初中物理电功和电功率综合题

一密封盒内有一定值电阻 $R_1$和一可变电阻 $R_2$（其阻值可调可读，电路符号 $)$，先用一个 $9V$电源和一个电流表探究这两个电阻的连接方式。通电后，将 $R_2$调到 $30\Omega$时，电流表示数为 $1.5A$。

（1）此时电源的输出功率为　　 $W$。

（2）这两个电阻是　　（填“串联”或“并联” $)$的，请在线框中画出盒内的电路图。

（3）求定值电阻 $R_1$的阻值。

水在热电厂的锅炉中变为水蒸气，通过涡轮机带动发电机发电，用过的水蒸气在液化器中凝结成水，再到锅炉，循环使用．液化器中的冷却水则流到冷却塔中降温，如图.
（1）下列现象中与液化器中凝结成水的物态变化过程不相同的是 （    ）
A．初春早晨的浓雾
B．夏天早晨花草上的露珠
C．深秋早晨树叶上的白霜
D．冬天跑步时呼出的“白气”
（2）夏天，来自冷却塔的水温为16°C，而回到冷却塔的水温为30°C．若冷却塔和液化器间水的流量为15m³/s，试求这个系统通过冷却塔散热的功率．
（3）如果发电机的发电功率为5.6×10⁵kW，发电机把机械能转化为电能的效率为80%，不计水蒸气通过涡轮机过程中由于热传递造成的能量损失及涡轮机的摩擦，试求水蒸气的能量转化为电能的效率．

小明同学为了增加所设计机器人的可观赏性，他想用亮度可调节的红、绿灯做它的眼睛，现已知红灯L ₁规格为"6V 3W"，为了测出绿灯L ₂及电位器（滑动变阻器）R的规格，他选用红灯L ₁和绿灯L ₂及电位器R等元件涉及了如图所示电路（电源电压不变，不考虑灯丝电阻的变化）。求：

（1）当闭合开关S、S ₁，断开S ₂，且电位器R的滑片P移至b端时，L ₁正常发光，流过L ₁的电流及电源的电压；

（2）当闭合开关S、S ₁和S ₂，且电位器的滑片P移至b端时，L ₂正常发光，电流表的示数增大了1A，灯L ₂的额定电压和额定功率；

（3）当闭合开关S、S ₂，断开S ₁，且电位器的滑片P移至R中点时，电流表的示数为0.25A，小明选用的电位器R的最大阻值；

（4）该电路消耗的最小电功率。

随着宜昌现代化学校创建工作的深入开展，全市各中小学教学多媒体硬件运用越来越多，某校共有15个教室，每个教室配有40W的照明灯10盏，300W的投影仪一台，100W的教学扩音系统一套，300W的电脑一台，（该校的供电电压为220V）
⑴学生在操场上进行半小时的大课间体育活动时，若教室内的这些用电器没有关闭，那么这半小时该校会浪费多少度电？
⑵随着这些硬件的装配，需要对学校供电线路进行改造，下表是各种橡胶绝缘铜芯线在常温下的安全载流量（长时间通电时的最大安全电流） ，从安全角度考虑，该校应选择哪种导线作为干路导线？请通过计算后说明。

⑶该校电路中的保险装置采用空气开关（如图甲），空气开关内有电磁铁和两个触点，制作触点的材料分别有铜或银，电路正常工作时两触点是连接在一起的，当电流过大时电磁铁将两个触点分开，切断电路（如图乙）。从空气开关的使用寿命和安全角度考虑，应选择触点用_________（选填“银”或“铜”）材料制作的空气开关，原因是_________（同样条件下，银的电阻比铜的电阻小）。

某医院的全自动消毒柜能对医疗用品进行高温、高压、湿热灭菌消毒，部分参数如表。消毒柜中电磁继电器控制电加热器实现加热、保温自动切换的原理图如图所示， $R$为热敏电阻，其电阻值随消毒柜内温度的升高而减小。消毒柜利用 $20\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水正常工作 $50\mathit{min}$可完成一次消毒。已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。

额定加热功率	$10\mathit{kW}$
水箱容量	$100L$
工作温度	${120}^{°}\text{C}$
限压	$300\mathit{kPa}$

（1）求每次消毒时水温从 ${20}^{°}\text{C}$上升到工作温度水吸收的热量；

（2）电加热器正常工作时，将水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到工作温度的时间为 $16\mathit{min}$。求电加热器加热的效率；

