初中物理电功和电功率综合题

图甲所示是某型号的浴室防雾镜，其背面粘贴有等大的电热膜，使用时镜面受热，水蒸气无法凝结其上，便于成像，该防雾镜的相关数据如表。

镜子质量	$1.2\mathit{kg}$
额定电压	$220V$
额定功率	$88W$

（1）求防雾镜正常工作时的电流。

（2）经测试，在 $-5^{°}\text{C}$环境下工作 $500s$使平面镜的平均温度升高了 ${44}^{°}\text{C}$，求电热膜给平面镜的加热效率。 $[$玻璃的比热容为 $0.75\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$

（3）如图乙所示，小明给防雾镜电路连接了一个滑动变阻器 $R$，能使电热膜的功率在原功率的 $25\%~100\%$之间变化，以满足不同季节使用的需要。请求出 $R$的最大阻值。

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。

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”）。

马剑同学利用如图甲所示电器，测定自己制作的玩具小飞机所需要的电动机工作数据，已知电源电压恒定，当滑动变阻器滑片从一端滑至另一端的过程中，两个电压表的读数与电流表的读数变化关系如图乙所示，当通过电动机的电流大于 $0.4A$时，电动机转子才转动。

（1）开关 $S$闭合前，滑动变阻器滑片应滑至最　      　端（选填“左”或“右”）；由图可知电源电压为　      　 $V$，其中　　     （选填“ $a$”或“ $b$” $)$是表示 $V_1$与 $A$变化的规律；

（2）求电动机线圈的电阻和滑动变阻器的最大阻值；

（3）在这个过程中，求电动机的最大输出功率；当电动机输出功率最大时，求电动机的效率。

某生态园设计了模拟日光和自动调温系统，实现照明、保温和加热的功能，其原理如图所示，电源电压恒为 $220V$， $R_1$和 $R_2$是两个电热丝（不考虑温度对电阻的影响）， $R_2=30\Omega$， $L$是标有“ $220V160W$”的照明灯泡，白天有日光的时候，只开启该系统的保温功能并连续工作 $10h$，此时 $R_1$与 $R_2$的电功率之比为 $1:3$，晚上温度较低的时候，需开启加热和照明功能。灯泡正常发光此状态下系统也需连续工作 $10h$， $q_{\mathit{沼气}}=1.8\times {10}^{7}J/m^3$，请解答下列问题：

（1）晚上工作时电路的总功率是多大？

（2）若一天中工作的 $20h$内电热丝放出的热量完全由该生态园自产的沼气提供，其热效率为 $50\%$，则每天需要完全燃烧多少 $m^3$的沼气？

进入三月份以来，东营街头出现了一种共享电动汽车。下表是这种汽车的主要参数。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

空车质量	$800\mathit{kg}$
每个轮胎与地面接触面积	$50c{m}^2$
电池容量	$44\mathit{kW}·h$
标准承载	$200\mathit{kg}$
最大续航（充满电最大行驶路程）	$200\mathit{km}$
所受阻力与汽车总重的比值	0.09

（1）电动机是电动汽车的核心部分，电动机工作时能量的转化是　　。电动机的工作原理是　　。

（2）标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是多少？

（3）图2是电动汽车行驶在某路段的路程与时间图象，标准承载下，电动汽车以速度匀速行驶1分钟的耗电量为 $0.4\mathit{kW}·h$，电动机的效率是多少？

（4）若某燃油汽车百公里耗油6升，每升油5.5元，电动汽车充电每度0.8元，通过计算比较使用燃油汽车与电动汽车哪种更经济？

某品牌智能滚筒洗衣机具有洗净度高、不伤衣物、可设定洗涤温度、方便安全等优点。其简化等效电路如图所示，此时处于空挡位置。闭合开关 $S$，旋钮绕 $P$转动，实现挡位转换，旋至1档时 $R_1$、 $R_2$同时工作，洗衣机处于加热状态；旋至2档时 $R_2$和电动机同时工作，洗衣机处于保温洗涤状态。 $R_1$和 $R_2$均为电热丝，其阻值不受温度影响， $R_1=22\Omega$，主要参数如下表。 $\left(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right)$

