初中物理电功与电能的计算计算题

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）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。　　。

（2）小风扇在只扇风状态下工作10分钟消耗的电能是多少？

（3）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官宣与实际是否相符。

（10分）小敏家住某5层公寓楼中的4楼，当他在1楼按下楼道灯开关，5盏“ $220V12W$”的楼道灯全部点亮，然后延时60秒均自动关闭。他正常每登一层楼所需时间为12秒。小敏意识到楼道灯这样的工作方式有些浪费电能，对楼道电路进行设计，改进电路如图， $K$为启动延时开关， $S$为感应跳转开关， $K$按下时 $S$按通触点1、2， $S$感应到人到2楼，跳转至触点2、3，感应到人到3楼，跳转至触点3、 $4\dots \dots$跳转后若20秒后感应不到人，则 $K$断开。

（1）按照原先楼道灯的工作方式，小敏正常上楼回家一次，楼道灯一共消耗多少电能？

（2）改进后的方案中， $S$跳转前后，通过启动延时开关的电流大小　　（选填“增大”、“减小”或“不变” $)$，小敏正常上楼回家一次，比原来节约多少电能？

为提高垃圾分类效率，小科设计了如图甲所示的垃圾分类机器人。它捡起垃圾时，会快速从垃圾上取出标准规格的样品。通过机械手上的探针检测样品的电阻大小来识别垃圾的类别，并投入相应的垃圾桶。该机器人检测电路如图乙所示。各类垃圾样品的电阻参考值如下表。

样品电阻值 $/\Omega$	垃圾类别
小于10	金属
$10-30$	餐厨
大于30	其他

（1）机器人通过摄像头获得二维码倒立、缩小的像来识别垃圾桶。下列物体成像原理与其相同的是　。

$A$．平面镜

$B$．照相机

$C$．放大镜

$D$．眼球

（2）机器人从某块垃圾上取样检测时。检测电路电压表读数为1伏，检测时间为0.1秒。

①通过计算说明应将该垃圾放入图丙中哪个垃圾桶。

②该次检测电阻过程中，检测电路消耗的电能为多少？

（3）机器人将重1牛的垃圾举高70厘米后再水平移动3米，放入相应的垃圾桶。该过程中机器人至少对垃圾做了多少功？

如图所示为“无人机”（多功能飞行器），它具有4个旋翼，可通过无线电进行操控，其在拍摄调查、无人配送等方面具有广阔的前景。

（1）起飞时，增大四个旋翼的转速，使吹向下方的风量增加，无人机就会上升，这是因为力的作用是　　。在空中飞行时，只要增加　　侧两个旋翼的转速，就能使无人机右侧抬升，向左倾斜飞行。

（2）若该机在30秒内匀速竖直上升120米进行空中拍摄，则它飞行的速度是多少米 $/$秒？

（3）该机一个旋翼的电动机额定功率为30瓦，额定电压为15伏，电动机正常工作时，通过的电流为多少安？

（4）该机所需的能量是由一块输出电压为15伏，容量为 $5000\mathit{mA}·h$的电池提供，若电能的 $80\%$用于飞行，飞行时的实际功率为 $100W$，则该机最多能飞行多少时间？

小明同学设计了如图甲所示的汽车转向指示灯电路模型，接通相应指示灯后，指示灯会亮、暗（微弱发光）交替闪烁发光，电路中电源电压恒为 $6V$， $R_0$为定值电阻，指示灯规格均为“ $6V3W$”，电磁铁线圈和衔铁的电阻忽略不计，指示灯的电压与电流的变化规律如表所示：

电压 $/V$	$\dots$	0.5	1.2	2.0	3.0	4.0	5.0	5.5	$\dots$
电流 $/A$	$\dots$	0.08	0.12	0.18	0.26	0.34	0.42	0.46	$\dots$

（1）若让左转、右转指示灯同时工作，转向开关应与触点　　接通（选填“1和2”、“2和3”、“3和4”或“4和5” $)$。

（2）当转向开关与触点“2和3”接通时，右转指示灯两端实际电压 $U_{灯}$随时间 $t$变化规律如图乙所示，已知当右转指示灯微弱发光时，右转指示灯的功率与定值电阻 $R_0$的功率之比是 $1:4$，求定值电阻 $R_0$的阻值。

（3）右转指示灯交替闪烁工作 $15s$时，求指示灯和 $R_0$消耗的电能分别是多少？

$\mathit{LED}$灯发光的颜色与两端的电压之间的关系如表所示。小美用一个 $150\Omega$的电阻与 $\mathit{LED}$灯串联，接在电压为 $6V$的电源上，成功的让 $\mathit{LED}$灯发出了蓝光，如图所示。

灯两端电压 $V$	2	2.4	3
发光的颜色	红	绿	蓝

问：（1）定值电阻 $R_1$两端的电压是多少？

（2）通过定值电阻 $R_1$的电流是多少？

（3） $\mathit{LED}$灯的实际功率是多少？

（4） $\mathit{LED}$灯工作1小时，消耗的电能是多少？

（5）小美通过电阻与 $\mathit{LED}$灯串联，实现了 $\mathit{LED}$灯发蓝光。请你在不使用电阻的情况下，设计一个让 $\mathit{LED}$灯发出蓝光的方法。

