初中物理电功和电功率解答题

某电热加湿器具有防干烧功能，可在水量不足时自动停止工作，其工作原理如图所示；水箱中的加热器具有高、低两挡功率调节功能，其内部电路（未画出）由开关 $S$和阻值分别为 $121\Omega$和 $48.4\Omega$的电阻丝 $R_1$、 $R_2$组成。轻弹簧的下端固定在水箱底部，上端与一立方体浮块相连，浮块内有水平放置的磁铁。该加湿器为防干烧已设定：仅当浮块处于图中虚线位置时，固定在水箱侧壁处的磁控开关方能闭合而接通电路。

（1）当处于高功率挡时，加热器工作 $2.5\mathit{min}$所产生的热量全部被 $1\mathit{kg}$的水吸收后，水温升高了 ${50}^{°}\text{C}$．已知加热器处于低功率挡时的功率为 $400W$，电压 $U=220V$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$。

①求加热器处于高功率挡时的功率；

②请画出加热器内部电路。

（2）当向水箱内缓慢加水使浮块上升至图中虚线位置时，浮块下表面积距水箱底部的高度为 $20\mathit{cm}$，弹簧对浮块的弹力大小为 $6N$，浮块（含磁铁）的质量为 $0.4\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

①求浮块上升至虚线位置时排开水的体积；

②该加湿器所设定的防干烧最低水面距水箱底部的高度为　　 $\mathit{cm}$，理由是　　。

如图1所示，电源电压不变，小灯泡 $L$的额定电压为 $10V$，滑动变阻器 $R_1$的规格为“ $10\Omega 1A$”。闭合开关，当滑片 $P$置于距左端三分之一处，灯泡正常发光，电流表指针满偏，电表表盘如图2所示。

（1）求灯泡的额定功率和电源电压

（2）用定值电阻 $R_2$替代小灯泡，再将另一电压表 $V_2$接入电路，其它部分电路连接不变。闭合开关，当滑片 $P$置于某一位置时，两个电压表指针偏转的角度相同，且表 $V_2$示数大于表 $V_1$的示数，两种电表指针偏转角度之比为 $2:1$．求 $R_2$可能的阻值。

如图所示，电源电压可调，灯泡 $L$规格为“ $15V45W$”，且灯丝电阻不随温度变化。电流表量程为“ $0~0.6A$”和“ $0~3A$ “，滑动变阻器的规格分别为“ $25\Omega 2A$’和“ $10\Omega 3A$”。

（1）将电源电压调到 $18V$，闭合开关，移动 $P$，可使灯泡正常发光。求灯泡正常发光时的电阻和灯泡消耗的最小功率。

（2）将电源电压调到 $15V$，用定值电阻 $R_0$替换灯泡， $P$置于中点 $A$，闭合开关，电流表指针指到满偏刻度的三分之二位置（可能重新选择了电流表量程和变阻器 $R)$。然后将 $P$从 $A$移到最左端 $B$，两表示数的 $I-U$关系如图所示。通过计算判断所用变阻器的规格。

小谦根据如图甲所示的电路组装成调光灯，并进行测试。电源电压保持不变，小灯泡的额定电压是 $6V$，小灯泡的 $I-U$图象如图乙所示。

求：

（1）小灯泡正常发光时的电阻。

（2）小灯泡正常发光 $10\mathit{min}$消耗的电能。

（3）经测算，小灯泡正常发光时的功率占电路总功率 $50\%$，如果把灯光调暗，使小灯泡两端电压为 $3V$，小灯泡的实际功率占电路总功率的百分比是多少？

（4）小谦认为这个调光灯使用时，小灯泡的功率占电路总功率的百分比太低，请写出一种出现这种情况的原因。

在“测量小灯泡的功率”的实验中。

（1）小明设计了如图甲所示的电路图。按照电路图，已完成部分实物电路连接（如图乙所示）。根据图乙中的信息，电压表量程应选 $0~$　　 $V$；若开关闭合后，向左移动滑动变阻器滑片 $P$，能使电路中电流变大，应将开关右侧接线柱与滑动变阻器的　　（选填“ $A$”、“ $B$”、“ $C$”或“ $D$” $)$接线柱相连。

