初中物理电功率的计算综合题

马剑同学利用如图甲所示电器，测定自己制作的玩具小飞机所需要的电动机工作数据，已知电源电压恒定，当滑动变阻器滑片从一端滑至另一端的过程中，两个电压表的读数与电流表的读数变化关系如图乙所示，当通过电动机的电流大于 $0.4A$时，电动机转子才转动。

（1）开关 $S$闭合前，滑动变阻器滑片应滑至最　      　端（选填“左”或“右”）；由图可知电源电压为　      　 $V$，其中　　     （选填“ $a$”或“ $b$” $)$是表示 $V_1$与 $A$变化的规律；

（2）求电动机线圈的电阻和滑动变阻器的最大阻值；

（3）在这个过程中，求电动机的最大输出功率；当电动机输出功率最大时，求电动机的效率。

如图，将标有“ $6V3W$”字样的灯泡 $L_1$和标有“ $6V6W$”字样的灯泡 $L_2$串联在电路中，使其中一个灯泡正常发光，另一个灯泡的实际功率不超过其额定功率，不考虑温度对电阻的影响。求：

（1）灯泡 $L_1$正常工作时的电流；

（2）灯泡 $L_2$的电阻；

（3）电源电压；

（4）此电路工作2分钟消耗的电能。

如图甲是文文同学家新买的一台冷暖空调扇，其内部简化电路如图乙所示，R ₁、R ₂均为发热电阻，R ₁的阻值为110Ω，M是电动机。开关S ₁闭合后，当S ₂接1、2时吹冷风；当S ₂接2、3时吹温风；当S ₂接3、4时吹热风，此时空调扇的总功率为1100W．已知：电源电压为220V，c _冰＝2.1×10 ³J/（kg•℃）。求：

（1）吹冷风时，在空调扇内加入冰袋会使吹出的风温度变低，若冰袋内冰的质量为lkg，温度从﹣16℃升高到﹣6℃时，冰从周围吸收的热量是多少？

（2）吹冷风时，电动机正常工作1h消耗的电能为0.11kW•h，此时通过电动机的电流是多少？

（3）吹热风时，R ₂的电阻是多少？

如图所示是车载和家用两种加热模式的电热杯。它可以用车载12V电源加热，或接在家庭电路进行加热。它的主要参数如下表，在标准大气压下，用车载模式将500ml初温为20℃的水烧开需要35min。求：

车载额定电压	12V
家用额定电压	220W
车载额定功率	120W
家用额定功率	220W
自身质量	1.6kg

（1）在这个过程中，所吸收的热量是多少？

（2）在这个过程中，电热杯的加热效率是多少？（结果保留1位小数）

（3）如果在家庭电路中使用，烧开这些水，需要多长时间？（不计热量损失）

妈妈为了给小丽增加营养，买了一款煲汤用的电热锅，额定电压是220V，加热时的额定功率是1100W，加热效率为84%，简化电路如图所示，S ₁为温控开关，发热电阻R ₁与R ₂的阻值恒定，电阻R ₂在保温状态与加热状态时的功率之比为

4：25．请解答：

（1）当同时闭合开关S、S ₁时，电热锅处于 　     　（选填"加热"或"保温"）状态；

（2）若正常工作时，电热锅将4L水从40℃加热到65℃，水吸收的热量是多少？

（3）电阻R ₁的阻值是多少？

（4）在用电高峰期，家中只有电热锅和液晶电视机工作时，电热锅将4L水从40℃加热到65℃，实际用时550s。若此过程中共消耗6.1×10 ⁵J的电能，计算这时通过液晶电视机的电流是多少？（假设加热过程中电热锅的加热效率不变）

如图甲是家用电暖器，利用电热给煤油加热取暖。图乙为其简化的电路原理图，已知电阻R ₁＞R ₂，铭牌见下表。在电暖器跌倒时，跌倒开关S自动断开，切断电源，保证安全。电暖器有"高温挡"、"中温挡"和"低温挡"三个挡位，解答下列问题：

额定电压	220V
煤油体积	25L
功率选择	1600W/1100W/500W 三档可调
操作方式	手动

已知c _煤油＝2.1×10 ³J/（kg•℃），ρ _煤油＝0.8×10 ³kg/m ³

（1）煤油温度升高20℃时，吸收了多少焦耳的热量？

（2）电暖器在中温挡时，正常工作的电流为多少？

（3）R ₁的阻值为多少？（写出文字说明）

如图所示是车载和家用两种加热模式的电热杯。它可以用车载12V电源加热，或接在家庭电路进行加热。它的主要参数如下表，在标准大气压下，用车载模式将500ml初温为20℃的水烧开需要35min。求：

