初中物理电功与电能的计算实验题

如图为某款擦窗机器人，它凭借其底部的真空泵在机身和玻璃之间形成低气压，牢牢地吸附在竖直玻璃上。请回答：

（1）当它静止在竖直玻璃上时，受到的摩擦力方向是　　。

（2）擦窗机器人的擦拭速度是4分钟 $/$米 ${}^2$，要擦完总面积为3米 ${}^2$的窗玻璃需要　　分钟。

（3）工作时擦窗机器人对玻璃的压力为28牛，内外气压差达到800帕，求擦窗机器人与玻璃的接触面积至少为多少平方米？

（4）擦窗机器人的总质量为1.2千克，工作时的实际功率为80瓦，它在竖直向上擦窗过程中有 $0.25\%$的电能用于克服重力做功。若窗户足够高，持续竖直向上擦窗20分钟，擦窗机器人可上升的最大高度为多少米？（取 $g=10$牛 $/$千克）

如图所示，电源电压不变， $R$是定值电阻，电灯 $L$标有“ $6V3W$”的字样。当只闭合 $S$时，电流表的示数为 $0.6A$．再闭合 $S_1$时，电流表的示数变化了 $0.5A$．求：

（1）电阻 $R$的阻值；

（2）开关都闭合后， $5\mathit{min}$内电路消耗的总电能。

某物理兴趣小组的同学们设计了如甲图所示的电路，其中电源电压不变，灯泡 $L$标有“ $12V6W$”，滑动变阻器 $R$的规格为“ $20\Omega$　 $1A$”。如图乙是定值电阻 $R_0$和灯泡 $L$的电压与电流的关系图象。当断开开关 $S_1$、闭合开关 $S$和 $S_2$，并将滑动变阻器的滑片 $P$位于 $R$最右端时，灯泡 $L$的实际功率为 $1.6W$。

求：（1） $R_0$的阻值；

（2）灯泡正常发光 $10\mathit{min}$，电流通过灯泡所做的功；

（3）电源电压；

（4）电路消耗的最大电功率。

小洋和同学们通过暑期的勤工俭学为残疾人老王买了一辆电动轮椅。为了帮助老王正确使用，小洋研究了说明书，电动轮椅的原理简图如图所示。他了解到，操纵杆可操纵双刀双掷开关 $S$以及滑动变阻器 $R_1$的滑片 $P$．前推操纵杆时轮椅慢慢前进，继续前推操纵杆时轮椅快速前进；后拉操纵杆时轮椅慢慢后退。蓄电池的电压 $U=24V$（保持不变）， $R_2$为定值电阻。

（1）原理图中双刀双掷开关 $S$中间的连接物（深色部分）为　　（选填“导体”或“绝缘体” $)$；

（2）从原理图和以上描述可知，当开关接到　　、　　两个接线柱时，轮椅前进。若轮椅以 $3m/s$的速度匀速前进了 $8s$，此过程中轮椅受到的平均阻力为 $5N$，电池的输出功率为 $25W$，求此过程中轮椅工作的效率；

（3）当轮椅后退时电动机的功率是 $7W$，此时电流表示数为 $0.5A$，求 $R_2$的阻值。

电灯是一项伟大的发明，没有人能独享这份荣耀，它经历着如下的“进化史”；

1879年，托马斯 $·$爱迪生发明碳丝灯，通电后碳丝温度高达 ${2000}^{°}\text{C}$左右，进入白炽状态而发光，所以也称“白炽灯”。

1910年，美国通用电气实验室发现用钨丝制造的灯既便宜又明亮。

1934年，欧文 $·$米兰尔进一步改进，将灯丝烧成螺旋形，使发出的光更明亮。

20世纪30年代，人们研制出了荧光灯，利用发光气体发出的光使灯里的涂膜发亮。它比普通灯温度低并省电。

最近，人们还发明了大功率 $\mathit{LED}$灯，它更省电，寿命更长。

请回答：

（1）为了安全用电，控制灯的开关必须接在家庭电路的　　线上。

（2）如图，灯丝烧成螺旋形的原因是　　（选填“增加”或“减少” $)$散热。

（3）5瓦的 $\mathit{LED}$灯与100瓦的白炽灯正常发光时的亮度相当。若用1只5瓦的 $\mathit{LED}$灯代替100瓦的白炽灯使用4万小时，请通过计算说明选择哪种灯比较经济？