（2）正确连接好电路，闭合开关后发现：小灯泡不亮，电流表示数为零，而电压表示数接近电源电压，经检查，电流表是完好的，仅滑动变阻器或小灯泡存在故障，则电路中的故障是　　。排除故障后，闭合开关，仍发现小灯泡不亮，电流表指针偏转很小，要使该小灯泡发光只需　　

（3）观察小灯泡在不同电压下的亮度，读出电压表，电流表示数，实验记录见表：

实验序号	电压 $U/V$	电流 $I/A$	小灯泡亮度	实际功率 $P/W$
1	2	0.18	偏暗	0.36
2	2.5	0.2	正常发光	0.5
3	3		偏亮

①由表格可知：该小灯泡额定电压为　　 $V$。

②当小灯泡两端电压为 $3V$时，小灯泡偏亮，小明担心灯丝会烧断，于是立即断开开关，未读取电流表示数。同组的小华观察到当时电流表指针的位置如图丙所示，则通过小灯泡的电流为　　 $A$，小灯泡的实际功率为　　 $W$。

（4）本实验电路除了能测出小灯泡的功率，小明认为还能测出小灯泡灯丝的阻值，小华认为还能探究电流与电压的关系，你认为　　同学的观点是错误的，理由是：　　

如图甲所示，是一种电加热恒温箱的简化工作原理电路图。工作电路由电压 $U_0=220V$的电源和阻值为 $R_0=88\Omega$的电热丝组成。控制电路是由电压 $U_1=7.5V$的电源、开关、电磁继电器（线圈电阻不计）、电阻箱 $R_1$（可取值范围为 $0~120\Omega )$和热敏电阻 $\mathit{Rt}$组成的，热敏电阻 $\mathit{Rt}$的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到 $50\mathit{mA}$时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热。

（1）由乙图可知热敏电阻 $R_t$的阻值随温度的升高而　 　。（选填“增大”、“不变”、“减小” $)$

（2）求工作电路中电热丝 $R_0$工作时的电流和工作 $5\mathit{min}$产生的热量。

（3）如果恒温箱的温度设定为 ${60}^{°}\text{C}$，则电阻箱 $R$应取多大阻值。

（4）该恒温箱可设定的最高温度是多少 ${}^{°}\text{C}$？

如图所示，图甲是小谦同学研究调光灯的实验电路图，小灯泡规格是“ $6V3W$”，闭合开关 $S$，当滑动变阻器滑片 $P$在 $A$点时，滑动变阻器连入电路的电阻为 $R_1$，电压表的示数为 $4V$，当滑动变阻器滑片 $P$在 $B$点时，滑动变阻器连入电路的电阻为 $R_2$，电压表的示数为 $2V$，且 $R_2=2R_1$，测绘出小灯泡的 $I-U$图象如图乙所示，电源电压保持不变。

（1）根据小灯泡的 $I-U$图象判断，小灯泡的阻值是否恒定　 　（选填“恒定”或“不恒定” $)$，用物理知识解释其原因是　　。

（2）小灯泡正常发光时的电流是多少 $A$？

（3）小灯泡两端电压为 $2V$时的实际功率是多少 $W$？

（4）电源电压是多少 $V$？

某学校建了一个植物园，园内有一个温室大棚，大棚内设计了模拟日光和自动调温系统，对大棚进行照明、保温和加热。冬季白天有日光的时候，灯泡不亮；白天开启该系统的保温功能，晚上开启该系统的加热功能。大棚照明调温功能的原理电路图如图所示。已知电源电压恒为 $220V$， $R_1$和 $R_2$是两个电热丝（不考虑温度对电阻的影响），保温时 $R_1$与 $R_2$的电功率之比为 $1:3$， $R_2=30\Omega$， $L$是标有“ $220V$， $100W$”的灯泡。请解答下列问题：

（1）灯泡正常工作时的电阻多大？

（2）开启加热功能时开关 $S_2$处于　 　（选填“断开”或“闭合” $)$状态。

（3）若每天保温状态和加热状态各连续工作 $10h$，一天中电热丝放出的热量完全由该植物园自产的沼气提供，其热效率为 $50\%$，则每天需要完全燃烧多少立方米的沼气？（已知热值 $q_{\mathit{沼气}}=1.8\times {10}^{7}J/m^3)$

