初中物理电功率的计算试题

学习了电学知识后，某科学兴趣小组开展制作"电热水壶"的项目化学习。

【项目任务】制作一款电热水壶。经过小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下：

容积： $1L$ ；

功能：①加热：②保温；

性能：能在7分钟内将 $1L$ 水从 ${20}^{°}\text{C}$ 加热到 ${100}^{°}\text{C}$ （不计热量损失）。

【方案设计】为实现上述功能，同学们利用两个不同阻值的电阻 $(R_1<R_2)$ 进行设计，其中方案一如图所示。利用方案一中的器材，请将方案二的电路补充完整。

【器材选择】若该壶是按照方案一设计的，根据项目任务中的性能要求，选择的加热电阻阻值最大为多少欧姆？ $[Q_{吸}=\mathit{cm}\left(t-t_0\right)$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)]$

【方案反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全，从安全角度提出一条设计建议 　　。

【项目制作】 $\dots \dots$

灯泡L₁、L₂分别标有“10V  10W”和“9V  5.4W”的字样，若将它们串联使用时，电路两端允许加的最大电压值是（ ）

A．10V

B．9V

C．15V

D．19V

为节约用水,小华为农场的储水箱设计了一个自动抽水控制装置。如图21,水箱高为1 m,容积为

0.8 m³。在空水箱底部竖直放置一重5 N的长方体，长方体高为1m、底面积为0.02m²，上端通过绝缘轻杆

与控制电路的压敏电阻R接触,此时压敏电阻受到的压力为零。压敏电阻R的阻值随压力F的增大而减

小，部分数据如下表。控制电路电源电压U=12 V,定值电阻R₀为保护电阻。当控制电路的电流I≥0.5 A

时,电磁铁将衔铁吸合,工作电路断开,水泵停止给储水箱抽水。

(1)若水泵的额定功率为440 W,正常工作时通过的电流是多少？

(2)要使储水箱装满水时水泵恰能自动停止工作，R₀应为多少？

(3)从水箱顶部给空水箱注满水的过程中，水的重力所做的功是多少？

压力F/N	180	185	190	195	200
压敏电阻R/Ω	18	17	16	14	12

图甲是用来焊接PVC塑料管道的热熔器外观照片．其内部电路如图乙，S₁是手动电源开关．S₂是温控开关，作用是完成“加热模式”和“保温模式”之间的切换．L是指示灯（在S₁闭合情况下L始终能正常发光），R₁是限流电阻．下表是有关元件的物理参数．

（元件）项目	参数	（元件）项目	参数
电源电压	220V	L灯	0.1A，2W
加热功率	1210W（不含L及R1的功率）	R2	202Ω

（1）求R₁的阻值；
（2）求保温功率（不含L和R₁的功率）；
（3）求该热熔器（全电路）在保温模式下1min消耗的电能．

如图所示，电源电压恒定，定值电阻R₂=20Ω，滑动变阻器R₀上标有“50Ω，0.5A”的字样，电流表A的量程为0～0.6A，电压表V的量程为0～15V。当开关S打到1位置且滑片P在A端时，电压表的示数为8V；当开关S打到2位置且滑片P在中点时，滑动变阻器R₀的功率为P₀=4W，

求：（1）电源电压U；
（2）定值电阻R₁的阻值；
（3）当电路接通时，在确保电路元件安全的前提下，试讨论何时电路的总功率最小，最小功率是多少；何时电路的总功率最大，最大功率又是多少？

如图所示电路，电源电压 $U$不变，灯 $L_1$、 $L_2$上都标有“ $3V$”字样，且灯丝阻值不变， $R_1$是定值电阻。闭合开关 $S_1$后，依次进行如下操作：①开关 $S_2$接1、2，移动滑片 $P$，使电压表 $V_1$示数为 $3V$，此时电流表示数为 $0.3A$；②开关 $S_2$接2、3，电流表示数为 $0.4A$；③开关 $S_2$接4、5，电流表示数仍为 $0.4A$，电压表 $V_2$示数为 $2V$。

