初中物理电功与电能的计算解答题

风是永不枯竭的能源。自古以来风能就受到人们的青睐，帆船、风车都是对风能的利用。现在，由于电能的广泛利用，风力发电得到世界各国的高度重视。

（1）风力发电机是根据　　原理制成的。为提高捕获风能的效率，叶片设计是风力发电机研制的核心技术之一，叶片截面制成图甲的形状，当风以图乙所示的角度流经叶片时，叶片会按　　方向转动（选填“顺时针”或“逆时针” $)$。

（2）由于远海的风能资源更丰富，海上发电必定会向远海发展。远海发电机需安装在漂浮式基础上（如图丙），若它们的总质量达11200吨，则漂浮式基础的总体积至少需要多少米 ${}^3$？（海水密度取 $1.0\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3)$

（3）传统的火力发电不仅会释放各种大气污染物，而且效率不高，每生产1千瓦时的电能需要消耗标准煤约0.4千克。若功率为30000千瓦的风力发电机组工作24小时，相当于替代标准煤多少吨？

如图甲所示，是一则公益广告，浓浓的孝心透着社会主义核心价值观。小明的爷爷网购了一台电热足浴器，其铭牌的部分参数如图乙（甲部分）所示，电热足浴器某次正常工作时控制面板显示如图乙（乙部分）所示，求：

（1）此时足浴器的工作电流。（计算结果保留一位小数）

（2）足浴器装入最大容量初温为 ${22}^{°}\text{C}$的水，当水温达到控制面板上显示的温度时水所吸收的热量。

（3）上述加热过程耗时 $16\mathit{min}$，该足浴器的热电效率。

如图所示，某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置，将重为 $1600N$的建材由斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面倾角为 $30°$，斜面高为 $4.5m$，建材移动的速度为 $0.4m/s$，电动机的输出功率为 $400W$，斜面的效率与整个装置的效率之比 ${\eta }_1:{\eta }_2=10:9$．（忽略定滑轮处摩擦及绳重）求：

（1）对建材做的有用功。

（2）斜面的效率。

（3）电动机消耗的电能。

小谦根据如图甲所示的电路组装成调光灯，并进行测试。电源电压保持不变，小灯泡的额定电压是 $6V$，小灯泡的 $I-U$图象如图乙所示。

求：

（1）小灯泡正常发光时的电阻。

（2）小灯泡正常发光 $10\mathit{min}$消耗的电能。

（3）经测算，小灯泡正常发光时的功率占电路总功率 $50\%$，如果把灯光调暗，使小灯泡两端电压为 $3V$，小灯泡的实际功率占电路总功率的百分比是多少？

（4）小谦认为这个调光灯使用时，小灯泡的功率占电路总功率的百分比太低，请写出一种出现这种情况的原因。

某学校建了一个植物园，园内有一个温室大棚，大棚内设计了模拟日光和自动调温系统，对大棚进行照明、保温和加热。冬季白天有日光的时候，灯泡不亮；白天开启该系统的保温功能，晚上开启该系统的加热功能。大棚照明调温功能的原理电路图如图所示。已知电源电压恒为 $220V$， $R_1$和 $R_2$是两个电热丝（不考虑温度对电阻的影响），保温时 $R_1$与 $R_2$的电功率之比为 $1:3$， $R_2=30\Omega$， $L$是标有“ $220V$， $100W$”的灯泡。请解答下列问题：

（1）灯泡正常工作时的电阻多大？

（2）开启加热功能时开关 $S_2$处于　 　（选填“断开”或“闭合” $)$状态。

（3）若每天保温状态和加热状态各连续工作 $10h$，一天中电热丝放出的热量完全由该植物园自产的沼气提供，其热效率为 $50\%$，则每天需要完全燃烧多少立方米的沼气？（已知热值 $q_{\mathit{沼气}}=1.8\times {10}^{7}J/m^3)$