如图甲是家用电暖器，利用电热给煤油加热取暖。如图乙为其简化的电路原理图，已知电阻 $R_1>R_2$，铭牌见下表。在电暖器跌倒时，跌倒开关 $S$自动断开，切断电源，保证安全。电暖器有“高温档”、“中温档”和“低温档”三个档位，解答下列问题：

（已知 $c_{\mathit{煤油}}=2.1\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， ${\rho }_{\mathit{煤油}}=0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$

（1）煤油温度升高 ${20}^{°}\text{C}$时，吸收了多少焦耳的热量？

（2） $R_1$的阻值是多少？（写出必要的文字说明）

（3）某同学用两个阻值和 $R_1$、 $R_2$均相同的电热丝串联，制成一个新的电热器，将它接在家庭电路中工作 $11\mathit{min}$，产生的热量是多少？

额定电压	$220V$
煤油体积	$25L$
功率选择	$1500W/1100W/400W$三挡可调
操作方式	手动

在图甲所示的电路中，电源电压为6伏且保持不变，滑动变阻器 $R_1$标有“ $100\Omega$ $2A$”字样。闭合开关 $S$后，电流表 $A_1$和 $A_2$的示数分别如图乙所示。求：

（1）电阻 $R_2$的阻值。

（2）通电10秒钟，电流通过电阻 $R_2$所做的功 $W_2$。

（3）重新移动滑动变阻器 $R_1$的滑片 $P$，使两个电流表指针偏离零刻度的角度恰好相同，求此时变阻器 $R_1$消耗的功率 $P_1$。

现有 $A$、 $B$、 $C$三只灯泡已知 $A$灯标着 $6V3W$， $B$灯标着“ $6V6W$， $C$灯只能看清其铭牌上的额定电压为 $6V$．通过 $A$灯和 $B$灯的电流随两端电压变化关系的图象如图甲所示。则：

（1）将 $A$、 $B$两灯并联接在电压为 $6V$的电源， $20\mathit{min}$内电路消耗的电能是多少焦？

（2）将 $A$、 $B$两灯串联接在电压可调的电源两端，使 $A$灯恰好正常发光，此时 $A$、 $B$两灯的总功率是多少？

（3）如图乙所示将 $C$灯和一个滑动变阻器 $R$接入到另一个电源电压恒定的电路中，当闭合开关 $S$滑动变阻器滑片位于中点时灯泡正常发光，此时灯泡的电功率为 $P$；当滑片位于最右端时灯泡实际电功率为 $P\text{'}$，已知 $P:P\text{'}=16:9$，求此电路的电源电压是多少？（设 $C$灯的电阻始终不变）

一款电热水壶工作时有两档，分别是加热档和保温档。其工作原理如图所示（虚线框内为电热水壶的发热部位），已知 $R_1=44\Omega$， $R_2=2156\Omega$，外界气压为一个标准大气压， $g=10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）当开关 $S$置于　   　（选填“1”或“2” $)$时电热水壶处于加热档，它的功率是多大？

（2）保温状态下电路中的电流是多大？

（3）若将体积为 $1L$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水烧开需要7分钟，求电水壶的加热效率 $\eta$．（结果保留一位小数）

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？

如图所示的电路中，电源电压为 $9V$，灯泡 $L$上标有“ $6V1.2W$”的字样，闭合开关 $S$，灯泡恰好正常发光，求此时：

（1）通过灯泡 $L$的电流；

（2）电阻 $R$的阻值；

（3）整个电路消耗的电功率。

图甲为测定额定电压为“ $2.5V$”小灯泡电功率的实验电路，电源电压恒为 $3V$不变。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物图连接完整。

（2）闭合开关前，滑片应移到滑动变阻器的最　　端（选填“左”或“右” $)$。

（3）正确连接好电路，闭合开关，发现灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数；移动滑片，发现除了电流表示数改变外，其余均无变化。经检查，电压表完好，则故障可能是小灯泡　　（选填“短路”或“断路” $)$。

（4）排除故障后，移动滑片，实验小组记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图乙所示的 $I-U$图像，由图像可计算出小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（5）实验过程中，当电压表示数为 $1V$时，滑动变阻器连入电路的阻值为　　 $\Omega$。