初中物理电功与电能的计算试题

硫化镉 $\left(\mathit{CdS}\right)$是一种光敏材料，其电阻值 $R$随光照强度 $E(E$越大表示光照越强，其国际单位为 $\mathit{cd})$的变化如图2所示。某展览厅（如图1所示）为保护展品。采用这种材料设置了调光天窗。当外界光照较强时，启动电动卷帘适时调整进光量；当外界光照较弱时，自动启动节能灯给予补光。调光天窗的电路原理如图3所示， $R_0$为定值电阻， $R$为 $\mathit{CdS}$电阻， $P$为电磁铁，其线圈电阻 $R_P$为 $10\Omega$，当电流达到 $0.06A$时能吸合衔铁。已知电源电压 $U_1=12V$， $U_2=220V$，则：

（1）图2中 $R$随光照强度 $E$变大而　　（选填“增大”或“减小” $)$。

（2）图3中的 $L$代表的是并联安装在展厅内的10盏“ $220V10W$”节能灯，这些节能灯同时正常工作4小时，共消耗电能　　 $\mathit{kW}·h$。

（3）若要缩短节能灯点亮的时间，可换用阻值较　　（选填“大”或“小” $)$的 $R_0$。

（4）当外界光照强度达到 $1\mathit{cd}$时，电动卷帘便开始工作，求 $R_0$的阻值。

孝顺的芳芳为了让奶奶在冬天方便取暖。她用自己的零用钱为老人家买了个烤火用的电热箱，电热箱的规格如表。求：

额定电压 $\left(V\right)$	220
额定功率 $\left(W\right)$	440
频率 $\left(\mathit{Hz}\right)$	50

（1）电热箱内发热丝的电阻。

（2）正常工作 $0.5h$，电热箱消耗的电能。

（3）一天，芳芳断开家中其他所有用电器，只接通电热箱，发现家中如图所示的电能表表盘在 $5\mathit{min}$内转了100圈，电热箱的实际功率是多少？

如图所示为“电子秤”的原理图： $A$为托盘， $P$为金属滑片且固定在托盘下的轻质弹簧上，并能随轻质弹簧一起上下滑动，当托盘中不放物体时， $P$位于 $R$的最上端。已知 $R_0=5\Omega$， $R$的最大阻值为 $15\Omega$，电源电压恒为 $3V$．

（1）图中的质量表应该用什么电表改装？　　。

（2）“电子秤”称重物时电路中电流的最小值和最大值分别为多少？

（3）当开关 $S$闭合，不称量重物时，电子秤 $10\mathit{min}$内消耗的电能为多少？

某电热水壶部分参数，额定电压 $220V$，额定功率模糊不清，容积 $1L$，加热效率 $90\%$，在额定电压下，将满壶水从 ${10}^{°}\text{C}$加热至沸腾（在1标准大气压下），用时 $5\mathit{min}$，则水吸收的热量是　　 $J$，电热水壶的额定功率是　　 $W$． $\left[C_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$。

如图所示是某型起吊装置示意图。在某次打捞过程中，使用该装置将质量为 $4.8\times {10}^3\mathit{kg}$的水中物体 $A$在 $10s$的时间内匀速竖直吊起 $1m$高（物体 $A$未露出水面），电动机工作电压为 $380V$，工作电流为 $50A$，电动机对钢绳的拉力 $F_1$为 $1.9\times {10}^{4}N$，滑轮组的机械效率为 $50\%$，已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．求：

$\left(1\right)$电动机在 $10s$内消耗的电能；

（2）钢绳拉力 $F_1$在 $10s$内做的功；

（3）物体 $A$所受拉力 $F_2$的大小；

（4）物体 $A$的密度。

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。

我国“华为”公司是当今世界通讯领域的龙头企业，在手机及其它通讯设备的设计制造方面掌握了诸多高新科技成果。以手机为例，华为“ $\mathit{Mate}$ 20 $\mathit{pro}$”不仅采用 $4200\mathit{mAh}$超大容量电池，并且采用“超级快充”技术，不到半小时可把电池充达一半以上，极大方便了人们的使用。已知该电池的部分参数如表所示。

电池名称	锂离子电池
电压	$3.7V$
容量	$4200\mathit{mAh}$

（1）表格中的电池“容量”，是哪几个物理量进行了怎样运算的结果？

（2）如图所示的两个充电器，一个标注“输出 $5V600\mathit{mA}$”，另一个标注“输出 $5V4A$”，其中有一个是快速充电器。假设充电效率为 $90\%$，选用快速充电器将电池从零充满需要多少分钟？

（3）有人发现，超级快充的充电线比普通手机充电线要粗一些，请你从线路安全的角度来分析为什么有这样的区别。

家用电饭锅中自动开关一般由感温铁氧体组成，将电饭锅的自动开关 $S$按下，电饭锅处于加热状态，当感温铁氧体温度达到 ${103}^{°}\text{C}$时失去磁性，被吸铁块由弹簧弹开，使电饭锅进入保温状态。某家用电饭锅内部电路简化示意图如图甲，某次使用该电饭锅在 $220V$的电压下煮饭过程中，通过的电流随时间变化的图象如图乙。

