初中物理电功与电能的计算实验题

(6分)发光二极管(LED)具有高亮度、低能耗等优点，将在我市推广使用．如图甲所示是LED的实物图和元件符号．把一个额定电压为3V的LED接入电源电压恒为4．5V的电路，如图乙所示．

(1)闭合开关S，LED发光；断开S，改变电源的正负极后闭合S，LED却不发光，可见，LED具有_________(填“单向”或“双向”)导电性；
(2)移动滑片P，测得电流表与电压表的示数变化关系如图丙所示．当该LED正常工作时，消耗的电功率和此时变阻器R′接入电路的阻值分别是多少?(要写出必要的公式和过程)

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。

电冰箱已经是普遍使用的家用电器。
（1）图（13）所示是电冰箱的三角插头和插座。插头上标有字母    的导线要和冰箱的金属外壳相连；冰箱正常工作时插头上标有字母L、N的两脚间的电压是      V。
（2）某冰箱的输入总功率为200W，如果该冰箱压缩机每天工作8h，那么每天的耗电量是      度。请你说出一条使用冰箱时节约用电的具体措施：                       。　　　　　　　　　　　　　　　　　图（13）
（3）将温度25℃、750mL的一瓶矿泉水放入冰箱冷藏室，温度降到5℃时，瓶内矿泉水放出的热量是           J[水的比热容为 4.2×10³J·(Kg·℃)^-1]
（4）夏天打开冰箱门时,在冰箱门附近常常出现“白气”，形成“白气”的物态变化过程是  　 ，这一过程       热量（选填“吸收”或“放出”）。冰箱冷冻室箱壁上会结一层厚厚的霜，形成霜的物态变化过程是         。
（5）冰箱工作时虽然能够把冰箱内的内能从低温转移到高温环境，但这一过程是要消耗电能的。这说明能量转移和转化是有            性的。
（6）现代冰箱使用的是R134a、环丙烷等新式制冷剂，他不会对地球大气层上部的                造成破坏，从而可以阻止阳光中过多的           到达地面，避免地球生态环境的进一步恶化。

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。

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？

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。

【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？

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

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。

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？

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．

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R₁标有“100Ω 2A”字样。闭合开关S后，电流表A₁和A₂的示数分别如图乙所示。求：

（1）电阻R₂的阻值。 
（2）通电10秒钟，电流通过电阻R₂所做的功W₂。
（3）重新移动滑动变阻器R₁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R₁消耗的功率P₁。

星期天，小明根据课本中有关“综合实践活动”的要求与提示，对家用电器进行相关观察和研究. 他以一只电热水壶为观察、研究对象，有关记录如下表：

观察对象	有关活动与相关记录
观察电热水壶铭牌	额定电压：220V       额定功率：1kW
观察电能表铭牌	有关参数：220V  10（40）A  50Hz  300r/kW•h
在电热水壶烧水时观察电能表	关闭家里其他用电器，只将电热水壶接入电路烧水. 观察电能表，表盘在2min内转过了9r.

请你就小明在活动中获得的有关资料，求解或提出有关问题。
（1）若不考虑温度对电热水壶中电热丝电阻的影响，求电热丝的电阻值
(2) 在电热水壶烧水过程中，根据电能表表盘的转动情况，求2min内电热水壶消耗的电能和电热水壶的功率。
(3) 实际小明用此电热水壶使2㎏的水的温度从20℃升至100℃，用时15min,求水需要吸收的热量和电热壶的效率。（C_水＝4.2×10³J／（㎏·℃））.