初中物理电功和电功率解答题

小明和小红做“测量小灯泡的功率”实验，实验目的是测量小灯泡的额定功率和实际功率，器材有：电压恒为 $4.5V$的电源、额定电压为 $3.8V$的小灯泡、滑动变阻器 $\left(20\Omega 2A\right)$、电压表、电流表、开关各一个，导线若干。

（1）小明连接了如图甲所示的电路，准备将电压表接在小灯泡两端，电压表的表盘如图乙所示，小红认为这样连接电压表不妥，理出是：　      　。

（2）小明和小红讨论后，选择 $0~3V$的量程，将电压表接在滑动变阻器的 $A$， $B$接线柱上，请你用笔画线代替导线，将电路连接完整。

（3）正确连接好电路后，他们采用合理的操作方式，闭合开关，移动滑片 $P$，读出电压表，电流表的示数，观察小灯泡的亮度变化，记录在下表中。

电压表的示数 $U/V$	2.9	2.5	2.3	1.7	0.7	0.5	0
电流表的示数 $I/A$	0.20	0.22	0.24	0.26		0.31	0.34
小灯泡的亮度	逐渐变亮

①为达成实验目的，请将表格中的栏目补充完整：　　。

②当电压表示数为 $0.7V$时，电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

③实验结果表明，小灯泡的亮度与实际功率的关系是：　　。

④实验时，若移动滑片 $P$至 $B$端，则开关闭合后会出现　　现象，导致器材可能损坏。

某电热水器的铭牌如下表所示，现将水箱装满水，电热水器正常工作时，把水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${60}^{°}\text{C}$．已知 $C_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，不计热量损失，求：

（1）水吸收的热量；

（2）加热所需要的时间。

型号	$\times \times \times$
额定电压	$220V$
加热功率	$2000W$
频率	$50\mathit{Hz}$
水箱容量	$50\mathit{kg}$

将几十个小彩灯串联后接在照明电路上，形成一串五光十色的彩灯带，当其中一个小彩灯灯丝烧断后，彩灯带却不会熄灭，其原因是：小彩灯内有一根表面涂有绝缘物质的细金属丝与灯丝并联。当灯丝正常发光时，金属丝与灯丝支架不导通；当灯丝烧断时，金属丝与灯丝支架瞬间导通，其他小彩灯仍能发光。为探究小彩灯的这一结构，小明找来额定电压为 $5V$的小彩灯进行实验。

（1）请用笔画线代替导线，在甲图中将实物电路连接完整。

（2）正确连接电路，闭合开关，发现灯不亮，电流表有示数，电压表无示数，则电路故障的原因是　　。

（3）排除故障，正确操作测得实验数据及现象记录如表。

实验次数	1	2	3	4	5	6	7	8
电压 $\left(V\right)$	0.3	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0	7.5
电流（A）	0.06	0.10	0.13	0.16	0.18	0.20	0.21	0
灯泡亮度	不亮	发红	弱光 $\to$强光					灯丝烧断

①小彩灯的额定功率为　　 $W$；

②在图乙中，作出灯丝烧断前的 $I-U$关系图象；

③分析图象可知；小彩灯的电阻随着其两端电压的增大而　　。

（4）实验中发现，灯丝烧断后，小彩灯并没有导通，其原因可能是　　。

在“测量小灯泡额定功率”的实验中，老师给同学们提供的器材有：小灯泡（额定电压为 $2.5V$，正常发光时灯丝电阻约为 $10\Omega )$、电源（电压恒为 $6V)$、电流表、电压表、开关各一个，导线若干。若实验室只有： $R_1\left(10\Omega 1A\right)$、 $R_2(50\Omega 0.2A)$、 $R_3(100\Omega 0.5A)$三种规格的滑动变阻器可供选择。

（1）请画出实验电路图。

（2）通过估算，滑动变阻器应选择　　（选填“ $R_1$”、“ $R_2$”或“ $R_3$” $)$

（3）同学们检查器材完好，按电路图连接电路，当闭合开关时，发现电流表指针偏转情况如图1所示，造成这种现象的原因是　　。

（4）同学们纠正了错误，正确连接好电路，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表、电压表均有示数，请分析出现这种现象的原因是　　。为测量小灯泡的额定功率，接下来的操作应该是　　，读出并记录电流表的示数。