笔记本电脑已进入寻常百姓家庭，出差旅游时常随身携带。出于安全考虑，民航局规定，乘客可随身携带 $0.16\mathit{kW}·h$以下的可充电设备。目前，部分航空公司已允许乘客在非起降时间段、有条件地使用笔记本电脑等便携电子设备。请回答下列问题：

（1）某旅客携带的笔记本电脑电池容量 $3000\mathit{mAh}$，输出电压 $15V$，充满电后，若工作时的平均电流为 $1.5A$，可连续工作多少时间？

（2）请通过计算说明该旅客能否将此笔记本电脑带上民航飞机。

（3）使用发现，电脑工作时会发热，原因是　　。当升温到一定值时，温控开关 $S_1$自动闭合，风扇启动，加快散热从而保护电脑。如果断开电源总开关 $S_2$，风扇 $M$和其他工作系统同时停止工作。根据上述特点，下列可能符合散热控温特点的原理图是如图所示中的　　。

如图甲为某型号豆浆机示意图，将黄豆和清水放入杯体，经过如图乙“三次加热、二次打浆”的工序，可制作可口的豆浆。

（1）若豆浆机“加热”时功率为1000瓦，“打浆”时功率为200瓦。则按图乙工序完成一次豆浆制作，需消耗多少电能？

（2）为了防止豆浆过少导致“干烧”和豆浆过多导致“溢浆”，小明设计了如图丙所示的电路， $L_a$、 $L_b$是两个完全相同的电磁铁， $R_a$和 $R_b$分别是安装在“防溢浆”水位和“防干烧”水位下方的压敏电阻，其阻值随压力的增大而减小。只有当豆浆液面处在“防干烧”和“防溢浆”水位之间时，电热丝才能工作。（假设电磁铁对衔铁的吸引力不会随距离的改变而改变，不考虑衔铁的弹力和重力）

①当液面高度为 $h_0$时，闭合电路中的开关 $S$，电磁铁 $L_a$吸住衔铁，此时压敏电阻的阻值分别为 $R_a\text{'}$和 $R_b\text{'}$，请比较两者的大小关系：　 $R_a\text{'}<R_b\text{'}$　。

②已知压敏电阻 $R_a$的阻值随液面高度 $h$的变化曲线如图丁所示，请结合 $R_a$的变化曲线画出压敏电阻 $R_b$的阻值随液面高度 $h$变化的大致曲线，并在图中横坐标上标出“防干烧”水位 $h_1$和“防溢浆”水位 $h_2$。

为响应宁波市政府提出的“创建海绵型城市”的号召，小科设计了如图所示的市政自动排水装置模型，控制电路由电压为 $12V$、最大容量为 $100\mathit{Ah}$的蓄电池供电，蓄电池用“发电玻璃”制成的太阳能电板充电。 $R_0$为定值电阻， $R$为压敏电阻，压敏电阻通过杠杆 $\mathit{ABO}$与圆柱形浮体相连， $\mathit{AB}:\mathit{BO}=4:1$，压敏电阻的阻值随压力变化的关系如下表。（压板、杠杆和硬质连杆的质量及电磁铁线圈电阻忽略不计，所用绿灯、红灯及排水泵的额定电压均为 $220V)$

压敏电阻受到的压力 $F/N$	60	120	180	240	300	360	420	480	$\dots$
压敏电阻 $R$阻值 $/\Omega$	500	360	260	180	120	80	65	55	$\dots$

（1）当水位在安全位置以下时绿灯亮，排水泵不工作；当水位达到安全位置上限时红灯亮，同时排水泵正常工作。请按要求完成图中工作电路的连接。

（2）“发电玻璃”光电转化率接近 $18\%$．要求在 $5h$内对控制电路的蓄电池充满电，则选用的“发电玻璃”面积至少为　　 $m^2$．（太阳能辐射到每平方米地面上的平均功率按 $1000W$计算，计算结果精确到 $0.1m^2)$

（3）按照设计要求，当水位上升到浮体刚好全部浸入水中时，压敏电阻受到压力为 $360N$，通过电磁铁线圈的电流为 $100\mathit{mA}$，排水泵启动；当水位回落到浮体只有 $\frac{2}{5}$体积浸入水中时，硬质杠杆 $\mathit{ABO}$仍处于水平位置，线圈中电流为 $30\mathit{mA}$，排水泵停止工作，则小科应选择重力为多大的浮体？

（4）在实际调试过程中，小科发现水位已达到安全位置上限，但排水装置还未启动。如果在其他条件保持不变的前提下，要使排水装置符合设计要求，应该将与压敏电阻相连的压板向　　（填“左”或“右“ $)$移动。

随着全球汽车保有量的急剧增加，燃油汽车尾气排放带来的环境问题也日趋严峻，为汽车寻找合适新能源成为了各汽车企业重点研究课题。 $\mathit{Mirai}$是某品牌汽车企业首款量产的新型氢燃料电池车，它不是利用氢气燃烧获取能量，而是利用氢气和氧气化学反应过程中电子转移形成电流获得电能，

