初中物理电功率的计算试题

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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。

在综合实践活动中，科技小组设计了一个由压敏电阻控制的报警电路如图所示，电源电压恒为 $18V$，电阻箱最大阻值为 $999.9\Omega$．报警器（电阻不计）通过的电流达到或超过 $10\mathit{mA}$会报警，超过 $20\mathit{mA}$会损坏。压敏电阻 $\mathit{Rx}$在压力不超过 $800N$的前提下，其阻值随压力 $F$的变化规律如下表所示。

压力 $F/N$	0	50	100	150	200	250	300	$\dots$
电阻 $\mathit{Rx}/\Omega$	580	560	540	520	500	480	460	$\dots$

（1）为不损坏元件，报警电路允许消耗的最大功率是多少？

（2）在压敏电阻 $\mathit{Rx}$所受压力不超过 $800N$的前提下，报警电路所选滑动变阻器的最大阻值不得小于多少？

（3）现要求压敏电阻受到的压力达到或超过 $200N$时，电路报警按照下列步骤调试此报警电路：

①电路接通前，滑动变阻器滑片 $P$置于 $b$端；根据实验要求，应将电阻箱调到一定的阻值，这一阻值为　　 $\Omega$；

②将开关向　　端（填数字）闭合，调节　　，直至　　；

③保持　　，将开关向另一端闭合，报警电路即可正常使用。

（4）对（3）中已调试好的报警电路，现要求压敏电阻受到的压力达到或超过 $700N$时，电路报警，若电源电压可调，其它条件不变，则将电源电压调为　　 $V$即可。

中国95后的天才科学家曹原，在2018年3月5日，成功实现了石墨烯的“超导电实验”，破解了困扰全球物理学界107年的难题，为超导研究打开了一扇新的大门，可能成为常温超导体研究的里程碑，超导应用即将走进我们的生活。现有一个小型水电站，如图所示，发电机提供的电压 $U=250V$，保持恒定，通过输电线向较远处用户输电，输电线的总电阻 $R_0=0.15\Omega$．闭合开关 $S$，若发电机提供给电路的总功率 $P=50\mathit{kW}$，求：

（1）通过输电线的电流和输电线上损耗的热功率 $P_0$；

（2）用户得到的功率 $P_1$和输电效率 $\eta$；

（3）若将输电线改为超导输电线，在保证用户得到以上功率不变的情况下（此时可在用电器前端加一调压装置，以保证用电器能正常工作），与原来相比，每天节省的电能可供一个额定功率 $P_2=1\mathit{kW}$的电饭煲正常工作多少天？（假设电饭煲每天工作2小时）

梅雨季节，湿衣服久晾不干，令人烦恼。小组同学设计出两款自动控制“干衣神器”，可使得衣服快速变干，请选择其中一种方法完成电路原理设计并算出相应答案。（两种方法都做，以第一种为准）

方法一	方法二
器材：开关 $S$，电源转换器（把 $220V$交流电压转换为 $6V$直流电压），定值电阻 $R_0$，热敏电阻 $R_x$（电阻随温度的变化关系如图所示）。电磁继电器（线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.2A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.2A$时衔铁被弹回），电风扇，电热丝（电阻不变）。 功能：①闭合开关 $S$．当温度低于 ${60}^{°}\text{C}$时，机器吹热风；当温度高于 ${60}^{°}\text{C}$时，机器吹冷风。 ②受控电路 $(220V$工作电路）吹热风时功率为 $120W$、吹冷风时功率为 $20W$。 （1）请以笔画线代替导线完成电路连接。 （2）定值电阻 $R$的阻值为　　 $\Omega$。 （3）电热丝的阻值为　　 $\Omega$．	器材：开关 $S$，电源转换器（把 $220V$交流电压转换为 $6V$直流电压），定值电阻 $R_0$，湿敏电阻 $R_x$（电阻随摆度的变化关系如图所示），电磁继电器（线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.2A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.2A$时衔铁被弹回），电风扇，电热丝（电阻不变） 功能：①闭合开关 $S$．当湿度大于 $40\%$时，机器吹热风；当湿度小于 $40\%$时，机器吹冷风。 ②受控电路 $(220V$ 工作电路）吹热风时功率为 $120W$，吹冷风时功率为 $20W$。 （1）请以笔画线代替导线完成电路图连接。 （2）定值电阻 $R_0$的阻值为　　 $\Omega$。 （3）电热丝的阻值为　　 $\Omega$．

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　　 $\mathit{lx}$。

小灯泡作为中学最常使用的电学元件之一，通常认为其电阻不随温度而发生变化，但在实际应用中其电阻并非定值，现设计一个测量某种型号小灯泡 $I-U$图象的电路如图甲，电源电压恒为 $6V$，滑动变阻器最大电阻 $30\Omega$．

