初中物理电功和电功率计算题

某科技活动小组设计了如图所示的电路。电源电压不变，当 $S_1$闭合、 $S_2$断开，变阻器 $R_2$的滑片 $P$滑到 $a$端时，电流表的示数为 $0.8A$，定值电阻 $R_1$消耗的功率为 $6.4W$；变阻器 $R_2$的滑片 $P$滑到 $b$端时，电流表的示数变为 $0.2A$；当 $S_1$和 $S_2$都闭合，变阻器 $R_2$的滑片 $P$滑到某点时，电流表的示数为 $0.6A$，小灯泡 $L$消耗的功率为 $0.9W$．求：

（1）电源电压；

（2）变阻器 $R_2$的最大阻值；

（3）小灯泡两端电压及此时变阻器 $R_2$连入电路的阻值

图甲是海上打捞平台装置示意图，使用电动机和滑轮组将实心物体 $A$从海底竖直向上始终以 $0.05m/s$的速度匀速吊起，图乙是物体 $A$所受拉力 $F$随时间 $t$变化的图象（不计摩擦、水的阻力及绳重，忽略动滑轮受到的浮力， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$． $g=10N/\mathit{kg})$。请解答下列问题：

（1）物体 $A$的体积是多少？

（2）物体 $A$完全浸没在水中时滑轮组的机械效率为 $80\%$，当物体 $A$完全离开水面后，滑轮组的机械效率是多少？

（3）当物体 $A$完全离开水面后，电动机两端电压为 $380V$，通过的电流为 $5A$，电动机线圈的电阻为多少？（不计电动机内部摩擦）

“匚”式电压力锅简化电路如图甲， $R$为发热电阻， $R_0$为调控电阻，电源电压为 $220V$，开关1、2、 $3\dots$代表不同的功能开关，分别连在调控电阻的不同位置时，发热电阻相应有不同的发热功率。当开关1接通时，发热电阻的功率最大， $P_m=1100W$；开关3接通时，处于保温功能，发热电阻的功率 $P_1=44W$，可认为发热电阻产生的热量等于压力锅散失的热量。已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{・}^{\circ }\text{C}}\right)$。请完成下列问题：

（1）计算调控电阻的最大阻值及发热电阻的阻值。

（2）假设加热过程中，电热锅热量散失不随温度变化，散失功率恒为 $44W$．用最大发热功率将 ${36}^{°}\text{C}$、 $2.2\mathit{kg}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$所用的时间有多少秒。

（3）某普通电压力锅工作电路如图乙，该锅只有加热和保温两个功能，其加热功率 $P=1100W$．用该普通电压力锅做米饭，温度达到 ${100}^{°}\text{C}$后，需用加热功能继续加热5分钟，所煮米饭才能达到理想食用效果；而用图甲所示“匚”式电压力锅煮完全相同的米饭，当温度达到 ${100}^{°}\text{C}$后会自动调节为 $P_2=99W$的低功率继续加热5分钟，也能达到相同的食用效果。求这两种锅在这5分钟内，用“匚”式电压力锅比用普通电压力锅节省多少焦耳电能？

小明妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆（如图所示），内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压为 $220V$，额定功率 $605W$．问：

（1）小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入 $6\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水，加热系统的加热电阻正常工作 $15\mathit{min}$将水加热到 ${40}^{°}\text{C}$，此加热过程中水吸收的热量是多少？消耗的电能是多少？ $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（2）当小明家的实际电压是 $200V$时，加热电阻工作的实际功率是多少？

（3）足浴盆按摩系统中的电动机工作电压是 $12V$（按摩系统将交流电压转换为 $12V)$，工作电流为 $4A$，其电阻为 $0.5\Omega$，电动机工作中因发热损失的功率是多少？

如图所示电路，电源电压保持不变，定值电阻 $R_1=20\Omega$， $R_2=10\Omega$， $R$是滑动变阻器。当滑动变阻器滑片 $P$移动到最右端，开关 $S_1$闭合，开关 $S_2$断开时，电流表的示数为 $0.3A$；当滑动变阻器滑片 $P$移动到中点时，开关 $S_1$闭合 $S_2$断开时，电压表的示数为 $U_1$，保持滑动变阻器滑片 $P$位置不变，开关 $S_2$闭合 $S_1$断开时，电压表的示数为 $U_2$，且 $U_1:U_2=2:3$，求：

