初中物理电功和电功率解答题

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。

小明在“测量小灯泡的电功率”实验中，电源电压恒为 $3V$，小灯泡上标有“ $2.5V$ “字样。

（1）请你根据如图甲所示的电路图，用笔画线代替导线，将图乙中未完成的电路连接完整。要求：当滑片向左移动时，滑动变阻器连入电路的阻值变小。

（2）闭合开关，调节滑片到某一位置时，电压表示数如图丙所示，示数为　 　 $V$．要测量小灯泡的额定

功率，应将滑片向　　（选填“左”或“右” $)$移动。

（3）调节滑动变阻器，测出多组数据，画出了如图丁所示的 $I-U$图象，由图象可知，小灯泡的额定功率为　　 $W$．小灯泡灯丝的电阻随其两端电压的增大而　　（选填“增大”“不变”或“减小” $)$。

（4）小明分析图象发现，当小灯泡两端电压为零时，通过小灯泡的电流也为零，他认为小灯泡不通电时，灯丝

的电阻为零，他的观点正确吗？　　。理由是　　。

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】

在“测量小灯泡额定功率”实验中，小灯泡的额定电压 $U_{额}=2.5V$。

（1）图甲是测量小灯泡额定功率的实物电路图，图中有一根线连接错误，请在这根线上打“ $\times$”，并在图中改正。

（2）闭合开关前，滑片 $P$应位于　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端。

（3）闭合开关，移动滑片 $P$直到电压表示数为 $2.5V$，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（4）小华设计了如图丙所示的电路也完成了该实验，请完成下列填空（电源电压不变， $R_1$和 $R_2$为滑动变阻器， $R_2$的最大电阻为 $R_0)$。

①只闭合开关 $S$、 $S_1$，调节 $R_2$，使电压表的示数为 $2.5V$；

②只闭合开关 $S$、 $S_2$，调节　　，使电压表的示数仍为 $2.5V$；

③接着将 $R_2$的滑片 $P$调至最左端，记下电压表的示数为 $U_1$；再将 $R_2$的滑片 $P$调至最右端，记下电压表的示数为 $U_2$，则小灯泡额定功率的表达式 $P_{额}=$　　（用 $U_{额}$、 $R_0$、 $U_1$、 $U_2$表示）。

在测定“小灯泡的电功率”的实验中，已知电源电压为 $6V$，小灯泡的额定电压为 $2.5V$，小灯泡的电阻约为 $10\Omega$，滑动变阻器上标有“ $20\Omega 1A$”字样。左图是小向同学没有连接完的实物电路。

（1）请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整；

（2）实验中，小向同学连接好电路后，闭合开关，移动滑片，发现小灯泡始终不亮，且电压表有示数，电流表无示数，则故障的原因是　 ；

（3）故障排除后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片到某一位置，电压表的示数如图甲所示，此时电压为　　 $V$，要测量小灯泡的额定功率，应将滑片 $P$向　　端滑动（选填“左”或“右” $)$；

（4）当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是　　 $W$。

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　　 $\Omega$。

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	$50\mathit{kg}$

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

（1）请根据图甲，将图乙所示的实物电路用笔画线连接完整；

（2）在连接电路时，开关应 　，滑动变阻器的滑片 $P$ 应置于 　　端（选填" $A$ "或" $B$ " $)$ ；

（3）移动滑片 $P$ ，当电压表的示数为 $1.5V$ 时，电流表的示数如图丙所示，其示数为 　　 $A$ ，小灯泡此时的电功率为 　　 $W$ ．要测量小灯泡的额定功率，需将滑片 $P$ 向 　　端移动（选填" $A$ "或" $B$ " $)$ 直到电压表的示数为 $2.5V$ ；

（4）实验中，小灯泡突然熄火，电流表示数为零，电压表示数变大，电路中的故障可能是 　　。

如图的电路中，电源电压恒定，灯泡 $L$ 标有" $3V1.5W$ "。开关 $S_1$ 闭合、 $S_2$ 断开时，灯泡 $L$ 正常发光；开关 $S_1$ 、 $S_2$ 均闭合时，电流表的示数为 $1.5A$ ；求：

（1）灯泡 $L$ 正常发光时的电流；

（2）电阻 $R$ 的阻值；

（3）开关 $S_1$ 、 $S_2$ 均闭合时电路的总功率。

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）。

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。