在图甲所示的电路中，电源电压为6伏且保持不变，滑动变阻器 $R_1$标有“ $100\Omega$ $2A$”字样。闭合开关 $S$后，电流表 $A_1$和 $A_2$的示数分别如图乙所示。求：

（1）电阻 $R_2$的阻值。

（2）通电10秒钟，电流通过电阻 $R_2$所做的功 $W_2$。

（3）重新移动滑动变阻器 $R_1$的滑片 $P$，使两个电流表指针偏离零刻度的角度恰好相同，求此时变阻器 $R_1$消耗的功率 $P_1$。

现有 $A$、 $B$、 $C$三只灯泡已知 $A$灯标着 $6V3W$， $B$灯标着“ $6V6W$， $C$灯只能看清其铭牌上的额定电压为 $6V$．通过 $A$灯和 $B$灯的电流随两端电压变化关系的图象如图甲所示。则：

（1）将 $A$、 $B$两灯并联接在电压为 $6V$的电源， $20\mathit{min}$内电路消耗的电能是多少焦？

（2）将 $A$、 $B$两灯串联接在电压可调的电源两端，使 $A$灯恰好正常发光，此时 $A$、 $B$两灯的总功率是多少？

（3）如图乙所示将 $C$灯和一个滑动变阻器 $R$接入到另一个电源电压恒定的电路中，当闭合开关 $S$滑动变阻器滑片位于中点时灯泡正常发光，此时灯泡的电功率为 $P$；当滑片位于最右端时灯泡实际电功率为 $P\text{'}$，已知 $P:P\text{'}=16:9$，求此电路的电源电压是多少？（设 $C$灯的电阻始终不变）

一款电热水壶工作时有两档，分别是加热档和保温档。其工作原理如图所示（虚线框内为电热水壶的发热部位），已知 $R_1=44\Omega$， $R_2=2156\Omega$，外界气压为一个标准大气压， $g=10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）当开关 $S$置于　   　（选填“1”或“2” $)$时电热水壶处于加热档，它的功率是多大？

（2）保温状态下电路中的电流是多大？

（3）若将体积为 $1L$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水烧开需要7分钟，求电水壶的加热效率 $\eta$．（结果保留一位小数）

阅读短文，回答问题。

地铁

南通即将进入地铁时代。乘坐地铁需文明出行、确保安全。地铁站的站台上标有黄色警戒线；乘客应留意车厢内红、绿色的线路指示灯。手持式安检仪用于检测乘客是否携带违禁金属物品，工作人员能根据安检仪发出低沉或尖锐的警报声，判断金属物品的大小；手持式安检仪的电池容量为 $2\times {10}^3\mathit{mAh}$，额定电压为 $9V$，额定功率为 $0.36W$，电池容量指放电电流与放电总时间的乘积；当剩余电量减为电池容量的 $10\%$时，安检仪不能正常工作。

图甲为另一种安检仪的原理模型，固定的矩形虚线区域内存在方向竖直向上的磁场，宽度为 $0.6m$。边长 $0.2m$的正方形金属线圈 $\mathit{abcd}$放在水平传送带上，可随传送带一起以速度 $v$匀速运动。线圈进、出磁场过程中会产生电流，从而线圈会受到大小随线圈速度增大而增大、方向水平的磁场力作用，因此线圈与传送带间也存在摩擦力；运动过程中线圈整体处于磁场中时，线圈中无电流产生。在线圈与传送带间无相对滑动时，传送带克服线圈摩擦力做功的功率 $P$与对应的速度 $v$的数据如表。

