初中物理电功计算公式的应用计算题

如图所示，是一个照明系统模拟控制电路。已知电源电压 $U=4.5V$，定值电阻 $R_1=5\Omega$．滑动变阻器 $R_2$上标有“ $25\Omega 1A$”字样， $R_3$为光敏电阻，其阻值随光照度的变化遵循某一规律，部分数据如下表所示（相同条件下，光越强，光照度越大，光照度单位为勒克斯，符号为 $\mathit{lx}$，白天光照度大于 $3\mathit{lx})$，当 $R_1$两端电压低至 $0.5V$时，控制开关自动启动照明系统（不考虑控制开关对虚线框内电路的影响）。利用该装置可以实现当光照度低至某一设定值 $E_0$时，照明系统内照明灯自动工作。

光照度 $E/\mathit{lx}$	0.5	1	1.5	2	2.5	3
光敏电阻 $R_3$阻值 $/\Omega$	60	30	20	15	12	10

（1）标有“ $6V3W$”字样的照明灯，正常工作时的电流为多大？

（2）闭合开关 $S$，将滑片 $P$移至 $b$端，求 $E_0$为多少？

（3）要使 $E_0=1.2\mathit{lx}$，则 $R_2$接入电路的电阻应调为多大？若环境的光照度降至 $1.2\mathit{lx}$时能保持 $5\mathit{min}$不变，求这段时间内 $R_2$消耗的电能。

（4）本系统可调 $E_0$的最小值是　　 $\mathit{lx}$。

张老师向同学们展示了一只具有高、低温两挡调节功能的自制电加热器，并告知其内部电路由电阻丝 $R_1$、 $R_2$、和开关 $S_1$三个元件组成，两根电阻丝允许通过的最大电流均为 $1A$， $R_1=10\Omega$，在不拆解加热器的情况下，小军用图1电路对其进行探究：他先闭合 $S_2$，电流表的示数为 $0.24A$；再闭合 $S_1$，电流表的示数变为 $0.84A$，所用电源电压为 $6V$．

（1）电阻丝 $R_2$的阻值为　　 $\Omega$；

（2）若电源电压可调，闭合 $S_1$和 $S_2$后，为保证电路安全，求此电加热器允许消耗的最大电功率；

（3）张老师指导小军仅利用原有元件对该电加热器的内部电路进行改装，要求改装后的电加热器须同时满足下列两个条件：

①具备高、低温两挡调节功能；

②在 $6V$电源电压下，用高温挡给 $0.1\mathit{kg}$的水加热 $14\mathit{min}$，可使水温升高 ${7.2}^{°}\text{C}$，设电加热器消耗的电能全部转化为水的内能。

请在图2虚线框中画出内部改装电路图，并通过计算说明。

如表为某品牌取暖用油汀的铭牌，其内部电路如图所示。 $R_1$和 $R_2$均为电热丝， $S_1$是温度自动控制开关。闭合开关 $S$， $30\mathit{min}$内油汀消耗的电能为 $0.88\mathit{kW}·h$．求：

额定电压		$220V$
额定 功率	低温挡	$880W$
	高温挡	$2200W$

（1）通过 $R_1$的电流；

（2）电热丝 $R_2$的电阻；

（3） $30\mathit{min}$内开关 $S_1$闭合的时间。

现有一个粗细均匀的金属圆环，它是由一段铜丝和一段同种材料制成的电阻丝连接而成的。为了研究它的导电性，小科把它接入到如图甲所示的电路中。实验时，小科先将触点 $M$与圆环上的 $A$点连接，再移动滑动变阻器 $R_1$的滑片 $P$至最右端后，闭合开关 $S$，将触点 $N$从 $A$开始沿逆时针方向滑动一周，在触点 $N$滑动的过程中，触点 $M$、 $N$之间的电阻等效于一个变化的电阻，记为 $R_{\mathit{MN}}$．设滑过弧 $\mathit{MN}$的长为 $x$，电流表示数 $I$与 $x$之间的关系如图乙所示。已知电源电压恒为 $4.5V$，铜丝的阻值不计，触点接触良好。粗细均匀、同种材料制成的电阻丝阻值与其长度成正比。