注：目前电费0.53元 $/$千瓦时，其他数据如表。

灯的种类	额定功率	使用寿命	市场价格
白炽灯	100瓦	1万小时	3元 $/$只
$\mathit{LED}$灯	5瓦	4万小时	20元 $/$只

电加热眼罩对缓解眼疲劳有一定效果，如图甲是一款市场上的产品，小敏查阅使用说明书，其相关参数如下

表乙。

乙

型号	$***$
额定充电电压	$4.8V$
充电电流	$500\mathit{mA}$
电池容量	$800\mathit{mAh}$

（1）当该款眼罩还剩 $10\%$的电池容量时，在额定电压下充电，充满电至少需要多少时间？

（2）图丙是小敏设计的可以手动调节高、中、低三档加热的电热眼罩原理图。电源电压 $U$恒为4.8伏，已

知电热丝 $R_1$阻值为4欧，电热丝 $R_2$阻值为6欧，开关 $S_3$只接 $a$或 $b$。

①丙图电路中 $S_1$闭合， $S_2$断开， $S_3$接 $a$时，加热电路为　　（选填“高”、“中”或“低” $)$温挡。

②中温挡功率为多少瓦？

③高温挡工作20分钟，眼罩消耗的电能为多少焦？

如图是一款用锂电池供电的平衡台灯，悬挂在中间的木质小球是它的“开关”使用时只需要将上下两个小球靠近，小球就相互吸引，灯管发光。以下为平衡台灯参数：

额定电压：5伏

额定功率：5瓦

光源类型： $\mathit{LED}$

锂电池输出电压：5伏

锂电池容量：4800毫安时

（注：以4800毫安的电流放电能工作1小时）

（1）若 $A$球内置的磁体下端为 $N$极，则 $B$球内置磁体上端为　　极；

（2）求平衡台灯正常发光时电路中的电流；

（3）给该台灯充电时，充电器的输出电压为5伏、电流2安，充电效率为 $80\%$，则为用完电的台灯充满电至少需要多长时间？

如图是一款用锂电池供电的平衡台灯，悬挂在中间的木质小球是它的“开关”使用时只需要将上下两个小球靠近，小球就相互吸引，灯管发光。以下为平衡台灯参数：

额定电压：5伏

额定功率：5瓦

光源类型： $\mathit{LED}$

锂电池输出电压：5伏

锂电池容量：4800毫安时

（注：以4800毫安的电流放电能工作1小时）

（1）若 $A$球内置的磁体下端为 $N$极，则 $B$球内置磁体上端为　　极；

（2）求平衡台灯正常发光时电路中的电流；

（3）给该台灯充电时，充电器的输出电压为5伏、电流2安，充电效率为 $80\%$，则为用完电的台灯充满电至少需要多长时间？

现代人的生活节奏越来越快，常用电压力锅煮食物，又快又省电，如图是电压力锅和它的工作电路图。其正常工作时电压为U＝220V，加热时只有R₁工作，保温时只有R₂工作。保温时的额定功率为40W，R₁＝48.4Ω，S₁为压力开关，当压强达到设定值时S₁会自动断开S₂为限时开关，可以设定保温时间。（当S₁闭合时，S₂断开。当S₁断开后，S₂可限时闭合或断开）求：

（1）当锅内气压为150kPa时，锅内气体对锅盖（假设受力面积为400cm²）的压力。

（2）保温电阻R₂的阻值。

（3）现用电压力锅煮食物，锅内的水和食物总质量是1.5kg，初温是30℃，加热到110℃时食物煮好，所用时间是5min，已知水和食物混合物的比热容c＝2.0×10³J/（kg•℃），则此次电压力锅煮食物的效率是多少？