$\ast \ast$牌智能滚筒洗衣机
额定电压	$220V$
加热功率	$2400W$
设定温度范围	${30}^{°}\text{C}~{90}^{°}\text{C}$
电动机功率	$240W$
防电墙电阻	$1\times {10}^6\Omega$

（1）洗衣机内注入 $10\mathit{kg}$的水，在额定电压下连续加热1050秒，水温由 ${20}^{°}\text{C}$上升到 ${50}^{°}\text{C}$，此过程中的加热效率是多少？

（2） $R_2$阻值是多少？

（3）洗衣机处于保温洗涤状态时，干路电流是多少？

（4）防电墙技术的应用是洗衣机未来发展的趋势。防电墙通过在洗衣机内部形成永久性电阻保证人的安全。异常漏电情况下，电流依次经防电墙和人体流入大地，若人体的最大电阻为 $1\times {10}^5\Omega$，人体的安全电压不高于 $36V$，通过计算判断防电墙技术能否保证人的安全。

如图，将标有“ $6V3W$”字样的灯泡 $L_1$和标有“ $6V6W$”字样的灯泡 $L_2$串联在电路中，使其中一个灯泡正常发光，另一个灯泡的实际功率不超过其额定功率，不考虑温度对电阻的影响。求：

（1）灯泡 $L_1$正常工作时的电流；

（2）灯泡 $L_2$的电阻；

（3）电源电压；

（4）此电路工作2分钟消耗的电能。

在探究“电流与电阻的关系”实验中，小硕选用如下器材：电压恒为 $5V$的电源阻值为 $5\Omega$、 $10\Omega$、 $20\Omega$的定值电阻，规格为“ $30\Omega 1A$”的滑动变阻器，电流表电压表，开关和若干导线

（1）如图甲所示为小硕连接的实验电路，闭合开关前发现电路中有一根导线连接错误，请在连接错误的导线上画“ $\times$”，并用笔画线代替导线将电路连接正确。

（2）改正错误后，用开关试触，发现电压表指针迅速摆到表盘最右端，电流表指针几乎未动。小硕分析可能是定值电阻发生了　    　故障。

（3）排除故障后，调节滑动变阻器的滑片，电压表示数如图乙所示，其示数为　   　 $V$．断开开关，保持滑动变阻器滑片位置不动，将 $5\Omega$电阻换成 $10\Omega$电阻，闭合开关，应将滑片向　      　（填“左”或“右”）移动，使电压表示数与第一次实验示数相同此时电流表示数应为　      　。

（4）在探究过程中，小硕发现，为了保持定值电阻两端电压不变，只要滑动变阻器连入电路阻值与电路中定值电阻阻值之比为　     　即可。

（5）多次实验后，根据数据可以得出结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成　       　。

（6）小硕利用如图丙所示电路测量额定电流为 $0.2A$小灯泡的额定功率，已知定值电阻 $R_0$的阻值为 $10\Omega$，电源电压未知且大于小灯泡的额定电压。

①开关 $S_1$接 $b$， $S_2$接 $d$，电流表示数为 $0.6A$，则电源电压为　     　 $V$。

②开关 $S_1$接 $a$， $S_2$接 $c$，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数为　      　 $A$，此时小灯泡正常发光。

③开关 $S_1$接 $b$， $S_2$接 $c$，使滑动变阻器的滑片　     　（填“移到上端”、“保持不动”或“移到下端”），电流表示数为 $0.3A$。

④小灯泡额定功率 $P_{额}=$　    　 $W$。

小明家的台灯是通过电位器来调节亮度的。他猜想：台灯变亮时电位器消耗电能的功率会变小，为此他设计了甲所示的电路进行探究。已知电源电压为 $4V$ 并保持不变，电压表 $(0-3V)2$ 个，电流表 $(0-0.6A)$ ，滑动变阻器规格为" $20\Omega 1A$ "，小灯泡 $L$ 标有" $2.5V1.25W$ "字样（忽略温度对灯丝电阻的影响）。

