初中物理电功和电功率综合题

如图甲所示，电阻 $R_1=30\Omega$，滑动变阻器 $R_2$的最大阻值为 $60\Omega$，电源两端电压为 $6V$。

（1）电路连接中， $S$应处于断开状态， $R_2$的滑动触头 $P$应滑至　      　（选填“最左端”或“最右端”或“任意位置”）；

（2）计算通过电路中电流的变化范围；

（3）通过计算推导电阻 $R_2$电功率与电流的正确函数关系式，并在图乙中画出电阻 $R$电功率与电流变化的函数图象（自己按需求填写最小分度值，并标出特殊点的数值）。

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”的电暖气插入插座，在额定电压下工作：
1流过电暖气的电流多大？
2电暖气的电阻多大？
3电暖气多少小时消耗2.2kW·h的电能？
4电暖气通过导线连到电路，为什么电暖气工作时放出大量热，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”电吹风与上述电暖气同时工作？

阅读短文，回答问题。

喷泉

喷泉是利用水泵将水喷洒成特定形态的水表演艺术。水泵由电机带动工作时，水泵的叶轮高速旋转，驱使水飞离叶轮向外喷出，从而在叶轮中心区形成真空，将池中的水不断"吸"上来，水泵转速恒定时，喷出的水柱高度稳定。

音乐喷泉用计算机采集音乐的声音频率特征，并将其转化为控制信号，用以改变输入电机的电源频率；电源频率的改变使水泵的转速发生变化，达到调节水柱高度的目的。水泵的流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，流量指水泵单位时间内喷出水的体积，扬程指水泵能将水提升的高度。

图甲所示的是一游乐喷泉向上喷出的水柱使卡通模型悬停在空中的照片，喷泉使用的水泵的部分参数如表一，模型悬停在空中时，水冲击到模型时的速度v与模型的质量M、水泵流量Q之间的关系如表二。

表一
额定转速n	2900r/min
额定流量Q	0.04m ^3/s
额定扬程H	8m
额定功率P	7.5kW

表二
速度v/m•s ^﹣ ^1	1.0	2.0	3.0	4.0	6.0
质量M/kg	3.0	6.0	12.0	12.0	12.0
流量Q/m ^3•s ^﹣ ^1	0.03	0.03	0.04	0.03	0.02

（1）欣赏音乐喷泉时，悦耳的声音是通过 　　传入人耳的；水泵的叶轮中心区形成真空时，水池中的水在 　　的作用下不断地进入水泵内。

（2）下列关于喷泉的有关说法，正确的是 　　。

A．卡通模型所受重力与水对模型的冲击力是相互作用力

B．向上喷出的水在上升过程中的速度处处相等

C．阳光下喷泉附近常出现的彩虹是由光的反射引起的

D．音乐喷泉通过采集声音中的音调信息控制水泵的转速

（3）某喷泉装有四台参数如表一的水泵。第一次调试时水泵转速为额定值的0.9倍，则此时扬程为 　　m；第二次调试时四台水泵都在额定功率下工作，每台水泵先依次各喷20s，然后一起喷70s停喷，则这次调试过程四台水泵消耗的电能为 　　kW•h。

（4）分析表二数据，当卡通模型的质量为10kg，水冲击模型时的速度为5.0m/s时，对应的流量为 　　m ³/s，水泵每秒喷出水的质量为 　　kg。

（5）如图乙为控制喷泉断续工作的模拟电路，AB两端输入如图丙所示的周期性变化的电压U _AB．定值电阻R＝2Ω，D为电子元件，当U _AB＜6V时，D两端的电压U _D等于输入电压，U _AB≥6V时，U _D保持6V不变。当R的电功率满足P _R≥8W时，水泵启动喷水。则t＝3s时电阻R的电功率为 　　W；该电路工作20min，喷水时间共为 　　s。

