初中物理电功和电功率解答题

在测定“额定电压为 $2.5V$的小灯泡电功率”的实验中，电源电压保持不变。

（1）请用笔画线代替导线，将图中的实物电路连接完整（导线不得交叉）。

（2）实验时，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表无示数，则故障的原因可能是　　（写出一种即可）。

（3）故障排除后，闭合开关，变阻器滑片 $P$移至某处时，电压表示数如图甲，若想测量小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器滑片 $P$向　　端（选填“左”或“右” $)$移动，直到电压表的示数为　　 $V$，小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

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。

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：　　。

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）

“测小灯泡额定电功率”的实验中，提供的器材有：电压恒为 $4.5V$的电源，额定电压为 $2.5V$的待测小灯泡，电阻约为 $l0\Omega$，电流表 $(0~0.6A,0~3A)$，电压表 $(0~3V,0~15V)$，开关和导线若干。还有标有“ $10\Omega 2A$”的滑动变阻器 $A$和标有“ $5\Omega 1A$”的滑动变阻器 $B$。

（1）若小明设计电路如图甲所示，请选择合适的量程，并用笔画线代替导线将图甲的实验电路图连接完整；

（2）本实验选择的滑动变阻器是　 $A$　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$；

（3）当滑动变阻器的滑片 $P$移到某一位置时，观察到电压表示数如图乙所示，根据所选正确量程，其示数为　　 $V$；

（4）为了测量小灯泡额定功率，此时应该将变阻滑的滑片 $P$向　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$移动。当电压达到小灯泡额定电压时，小灯泡正常发光，电流表的示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（5）小明综合分析实验数据发现，灯泡越亮时灯丝的电阻越大，说明灯丝的电阻　　。

电热水壶由分离式底座和壶身两个部分组成。分离式底座由电源线、圆形底座和供电插座组成，如图甲：电热水壶内部简化电路，如图乙。

（1）为防止触电，供电插座的外壳材料应是　　（选填“绝缘体”或“导体” $)$。

（2）电热水壶额定电压为220伏，额定功率为1000瓦，求：

①电阻 $R_1$的阻值是多少？

②正常工作时，烧开一壶水需要300秒，消耗多少电能？

（3）为满足人们随时取用热水需求，电热水壶需设置保温功能。现有一个温控开关（一定温度时，可以自动断开或闭合；元件符号为“” $)$，一个阻值远大于 $R_1$的定值电阻 $R_x$（元件符号为“” $)$。要求利用提供的器材，对原电热水壶的简化电路进行改进，实现既可加热又能保温的功能，且加热功率保持不变。请在答题卷的虚线框内画出电路图，并说明保温的工作原理。

"国之润，自疏浚始"。新一代国之重器"天鲲号"绞吸挖泥船在河道清淤、湖泊疏浚、吹填造陆等方面发挥着重大作用。

（1）"天鲲号"以功率 $P_1=6600\mathit{kW}$ 进行绞吸，同时以功率 $P_2=13400\mathit{kW}$ 向远处输送岩石泥沙，工作时间 $t=10\mathit{min}$ ，共做功多少焦？

（2）"天鲲号"绞刀的工作原理与家用破壁机相似。某破壁机的额定电压 $U=220V$ ，额定电流 $I=10A$ ．"天鲲号"绞刀以功率 $P_1=6600\mathit{kW}$ 工作，相当于多少台这种破壁机正常工作消耗的总功率？

图甲是一款深受人们喜爱的便携式充电喷雾小风扇（部分参数如表），具有只扇风不喷雾和既扇风又喷雾两档工作状态。

喷雾小风扇部分参数
输出电压	$4V$
喷雾功率	$4W$
出风功率	$4W$
电池容量	$6000\mathit{mAh}$

（1）小风扇喷出的水雾在空气中发生了　　（填物态变化的名称），从周围吸热，起到降温作用。

（2）图乙是小风扇喷雾时水位自动报警器的工作原理图，当水箱内的水位较低时，红灯亮报警，请结合图说明其工作原理。　　。

（3）小风扇在只扇风状态下工作10分钟消耗的电能是多少？

（4）商家宣称此款小风扇充满电后，在喷雾状态下可持续工作5小时，通过计算判断他们的宣传与实际是否相符。

要求测量额定电压为 $2.5V$ 小灯泡的电功率。

（1）按照电路图 $a$ ，将图 $b$ 的实物连接成实验电路。

（2）在电路连接过程中开关应处于 　   状态；闭合开关前，要把滑动变阻器的滑片移到 　 　（根据你连接的实物电路图选填"最右端"或"最左端" $)$ 。

（3）实验时某次电压表的示数为 $2.20V$ ，对应电流表的示数如图所示，则小灯泡此时的功率为 　 　 $W$ ；要想测出小灯泡的额定电功率，接下来的操作是： 　 　。

"创新"小组的同学们调查发现，雨雪天气里汽车后视镜会变模糊，影响行车安全。同学们设计了给后视镜除雾、除霜的加热电路。如图是加热电路原理图，电源电压 $100V$ ，加热电阻 $R_1$ 与 $R_2$ 阻值均为 $100\Omega$ ，电路低温挡除雾，高温挡除霜。同学们对电路进行模拟测试，开启除霜模式加热后视镜 $1\mathit{min}$ ，用温度传感器测得其温度升高了 $6^{°}\text{C}$ ．求：

（1）除霜模式下，电路中的电流；

（2）除霜模式下，电路的加热效率。 $[$ 查资料得：后视镜玻璃质量约 $0.5\mathit{kg}$ ，玻璃的比热容约 $0.8\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)]$

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 　　。

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。

在综合实践活动中，科技小组设计了一个由压敏电阻控制的报警电路如图所示，电源电压恒为 $18V$，电阻箱最大阻值为 $999.9\Omega$．报警器（电阻不计）通过的电流达到或超过 $10\mathit{mA}$会报警，超过 $20\mathit{mA}$会损坏。压敏电阻 $\mathit{Rx}$在压力不超过 $800N$的前提下，其阻值随压力 $F$的变化规律如下表所示。

压力 $F/N$	0	50	100	150	200	250	300	$\dots$
电阻 $\mathit{Rx}/\Omega$	580	560	540	520	500	480	460	$\dots$

（1）为不损坏元件，报警电路允许消耗的最大功率是多少？

（2）在压敏电阻 $\mathit{Rx}$所受压力不超过 $800N$的前提下，报警电路所选滑动变阻器的最大阻值不得小于多少？

（3）现要求压敏电阻受到的压力达到或超过 $200N$时，电路报警按照下列步骤调试此报警电路：

①电路接通前，滑动变阻器滑片 $P$置于 $b$端；根据实验要求，应将电阻箱调到一定的阻值，这一阻值为　　 $\Omega$；

②将开关向　　端（填数字）闭合，调节　　，直至　　；

③保持　　，将开关向另一端闭合，报警电路即可正常使用。

（4）对（3）中已调试好的报警电路，现要求压敏电阻受到的压力达到或超过 $700N$时，电路报警，若电源电压可调，其它条件不变，则将电源电压调为　　 $V$即可。