（1）由图乙可知，该金属圆环中铜丝的长度是　　 $\mathit{cm}$。

（2）在触点 $N$滑动过程中， $R_{\mathit{MN}}$的最大值是多少？

（3）每 $1\mathit{cm}$电阻丝的阻值是　　 $\Omega$．（提示：图甲中 $M$、 $N$之间的电阻等效于 $M$、 $N$之间两段弧形金属丝并联后的总电阻）

（4）如图丙所示，把 $M$、 $N$接到圆环其中一条直径的两端，将滑片 $P$移到最左端后闭合开关 $S$，通电 $1\mathit{min}$，电路消耗的电能为 $W$．求 $W$的最大值。（计算过程中不需要说明取最大值的理由）

热敏电阻是一种新型的半导体材料，被广泛应用于电热设备中，该材料温度越高，电阻越大。小明买了一个应用了该材料的养生壶，已知该材料电阻 $R_T$不小于 $24\Omega$，温度为 ${50}^{°}\text{C}$时， $R_T=40.5\Omega$，壶内另一定值电且 $R_0=20\Omega$．养生壶加热过程中的平均功率等于 ${50}^{°}\text{C}$时电路的总功率。

（1）小明试着设计了养生壶的两种电路图，如图甲、乙所示，已知小明家的电路允许通过的最大电流为 $10A$，请你帮他选择出正确的电路图，是甲乙中的哪个？（不用书写验证过程）

（2）该养生壶烧水时的平均功率为多大？

（3）若该养生壶烧水时消耗电能的 $84\%$转化为水的内能， $5\mathit{min}$能将多少千克的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热至 ${100}^{°}\text{C}$？ $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$

如图甲是一款新型智能电暖器，内装有导热油。该电暖器具有升温快、热效高、智能控温的特点。电暖器的简化电路图如图乙所示，R₁与R₂为电热丝，S₂为温控开关，其相关参数如下表。求：

额定电压	220V
加热功率	1000W
保温功率	220W

（1）电暖器在保温状态下的工作电流

（2）电阻R₂的阻值。

（3）电暖器中装有5kg的导热油，在加热状态下导热油由20℃升高到60℃，需要多长时间？[不计热量损失，导热油的比热容取c_油＝2×10³J/（kg•℃）]

某家用电热水器铭牌上的部分参数如表所示。热水器注满水并加热，水温由20℃升高到80℃．求：

（1）水的质量是多少？（ρ_水＝1.0×10³kg/m³）

（2）水吸收的热量是多少？[水的比热容c_水＝4.2×10³J（kg•℃）]

（3）电热水器正常工作时，效率为84%，电热水器需要工作多少min才能使水温由20℃升高到80℃？

额定电压220V	电源频率50Hz
额定功率2000W	容量40L

如图甲是食堂为餐具消毒、烘干的保洁消毒柜，其内部电路如图乙，S₁为温控开关，S₂为门控开关，R为石英加热管。消毒柜的总功率为1250W，臭氧发生器的功率为150W．求：

（1）关闭柜门，门控开关S₂闭合，臭氧发生器工作10 min所消耗的电能。

（2）正常工作时通过石英加热管R的电流和它的阻值。

（3）若在货架上放100kg的不锈钢餐具，将其从26℃加热到70℃，不计热量损失，正常工作需要加热多长时间？[c_钢＝0.46×10³J/（kg•℃）]。

下表是某储水式电热水器的铭牌：

型号：DSZF﹣C40J20D	设计代号：C1
额定容量：40L	额定功率：2000W
额定电压：220V	额定频率：50Hz
额定压强：0.7MPa	防水等级：IPX4

已知水的比热容c_水＝4.2×10³J/（kg•℃）），水的密度是ρ_水＝1.0×10³kg/m³

根据表中的数据，试求：

（1）电热水器正常工作的电流是多大？（结果保留两位小数）

（2）电热水器里的水刚好是额定容量时，把这些水从20℃加热到50℃，水吸收的热量是多大？

（3）电热水器正常工作时放出的热量80%被水吸收，那么加热这些水需要多长的时间？

如图是某品牌饮水机的简化电路图，该饮水机有加热和保温两种工作状态（由机内温控开关S₀自动控制），下表是它的有关参数。已知C_水＝4.2×10³J/（kg•℃），ρ_水＝1.0×10³kg/m³。