$\mathit{Mirai}$燃料电池部分参数
燃料电池堆栈	主要材料	固体高分子薄膜
	最大功率	114千瓦
	体积功率密度	3.1千瓦 $/$升
升压器	最大电压	650伏

请回答

（1） $\mathit{Mirai}$在环保方面最大的优点是　　（写一点即可）；

（2）新型氢燃料电池原理示意图中“ $X$”所代表微粒的符号是　　。

（3） $\mathit{Mirai}$的燃料电池堆栈的体积约为　　升（保留两位小数点）

（4）燃料电池以最大功率工作10秒钟，总共输出多少电能？

随着全球汽车保有量的急剧增加，燃油汽车尾气排放带来的环境问题也日趋严峻，为汽车寻找合适新能源成为了各汽车企业重点研究课题。 $\mathit{Mirai}$是某品牌汽车企业首款量产的新型氢燃料电池车，它不是利用氢气燃烧获取能量，而是利用氢气和氧气化学反应过程中电子转移形成电流获得电能，

$\mathit{Mirai}$燃料电池部分参数
燃料电池堆栈	主要材料	固体高分子薄膜
	最大功率	114千瓦
	体积功率密度	3.1千瓦 $/$升
升压器	最大电压	650伏

请回答

（1） $\mathit{Mirai}$在环保方面最大的优点是　　（写一点即可）；

（2）新型氢燃料电池原理示意图中“ $X$”所代表微粒的符号是　　。

（3） $\mathit{Mirai}$的燃料电池堆栈的体积约为　　升（保留两位小数点）

（4）燃料电池以最大功率工作10秒钟，总共输出多少电能？

笔记本电脑已进入寻常百姓家庭，出差旅游时常随身携带。出于安全考虑，民航局规定，乘客可随身携带 $0.16\mathit{kW}·h$以下的可充电设备。目前，部分航空公司已允许乘客在非起降时间段、有条件地使用笔记本电脑等便携电子设备。请回答下列问题：

（1）某旅客携带的笔记本电脑电池容量 $3000\mathit{mAh}$，输出电压 $15V$，充满电后，若工作时的平均电流为 $1.5A$，可连续工作多少时间？

（2）请通过计算说明该旅客能否将此笔记本电脑带上民航飞机。

（3）使用发现，电脑工作时会发热，原因是　　。当升温到一定值时，温控开关 $S_1$自动闭合，风扇启动，加快散热从而保护电脑。如果断开电源总开关 $S_2$，风扇 $M$和其他工作系统同时停止工作。根据上述特点，下列可能符合散热控温特点的原理图是如图所示中的　　。

空调扇具有“送风、加湿和降温”等功能，其内部主要结构为风扇、水箱和空气过滤网等。使用时，通常向水箱中加水，使吹出的风比无水时凉爽。下表是某品牌空调扇部分参数。

项目	参数	项目	参数
额定电压	220伏	额定功率	50瓦
空机质量	7.5千克	单个轮子接触地面面积	2厘米 ${}^2$
水箱容量	0.5升	轮子数量	4个
蒸发量	1升 $/$时	电源线长度	1.2米

（1）向水箱的水里再加入一些碎冰，可降低水温，使吹出的风比只有水时更凉爽。加冰可降低水温的原因有　                 　。

（2）人在运动大量出汗后，对着空调扇吹，很容易感冒。此时，在脑干调节下，皮肤血管收缩，血流量减少，皮肤温度下降，散热量　　，从而维持人体体温恒定。

（3）小科阅读参数表发现，该空调扇比较省电。计算该空调扇正常工作10小时消耗的电能。

（4）计算水箱加满水时该空调扇对水平地面的压强。

（5）该空调扇底座安装了万向轮，方便移动。但在其他设计上仍存在缺陷，为更方便用户使用，请结合表中参数提出一条改进建议：　　。

如图是一电动机提升物体的示意图，电源电压为120伏。电动机将一个质量为50千克的物体1秒内匀速上提0.9米，电路中的电流为5安培， $(g$取10牛 $/$千克）

（1）求该电动机工作1秒钟所产生的电热。

（2）求电动机线圈阻值。

（3）当该重物上升到一定高度时，电动机的转子突然被卡住，为什么这种情况

下电动机容易烧坏？

如图所示的电路中， $a$和 $b$是两个接线柱，电源电压恒为 $6V$．若只闭合 $S_1$，电流表的示数为 $0.6A$：若 $\mathit{ab}$间接入小灯泡 $L$，且只闭合 $S_1$、 $S_3$，此时小灯泡 $L$恰好正常发光，电流表示数为 $1A$；若 $\mathit{ab}$间接入定值电阻 $R_2$，且只闭合 $S_2$，电流表示数为 $0.2A$．求：

（1）小灯泡 $L$的额定功率是多少？

（2）只闭合 $S_2$时， $\mathit{ab}$间接入的定值电阻 $R_2$通电 $1\mathit{min}$所消耗的电能是多少？