（3）保温电阻是图中的　　。

电梯为居民出入带来很大的便利，小明家住6楼，放学后，乘电梯回家．
（1）若小明的体重为500N，脚与电梯地面的总接触面积为0.05m²，则小明对电梯地面的压强为多少？
（2）若电梯在20s内将小明匀速提升15m，在此过程中，电梯上升的速度是多少？电梯对小明做了多少功？电梯对小明做功的功率为多少？
小明又查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示，电路由工作电路和控制电路组成，在工作电路中，当电梯没有超载时，触点K与触点A接触，闭合开关S，电动机正常工作；当电梯超载时，触点K与触点B接触，电铃发出报警铃声，闭合开关S，电动机不工作．在控制电路中，已知电源电压U＝6V，保护电阻R₁＝100Ω，电阻式压力传感器（压敏电阻）R₂的阻值随压力F大小的变化情况如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计．

（3）在控制电路中，当压敏电阻R₂受到的压力F增大时，其阻值减小，从而使电磁铁的磁性________（填“增强”“减弱”或“不变”）．
（4）若电磁铁线圈中的电流达到20mA时，衔铁刚好被吸住，电铃发出警报声．当该电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载．（g取10N／kg）

小明探究“电流一定时，导体消耗的电功率与导体电阻的关系”，现有实验器材：稳压电源、电压表、电流表、滑动变阻器、电阻箱（符号为、开关及若干导线。

（1）为了完成此探究实验，请你在图甲的虚线框内将实验电路图补充完整；若连接电路后，闭合开关，发现电压表的指针偏转如图乙所示，其原因可能是　　。

（2）实验中利用公式　　计算电阻箱阻值不同时消耗的电功率，实验过程需要记录的物理量有：电阻箱两端电压、通过电阻箱的电流和　　。

（3）在实验中，小明需多次改变电阻箱的阻值进行测量，每改变一次阻值，都必须移动滑动变阻器的滑片来控制　　，多次改变电阻箱阻值的目的是　　。

（4）完成上述实验后，小明又从实验室借了一个额定电压为的小灯泡和一个单刀双掷开关，设计了图丙所示实验电路图来测量小灯泡的额定功率，实验如下：闭合开关，将开关拨到触点2，把电阻箱调到，刚好使电压表的示数为；再将开关拨到触点1，读出电压表的示数为，小灯泡额定功率　　。

如图甲是家用插线板

（1）在乙图画出插线板内部开关和两插座的连线，并接入家庭电路，要求：
①插线板上的开关可同时控制两插座的通、断；②开关接通时两插座都能提供220V电压．
（2）把“220V  1100W”的电暖器插入插座，在额定电压下工作：
①流过电暖器的电流多大？
②电暖器多少小时消耗2.2kW•h的电能？
③电暖器通过导线连到电路，为什么电暖器工作时放出大量热，而与其连接的导线却几乎不发热？
（3）该插线板允许通过最大电流为10A，通过计算分析，插线板能否让“220V  750W”电吹风与上述电暖器同时工作？

如图所示为“电子秤”的原理图： $A$为托盘， $P$为金属滑片且固定在托盘下的轻质弹簧上，并能随轻质弹簧一起上下滑动，当托盘中不放物体时， $P$位于 $R$的最上端。已知 $R_0=5\Omega$， $R$的最大阻值为 $15\Omega$，电源电压恒为 $3V$．

（1）图中的质量表应该用什么电表改装？　　。

（2）“电子秤”称重物时电路中电流的最小值和最大值分别为多少？

（3）当开关 $S$闭合，不称量重物时，电子秤 $10\mathit{min}$内消耗的电能为多少？

电动轮椅为残障人士出行提供了方便。某型号的电动轮椅质量为 $\mathbf{20}\mathit{kg}$ ，轮子与地面的总接触面积为 $\mathbf{20}\mathit{c}{\mathit{m}}^{\mathbf{2}}$ ．其工作原理如图所示，操纵杆可以同时控制 ${\mathit{S}}_{\mathbf{1}}$ 和 ${\mathit{S}}_{\mathbf{2}}$ 两个开关。向前推操纵杆时轮椅前进且能调速，向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退。已知蓄电池电压为 $\mathbf{24}\mathit{V}$ ，定值电阻 ${\mathit{R}}_{\mathbf{2}}\mathbf{=}\mathbf{20}\mathit{\Omega }$ ， ${\mathit{R}}_{\mathbf{1}}$ 为滑动变阻器。