车载额定电压	12V
家用额定电压	220W
车载额定功率	120W
家用额定功率	220W
自身质量	1.6kg

（1）在这个过程中，所吸收的热量是多少？

（2）在这个过程中，电热杯的加热效率是多少？（结果保留1位小数）

（3）如果在家庭电路中使用，烧开这些水，需要多长时间？（不计热量损失）

如图甲所示为某太阳能百叶窗的示意图，它既能遮阳，还能发电。它的构造特点是百叶窗的叶片为太阳能电池板（以下简称电池板），其工作电路示意图如图乙所示，电池板将太阳能转化为电能（转化效率为10%），为蓄电池充电，蓄电池再向节能灯供电。设太阳每秒钟辐射到每平方米电池板上的能量为1.2×10 ³J（即为1.2×10 ³W/m ²），电池板对蓄电池充电的功率为60W；蓄电池充满电后，能够让10盏"12V 3W"节能灯正常工作6小时，不考虑蓄电池充电和供电时的电能损耗。则：

（1）电池板对蓄电池充电，是将电能转化为 　 　能的过程。

（2）白天蓄电池处于充电不供电状态，在图乙中应闭合开关 　    　。

（3）10盏"12V 3W"节能灯正常工作时的总电功率为 　    　W。

（4）要将剩余一半电量的蓄电池充满电，电池板需对蓄电池充电 　    　小时。若充电电压为20V，则充电电流为 　    　A。

（5）该百叶窗电池板的面积为 　    　m ²。

新型节能电炖锅的发热体是由PTC半导体陶瓷材料制成的，PTC的发热效率较高，它有一个人为设定的温度，低于设定温度时，其电阻值随温度升高而变小；高于设定温度时，其电阻值随温度升高而变大，从而可以自动调节电炖锅的温度和电功率。有一种型号电炖锅，其简化工作电路如图1所示，电源电压为220V，R ₀是定值电阻，R _t是PTC电阻，它的阻值随温度t的变化曲线如图2所示。炖汤时，汤水沸腾后，电炖锅能在较低功率档位长时间保持水的沸腾，这样既能节约用电，又能使炖出来的汤味道鲜美且不失营养，此时R _t的温度为110℃，电炖锅功率为440W．求：

（1）当R _t的温度为50℃时，R _t的阻值；

（2）当R _t的温度约为110℃时，电炖锅的工作电流；

（3）R _t的温度从20℃升高到110℃的过程中，电炖锅的最大功率。

国家规定燃气灶须安装熄火自动保护装置，在意外熄火（如汤水溢出）时，装置能自动关闭气路。图1为小华设计的模拟装置示意图：电源电压 $U=6V$ ；当电磁铁线圈中的电流 $I⩽0.02A$ 时，衔铁 $K$ 被释放从而关闭气路（未画出）启动保护，反之打开气路；线圈电阻不计；热敏电阻 $R_t$ 的阻值与温度的关系如图2中图线①所示。

（1）停止加热（意外熄火）后，随着 $R_t$ 温度降低，线圈中电流将变 　　；

（2）在调试装置时，需满足以下两个条件：

①装置启动保护时 $R_t$ 的温度不高于 ${80}^{°}\text{C}$ ；

②为防止意外熄火后燃气泄漏的时间过长，装置启动保护时 $R_t$ 的电功率应不超过 $0.06W$ ；为满足上述条件，求电阻箱 $R$ 接入电路阻值的范围；

（3）调试完成后，若仅将 $R_t$ 更换为图线②所示的热敏电阻（两只热敏电阻的吸、放热本领相同），小华发现装置启动保护的灵敏度会降低，你认为其中的原由是： 　　。

阅读短文，回答问题。

喷泉

喷泉是利用水泵将水喷洒成特定形态的水表演艺术。水泵由电机带动工作时，水泵的叶轮高速旋转，驱使水飞离叶轮向外喷出，从而在叶轮中心区形成真空，将池中的水不断"吸"上来，水泵转速恒定时，喷出的水柱高度稳定。

音乐喷泉用计算机采集音乐的声音频率特征，并将其转化为控制信号，用以改变输入电机的电源频率；电源频率的改变使水泵的转速发生变化，达到调节水柱高度的目的。水泵的流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，流量指水泵单位时间内喷出水的体积，扬程指水泵能将水提升的高度。

图甲所示的是一游乐喷泉向上喷出的水柱使卡通模型悬停在空中的照片，喷泉使用的水泵的部分参数如表一，模型悬停在空中时，水冲击到模型时的速度v与模型的质量M、水泵流量Q之间的关系如表二。

表一
额定转速n	2900r/min
额定流量Q	0.04m ^3/s
额定扬程H	8m
额定功率P	7.5kW

表二
速度v/m•s ^﹣ ^1	1.0	2.0	3.0	4.0	6.0
质量M/kg	3.0	6.0	12.0	12.0	12.0
流量Q/m ^3•s ^﹣ ^1	0.03	0.03	0.04	0.03	0.02

