初中物理电功和电功率解答题

小明利用如图1所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材：额定电压为 $2.5v$的小灯泡、电池组（二节干电池串联，电压为 $3V)$，电压表一块，滑动变阻器 $(10\Omega ,2A)$定值电阻 $(R_0=5\Omega )$、开关三个和导线若干。

（1）用笔画线代替导线，将图2中的实物电路按照图1所示的电路图连接完整。

（2）闭合开关前，应将变阻器滑片滑到　 　（选填“左”或“右” $)$端。

（3）连接完电路后，小明只闭合 $S$、 $S_1$时，移动滑片 $P$，电压表示数发生改变；只闭合 $S$、 $S_2$时，移动滑片 $P$，小灯泡不发光。于是小明用电压表进行电路故障检测，把电压表并联在某电路元件两端，测试结果如表所示。则电路中一定存在的故障是　　（填写序号）

①灯泡 $L$处断路

②灯泡处短路

③开关 $S_2$处断路

测试元件	灯泡 $L$	开关 $S_2$
电压表	无示数	有示数

（4）排除故障后，小明继续实验。

①只闭合 $S$、 $S_2$，移动滑片 $P$，使电压表的示数为　　 $V$

②只闭合 $S$、 $S_1$，保持滑片 $P$不动，读出电压表的示数为 $2.25V$

③小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（5）当加在灯泡两端的电压为额定电压的一半时，灯泡的实际功率 $P_{实}$　　（选填“ $>$”“ $<$”或“ $=$” $)\frac{1}{4}{P}_{额}$

【拓展】小红通过课外学习知道，干电池有一定的电阻，我们需要用它的“电压 $U$”和“电阻 $r$”两个物理量来描述它（如图3所示）。于是小红在小明完成步骤①后，将电压表并联在电池组两端，保持滑片 $P$的位置不变，只闭合 $S$、 $S_2$时，读出电压表示数为 $2.55V$，则小明实验中所用电池组的电阻 $r$是　　 $\Omega$。

如图是一款家庭常用的电热水壶，经测量该电热水壶的质量为 $0.6\mathit{kg}$，它与桌面的接触面积为 $0.02m^2$．该电热水壶的额定电压为 $220V$，额定功率为 $1000W$． $[g$取 $10N/\mathit{kg}$，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$

（1）求电热水壶的额定电流（保留一位小数）；

（2）求电热水壶静止放在水平桌面上对桌面的压强；

（3）用此电热水壶将 $1\mathit{kg}$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$，沸腾水至少吸收多少热量？

（4）电热水壶正常工作时，若不考虑热量损失，将壶中质量为 $1\mathit{kg}$、初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$需要多长时间。

在实践活动中，小刚所在的兴趣小组对电热水壶进行了研究与计算。

（1）如图所示，电热水壶使用的都是三脚插头，中间较长的脚连接的是电热水壶的金属外壳，插入三孔插座后可将其与　   　相连，防止漏电时对人造成伤害。壶底的加热盘烧水时是通过　　的方式改变了水的内能。

（2）电热水壶的铭牌如下表所示，正常工作时通过电热水壶的电流是多少？

额定容量	$2.0L$
额定电压	$220V$
额定功率	$2000W$
频率	$50\mathit{Hz}$

（3）为了测量电热水壶的加热效率，小刚在壶中加入额定容量的初温为 ${15}^{°}\text{C}$的水，在额定电压下将其加热到沸腾，用时 $7\mathit{min}$。已知烧水时气压为1个标准大气压， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，则该电热水壶的加热效率为多少？

（4）小刚发现电热水壶的电源线都比较短，上网查询后发现，按照国家规定的标准，电热水壶使用的电源线不能过长，横截面积不能过小。请利用所学的物理知识进行解释。

如图所示，小灯泡 $L$ 的额定电压为 $3.8V$ ，定值电阻 $R$ 阻值为 $20\Omega$ ，闭合开关，流过 $R$ 的电流为 $0.1A$ ，流过 $L$ 的电流为 $0.2A$ ．求：

（1）此时 $L$ 的电阻；

（2） $L$ 的实际功率；

（3）通电 $20s$ ， $L$ 、 $R$ 共消耗的电能。

用如图1所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。

（1）烧瓶中装入的煤油是　    　（选填“导体”或“绝缘体” $)$。

（2）请根据实物电路，在虚线框图2内画出对应的电路图。

（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝 $R_1$与 $R_2$的阻值应　　，通过 $R_1$的电流　　通过 $R_2$的电流。