（1）分别将 ${\mathit{S}}_{\mathbf{1}}$ 和 ${\mathit{S}}_{\mathbf{2}}$ 同时接触对应点 　 　（选填"1"或"2" $\mathrm{}\mathbf{)}$ 时。轮椅前进；当轮椅后退时，电流表示数 　　（选填"大于"、"小于"或"等于" $\mathbf{)}\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathit{A}$ 。

（2）求轮椅静止在水平地面上时对地面的压强。

（3）体重 $\mathbf{600}\mathit{N}$ 的人坐在轮椅上向后拉操纵杆，匀速后退过程中轮椅受到的阻力是总重的0.01倍，求后退 $\mathbf{5}\mathit{m}$ 阻力做功的大小。

图1是小亮家某品牌小厨宝（小体积快速电热水器）。某次正常加热工作中，其内胆装有 $5L$ 的水，胆内水的温度随时间变化的图像如图2所示。已知小厨宝正常工作时的电压为 $220V$ ，额定功率为 $2200W$ ，水的比热容为 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ 。问：

（1）该小厨宝内胆装有水的质量为 　　 $\mathit{kg}$ ；

（2）由图象可知，加热 $5\mathit{min}$ ，水温升高了 　　 ${}^{°}\text{C}$ ，吸收的热量为 　　 $J$ ；

（3）本次加热小厨宝消耗了 　　 $J$ 的电能，该小厨宝的发热电阻阻值为多少？

电给我们的生活带来了极大的便利，但不正确用电也会带来很大的危害。所以，一定要学会安全用电，让电更好地为我们服务。如图所示的家庭电路中，如果同时使用的用电器总功率过大，可能会引发火灾。请你用所学过的电学知识来解释原因。

如图所示电路，电源电压保持不变，滑动变阻器 $R$’的最大阻值为 $30\Omega$，小灯泡 $L$上标有“ $2.5W$”字样（忽略温度对灯泡电阻的影响）。

（1）滑片移至最右端，闭合开关后，电流表的示数为 $0.3A$，小灯泡的功率为 $0.9W$，求电源电压。

（2）将滑片移至某一位置时，电压表的示数为 $7V$，此时小灯泡正常发光，求小灯泡正常发光时的电流和电路的总功率。

（3）若把小灯泡换成一个定值电阻 $R$，假设电流流过电阻 $R$产生的热量为 $Q$、转化的电能为 $E$、做的功为 $W$，请写出这三个物理量的大小关系。

阅读短文，回答问题：

阳光动力2号

如图所示，是进行过环球飞行的全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”。它的翼展达到了 $72m$，比一种大型波音飞机的翼展还要宽 $3.5m$；机长 $22.4m$，接近一个篮球场的长度。但由于它的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料制造，因此，它的质量只有 $2300\mathit{kg}$，与一辆中型轿车相差无几。

“阳光动力2号”上面共贴敷了17248片太阳能电池。这些电池可以产生最大 $70\mathit{kW}$的功率，这些电力输送给四台电动机带动螺旋桨给飞机提供动力。

白天，它会爬升到 $9000m$的高空以避开气流并最大化利用太阳能，而夜晚则半滑翔飞行，逐渐降低到 $1500m$高度，其速度并不大，因此夜里对能源的需求也大大减少。

（1）这种“极轻的碳纤维材料”的密度约为 $1.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，这个密度值表示的物理意义是：　                                                　。

（2）机身上的太阳能电池以最大功率工作，在 $30\mathit{min}$的时间内产生　       　 $\mathit{kW}·h$的电能。

（3）“阳光动力2号”从白天航行转为夜里航行过程中，它的重力势能　      　（填“逐渐增大”、“不变”或“逐渐减小”）。

小华在"测量小灯泡的额定功率"实验中，所用小灯泡上标有" "字样，电源电压恒为 。

（1）根据图甲所示的电路图，请用笔画线代替导线，完成图乙所示实物图的连接；

（2）电路安装并调试好后开始实验，小华在调节变阻器滑片的过程中，眼睛应注视    　的示数，直至灯泡正常发光，此时电流表的示数如图丙所示，该电流值为 　　 ，则灯泡的额定功率为 　　 ；

（3）小华刚准备拆除电路结束实验时，同组的小红提出，在调节变阻器滑片使灯泡正常发光时，电压表的示数很难准确达到 ，由此可能造成一定的测量误差，她认为小华可以在前面（2）操作的基础上，对电路稍作改动，就能提高测量数据的精确度。请你帮小红补全测量步骤（补全步骤时必须准确阐述接法和操作要点）

①断开开关， 　　；

②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为 　　 ，并读出此时电流表的示数；

③计算出灯泡的额定功率。