（1）当开关 $S_1$， $S_2$均闭合，滑片处于 $a$端时，求电流表 $A_1$的示数；

（2）当开关 $S_1$闭合， $S_2$断开，滑片离 $a$端 $\frac{1}{3}$处时，电流表 $A_2$的示数 $0.2A$，求此时小灯泡的电阻。

（3）在开关 $S_1$闭合， $S_2$断开的情况下，某同学描绘出小灯泡 $I-U$图象如图乙，求图中 $C$点对应的电路中滑动变阻器接入电路的阻值大小和滑动变阻器消耗的功率。

2016年11月，常州出入境检验检疫局查获一批进口不合格电烤箱，电路存在安全隐患，检验人员在实验室按照规范重新连接烤箱电路，并将相关参数填入铭牌，请选择其中一种方法完成电路设计并计算出相应答案（两种方法都做，以第一种为准）

方法一	方法二
功能：如图所示，两根电阻丝规格相同且电阻不变，旋钮开关 $S$转动至断开位置，电路不工作；开关 $S$转动至抵挡位置，电路处于低功率工作状态，两根电阻丝都发热；开关 $S$转动至高挡位置，电路处于高功率工作状态，仅有一根电阻丝发热。 （1）请以笔画线代替导线完成电路连接。 测量：实验室内， $220V$电源只接通电烤箱，电烤箱处于高挡位置，观察到实验室电子式电能表的指示灯在 $5\mathit{min}$内闪烁了132次。 （2）此过程中，电烤箱消耗电能　　 $J$ 单根电阻丝的阻值为　　 $\Omega$ （3）铭牌 额定电压 $220V$ 低档功率 　　 $W$ 高档功率 　　 $W$	功能：如图所示，两根电阻丝规格相同且电阻不变，旋钮开关 $S$转动至断开位置，电路不工作；开关 $S$转动至抵挡位置，电路处于低功率工作状态，仅有一根电阻丝发热；开关 $S$转动至高挡位置，电路处于高功率工作状态，两根电阻丝都发热。 （4）请以笔画线代替导线完成电路连接。 测量：实验室内， $220V$电源只接通电烤箱，电烤箱处于低挡位置，观察到实验室电子式电能表的指示灯在 $5\mathit{min}$内闪烁了132次。 （5）此过程中，电烤箱消耗电能　　 $J$ 单根电阻丝的阻值为　　 $\Omega$ （6）铭牌 额定电压 $220V$ 低档功率 　　 $W$ 高档功率 　　 $W$

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空气净化器

由于雾霾天气的增多，空气净化器逐渐走入家庭，其工作过程（如图甲）是：脏空气进入净化器时，灰尘被正电钨丝放电而带上正电，流到负电路栅板时，带电灰尘被吸附。此后经过活性炭层时，化学有毒气体被吸附，排出空气的污染物浓度大幅降低，多次循环后变成洁净空气。

洁净空气量 $\left(\mathit{CADR}\right)$是反映其净化能力的性能指标， $\mathit{CADR}$值越大，其净化效率越高。利用 $\mathit{CADR}$值，可以评估其在运行一定时间后，去除室内空气污染物的效果。按下列公式计算 $\mathit{CADR}:$

$\mathit{CADR}=\frac{2.3V}{t}(V$：房间容积； $t$：空气净化器使房间污染物的浓度下降 $90\%$运行的时间。 $)$

其铭牌如表：

规格	额定电压	频率	额定功率	洁净空气量 $\left(\mathit{CADR}\right)$
$\mathit{GH}-2034A$型	$220V$	$50\mathit{HZ}$	$44W$	$138m^3/h$

（1）负电格栅板吸附灰尘的原理是　　。

（2）取出使用一段时间后的活性炭，可以闻到刺激性的气味，说明分子在　　。

（3）该空气净化器正常工作时的电流为　　 $A$。

（4）某房间的使用面积为 $18m^2$，高度是 $3m$。此空气净化器　　（能 $/$不能）在1小时内使房间污染物浓度下降 $90\%$。

（5）可变电阻是制作二氧化碳传感器的常用元件，图乙为其控制电路，电源电压保持 $6V$恒定， $R_1$为可变电阻，其阻值随二氧化碳浓度变化如图丙， $R_0$为定值电阻，当浓度为 $0.031\%$时，电压表示数为 $1V$，则 $R_0$阻值为　　 $\Omega$，当电压表示数大于 $3V$时，二氧化碳浓度大于　　 $\%$，此时空气净化器会自动报警。

某型号的电饭锅有两挡，分别是高温烧煮挡和保温焖饭挡，其原理如图所示（虚线框内为电饭锅的发热部位）。已知 $R_1=44\Omega$， $R_2=2156\Omega$。