2013年12月14日中国造的“玉兔号”月球车成功降落于月球上。月球车质量140千克，以太阳能为能源，能够耐受月球表面真空、强辐射、摄氏零下180度到零上150度极限温度等极端环境。月球车具备20度爬坡、20厘米越障能力，并配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器。月球的吸引力是地球的六分之一，每个车轮与月球表面接触面积为50cm²，表面土壤非常松软，凹凸不平，有石块、有陨石坑，还有陡峭的高坡。在这种环境中，月球车既不能打滑，更不能翻车。
目前已在月球上度过了3个月，超出了设计寿命。它现在处于月夜休眠期，人们期待其接下来继续优秀的月面探险表现，同时也牵挂着它的安危。（g=10N/kg）

（1）假设你是一名航天员，驾驶飞船登上月球．如果你手边有一只灵敏电流表、一根直导体和导线若干，想探测月球表面附近是否有磁场，下列方案中合理的是(    )
A.直接将电流表置于月球表面附近，若电流表的示数为零，可判断月球表面无磁场
B. 用导线将电流表、直导体连接起来，使直导体在月球表面附近沿某一方向运动时，若电流表的示数为零，则可判断月球表面附近无磁场
C．用导线将电流表、直导体连成闭合回路，使直导体在月球表面附近沿某一方向运动时，若电流表的示数为零，则可判断月球表面无磁场
D. 用导线将电流表、直导体连成闭合回路，使直导体在月球表面附近沿各个方向运动时，若发现电流表的示数有时不为零，则可判断月球表面附近有磁场
（2）月球车的动力装置一般选用电动机而不是内燃机，请你说说为什么？
（3）某中学的几个航天迷设计了一个月球车的模型，其中电路部分选用12 V的蓄电池作电源，额定电压均为6 V的电动机和灯泡分别用作动力装置和照明光源.设计的电路如图所示，请你说出其电路设计中不科学的地方.（要求说出两点）
（4）如图所示，当月球平稳地行走在月球上时，求月球车对月球表面的压强。
（5）报道，我国某科研单位研究制的太阳能月球车（研制过程的样品），它上面的太阳能接收板的有效面积为S=4m²，太阳晴朗且接收板对着太阳时，每平方米面积上能接收到太阳的功率为P₀=1kW，太阳能电池产生的电压为U=120V，可供电动机正常工作的电流为I=8A.那在电动机正常工作时，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多大？
（6）如果上述月球车中的电动机正常工作时，将电能转化为机械能的效率是75%，且该车沿水平路面匀速直线行驶时所获得的牵引力是180N，则该车匀速行驶时的速度是多大？

如图所示的电路，灯 $L$标有 $3.8V$字样，电源电压恒为 $6V$。

（1）当 $S_1$、 $S_2$均断开，滑片 $P$移至最左端时，电流表的示数为 $0.6A$，求电阻 $R_1$的阻值。

（2）当 $S_2$断开， $S_1$闭合，移动滑片 $P$使电流表的示数为 $0.38A$，灯正常发光：保持滑片不动， $S_1$断开、 $S_2$闭合，电流表的示数变为 $0.58A$，求灯的额定功率。

（3）当 $S_1$， $S_2$均断开，移动滑片 $P$在 $a$点时，滑动变阻器接入电路中的电阻为 $R_a$，滑动变阻器消耗的功率为 $P_a$；移动滑片 $P$在 $b$点时，滑动变阻器接入电路中的电阻为 $R_b$，滑动变阻器消耗的功率为 $P_b$，且 $R_b=4R_a$， $P_b=P_a$，求 $R_a$。

在学习了电学知识后，同学们尝试“设计电路和编制习题”，老师提供了以下器材：电源、两个“12V 18W”的电阻和若干开关、足量导线。
⑴李军第一个完成设计，他设计的电路如图所示．他编制的试题是：“在如图所示的电路中，闭合开关S₁，通电5min产生多少热量?” 请写出计算过程。

⑵王华思考一会儿，设计了能提供两种功率工作的电路。编制的试题是：“在李军设计的电路基础上再连一个开关，使电路能以两种功率工作，其大、小功率之比是___。”
⑶张明经过认真思考后，再使用了第三个开关，设计了能提供三种功率工作的电路。请你在图中的方框内，画出张明所设计的最终电路图。