（5）当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图2，为　　，则小灯泡的额定功率为　　。

如图中所示，在“测量小灯泡电功率”的实验中，电源电压为 $4.5V$，小灯泡额定电压为 $2.5V$，电阻约为 $10\Omega$。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）连接电路时，开关应处于　　状态。

（3）实验中无论怎么移动滑片 $P$，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是　　（写出一种即可）

（4）排除故障后，移动滑片 $P$到某位置，电压表示数如图乙所示，示数为　　 $V$；要测量小灯泡的额定功率，应将滑片 $P$向　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端移动，使电压表示数为　　 $V$。

（5）移动滑片 $P$，记录多组对应的电压表和电流表的示数，绘制成 $I-U$图象。根据图内所给的信息。计算出小灯泡的额定功率是　　 $W$。

小华同学在“测量小灯泡的电功率”的实验中，所用电源电压恒为 $3V$，小灯泡上标有“ $2.5V$”字样。

（1）请用画线代替导线，将图中的实物电路图连接完整。

（2）在连接电路时，开关始终是　　（选填“断开”或“闭合” $)$的，在闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移动到最　　端（选填“右”或“左” $)$。

（3）闭合开关后小华进行了4次实验，并将有关数据和现象记录在如下的表中。

物理量 次数	电压 $U/V$	电流 $I/A$	实际电功率 $P/W$	发光情况
1	0.5	0.10	0.05	不亮
2	1.5	0.20	0.30	偏暗
3	2.5	0.30		明亮
4	2.8	0.32	0.896	很亮

表中第1次实验小灯泡不亮的原因是灯泡实际功率　　（选填“太大”或“太小” $)$。

（4）分析上表中数据可知该小灯泡的额定功率为　　 $W$，实验得出的结论是：小灯泡的实际功率　　，灯泡越亮。

如图所示的电路中，电源电压恒定，灯 $L_1$、 $L_2$电阻不变，闭合开关 $S_1$、 $S_2$，电压表示数为 $12V$，电流表示数为 $1.2A$， $L_1$和 $L_2$都正常发光。断开开关 $S_1$、 $S_2$，将电压表、电流表的位置互换，只闭合开关 $S_1$，电流表示数为 $0.75A$，电压表示数不变问：

（1） $L_1$的电阻和额定功率各为多大？

（2） $L_2$的电阻和额定功率各为多大？

平衡车作为一种新兴的代步工具，深受年轻人的喜欢，小明最近购入一台平衡车，如图所示。他仔细阅读此款平衡车的说明书，主要参数如下：

平衡车整车参数		电池参数
净重	$12\mathit{kg}$	工作电压	$36V$
最高车速	$16\mathit{km}/h$	电池容量	$2.5\mathit{Ah}$锂电池
电动机额定功率	$900W$	智能 $\mathit{BMS}$	过压 $/$欠压 $/$短路 $/$过热保护
最大载重	$85\mathit{kg}$
轮胎与地面总接触面积	$100c{m}^2$

（1）该平衡车在水平路而正常行驶时，对地面产生的最大压强是多少？（要有计算过程）

（2）该平衡车的电池充满电后，所储存的电能为　　 $J$。

（3）平衡车脚踏位置布满花纹，其作用是　　。

图甲是某型号视频展示台，其摄像头中的镜头相当于一个焦距可调的凸透镜，使用时，将物品放在展示台的摄影面板上。

（1）该视频展示台摄像头的镜头焦距可调范围为 $5.4\mathit{mm}-64.8\mathit{mm}$，把一张照片放在投影面板上，镜头离投影面板的距离为 $40\mathit{cm}$，照片通过镜头成的像是　　

$A$．放大的实像     $B$．缩小的实像 $C$．放大的虚像       $D$．缩小的虚像

（2）与视频展示台配套使用的投影幕是依靠电动机来控制升降的，小明用如图乙所示的电路进行模拟研究，电路中直流电动机的线圈电阻为 $2\Omega$， $R_0$为阻值是 $10\Omega$的定值电阻，电源电压保持 $12V$不变，闭合开关 $S$，当电动机正常工作时，匀速提升重为 $0.4N$的物体，此时电压表示数为 $6V$，求：