（1）欣赏音乐喷泉时，悦耳的声音是通过 　　传入人耳的；水泵的叶轮中心区形成真空时，水池中的水在 　　的作用下不断地进入水泵内。

（2）下列关于喷泉的有关说法，正确的是 　　。

A．卡通模型所受重力与水对模型的冲击力是相互作用力

B．向上喷出的水在上升过程中的速度处处相等

C．阳光下喷泉附近常出现的彩虹是由光的反射引起的

D．音乐喷泉通过采集声音中的音调信息控制水泵的转速

（3）某喷泉装有四台参数如表一的水泵。第一次调试时水泵转速为额定值的0.9倍，则此时扬程为 　　m；第二次调试时四台水泵都在额定功率下工作，每台水泵先依次各喷20s，然后一起喷70s停喷，则这次调试过程四台水泵消耗的电能为 　　kW•h。

（4）分析表二数据，当卡通模型的质量为10kg，水冲击模型时的速度为5.0m/s时，对应的流量为 　　m ³/s，水泵每秒喷出水的质量为 　　kg。

（5）如图乙为控制喷泉断续工作的模拟电路，AB两端输入如图丙所示的周期性变化的电压U _AB．定值电阻R＝2Ω，D为电子元件，当U _AB＜6V时，D两端的电压U _D等于输入电压，U _AB≥6V时，U _D保持6V不变。当R的电功率满足P _R≥8W时，水泵启动喷水。则t＝3s时电阻R的电功率为 　　W；该电路工作20min，喷水时间共为 　　s。

某实验小组在"探究电流与电阻的关系"实验中，按如图甲所示的电路图正确连接电路，逐次将不同阻值的电阻 $R$ 接在 $a$ 、 $b$ 间，每次闭合开关前，滑动变阻器的滑片均移到阻值最大端。

（1）当接入的电阻 $R$ 为 $5\Omega$ 时，闭合开关，电流表无示数，电压表示数如图乙所示，移动滑片，两表指针保持不动。若电路中只有一处故障，则故障是 　　；电源两端的电压为 　　 ____ $V$ 。

（2）排除故障后进行如下操作：①闭合开关，记录电流表示数；②移动滑片使电压表示数为 $U_0$ 时，记录电流表示数；③当接入的电阻 $R$ 分别为 $10\Omega$ 、 $15\Omega$ 时，闭合开关，重复步骤②；④当接入的电阻 $R$ 为 $\mathit{Rx}$ 时，闭合开关，电压表示数大于 $U_0$ ，记录电流表示数：⑤利用测得的数据绘制出如图丙所示的图象。

（3）实验中，滑动变阻器消耗的最大功率为 　　 $W$ 。

（4）仍使用原有器材，若使以上四个电阻都能为实验所用，应控制 $a$ 、 $b$ 之间的电压至少为 　　 $V$ 。

如图甲所示是小梦家新购买未拆封的电热水器，他发现包装箱上有一铭牌，如图乙所示。待电热器安装完毕注满水后，他关闭了家中的其他用电器，只让电热水器工作，观察到家里的电能表（如图丙所示）的转盘 $1\mathit{min}$ 转了20圈，电热水器中的水从 ${15}^{°}\text{C}$ 升高到 ${35}^{°}\text{C}$ 用了 $40\mathit{min}$ 。请你结合包装箱上的铭牌和电能表实物图提供的有关参数信息解决以下问题。

$[{\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)]$

问题一：铭牌上标有"堆码层数极限4"，指包装箱平放时最大堆放层数为4，超过则可能把最底层包装箱压坏。根据包装箱尺寸计算平放时底面积为 $0.6m^2$ ，如果在水平地面上整齐平放堆放4层装有电热水器的包装箱，求上面3层包装箱对最下层包装箱的压强；

问题二：工人师傅把一个装有热水器的包装箱从地面匀速搬到 $10m$ 高的小梦家，求工人师傅对包装箱所做的功；

问题三：求电热水器中的水从 ${15}^{°}\text{C}$ 升高到 ${35}^{°}\text{C}$ 吸收的热量；

问题四：求电热水器的实际功率和加热效率。

如图所示是某压力测力计的电路原理示意图．图中电源电压为7.5V并保持不变；定值电阻R₀的规格是“400Ω 15mA”，起保护电路的作用；G是由灵敏电流表改装成的指针式测力显示器（电阻忽略不计）；R是一种新型电子元件，在压力不超过600N的前提下，其阻值随压力大小的变化规律如表格中数据所示．

压力F/N	0	50	100	150	200	250	300	…
电阻R/Ω	300	280	260	240	220	200	180	…

（1）R₀上允许消耗的最大功率是多少？
（2）分析表格数据可知：电子元件的阻值R随压力F变化的关系式是R=      ．
（3）该测力计的量程是多少？
（4）若要增大该测力计的量程，请说出两种改进方法．

如图所示，虚线框内有两个阻值相同的定值电阻和一个开关S₁.当开关S₁闭合时，电流表的示数增加0.2A，电路的总功率增加1.6W.请画出两种可能的连接电路图，并分别计算电源电压和定值电阻的阻值.