请解答下列问题：

（1）灯 $L_1$、 $L_2$的额定功率分别是多少？

（2）小科根据上述实验数据，计算 $R_1$的阻值，分析如下：

操作①中， $L_1$与 $R_0$串联， $L_1$两端电压为 $3V$，通过 $L_1$的电流大小为 $0.3A$。

操作②中， $L_1$与 $R_1$并联后（可看作一个阻值变小的电阻）与 $R_0$串联，通过 $L_1$与 $R_1$的总电流大小 $I$为 $0.4A$．假设此时 $L_1$两端电压为 $U_1$，通过的电流为 $I_{L1}$。

可求得 $R_1=\frac{U_1}{I_1}=\frac{U_1}{I-I_{L1}}=\frac{3V}{0.4A-0.3A}=30\Omega$

老师指出：求解 $R_1$时，代入的“ $3V$”” $0.4A$”“ $0.3A$”三个数据中有错误。请你指出错误的数据：　，并正确求解 $R_1$。

（3）当开关 $S_2$接4、5时，滑片 $P$怎样移动才能使 $L_2$正常工作？（要求说明移动方向和变化的阻值大小）

自动上水电热水壶因其方便取水越来越受到人们的喜欢。取水时，只要闭合取水开关，水泵在电动机的带动下，就能将水抽到壶内，如图甲。

（1）电热水壶的水泵原理与图乙相似。图乙中，当泵壳里的水被高速旋转的叶轮甩出时，转轴附近就形成了一个低压区，水在　　的作用下，通过进水管进入泵壳。当水离开出水口后，由于　　，会继续向上运动

（2）自动取水时，将1升水抽高0.5米灌入电热水壶中需要5秒，则电动机抽水时的功率至少为多少瓦？

（3）某电热水壶的额定电压为220伏，加热功率为1100瓦，保温功率为55瓦，工作电路如图丙。制作电热水壶时，所选用电热丝 $R_1$、 $R_2$的阻值分别为多少欧姆？

自动上水电热水壶因其方便取水越来越受到人们的喜欢。取水时，只要闭合取水开关，水泵在电动机的带动下，就能将水抽到壶内，如图甲。

（1）电热水壶的水泵原理与图乙相似。图乙中，当泵壳里的水被高速旋转的叶轮甩出时，转轴附近就形成了一个低压区，水在　　的作用下，通过进水管进入泵壳。当水离开出水口后，由于　　，会继续向上运动

（2）自动取水时，将1升水抽高0.5米灌入电热水壶中需要5秒，则电动机抽水时的功率至少为多少瓦？

（3）某电热水壶的额定电压为220伏，加热功率为1100瓦，保温功率为55瓦，工作电路如图丙。制作电热水壶时，所选用电热丝 $R_1$、 $R_2$的阻值分别为多少欧姆？

人们对自我保健越来越关注。图甲为某品牌足浴盆及相关参数。其内部电路可分为工作电路和控制电路两部分（如图乙所示）。闭合总开关 $S$，当足浴盆有水注人到一定量时压控开关 $S_1$， $S_2$就会自动闭合，此时 $R_1$、 $R_2$会同时工作，加热至 ${40}^{°}\text{C}$时，控制电路中的电磁铁会将衔铁吸合，自动进入保温模式。

（1）图乙的工作电路中，处于保温状态时，工作的电阻是　　。压控开关 $S_1$的作用是防止　　，达到保护电路的目的。

（2）控制电路中电磁铁线圈的电阻为100欧，为电磁铁供电的电池电压为6伏， $R_x$为热敏电阻，阻值随温度变化关系可由图丙中的某条曲线表示。当线圈中的电流大于或等于20毫安时，控制电路中继电器的衔铁被吸合，则 $R_x$阻值随温度变化的曲线为图丙中的　　。