①电动机正常工作时，通过电阻 $R_0$的电流是多大？

②电动机正常工作2秒所消耗的电能是多少？

③若电动机正常工作时，有 $5\%$的机械能用来提升物体，物体在2秒内上升的高度是多少？

在“测量小灯泡的电功率”的实验中，电源电压为 $3V$，小灯泡的额定电压为 $2.5V$。

（1）图中的导线 $a$应与电压表的　　接线柱相连。

（2）闭合开关前应将滑动变阻器的阻值调至最大，目的是为了　　。

（3）实验数据如表所示，小灯泡的额定功率是　　 $W$。

实验次数	1	2	3
电压 $/V$	2.2	2.5	2.8
电流 $/A$	0.28	0.30	0.32
电功率 $/W$	0.62		0.90

（4）利用该电路无法完成“探究电流与电压的关系”实验，理由是　　。

某电视机的额定功率是 $110W$，则它正常工作时，电流是　　； $1\mathit{kW}\cdot h$的电能可供它正常工作的时间是　　（至少保留一位小数）

在这次新冠肺炎抗疫战中，中医药为诊疗发挥了积极作用，成为抗疫“中国方法”的重要组成部分。小明对家里的电中药壶进行观察，并用水替代中药进行了相关研究。收集和记录数据如下表。请你结合他的调查研究，完成下列问题。

观察对象	观察记录	研究记录
电中药壶	成分：紫砂 电源： $220V/50\mathit{Hz}$ 容积： $2L$ 挡位：高温 $\left(1100W\right)$ 低温	①水的质量 $m=2\mathit{kg}$，水的初温 $t={20}^{°}\text{C}$ ②用高温挡加热 $5\mathit{min}$，水的末温 $t={50}^{°}\text{C}$ ③壶内加热体由两个相同的发热电阻组成 ④ $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$

（1）请在虚线框内画出电中药壶内部的电路图；

（2）求电中药壶内部一个发热电阻的阻值；

（3）求高温加热时，电中药壶的加热效率。

人类正面临能源危机，为了找到更节能的光源，科学家做了大量的实验，实验发现下表中的 $\mathit{LED}$灯和白炽灯在正常工作时，光照强度相同。请通过计算回答下列问题：

（1） $\mathit{LED}$灯正常发光时的电流是多大？

（2） $\mathit{LED}$灯正常发光时的电阻是多大？

（3）正常工作 $10h$，使用 $\mathit{LED}$灯比白炽灯要节约多少电能？

类型	$\mathit{LED}$灯	白炽灯
发光原理	二极管发光	钨丝高温发光
额定电压	24伏	220伏
响应时间	${10}^{-9}$秒	${10}^{-3}$秒
额定功率	12瓦	100瓦

如图甲所示是测量额定电压为 $6V$的某电阻元件电功率的电路。

（1）请用笔画线代替导线将电路连接完整。

（2）闭合开关，调节滑动变阻器，直到电阻元件正常工作，记录实验数据并绘制 $I-U$图象如图乙所示。由图象可知，电阻元件的额定功率为　　 $W$。

（3）分析图象发现，通过电阻元件的电流与其两端的电压不成正比，原因是　　。

（4）若在调节滑动变阻器的过程中。突然电流表示数变为零，电压表示数接近电源电压，分析可知　　发生了断路。

在测定额定电压为“ $2.5V$”小灯泡电功率的分组实验中：

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）小明闭合开关后，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，则故障可能是　　。排除故障后，移动滑片使小灯泡正常发光，此时电流表数如图乙所示，则小灯泡额定功率为　　 $W$。

（3）小华在进行实验数据处理时，算出了小灯泡的平均功率（如表），你认为这样处理数据是　　（合理 $/$不合理）的，理由：　　。

实验序号	电压 $U/V$	电流 $I/A$	功率 $P/W$	平均功率 $\bar{P}/W$
①	2.0	0.26	0.52	0.69
②	2.5	0.28	0.70
②	2.8	0.30	0.84

（4）下列描述小灯泡功率 $P$随滑动变阻器阻值 $R$变化情况的图象中，正确的是