$v/m·s^{-1}$	0.2	0.3	0.5	0.6	0.8
$P/W$	0.016	0.036		0.144	0.256

（1）候车时乘客越过黄色警戒线会有危险，那是因为流体的流速越大，压强越　　；有乘客手捧鲜花进入车厢，所有乘客都闻到了花香，这是因为分子在　　。

（2）下列说法中，正确的是　　。

$A$．手持式安检仪也能检测出酒精等易燃违禁物品

$B$．通过手持式安检仪报警声的音调可判断金属物大小

$C$．站立的乘客拉住扶手是为了避免受惯性作用造成伤害

$D$．佩戴紫色眼镜的乘客也能准确辨别出线路指示灯的颜色

（3）手持式安检仪正常工作时的电流为　　 $\mathit{mA}$；电池充满电后，安检仪能正常工作的最长时间为　　 $h$。

（4）分析表中数据，当传送带速度为 $0.5m/s$时，传送带克服线圈摩擦力做功的功率 $P=$　　 $W$；线圈进入磁场时受到的摩擦力 $f$与传送带匀速运动的速度 $v$的变化关系如图乙所示，则当 $v>$　　 $m/s$时线圈将在传送带上滑动。

（5）设传送带的速度保持 $0.2m/s$不变。已知线圈的 $\mathit{bc}$边进入磁场时， $\mathit{bc}$边受到的磁场力方向水平向左，当 $\mathit{bc}$边出磁场时，由于 $\mathit{ad}$边受到磁场力作用，线圈会受到方向水平向　　（选填“左”或“右” $)$的摩擦力的作用；将多个与图甲中相同的线圈每隔相同时间△ $t$从传送带的左端逐一释放，释放后线圈即与传送带保持 $0.2m/s$的速度一起运动。则△ $t=$　　 $s$时，一段时间后，传送带就会不间断的受到一个线圈的摩擦力作用。

如图所示为某品牌四旋翼无人机，该无人机具有一键起降和返航、空中悬停、高清拍摄、 $\mathit{GPS}$定位等功能，下表是该无人的部分参数：

整机质量	$2\mathit{kg}$	电池额定电压	$15V$
最大上升速度	$6m/s$	电动机工作电压	$12V$
最大下降速度	$2m/s$	悬停时每个电动机功率	$50W$
最大水平速度	$16m/s$	电动机数量	4

在某次火灾中，该无人机参与火情的勘测，它先以最大速度匀速直线上升，且达到 $60m$高处时，再以最大速度水平匀速直线飞行到达 $1.6\mathit{km}$远处的火场上空。若无人机整个过程四个电动机同时工作，电动机将电能转化为机械能的效率为 $90\%$，假设无人机以最大速度匀速直线上升时，受到的阻力大小为 $10N$，通过计算回答下列问题： $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）无人机从起飞到火场上空，这一过程共耗时多少秒？

（2）无人机到达火场上空后，悬停观测10分钟，则10分钟内电动机消耗多少电能？

（3）无人机以最大速度匀速直线上升 $60m$，这个过程中消耗多少电能？

母亲为了给小林增加营养，买了一台全自动米糊机，如图（甲 $)$所示。米糊机的主要结构：中间部分是一个带可动刀头的电动机，用来将原料粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热管，用来对液体加热。如图（乙 $)$所示是米糊机正常工作时，做一次米糊的过程中，电热管和电动机交替工作的“ $P-t$”图象。表格内是主要技术参数。

额定容积	$1.5L$	加热功率	$1000W$
额定电压	$220V$	电机功率	$130W$
额定频率	$50\mathit{Hz}$	机器净重	$1.9\mathit{kg}$
整机尺寸	$232\times 174\times 298\mathit{mm}$

请问：

（1）米糊机正常工作时的电热管中的电流是多大？（计算结果保留两位小数）

（2）米糊机正常工作时做一次米糊，消耗的电能是多少？

（3）米糊机在正常工作状态下做一次米糊，若各类原料和清水总质量为 $1.5\mathit{kg}$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$，米糊沸腾时温度是 ${100}^{°}\text{C}$，电热管的加热效率是多少？（已知原料和清水的混合物的比热容及米糊的比热容均为 $4.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，计算结果保留百分数整数）。