（1）开关 $S$置于　　挡（选填“1”或“2” $)$时是高温烧煮挡，它的功率是多大？

（2）保温焖饭时电路中的电流是多大？ $10\mathit{min}$产生的热量是多少？

（3）若只要求将保温焖饭挡的功率提升 $10\%$，请通过计算具体说明改进措施。

如图甲所示，是一种自动测量油箱内油量的装置，油量表（由电流表改装而成）的指针能指示油箱内油的多少。当油箱加满油时，浮标通过杠杆使滑片恰好移至变阻器的最下端；当油箱油量减少到 $5L$时，油量表就会发出警告。油的体积 $V$和变阻器接入电路的电阻 $R$的关系如图乙所示，电源电压恒为 $6V$，定值电阻 $R_0$的阻值为 $100\Omega$．闭合开关 $S$，求：

（1）当油箱加满油时电路中的电流；

（2）油箱内油量剩余一半时变阻器 $R$两端的电压；

（3）油量表刚报警时 $R_0$的功率。

方方用图甲所示电路研究电功率和电流的关系，绘制了定值电阻 $R_0$、滑动变阻器 $R$的功率与电流的关系图，如图乙。

（1）实线表示的是　　（选填“ $R$”或“ $R_0$” $)$的功率与电流的关系。

（2）求 $R_0$的阻值。（写出计算过程）

（3）当电流表示数为0.5安时，求 $R$消耗的功率。（写出计算过程）

小科同学家有一种新型插座如图甲，能即时显示用电器的工作电压和所耗电费等，插座本身消耗电能由内部电池提供。如图乙为电火锅的铭牌。周六晚餐吃火锅时，小科同学将电火锅单调插在该插座上，这时插座屏幕显示如图丙；用加热档加热一段时间后，屏幕显示如图丁。（电费单价：0.5元 $/$千瓦时；忽略温度对电阻的影响；本次使用电火锅时，假设其两端电压不变。 $)$请回答：

（1）晚餐时家中照明电路的实际电压是　　伏；

（2）请从两个角度计算电火锅加热的实际电功率。

“光强”是表示光的强弱程度的科学量，照射光越强，光强越大，光强符号用 $E$表示，国际单位为坎德拉 $\left(\mathit{cd}\right)$。如图甲为光敏电阻的实物和元件符号，图乙为某种光敏电阻的阻值 $R$与光强 $E$间的关系图，图丙为小金利用这种光敏电阻所设计的电器，已知电源电压为 $6V$，小灯泡 $L$标有“ $6V6W$”字样，灯丝的电阻随温度的变化而变化。

（1）求小灯泡正常发光时的电流。

（2）光敏电阻接受光强为3坎德拉的光照射时，闭合开关，测得电路中的电流为 $0.6A$，求此时小灯泡的电阻。

（3）某次实验中测得小灯泡两端电压为 $1.5V$，光敏电阻消耗的电功率为 $2.25W$，求此时光敏电阻接收到光敏的光强。

我们生活在电的时代，电能的广泛使用，使电能的社会需求日趋紧张。节约电能，提高能源的利用率是一个在国民经济中具有重要战略意义的问题。改造和淘汰陈旧的设备、采用高压输电是节约能源的重要措施。其电站与用户间距离为 $10\mathit{km}$，输送的电功率为 $6.0\times {10}^4\mathit{kW}$，每米输电导线的电阻为 $1.8\times {10}^{-3}\Omega$，若输电电压从 $1.0\times {10}^{5}V$提高到 $3.0\times {10}^{5}V$。

（1）求输电线路损耗的电功率减少了多少？

（2）现输电导线在某处发生了短路，为确定短路位置，检修员在电站利用电压表、电流表和电源接成如图1所示电路进行检测。电压表的示数为 $3.0V$，电流表的示数为 $0.5A$，则短路的位置离电站的距离为多少？

（3）安全用电的常识之一是不靠近高压电，而双脚站在高压线上的小鸟（两脚间距离为 $5\mathit{cm}$，电阻为 ${10}^4\Omega )$居然安然无恙（图 $2)$，计算说明小鸟为什么不会触电死亡？在你的计算中运用了什么近似条件？

如图所示电路中，电源电压保持不变， $R_0$为定值电阻，灯泡 $L$的额定电压 $U_L=6V$．断开 $S_1$，闭合 $S_2$、 $S_3$，移动滑动变阻器的滑片，当电流表示数 $I_1=0.2A$时，电压表的示数 $U_1=4.8V$．闭合 $S_1$、 $S_2$、 $S_3$，滑片滑至最右端时，灯泡 $L$正常发光，电流表的示数 $I_2=0.75A$．断开 $S_3$，闭合 $S_1$、 $S_2$，在移动滑片的过程中，当电流表示数分别为 $I$、 $2I$时，滑动变阻器的电功率均为 $P_{同}$．忽略灯泡电阻随温度的变化。求：

（1）定值电阻 $R_0$的阻值；

（2）灯泡 $L$的额定电流 $I_L$；

（3）滑动变阻器的电功率 $P_{同}$。