（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明　　。

（5）小红用如图3示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度 $h$与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，图4中能正确反映 $h-I$关系的是　　。

【拓展】用 $Q=I^2\mathit{Rt}$可以算电流通过任何用电器产生的热量，能用 $Q=\mathit{UIt}$计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因　　

在做"测量小灯泡的电阻"的实验时，小明选用了电压为6V的电源，额定电压为3.8V的小灯泡和其它合适的器材，并连接了部分实验电路，如图所示：

（1）为了完成实验，请你帮他用笔画线代替导线将电路连接完整（要求导线不能交叉，滑动变阻器的滑片向右移动时电流表示数变小）

（2）电路连接好后，在闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P移到 　    　（选填"A端"或"B端"）；

（3）当闭合开关，移动滑动变阻器的滑片时，灯丝突然烧断，此时电压表的示数 　 　（选填"变大"、"变小"或"不变"）。

（4）换相同规格的灯泡，重新实验并记录数据如下表：

电压/V	2.0	2.5	2.8	3.0	3.2	3.5
电流/A	0.40	0.48	0.53	0.56	0.58	0.61
电阻/Ω	5.0	5.2	5.3	5.4	5.5	5.7
平均电阻/Ω	5.4

根据实验数据，小明确定平均电阻就是小灯泡的电阻，你认为这种做法合理吗？ 　 　（选填"合理"或"不合理"），你的理由是 　                                    　。

（5）小明还想利用现有的实验器材测量小灯泡的额定功率，但此时电压表0～15V量程突然损坏，而0～3V量程完好。请你在不增减器材的情况下，帮他设计测量小灯泡额定功率的实验。要求写出必要的实验步骤，用字母（或数值）记录所测得的物理量并写出小灯泡额定功率的表达式。

实验步骤： 　                                                             　

小灯泡额定功率的表达式： 　                   　。

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？

如图甲所示，是一则公益广告，浓浓的孝心透着社会主义核心价值观。小明的爷爷网购了一台电热足浴器，其铭牌的部分参数如图乙（甲部分）所示，电热足浴器某次正常工作时控制面板显示如图乙（乙部分）所示，求：

（1）此时足浴器的工作电流。（计算结果保留一位小数）

（2）足浴器装入最大容量初温为 ${22}^{°}\text{C}$的水，当水温达到控制面板上显示的温度时水所吸收的热量。

（3）上述加热过程耗时 $16\mathit{min}$，该足浴器的热电效率。

在测量小灯泡电功率的实验中，已知灯泡额定电压 $U=2.5V$，电源电压保持不变

（1）用笔画线代替导线把甲图电路连接完整。

（2）调节滑动变阻器，使电压表示数为 $2.5V$，此时电流表示数（如图乙）为　 $A$，则小灯泡的额定功率是　　 $W$。

（3）如果没有电压表，用如图丙所示电路也可测小灯泡的额定功率。其中，定值电阻的阻值为 $R_0$．先断开开关 $S_2$、闭合开关 $S$、 $S_1$，调节滑动变阻器，使电流表的示数为 $\frac{U_{额}}{R_0}$；再保持变阻器滑片的位置不变，只断开开关　　、闭合其它开关，读出电流表示数为 $I$，灯泡额定功率的表达式为 $P_{额}=$　　（用 $R_0$、 $U_{额}$、 $I$的代数式表示）。

如图所示，某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置，将重为 $1600N$的建材由斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面倾角为 $30°$，斜面高为 $4.5m$，建材移动的速度为 $0.4m/s$，电动机的输出功率为 $400W$，斜面的效率与整个装置的效率之比 ${\eta }_1:{\eta }_2=10:9$．（忽略定滑轮处摩擦及绳重）求：

（1）对建材做的有用功。

（2）斜面的效率。

（3）电动机消耗的电能。

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？

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）

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

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。

小金对玩具汽车的电动机很感兴趣，他拆下电动机，测得它的内阻为 $1.5\Omega$．为测量电动机工作时的电流，利用身边现有器材，设计了如图所示的电路（符号表示数值可读的变阻器）。已知电源电压为 $12V$，当变阻器的阻值为 $6\Omega$时，电压表的读数为 $3V$．计算此时：

（1）通过电动机的电流；

（2）电动机消耗的电功率。