盛夏酷暑，妈妈为了让小明在考试前有一个更舒适的学习环境，特地在他的房间安装了一台冷热两用的空调。这台空调说明书中的主要数据如表所示。

额定电压	$\mathbf{220}\mathit{V}$
频率	$\mathbf{50}{\mathit{H}}_{\mathit{z}}$
额定制冷功率	$\mathbf{1400}\mathit{W}$
额定制热功率	$\mathbf{1800}\mathit{W}$

（1）空调工作时应选用图中的 　 　孔插座。

（2）空调正常制冷时电流是多大？连续正常制冷 $\mathbf{30}\mathit{min}$ 消耗多少 $\mathit{kW}\mathbf{·}\mathit{h}$ 的电能？

（3）这些电能若用于加热水，加热器的热效率为 $\mathbf{80}\mathbf{\%}$ ，能使 $\mathbf{50}\mathit{kg}$ 、 ${\mathbf{20}}^{\mathbf{°}}\mathbf{C}$ 的水温度升高多少？（水的比热容 ${\mathit{c}}_{\mathbf{水}}\mathbf{=}\mathbf{4}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathbf{\times }{\mathbf{10}}^{\mathbf{3}}\mathit{J}\mathbf{/}\mathbf{\left(}\mathit{kg}{\mathbf{\cdot }}^{\mathbf{\circ }}\mathbf{C}\mathbf{\right\}}\mathbf{\left)}\mathbf{\right)}$

图甲为一种太阳能路灯，图乙为该路灯筒化的工作电路图。S₁为光控开关，白天与触点d接触，太阳能电池板给蓄电池充电，晚上与触点c接触，给路灯供电。S₂为时控开关，晚上12点前与触点a接触，L₁正常发光，12点后与触点b接触，L₂正常发光。 L₁为“20V，40W”的节能灯，L₂为“20V，20W”的节能灯，两盏灯平均每天各工作5小时。

（1）路灯L₁正常工作时的工作电流为多大？
（2）两盏路灯正常工作一天，共消耗多少度电？
（3）已知该太阳能电池板每小时平均收集太阳能3.6×10⁶J，若太阳光照射20小时能使两盏路灯正常工作6天，求太阳能电池板光电转化效率为多少？

在赤峰市某中小学科技小制作活动中，小华同学设计了一个简易的能调节亮度的小台灯，原理图如图所示，其中灯泡 $L$上标有“ $6V6W$”字样。当开关 $S$接 $a$时， $L$恰好正常发光；当开关 $S$接 $b$时， $L$中的电流为 $0.2A$． $R_1$为定值电阻，且电源电压和小灯泡 $L$电阻保持不变。求：

（1）小灯泡 $L$的电阻及电源电压；

（2） $R_1$的阻值；

（3）开关 $S$接 $b$时，小灯泡 $L$的实际功率；

（4）开关 $S$接 $b$时， $10s$时间内 $R_1$上产生的热量。

某安全设备厂研发了一种新型抗压材料，要求对该材料能承受的撞击力进行测试。如图甲所示，材料样品（不计质量）平放在压力传感器上，闭合开关 $S$ ，将重物从样品正上方 $h=5m$ 处静止释放，撞击后重物和样品材料仍完好无损。从重物开始下落到撞击样品，并最终静止在样品上的过程中，电流表的示数 $I$ 随时间 $t$ 变化的图像如图乙所示，压力传感器的电阻 $R$ 随压力 $F$ 变化的图像如图丙所示。已知电源电压 $U=12V$ ，定值电阻 $R_0=10\Omega$ ，重物下落时空气阻力忽略不计。求：

（1）重物下落时，重物作 　　速直线运动，其重力势能转化为 　　能；

（2） $0~t_1$ 时间内，重物在空中下落，电流表示数是 　　 $A$ ，压力传感器的电阻是 　　 $\Omega$ ；

（3） $t_1~t_3$ 时间内，重物与样品撞击，通过电流表的最大电流是 　　 $A$ ，样品受到的最大撞击力是 　　 $N$ ；撞击后重物静止在样品上，定值电阻 $R_0$ 的功率是 　　 $W$ ；