【湖南省张家界市2015年普通初中学业水平考试】电动环保车因环保经济在各大旅游景区已广泛投入运营。如图所示的电动环保车，有关技术参数如下表。

空车质量	1200kg	电动机额定功率	5kW
满载乘员	10人	电动机额定电压	48V
满载时轮胎与地接触面积	4×250cm^3	最大车速	18km/h
电动机效率	80%	平路续驶里程	≤180km

根据技术参数和具体要求，求解下列问题：（g取10N/kg）
（1）用甲图中的专用插线板给电动环保车充电，请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）电动机以额定功率工作半小时消耗多少电能？
（3）经检测电动环保车以额定功率匀速行驶时，受到的阻力与质量的关系如图所示，若电动环保车满载时，每个乘员大约60kg，求车在行驶过程中受到的阻力。
（4）该车充一次电储存了2.7×10⁸J 的电能，电动环保车将电能转化为机械能的效率为80%，若该车满载时以额定功率匀速行驶，则充电一次最多可连续行驶多长的路程？

如图甲所示，是某兴趣小组在“伏安法测电阻”实验中分别作出R₁、R₂的U﹣I图象．小明利用R₁、R₂两个电阻设计了如图乙所示的实验电路，此时，电流表示为0.6A，则：

（1）R₁的阻值大小？
（2）在图乙的实验中R₂的阻值为多少？
（3）此电路1分钟内R₁、R₂消耗的电能之和是多少？
（4）如果小红将R₁、R₂串联，接入6V的电源两端，则通过R₂的电流是多大？

某校科技小组的同学们用PTC元件（即半导体陶瓷材料）制作了一个电加热保温杯。常温下的凉开水放在杯内可加热至60℃，并利用这种元件的电学特性设定保温温度为60℃。已知所用的PTC元件的阻值R_T随温度的变化关系如图甲，使用时PTC元件如图乙接入家庭电路中。

请回答下列问题：
（1）当温度为60℃时，电路中的电流是          A，通电1min，PTC元件消耗的电能是          J。
（2）PTC元件的最大电功率是          W。
（3）保温杯可以利用PTC元件的特性进行保温的原理是：当温度达到60℃时，PTC元件发热功率等于散热功率（即在相同时间内产生的热量与散失的热量相等），温度保持不变。从图甲可以看出，①当它的温度高于60℃时，                           ，温度下降；②当温度低于60℃时，                       ，温度上升。因此保温杯中的水可以保持在60℃左右。

阅读短文，回答问题．
LED灯
夜幕下，我市马路边LED灯亮化工程形成了一道亮丽的风景．这种LED灯是通过光电转换来供电的．图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的原理示意图．其中，R是光敏电阻，此光敏电阻的阻值R、流过线圈电流I与光照度E（单位勒克斯，符号lx）之间的几次实验数据如下表所示．当线圈A中的电流I≥30.0mA时，动触点D与静触点G、H接触．当线圈A中的电流I<30.0mA时，动触点D与静触点E、F接触．

光照强度E/lx	5	10	15	20	25	30
光敏电阻R/Ω	60	30	20	15	12	10
线圈中电流I/m A	21. 4	27. 3	30.0	31. 6	32. 6	33. 3

（1）由表格中数据可知，光敏电阻的阻值R随光照强度E的增强而　　　　　　　　；
（2）傍晚，当光照强度小于　　　　　lx（勒克斯）时，LED灯开始工作；
（3）电磁继电器上的电磁铁的连线简化示意图如图，在图上标出它通电时的磁极．如想增大电磁铁的磁性，你的办法是                                 （写出一种）；

（4）一只功率为6 W的LED灯，其正常发光亮度相与30 W的日光灯相当．某间教室有20 盏30 W的日光灯，每天平均使用3h，如果能用6 W的LED灯替换，则一个月（按 30天计算）可节约电能　      kw·h．

