初中物理电功和电功率解答题

某电饭锅简化电路如图甲所示， $R_1$和 $R_2$均为定值电热丝， $S$、 $S_1$为自动开关，煮饭时，把电饭锅接入 $220V$电路中，电路中总电流随时间变化的图象如图乙所示。求：

（1）电饭锅工作时的最大功率和最小功率；

（2）电热丝 $R_2$的阻值；

（3）若电压降低， $S_1$断开，这时电路中的电流始终为 $1A$， $10\mathit{min}$内电饭锅产生的热量。

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。

为了研究小灯泡在不同电压下工作时（实际电压不允许超过额定电压的五分之一），消耗的电功率是否相同，某同学选取一个额定电压为 $2.5V$的小灯泡。

（1）请你帮他设计电路，并在答题卡的指定位置画出电路图；

（2）他还准备了：蓄电池 $\left(6V\right)$，电流表 $(0~0.6A0~3A)$、电压表 $(0~3V0~15V)$、滑动变阻器 $R_1(10\Omega 0.6A)$、滑动变阻器 $R_2(50\Omega 0.6A)$、开关、导线若干。为了完成实验，应选择滑动变阻器　　接入电路，电压表选用　　量程；

（3）由实验测得，通过小灯泡的电流随电压变化的关系图线如图所示。由图可知，小灯泡正常发光时，通过灯丝的电流是　　 $A$，此时消耗的电功率为　　 $W$；

（4）通过数据分析可以得出：　　。

在“测量小灯泡的功率”实验中，小灯泡的额定电压为 $2.5V$。

（1）如图甲是小明测量小灯泡额定功率的实物电路图（不完整）。请用笔画线代替导线将实物电路图连接完整。

（2）闭合开关前，图甲中滑动变阻器的滑片 $P$应位于　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端。

（3）连接好电路后，闭合开关，小明发现移动滑动变阻器滑片 $P$，小灯泡不发光，电压表的示数为零。进一步观察并检查电路，发现电压表、电流表、导线及其连接均完好。针对电路中出现的小灯泡不发光的故障现象，他提出了如下猜想：①小灯泡短路；②小灯泡的灯丝断了；③滑动变阻器断路。根据故障现象，猜想　　（填序号，下同）是错误的。如果观察到电流表有示数，则猜想　　是正确的。

（4）排除故障，闭合开关，移动滑动变阻器滑片 $P$到某一位置，电压表示数如图乙所示，此时应将滑片 $P$向

　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端移到合适位置，读出电流表示数，即可算出小灯泡的额定功率。

（5）小平打算增加一个阻值为 $10\Omega$的定值电阻 $R_0$，只利用一只电表，通过图中操作（开关 $S$接“ $a$”、” $b$”各一次）来测量小灯泡的额定功率。图丙、丁是她设计的两种不同方案的电路图，则以下判断正确的是　　（填字母）。

$A$．两种方案都能          $B$．两种方案都不能

$C$．丙方案能，丁方案不能   $D$．丙方案不能，丁方案能。

如图甲所示， $L$ 上标有" $6V3W$ "字样，电流表量程为 $0~0.6A$ ，电压表量程为 $0~15V$ ，变阻器 $R$ 的最大阻值是 $100\Omega$ ．只闭合开关 $S_1$ ，滑片置于 $a$ 点时，变阻器连入电路的电阻为 $R_a$ ，电流表示数为 $I_a$ ；只闭合开关 $S_2$ ，移动滑片 $P$ ，变阻器两端电压与其连入电路的电阻关系如图乙所示，当滑片 $P$ 置于 $b$ 点时，电压表示数 $U_b=8V$ ，电流表示数为 $I_b$ ．已知 $R_a:R_0=12:5$ ， $I_a:I_b=3:5$ （设灯丝电阻不随温度变化）。求；

（1）小灯泡的电阻；

（2）定值电阻 $R_0$ 和电源电压 $U$ ；

（3）只闭合开关 $S_1$ 时，在电表的示数不超过量程，灯泡两端的电压不超过额定电压的情况下，电路消耗的功率范围。

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	$50\mathit{kg}$

如图所示的电路中，电源电压恒定，灯泡 $L_1$标有“ $3V1.5W$ “，灯泡 $L_2$标有“ $6V6W$”，滑动变阻器 $R$的最大阻值为 $10\Omega$．开关 $S_1$闭合， $S_2$断开，滑动变阻器的滑片 $P$置于 $b$端时，电流表的示数为 $0.5A$．设灯泡的电阻不变

（1）闭合 $S_1$，断开 $S_2$调节滑片 $P$使 $L_2$正常发光，求此时滑动变阻器接入电路的阻值；

（2）闭合 $S_1$、 $S_2$，调节滑片 $P$使 $L_1$正常发光，求此时 $L_2$的实际功率。

在“测定小灯泡电功率”的实验中，选用器材如下：2节干电池、额定电压为 $2.5V$的小灯泡（额定功率小于 $1W)$、电流表、电压表、滑动变阻器 $\left(20\Omega 1A\right)$，开关和导线，图甲所示是小明没有连接完整的电路。

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲所示的电路连接完整。

（2）正确连接好电路，闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于最　　（选填“左”或“右” $)$端。

（3）小明闭合开关后，移动滑片，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，则该电路故障可能是　　。

（4）小明排除故障后，通过正确操作，当灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，其值为　　 $A$，小灯泡的额定功率为　　 $W$。

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　　。

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“测量小灯泡功率”的实验中，提供的器材有：铭牌上仅能看清标有“ $0.3A$”字样的小灯泡、电池组、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干。

（1）请用笔画线代替导线将图甲所示的实物电路连接完整。

（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于　　（选填“左”或“右” $)$端。闭合开关，小灯泡不亮，两电表均无示数，现将电压表接在变阻器两端时有示数，接在开关两端时无示数，则电路故障是　　。

（3）排除故障后，移动变阻器的滑片，使电流表示数为 $0.3A$，此时电压表示数如图乙所示，其值为　　 $V$，小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（4）在实验过程中，电压表发生故障，现增加电阻箱和单刀双掷开关，设计了如图丙、丁两种方案，则能测出灯泡额定功率的方案是　　。

电炉子是根据电流的　　效应制成的。如图所示，电炉丝热得发红，而和它相连接的铜导线却几乎不发热，为什么？