（1）电路中 $a$ 是 　   表， $b$ 是 　　表，

（2）实验中，小灯泡正常发光时电流表的示数为 　　 $A$ 。

（3）根据实验数据，绘制出滑动变阻器的电功率 $P_R$ 与小灯泡的电功率 $P_L$ 的关系如图乙所示。由图可知：小灯泡的电功率（亮度）变大时，滑动变阻器的电功率 　　。

（4）假设实验所用的小灯泡能承受的最大电压可以高出其额定电压的 $\frac{1}{4}$ ，在确保电路中各元件安全的情况下，移动滑动变阻器的滑片，小灯泡的电功率变化范围是从 　　 $W$ 至 　　 $W$ 。

某同学猜想电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关，为了探究“电流通过导体产生的热量与电流是否有关”，所用的实验器材有：电压为6V的电源，电流表、滑动变阻器、停表、开关各一个；与U形相连的塑料盒一个，盒内密封着空气盒内电阻丝的阻值为10Ω；导线若干。

（1）用笔画代替导线，将图中的电路连接完整。

（2）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移动到　    　端。（选填“a”或“b”）

（3）该实验是通过　                  　来反映电流通过电阻丝产生热量的多少。

（4）该同学设计实验时，将三次实验的通电时间均设定为15s，三次实验预设的电流值分别是I₁、I₂和I₃，则该同学进行第一次实验的操作是：闭合开关，　                                                                   　。

小泽家有一新型的电热足浴器。其铭牌上的部分信息如下。

额定电压	220V
额定功率	1210W
容积	7L

（1）求电热足浴器正常工作时的电阻；

（2）用这个足浴器将5kg的水从20℃加热到40℃，求水吸收的热量；

（3）若此足浴器在额定电压下使用，需500s才能将（2）问中的水从20℃加热到40℃，求这个电热足浴器的加热效率；（计算结果精确到0.1%）

（4）小泽家安装的电能表如图所示。某次小泽断开家中的其它用电器，让电热足浴器单独工作，在1min内电能表的转盘转过50r，求此时该足浴器两端的实际电压（电热足浴器阻值不随温度变化而变化）。

如图甲是文文同学家新买的一台冷暖空调扇，其内部简化电路如图乙所示，R ₁、R ₂均为发热电阻，R ₁的阻值为110Ω，M是电动机。开关S ₁闭合后，当S ₂接1、2时吹冷风；当S ₂接2、3时吹温风；当S ₂接3、4时吹热风，此时空调扇的总功率为1100W．已知：电源电压为220V，c _冰＝2.1×10 ³J/（kg•℃）。求：

（1）吹冷风时，在空调扇内加入冰袋会使吹出的风温度变低，若冰袋内冰的质量为lkg，温度从﹣16℃升高到﹣6℃时，冰从周围吸收的热量是多少？

（2）吹冷风时，电动机正常工作1h消耗的电能为0.11kW•h，此时通过电动机的电流是多少？

（3）吹热风时，R ₂的电阻是多少？

如图甲为家用电热饮水机，图乙为它的电路原理图，下表为它的铭牌数据。

水桶容量	20L
热水箱容量	1L
额定电压	220V
加热功率	400W
保温功率	44W

（1）当S ₁闭合，S ₂断开时，电热饮水机处于 　    　状态（填"加热"或"保温"），此时电路中的电流是多大？

（2）饮水机正常工作时，将热水箱中的水从20℃加热到90℃，求：水吸收的热量是多少？（水的比热容4.2×10 ³J/（kg•℃））

（3）电热饮水机正常工作时加热效率为80%．求：将热水箱中的水从20℃加热到90℃的时间为多少秒？

如图所示是车载和家用两种加热模式的电热杯。它可以用车载12V电源加热，或接在家庭电路进行加热。它的主要参数如下表，在标准大气压下，用车载模式将500ml初温为20℃的水烧开需要35min。求：

车载额定电压	12V
家用额定电压	220W
车载额定功率	120W
家用额定功率	220W
自身质量	1.6kg

（1）在这个过程中，所吸收的热量是多少？

（2）在这个过程中，电热杯的加热效率是多少？（结果保留1位小数）

（3）如果在家庭电路中使用，烧开这些水，需要多长时间？（不计热量损失）