（4）重物在空中下落的过程中，重力做功是多少？

某科技小组的同学设计制作了一款自动控温烘干箱，箱内主要电路包括控制电路和工作电路，其原理图如图所示。控制电路电源电压为8V，R为变阻器，R_t为热敏电阻、R_t阻值与箱内气温关系如下表所示。工作电路电源电压为220V，R₀为电热丝，阻值恒为88Ω，M为电风扇，铭牌上标有“220V 20W”字样，其作用是使箱内空气均匀受热，红、绿指示灯用于分别指示电路加热、待机状态。当控制电路的电流达到0.025A时，衔铁被电磁铁吸住，工作电路处于待机状态，当控制电路电流减小到某值时，衔铁被释放，工作电路处于加热状态。

t/℃	30	40	50	60	70
Rt/Ω	305	245	200	170	150

（1）将控制电路中变阻器R的阻值调为120Ω时，箱内气温最高可达多少摄氏度？（电磁铁的线圈电阻不计）

（2）重新调节变阻器R，同时闭合开关S₁、S₂，箱内气温与时间关系如图乙所示，若电热丝R₀加热空气的效率为80%，衔铁每次被吸住的时长均为300s，箱内空气质量恒为2.2kg、比热容为1×10³J/（kg•℃）。求开关S₁、S₂闭合20min内，工作电路总共消耗的电能是多少焦耳？（控制电路、指示灯及电风扇M产生的电热均不计，指示灯消耗的电能不计）

在我们使用电器的时候，按一下遥控器的待机键，电器即进入等待开机的状态，即为待机模式。有的电器虽然没有待机按钮，可如果没有切断电源，也相当于处在待机状态。下表是常用家用电器在 $220V$电压下的工作功率和待机功率。

电器种类	空调	电视机	机顶盒	洗衣机
工作功率（瓦 $)$	2600	150	15.4	500
待机功率（瓦 $)$	1.1	0.2	15.2	0.03

请回答：

（1）在家庭电路中，机顶盒和电视机　　（选填”串“或”并“ $)$联在火线和零线上。

（2）根据表中数据，电视机的工作电流为　　安。（精确到0.01安）

（3）若机顶盒每天处于待机状态的时间为20小时，计算1个月（以30天计）机顶盒在待机状态下消耗的电能。

如图所示，电源电压保持不变，小灯泡 $L$上标有“ $6V$、 $2W$”字样，当 $S_1$和 $S_2$同时闭合时，电流表的示数为 $0.5A$；当只闭合 $S_1$时，电压表的示数为 $3V$，此时 $R_1$消耗的功率为 $0.4W$．求：

（1）小灯泡正常工作时的电阻值；

（2） $R_1$的阻值。

新型节能电炖锅的发热体是由PTC半导体陶瓷材料制成的，PTC的发热效率较高，它有一个人为设定的温度，低于设定温度时，其电阻值随温度升高而变小；高于设定温度时，其电阻值随温度升高而变大，从而可以自动调节电炖锅的温度和电功率。有一种型号电炖锅，其简化工作电路如图1所示，电源电压为220V，R ₀是定值电阻，R _t是PTC电阻，它的阻值随温度t的变化曲线如图2所示。炖汤时，汤水沸腾后，电炖锅能在较低功率档位长时间保持水的沸腾，这样既能节约用电，又能使炖出来的汤味道鲜美且不失营养，此时R _t的温度为110℃，电炖锅功率为440W．求：

（1）当R _t的温度为50℃时，R _t的阻值；

（2）当R _t的温度约为110℃时，电炖锅的工作电流；

（3）R _t的温度从20℃升高到110℃的过程中，电炖锅的最大功率。

王斌学了电磁继电器的知识以后，突发奇想：自己能不能制作一个像麦当劳那里的烘手器昵？他开始设计了一个电路，如图甲所示，R₀为光敏电阻，为用电动机做成的简易吹风机，试用以后，觉得干手的速度还有点慢，于是他又想，如果在不影响电动机正常工作的情况下加一个“220V 1000W”的电热丝，那效果也许会更好，请回答以下问题：

（1）所加电热丝的电阻是多少？
（2）在图乙中画出接入电热丝后的电路图（电热丝可用电阻的符号表示）．
（3）若电热丝消耗的能量，用来给水加热并被水全部吸收，那么它正常工作7min能使多少初温为10℃的水温度升高到30℃？