（3）求 $R_2$的阻值

（4）在一次使用过程中，加热时间为5分钟，保温时间为20分钟，则整个过程中消耗了多少电能？

现有规格分别为“ $6V3W$”和“ $6V6W$”两个小灯泡 $L_1$、 $L_2$，已知它们的电流与电压间关系如图所示。

（1）由图可知， $L_1$、 $L_2$的灯丝电阻都随电流的增大而　　（选填“增大”“减小”或“不变” $)$。

（2）若将 $L_1$、 $L_2$并联接在学生电源间，电源电压调节为6伏，通电5分钟，则两灯泡消耗的总电能为多少焦？

（3）若将 $L_1$、 $L_2$串联接在学生电源间，调节电源电压，在保证每个灯泡两端电压不超过其额定电压的情况下， $L_1$、 $L_2$消耗的实际总功率最大值是多少？

人们对自我保健越来越关注。图甲为某品牌足浴盆及相关参数。其内部电路可分为工作电路和控制电路两部分（如图乙所示）。闭合总开关 $S$，当足浴盆有水注人到一定量时压控开关 $S_1$， $S_2$就会自动闭合，此时 $R_1$、 $R_2$会同时工作，加热至 ${40}^{°}\text{C}$时，控制电路中的电磁铁会将衔铁吸合，自动进入保温模式。

（1）图乙的工作电路中，处于保温状态时，工作的电阻是　　。压控开关 $S_1$的作用是防止　　，达到保护电路的目的。

（2）控制电路中电磁铁线圈的电阻为100欧，为电磁铁供电的电池电压为6伏， $R_x$为热敏电阻，阻值随温度变化关系可由图丙中的某条曲线表示。当线圈中的电流大于或等于20毫安时，控制电路中继电器的衔铁被吸合，则 $R_x$阻值随温度变化的曲线为图丙中的　　。

（3）求 $R_2$的阻值

（4）在一次使用过程中，加热时间为5分钟，保温时间为20分钟，则整个过程中消耗了多少电能？

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。

小明妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆（如图所示），内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压为 $220V$，额定功率 $605W$．问：

（1）小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入 $6\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水，加热系统的加热电阻正常工作 $15\mathit{min}$将水加热到 ${40}^{°}\text{C}$，此加热过程中水吸收的热量是多少？消耗的电能是多少？ $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（2）当小明家的实际电压是 $200V$时，加热电阻工作的实际功率是多少？

（3）足浴盆按摩系统中的电动机工作电压是 $12V$（按摩系统将交流电压转换为 $12V)$，工作电流为 $4A$，其电阻为 $0.5\Omega$，电动机工作中因发热损失的功率是多少？

如图所示，电源电压保持 $12V$不变，电阻 $R_1=50\Omega$，只闭合开关 $S_3$，将滑动变阻器滑片 $P$移到中点时，电流表示数为 $0.2A$，小灯泡 $L$的实际功率为 $1.8W$；电流表的量程为 $0~0.6A$，电压表的量程为 $0~3V$．（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。求：

（1）开关 $S_1$、 $S_2$、 $S_3$都闭合时，通过 $R_1$的电流是多少？

（2）小灯泡的电阻是多少？只闭合开关 $S_3$，滑片 $P$在中点时，电压表的示数是多少？

（3）在保证电路安全的条件下，电路消耗的最小功率是多少？

如图所示，滑动变阻器 $R_1$、 $R_2$的规格都为“ $10\Omega 2A$”灯泡 $L$标有“ $3.0V3.0W$”的字样（不考虑灯丝电阻的变化）。当两个滑动变阻器的滑片 $P$都在最左端时，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器 $R_2$的滑片至某位置时，灯泡恰好正常发光，此时电流表的示数为 $1.6A$，求：

（1）电源的电压。

（2）此时滑动变阻器 $R_2$接入电路的阻值。

（3）此电路在安全工作的前提下，计算电路消耗的总电功率范围（结果保留小数点后两位）。