（1）电源电压；

（2）滑动变阻器的最大阻值；

（3）要使整个电路消耗的电功率为最小，请写出：开关 $S_1$、 $S_2$的开闭状态，滑动变阻器滑片 $P$移动到的位置，并计算出最小电功率是多少？

将电阻 $R_1$、 $R_2$串联后接在电路中。如图所示，在 $a$、 $b$间接一根导线时，电路中的电功率将变为原来的4倍；在 $a$、 $b$间接电压表时。其示数为 $3V$，在 $a$、 $b$间接电流表时，其示数为 $1A$．求：

（1）电压 $U$；

（2） $R_1$的阻值；

（3）电路的总功率。

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。

实验小组的同学设计了如图 $a$所示的电路，已知电源电压不变，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器滑片 $P$的位置，根据电路中电压表和电流表的数据描绘了如图 $b$所示的两条 $U-I$图线。其中利用电压表 $V_1$和电流表 $A$的数据描绘出甲图线，利用电压表 $V_2$和电流表 $A$的数据描绘出乙图线。求：

（1）定值电阻 $R_2$的阻值；

（2）电源电压的大小及定值电阻 $R_1$的阻值。

（3） $R_2$消耗的最大功率。

图甲是一家用电暖器，有“低温”，“中温”，“高温”三挡，铭牌见下表 $($ “高温”挡功率空出），图乙为其简化的电路原理图， $S$是自我保护开关，电暖器跌倒时， $S$自动断开，切断电源，保证安全，闭合 $S_1$为“低温”挡。请完成下列问题：

$\times \times$牌电暖器
额定电压		$220V$
额定功率	低温挡	$550W$
	中温挡	$1100W$
	高温挡
频率		$50\mathit{Hz}$

（1）“低温”挡正常工作时的电阻是多少？

（2）“高温”挡正常工作时的总电流是多少？

（3）若某房间内空气质量为 $60\mathit{kg}$，空气温度为 ${10}^{°}\text{C}$，设定空气的比热容为 $1.1\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$且保持不变，用该电暖器的“高温”挡正常工作20分钟，放出热量的 $50\%$被房间内的空气吸收，那么可使此房间的空气温度升高多少 ${}^{°}\text{C}$？

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？

利用所学的知识，完成下面的电学试验。

（一 $)$探究电流与电压、电阻关系

（1）小霞连接了如图甲所示的部分实验电路，请用笔画线代替导线，将电源正确接入电路。

（2）连接好电路，用开关试触，发现电压表指针能转到右侧无刻度处，电流表指针几乎不动。故障原因可能是定值电阻发生　　（填“短路”或“断路）。

（3）排除故障后，正确进行实验，测得三组实验数据，如上表所示。分析表中数据，可得出结论：在电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成　　。

试验次数	1	2	3
电压 $U/V$	1.0	2.0	3.0
电流 $I/A$	0.1	0.2	0.3

（4）小霞继续用图甲电路探究电流与电阻的关系。分别接入三个不同阻值的电阻，保持电源电压 $6V$不变，调节滑动变阻器的滑片，保持电压表示数不变，记下电流表示数，绘制了如图乙所示图象并得出结论。

①实验中小霞选取的滑动变阻器是　　（填“ $60\Omega 0.5A$”“ $30\Omega 1.0A$”或“ $20\Omega 1.2A$” $)$。结合所选的滑动变阻器，把三个定值电阻分别接入电路完成实验，电阻两端控制不变的电压最大是　　 $V$。

②把 $5\Omega$和 $20\Omega$的电阻分别接入电路，控制电阻两端的电压不变，先后两次滑动变阻器的电功率之比是　　。

（二 $)$测量额定电流为 $0.5A$小灯泡 $L_1$的额定功率

小霞选用了一只电压表，一个“ $6V3W$”的小灯泡 $L_2$，设计了如图丙所示的实验电路，其中电源电压恒为 $12V$，请完成下面实验步骤：

（1）如图丙所示，图中 $a$、 $b$处虚线框内，分别为电压表或开关 $S_2$，则在 $a$框内应是　　

（2）正确选择元件并连接电路后，闭合开关 $S$、 $S_1$，断开开关 $S_2$，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为　　 $V$．此时小灯泡 $L_1$正常发光。