（1）当锅内温度为 ${100}^{°}\text{C}$时，自动开关 $S$与　　（选填“1”或“2” $)$连接，此时电饭锅处于　　（选填“加热“或“保温” $)$状态。

（2）该电饭锅此次工作30分钟消耗的电能为多少？

（3）电阻 $R_1$与 $R_2$的阻值之比为多少？

（4）若要使该电饭锅的加热功率提高到 $1100W$，可以给电阻 $R_1$并联一个阻值为多大的电阻 $R_3$？

小奕看见他爸爸的手机锂电池上面标明电压为 $3.7V$，容量为 $3000\mathit{mA}·h$，则它充满电后存储的电能为　　 $J$该手机的待机电流为 $15\mathit{mA}$，则该手机最长待机时间为　　 $h$。

如图所示， $R_1=10\Omega$， $R_2=20\Omega$， $R_3$的最大阻值为 $50\Omega$．当 $S_1$闭合， $S_2$断开，滑片移到最左端时，电压表的示数为 $2V$．求：

（1）电源电压。

（2）通电 $10s$内 $R_2$消耗的电能。

（3）现同时闭合 $S_1$、 $S_2$，求电路的最小功率。

为了保护环境，我们应大力提倡使用清洁能源。现要将 $20\mathit{kg}$的水从 ${16}^{°}\text{C}$加热到 ${50}^{°}\text{C}$，如果使用效率为 $85\%$的电热水器，需要耗电　　 $\mathit{kW}·h$；如果使用热效率为 $80\%$的天然气热水器，需要消耗　　 $m^3$天然气。已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，天然气的热值为 $3.2\times {10}^{7}J/m^3$（结果均保留到小数点后2位）。

某型号电热水瓶具有加热、保温、电动出水及干烧断电功能。其简化电路如图所示。 $S_1$是壶底温控开关，通常闭合，当壶底发热盘的温度达到 ${120}^{°}\text{C}$自动断开。 $S_2$是壶壁温控开关，按下时对水加热，水烧开后自动断开，电热水瓶处于保温状态。 $S_3$是电动出水开关，按下时闭合，电磁泵将水抽出。已知电热水瓶保温功率为 $50W$，加热功率为 $1000W$。

（1）电热水瓶处于保温状态且不抽水时，电路中的电阻是多大？

（2）闭合 $S_3$，电磁泵两端电压为 $12V$．已知 $R_3$阻值为 $200\Omega$，求电磁泵的电功率。

（3）若水烧开后， $S_2$没有自动断开，则瓶里的水烧干后，经过多长时间， $S_1$才会断开？已知发热盘质量为 $0.5\mathit{kg}$，比热容为 $0.5\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。设水烧干瞬间，发热盘的温度为 ${110}^{°}\text{C}$，不计热损失。

平衡车作为一种新兴的代步工具，深受年轻人的喜欢，小明最近购入一台平衡车，如图所示。他仔细阅读此款平衡车的说明书，主要参数如下：

平衡车整车参数		电池参数
净重	$12\mathit{kg}$	工作电压	$36V$
最高车速	$16\mathit{km}/h$	电池容量	$2.5\mathit{Ah}$锂电池
电动机额定功率	$900W$	智能 $\mathit{BMS}$	过压 $/$欠压 $/$短路 $/$过热保护
最大载重	$85\mathit{kg}$
轮胎与地面总接触面积	$100c{m}^2$

（1）该平衡车在水平路而正常行驶时，对地面产生的最大压强是多少？（要有计算过程）

（2）该平衡车的电池充满电后，所储存的电能为　　 $J$。

（3）平衡车脚踏位置布满花纹，其作用是　　。

人类正面临能源危机，为了找到更节能的光源，科学家做了大量的实验，实验发现下表中的 $\mathit{LED}$灯和白炽灯在正常工作时，光照强度相同。请通过计算回答下列问题：

（1） $\mathit{LED}$灯正常发光时的电流是多大？

（2） $\mathit{LED}$灯正常发光时的电阻是多大？

（3）正常工作 $10h$，使用 $\mathit{LED}$灯比白炽灯要节约多少电能？

类型	$\mathit{LED}$灯	白炽灯
发光原理	二极管发光	钨丝高温发光
额定电压	24伏	220伏
响应时间	${10}^{-9}$秒	${10}^{-3}$秒
额定功率	12瓦	100瓦

如图所示是某款有加热和保温功能的电热饮水机的电路原理图，机内有温控开关 $S_0$，该饮水机的部分参数已知：额定电压为 $220V$，加热时的总功率为 $880W$，保温时的功率为 $80W$， $R_1$、 $R_2$为加热电阻丝（假设它们的阻值不变）。饮水机在额定电压下工作时，求：

（1）加热时电路中的总电流为多少？

（2）保温状态下，5分钟消耗的电能是多少焦？

（3）当开关 $S$和 $S_0$都闭合时是在加热状态还是保温状态？并请你求出 $R_1$的电阻是多大？