初中物理电功和电功率解答题

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。

图为某电热器的电路原理图，通过将开关 $S$置于不同的位置，可以实现“加热”和“保温”两种状态的变换，对应的额定功率分别为 $800W$和 $40W$。

（1）将开关 $S$接“1”时，电热器处于　　（选填“加热”或“保温” $)$状态。

（2）电热器在加热状态下正常工作，将 $0.5\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$，需

要多长时间？ $($【水的比热容为 4 . 2 × 10 3 J / ( kg · ° C ) ，假设电能全部转化为水的内能】

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	$50\mathit{kg}$

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？

小华做“测量小灯泡的功率”的实验，并探究小灯泡亮度与功率的关系，电源电压为 $4V$，保持不变，小灯泡额定电压为 $2.5V$，滑动变阻器标有“ $20\Omega 1A$”字样。

（1）图甲所示是小华正准备接入最后一根导线（图中虚线所示）时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的不妥之处：　　。

（2）下表是记录与处理实验数据的表格（部分），表中 $A$和 $B$处内容是　　和　　。

小灯泡的规格	电压表的示数 $U/V$	电流表的示数 $I/A$	$A$	$B$
$U_{额}=2.5V$	1.0	0.1	$/$	$/$

（3）实验中测出在 $U=2.0V$时的功率后，要测量其额定功率，滑动变阻器的滑片应向　　移动：当电压表的示数达到额定电压时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（4）小明认为（2）中表格内数据不是真实的。你　　（同意 $/$不同意）小明的观点，写出你判的依据。答：　　。

有一额定功率为 $2000W$的电热水器，内装 $20\mathit{kg}$的水，通电后持续正常加热 $25\mathit{min}$，水的温度从 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${50}^{°}\text{C}$。已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）水吸收的热量；

（2）电热水器的热效率。

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。

图示电路中，电源电压恒定，定值电阻电阻 $R_0=10\Omega$，滑动变阻器 $R$标有“ $50\Omega 1.0A$”。把滑片 $P$移至某一位置，闭合 $S_1$，当 $S_2$分别断开和接“1”时，电流表示数分别为 $0.4A$和 $0.6A$。

（1）求电源电压；

（2）求开关 $S_2$接“1”时，滑动变阻器 $10s$内消耗的电能；

（3）用量程为 $0~3V$的电压表替换电流表， $S_2$改接“2”，闭合 $S_1$，移动滑片 $P$，求 $R_0$的电功率的最小值。

某电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，该火锅产品铭牌和电路图如图所示：

额定电压	$220V$
额定功率	高温挡	中温挡	低温挡
	$880W$	$440W$	$220W$

（1）当开关 $S_1$断开， $S_2$接 $a$时，该电火锅选用　　档工作（选填“高温”、“中温“或“低温” $)$。

（2）当电火锅使用中温挡正常工作时，电路中电流是多大？接入电路的电热丝的阻值是多少？

（3）用电火锅高温挡在额定电压下烧水7分钟，电流做了多少功？若电热丝产生的热量全部被水吸收，在1个标准大气压下，能使 $1\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水升高多少 ${}^{\circ }\text{C}}\left(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right)$？

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。

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　　

下表示某型号电烤箱铭牌部分参数，其内部电路图如图所示， $R_1$和 $R_2$均为电阻丝，电烤箱在低温挡正常工作 $0.5h$所消耗的电能是　　 $\mathit{kW}·h$， $R_2$的阻值是　　 $\Omega$。

额定电压		$220V$
额定功率	高温挡	$1100W$
	低温挡	$440W$

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　　 $W$。

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

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　　。