阅读短文，回答问题

无人机作为空中平台，以高分辨率高速摄像机、轻型光学相机、激光扫描仪等设备获取信息，用计算机对图象信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图象。无人机航拍影像具有高清晰、高现实性的优点。下表是某小型无人机的部分参数：

参数名称	最大飞行 半径 $/\mathit{km}$	最大巡航速度 $/\mathit{km}·h^{-l}$	电池电压 $/V$	电池容量 $/\mathit{mAh}$	电动机额定功率 $/W$	拍摄速度 $/$帧 $·$秒 ${}^{-1}$
数据	5	50	24	2500	20	11000

（电池容量 $=$放电电流 $\times$放电时间，例如， $1\mathit{mAh}$是指以 $1\mathit{mA}$的电流能连续工作 $1h$。帧 $·$秒 ${}^{-1}$是指每秒拍摄的画面数）

（1）人们是利用遥控器通过　　传输信息操控无人机的，其有效操控距离至少为　　 $\mathit{km}$。

（2）小轿车在高速公路上限速 $120\mathit{km}/h$。如图甲所示，交警部门利用无人机进行高速公路通行情况的实时监测。一辆小轿车在通行 $0.5m$的过程中，高速摄像机拍摄帧数为110帧，据此判断小轿车是否超速？　　（是 $/$否）。

（3）如图乙，是无人机竖直向上运动的 $v-t$图象，由图象可知，在 $0~5s$内，无人机受到的升力　　 $(>/=/<)$重力。

（4）电动机是控制无人机飞行状态的关键动力设备，当它正常工作时， $12s$内消耗的电能是　　 $J$．已知电动机消耗的功率是电源总功率的 $50\%$，则无人机在空中以额定功率飞行的时间不能超过　　 $h$。

（5）为增大小型无人机的巡航时间，请从研制方面，提出一条合理化建议：　　。

现有规格分别为“ $6V3W$”和“ $6V6W$”两个小灯泡 $L_1$、 $L_2$，已知它们的电流与电压间关系如图所示。

（1）由图可知， $L_1$、 $L_2$的灯丝电阻都随电流的增大而　　（选填“增大”“减小”或“不变” $)$。

（2）若将 $L_1$、 $L_2$并联接在学生电源间，电源电压调节为6伏，通电5分钟，则两灯泡消耗的总电能为多少焦？

（3）若将 $L_1$、 $L_2$串联接在学生电源间，调节电源电压，在保证每个灯泡两端电压不超过其额定电压的情况下， $L_1$、 $L_2$消耗的实际总功率最大值是多少？

如图为某校物理小组设计的具有加热和保温功能的电热器内部简化电路。为热敏电阻，阻值随温度升高而减小。、、均为电热丝，且．闭合开关、，电热器开始加热。

（1）控制电路中，电磁铁的上端是　　极。

（2）加热时，动触点与上方静触点，接通，工作电路的总功率是多少？

（3）电磁铁对衔铁的吸引力与控制电路中电流的关系如图所示。当电磁铁对衔铁的吸引力为时，动触点与下方静触点接通，进入保温状态，此时热敏电阻的阻值是多少？

（4）保温状态下，的功率为，则工作电路消耗的电能是多少？

如图甲所示，电源电压保持不变，R ₂为0﹣20Ω的滑动变阻器。A ₁的量程为0.6A，A ₂的量程为3A，V ₁的量程为15V，V ₂的量程为3V，不考虑温度对灯丝电阻的影响，定值电阻R ₁的I﹣﹣U关系图象如图乙所示。

（1）当S ₁、S ₂都闭合时，A ₂读数为1.25A，V ₁读数为6V，小灯泡L恰好正常发光，求定值电阻R ₁的阻值和小灯泡的额定功率。

（2）当S ₁、S ₂都断开时，为保证各表的安全使用，求滑动变阻器允许连入电路的阻值范围。

（3）当S ₁、S ₂都断开时，在各表均能正常工作的情况下，求小灯泡L消耗的最大功率与最小功率之比是多少？该电路通电80s至少能产生多少热量？