（3）再闭合开关 $S$、 $S_2$，断开 $S_1$，滑动变阻器滑片的位置不变，读出电压表示数如图丁所示，为　　 $V$。

（4）则小灯泡 $L_1$的额定功率为　　 $W$。

图甲是芳芳家某型号电热加湿器的原理图，下表为其部分技术参数。 $R_1$、 $R_2$为发热电阻，不考虑温度对电阻的影响，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”之间的切换（低档为小功率加热，高档为大功率加热）。

（1）求加湿器处于低挡位置时的发热功率；

（2）某次使用加温器工作时，加湿器注水仓中加注冷水已达到最大注水量。如图乙所示是该次使用加湿器工作 $30\mathit{min}$的图象，请计算加湿器在高档正常工作时消耗的电能。如果电阻 $R_1$在此次高档加热时产生的热量全部被水吸收，可以使注水仓中冷水的温度升高多少 ${}^{°}\text{C}$？ $[$计算结果保留整数，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right))$

（3）一天，芳芳断开家中其他所有用电器，只接通加湿器在低挡加热，发现家中如图丙所示的电能表的转盘在 $5\mathit{min}$内转了27圈，求此时电阻 $R_2$的实际加热功率是多少？

如图甲所示，已知电源电压为 $60V$且保持不变，电阻 $R_1$标有“ $35V245W$”的字样， $R_2$是一个最大阻值为 $70\Omega$的滑动变阻器，电阻 $R_3$的额定电流为 $7A$（不计温度对电阻的影响）。求：

（1） $R_1$的阻值；

（2） $R_1$正常工作 $100s$消耗的电能；

（3）闭合 $S$，当 $R_2$的阻值为 $R_m$时， $V_1$的示数为 $U_1$， $V_2$的示数为 $U_2$；当 $R_2$的阻值为 $R_0$时， $V_1$的示数为 $U{\text{'}}_1$， $V_2$的示数为 $U{\text{'}}_2$；已知 $U{\text{'}}_1=\frac{3}{4}{U}_1$， $U{\text{'}}_2=\frac{9}{10}{U}_2$， $U_1=\frac{4}{5}{U}_2$，求 $R_3$的阻值；

（4）在电路安全的前提下，小天同学用以上器材组成一个如乙图所示的电路：在 $R_1$、 $R_2$和 $R_3$中任选两个电阻分别连入电路的“ $\mathit{AB}$”和“ $\mathit{CD}$”处，组成不同的电路，在同一电路中两个电阻的功率之差如果超过 $200W$，电路外的检测装置将自动报警，请通过计算和推导，判断哪些电路始终不会导致检测装置报警，哪些电路会导致检测装置报警，并计算报警时 $R_2$的取值范围。

养生壶是一种用于养生保健的烹饮容器，采用新型电加热材料，通电后产生热量把壶内的水加热。如图是某款养生壶及其铭牌，求：

（1）养生壶正常工作时的电阻；

（2）若正常工作时，养生壶加热效率为 $91\%$，将 $1\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${85}^{°}\text{C}$需要多长时间；【 c 水 = 4 . 2 × 10 3 J / kg ⋅ ∘ C} 】

（3）用电高峰期，家中只有液晶电视机和养生壶工作时，养生壶将 $1\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${85}^{°}\text{C}$，实际用时 $363s$，通过电能表测得此过程共耗电 $3.726\times {10}^{5}J$，此时养生壶两端的电压和通过液晶电视机的电流多大。（设养生壶的电阻和加热效率不变）。

型号	$\mathit{CH}-M16$
额定电压	$220V$
频率	$50\mathit{Hz}$
额定功率	$1000W$
容量	$1.2L$

如图所示为模拟调光灯电路，电路中电源电压不变，灯泡 $L$标有“ $6V3W$”字样，且灯丝电阻随温度的变化而变化，定值电阻 $R_1$的阻值为 $6\Omega$，将滑动变阻器 $R_2$的滑片 $P$置于最右端，闭合开关，电压表和电流表示数分别为 $6V$和 $0.2A$；移动滑片 $P$至某一位置，电压表和电流表示数分别为 $3V$和 $0.5A$．求：

（1）灯泡 $L$正常发光时的电阻多大？

（2）当 $R_2$的滑片 $P$在最右端时，闭合开关，灯泡 $L$的实际功率是多少？

（3）为使灯泡安全工作， $R_2$的滑片能自由滑动，且滑片 $P$滑到某一端时灯泡能正常发光，应采取怎样的保护措施？请计算说明。