电热饮水机 型号：XL﹣LS2017 储水罐容积：1L 额定电压：220V 额定加热功率：1000W 额定保温功率：100W 额定频率：50Hz

（1）S₀闭合时饮水机处于什么状态，此时电路中电流是多大？

（2）该饮水机在额定电压下，将装满储水罐的水从50℃加热至沸腾（当时气压为标准大气压），用时300s，求饮水机的加热效率。

（3）若实际电压为200V，饮水机的加热效率保持不变，将装满储水罐的水从50℃加热至沸腾（当时大气压为标准大气压），需用时多少秒。

如图所示是XX型”220V 1000W“电饭煲的原理图。它有高温和保温两档，通过单刀双掷开关S进行调节，R₀为电阻丝。当开关S接高温档时，电路的功率为1000W；当开关S接保温档时，电路的总功率为22W．求：

（1）电饭煲在高温档时，开关S应与哪个触点连接？

（2）电热丝R₀的阻值多大？

（3）当电饭煲在保温时，实际电流多大？保温5min，电热丝R₀消耗的电能为多少？

热熔胶是常用的粘合剂，它在常温下是固体。图甲是热熔胶枪（简称“胶枪”）的外形，其内部有两只相同的PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图丙所示。电路如图乙所示，单只PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图丙所示。胶枪扳机松开时，开关S₁断开，开关S₂的触片与b触点接通，若此时接通电源，胶枪就进入预热状态，约60s后热熔胶熔化成的胶液温度达到正常工作温度（150℃～180℃）。此后，若扣动扳机，胶枪就进入正常工作状态：开关S₁闭合，开关S₂的触片与a触点接通，固体胶条向前挤压，枪口冒出温度为150℃～180℃的胶液。在近似计算时，可以认为胶液的温度与PTC加热元件的温度相同。问：

（1）单只PTC加热元件在预热过程中的最小电阻为多少？

（2）胶枪在预热过程中消耗的最大功率是多少？

（3）接通电源60s后，假设胶枪在恒温为150℃的条件下正常工作100s，它产生热量的60%被胶条吸收，在这过程中胶条吸收了多少热量？

无内胆饮水机的电路原理如图所示，电热丝R₁、R₂都绕在出水管上，水经过出水管时被加热，通过改变开关S的通、断状态，可以选择出温水或开水．该饮水机的铭牌如表．忽略电热丝R₁、R₂的阻值随温度的变化，不计各种热损失，水的比热容c=4.2×10³J/（kg•℃）．

额定电压	220V
开水加热功率	2200W
温水加热功率	1100W

（1）现在需要100℃的开水200g，已知水的初温是20℃，水需要吸收多少热量？
（2）当饮水机处于开水加热状态时，加热上述水需要多少时间？（保留一位小数）
（3）S处于什么状态时饮水机是温水加热状态？为什么？

小明家利用天然气灶烧水，把质量为1kg的20℃的水烧开（在标准大气压下）．
（1）通过观察天燃气表得知消耗了0.01m³的天然气，如果天然气的密度为0.7kg/m³，烧水时消耗天然气多少千克？
（2）在此过程中水需要吸收多少热量？
（3）用额定功率是800W的电热壶在220V额定电压下，烧开同样质量的水，若电能转化为内能的效率是84%，则通电时间是多少？

明明家最近在装修新房子, 卫生间里准备装一种电热水器, 目前市面上有两种电热水器供家中选择, 一种是传统的预热式电热水器, 如图甲，其部分参数如表。另一种是即热式电热水器,如图乙，它没有储水箱，体积小巧。冷水进入热水器后，分4～6路被大功率电热管加热，然后再汇合成一路从出水喷头流出，随着温度设定及出水量的不同，加热功率可从4000W～7000W变化。它较传统的热水器优点在于：即开即热；不开不加热，节能；且加热效率高达96%以上。请解答：

（1）一般情况下，热水淋浴要求水温升高30℃，请计算预热式电热水器装满水后，正常工作将水加热到可以淋浴的温度，水需要吸收多少Ｊ的热量？需要通电加热多长时间？
（2）即热式电热水器的额定电压也是220V，请计算它在加热水达到最大功率时，家庭电路干路中增加的电流是多少Ａ？（精确到0.1A）
（3）明明调查发现他家房子电能表、空气开关、墙内导线的相关参数分别为“220V 40A”、“220V 30A”、“220V 40A”。请分析他家能否安装这种即热式电热水器。若不能，还想安装如何解决。