率的范围是多少。（电能利用率

学习了电学知识后，某科学兴趣小组开展制作"电热水壶"的项目化学习。

【项目任务】制作一款电热水壶。经过小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下：

容积： $1L$ ；

功能：①加热：②保温；

性能：能在7分钟内将 $1L$ 水从 ${20}^{°}\text{C}$ 加热到 ${100}^{°}\text{C}$ （不计热量损失）。

【方案设计】为实现上述功能，同学们利用两个不同阻值的电阻 $(R_1<R_2)$ 进行设计，其中方案一如图所示。利用方案一中的器材，请将方案二的电路补充完整。

【器材选择】若该壶是按照方案一设计的，根据项目任务中的性能要求，选择的加热电阻阻值最大为多少欧姆？ $[Q_{吸}=\mathit{cm}\left(t-t_0\right)$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)]$

【方案反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全，从安全角度提出一条设计建议 　　。

【项目制作】 $\dots \dots$

如图甲所示电路，电源电压恒定， $R_0$ 为定值电阻， $R$ 为滑动变阻器。闭合开关 $S$ ，滑动变阻器的滑片从最右端滑向最左端的过程中，滑动变阻器的电功率 $P$ 随电流 $I$ 变化关系图线如图乙所示。求：

（1）滑动变阻器接入电路电阻为零时，电路中的电流；

（2）滑动变阻器接入电路电阻最大时，滑动变阻器两端的电压；

（3）滑动变阻器的滑片从最右端滑向最左端的过程中，滑动变阻器的最大功率。

如图所示电路，电源电压 $U=6V$ ，定值电阻 $R_1=10\Omega$ 。

（1）当开关 $S_1$ 闭合、 $S_2$ 断开，滑动变阻器 $R_2$ 的滑片位于 $a$ 端时，电流表的示数为 $0.2A$ 。求此时定值电阻 $R_3$ 的电功率。

（2）当开关 $S_1$ 、 $S_2$ 都闭合，滑动变阻器 $R_2$ 的滑片位于中点时，电流表的示数为 $0.3A$ 。求滑动变阻器 $R_2$ 的滑片从 $a$ 端移至 $b$ 端的过程中，电压表示数的变化范围。

如图甲所示的电路中，电源电压保持不变， $R_0$ 、 $R_1$ 均为定值电阻， $R_2$ 为滑动变阻器。闭合开关 $S_1$ ，断开开关 $S_2$ ，当滑动变阻器的滑动触头在 $a$ 端时，电压表 $V_1$ 的示数为 $2.4V$ ，电流表示数为 $0.3A$ 。将 $R_2$ 的滑动触头从 $a$ 端移动到 $b$ 端的过程中，电压表 $V_1$ 和 $V_2$ 的示数与电流表示数的关系分别如图乙中的图线①和②所示。

（1）求 $R_1$ 的阻值；

（2）求 $R_2$ 的最大阻值；

（3）同时闭合 $S_1$ 和 $S_2$ ，当 $R_2$ 的阻值为何值时， $R_2$ 的电功率最大？ $R_2$ 电功率的最大值是多少？

如图所示电路，电源电压 $18V$恒定不变，小灯泡上标有“ $12V$”的字样，滑动变阻器的规格为“ $200\Omega 1A$”，电流表量程“ $0~0.6A$”，电压表量程“ $0~15V$”，调节滑动变阻器滑片至某一位置时再闭合开关，小灯泡 $L$恰好正常发光，此时电流 $2s$内对小灯泡 $L$做功 $12J$，不考虑温度对电阻的影响。求：

（1）小灯泡 $L$正常发光时的电流；

（2）滑动变阻器接入电路的阻值在什么范围时才能保证电路的安全；

（3）小灯泡 $L$两端电压为何值时，滑动变阻器消耗的功率最大，最大功率是多少？

多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。 $({\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $g=10N/\mathit{kg})$

（1）开关 $S_1$、 $S_2$处于什么状态，养生壶为高温挡，说明判断依据；

（2）求 $R_1$的阻值；

项目	参数
电源电压 $\left(V\right)$	220
低温挡功率 $\left(W\right)$	275
中温挡功率 $\left(W\right)$	550
高温挡功率 $\left(W\right)$	1100
容积 $\left(L\right)$	1

（3）养生壶处于低温挡工作时，求电路中的电流大小；

（4）在标准大气压下，使用高温挡将初温是 ${12}^{°}\text{C}$的一壶水烧开，若养生壶高温挡加热效率为 $80\%$，求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。

一个有加热和保温两种状态的微型电热水器，内部简化电路如图18所示，它由控制电路和工作电路两部分组成，其中 $R_0$ 为热敏电阻，它的阻值随温度的升高而减小，开关 $S_0$ 和 $S$ 都闭合时，电热水器开始加热，当电热水器中水的温度达到 ${50}^{°}\text{C}$ 时，电磁铁才会把衔铁吸下，使 $B$ 、 $C$ 两个触点接通，电热水器处于保温状态。已知 $R_1=44\Omega$ ， $R_2=2156\Omega$ ．求：

（1）将电热水器水箱中 $2.2\mathit{kg}$ 的水从 ${15}^{°}\text{C}$ 加热到 ${45}^{°}\text{C}$ ，水吸收的热量

（2）电热水器处于加热状态时工作电路的功率。

（3）将 $2.2\mathit{kg}$ 的水从 ${15}^{°}\text{C}$ 加热到 ${45}^{°}\text{C}$ ，需要通电 $5\mathit{min}$ ，电热水器的加热效率为多少？

（4）当温度达到 ${50}^{°}\text{C}$ 后，通电 $10\mathit{min}$ ， $R_2$ 产生的热量。

如图甲所示电路，电源两端电压U不变，R₁是定值电阻，R₂是滑动变阻器。当开关S闭合后，改变滑动变阻器接入电路的电阻，其电流与电压的关系如图乙所示。求：
      
⑴滑动变阻器R₂接入电路的最大阻值为    Ω，电源两端电压为     V；
⑵定值电阻R₁的电阻值；
⑶电路消耗电功率的最大值。