王聪是班里有名的“物理迷”，他爱观察，勤思考。一天，妈妈到超市购买了一台家用豆浆机，他仔细观察了豆浆机的构造、铭牌和制作豆浆的过程，发现其中用到了许多物理知识。
（1）机座底部安装有三个小橡皮碗，相当于“吸盘”，可以防止豆浆机在打浆时位置发生移动。“吸盘”是利用            起固定作用的。
（2）豆浆机电源线的插头有三个脚如图，其中稍长些的脚是把豆浆机的金属部分与    相连接。

（3）豆浆机的机头主要由一个电热器（电热丝）和一个电动机带动的打浆器构成。制作豆浆的过程是先加热，再打浆，再加热煮熟，即加热和打浆是交替进行的。由此可知，豆浆机中的电动机和电热器的连接方式是 　 　　 。
（4）当香喷喷的豆浆打好后，王聪打开豆浆机，如图所示，他只闻到香味却看不清楚豆浆。请你用学过的物理知识解释其中的原因。

（5）豆浆机铭牌上的部分技术参数如右表。豆浆机在额定电压下打浆时，通过电动机的电流是多少？

额定电压	220V
额定频率	50Hz
电动机额定功率	１80 W
电热器额定功率	850W

（6）王聪粗略想测算一下豆浆机电热器的加热效率大约是多少。于是，他把80g大豆和1500g清水放入豆浆机中，测出其初温为20℃。豆浆机在额定电压下工作，当电热器加热的总时间约12min时豆浆沸腾，测其温度为100℃ 。设豆浆的比热容大约等于水的比热容，请你帮他计算豆浆吸收了多少热量？豆浆机电热器的加热效率大约是多少？【C_水=4.2×10³J／（kg. ℃）】
（7）王聪想比较一下豆浆的密度与水的密度那个大，但手中没有密度计，也没有天平和量筒，请你用家中的物品较简单的比较出二者密度的大小。

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压缩式电冰箱的工作原理
电冰箱制冷原理的种类市场上共出现过九种，其中电机压缩式冰箱，简称压缩式冰箱（主要结构如下图所示）.其优点是寿命长，使用方便，目前世界上91～95％的电冰箱属于这一类.

压缩式电冰箱的制冷系统主要由压缩机（电动机）、冷凝器、蒸发器、干燥过滤器和毛细管等五个基本单元组成.工作时由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统做功.压缩机吸入在蒸发器中吸热蒸发的制冷剂蒸汽﹐经过压缩﹐成为高温高压蒸汽﹐被送往冷凝器.冷凝器向外界空气散热﹐将高温高压蒸汽冷凝成液态制冷剂﹐再经过干燥过滤器过滤掉混入系统中的微量物质和水分﹐以防止在毛细管中发生“脏堵”或“冻堵”从而防止压缩机不停空转却不能正常制冷.然后﹐液态制冷剂经毛细管节流﹐送入蒸发器.在蒸发器内﹐制冷剂由于压力突然降低而剧烈沸腾﹐同时吸收箱内被冷却物品的热量﹐产生制冷效果.制冷剂蒸汽再次送入压缩机.如此循环往复﹐使箱内保持设定的低温.
压缩式电冰箱根据是否需要人工除霜分为无霜强冷式电冰箱和有霜直冷式电冰箱.有霜型是人工除霜,不需电热.无霜型装有150W的电热器用以除霜,平均每天加热3次,每次加热约20分钟.

（1）压缩机工作时将        能转化为机械能；        
（2）冷凝剂在冷凝器中发生的物态变化名称为        ；
（3）在蒸发器内﹐制冷剂由于压力突然降低而剧烈沸腾，说明液体的沸点随气压的降低而    ；
（4）其它功能完全相同的无霜强冷式电冰箱比有霜直冷式电冰箱每天多消耗电能        KW·h；
（5）有一台电冰箱，压缩机能工作但不停机，制冷效果不好，请写出一种可能的原因：        .