初中物理电功与电能的计算计算题

某同学为学校草坪设计了一个自动注水喷淋系统，其电路设计如图甲，控制电路电源电压 $U_1=12$伏， $R_0$为定值电阻， $R_p$为压敏电阻，电磁铁线圈电阻忽略不计，压敏电阻 $R_P$放置于水箱底部（如图乙），其阻值与压力有关，阻值随水位变化关系如表，工作电路包括注水系统和喷淋系统，其电源电压 $U_2=220$伏。圆柱体水箱底面 $S=0.4$米 ${}^2$，当水箱内的水位上升到2米时，通过电磁铁线圈的电流 $I_{水}=0.1$安，衔铁恰好被吸下，注水系统停止工作，此时电流表示数 $I_1=1$安，当水位下降到1米时，衔铁恰好被拉起，注水系统开始给水箱注水，此时电流表示数 $I_2=2$安。

水位（米 $)$	0.25	0.50	0.75	1.00	1.25	1.50	1.75	2.00	2.25
压敏电阻 $R_p$的阻值（欧 $)$	300	200	125	90	70	65	62	60	59

（1）当水箱内水位达到2米时，控制电路中压敏电阻 $R_p$的功率为　　瓦。

（2）当水箱内水位下降到1米时，通电电磁铁线圈的电流 $I_b$为多少安？

（3）已知喷淋系统一直给草坪喷水，每秒钟喷水恒为0.001米 ${}^3$，注水系统工作时，每秒钟给水箱注水恒为0.005米 ${}^3$，求相邻两次开始给水箱注水的这段时间内，工作电路消耗的电能。

如图所示，电源电压 $8V$保持不变，电流表的量程为 $0~0.6A$，电压表的量程为 $0~3V$，灯泡 $L$标有“ $6V3W$”字样，滑动变阻器 $R_2$标有“ $20\Omega 1A$”字样。只闭合开关 $S$和 $S_2$，调节滑动变阻器滑片 $P$，使电压表示数为 $3V$时，电流表的示数为 $0.5A$，不考虑灯丝电阻的变化。求：

（1）灯泡正常工作时的电流和 $60s$所做的功。

（2）电阻 $R_1$的阻值。

（3）只闭合开关 $S$和 $S_1$，在保证电路安全的条件下，滑动变阻器的功率变化范围。

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。

小科家浴室内有台储水式电热水器，其说明书部分参数如表：回答下列问题：

（1）加热棒阻值不变，当二根加热棒同时工作时，它们的连接方式是　　联的。

（2）该电热水器以 $2.0\mathit{kW}$的功率工作 $75\mathit{min}$，消耗的电能为多少？此时通过它的电流为多大？（计算结果精确到 $0.1A)$

（3）当电热水器装满水时，电热水器受到的总重力是多少？

（4）如图甲、乙所示分别是该电热水器水平安装时的正面和侧面示意图，其中 $A$点是电热水器装满水时的重心位置，图中 $h=d=248\mathit{mm}$。装满水时，若忽略进、出水管对电热水器的作用力，则墙面对悬挂架的支持力为多大？

（5）小科洗热水澡后发现：与进水管相连的金属进水阀表面布满了小水珠（如图丙），而与出水管相连的金属出水阀表面仍保持干燥。请你分析产生上述两种现象的原因。

图甲为自动调温电熨斗，图乙为其简化的电路图，图丙为温控开关，温控开关是由长和宽都相同的铜片和铁片紧紧地铆在一起做成的，受热时，由于铜片膨胀得比铁片大，双金属片便向铁片那边弯曲，温度越高弯曲得越明显。双金属片触点 $A$与弹性钢片上的触点 $B$原来是相通的，通电后，指示灯 $L$亮 $(R$为限流电阻），发热板发热，使金属底板温度升高。当温度升高到设定温度时， $A$、 $B$触点分离，电路断开，底板的温度不在升高，随着温度的降低，双金属片逐渐恢复原状， $A$、 $B$触点又重新接触，电路再次接通，底板的温度又开始升高，从而实现自动控温的目的。

（1）该电熨斗的温控开关是依据什么物理知识制成的？

（2）不同织物需要不同的熨烫温度，若需要较高的熨烫温度应如何调节调温旋钮？

（3）若指示灯 $L$采用“ $3V0.03W$”的小灯泡，那么限流电阻 $R$多大才能使小灯泡正常工作？

（4）发热板的额定功率为 $1000W$，则发热板的电阻多大？若要使金属底板的温度由 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${220}^{°}\text{C}$至少需要多长时间？（金属底板的质量为 $1\mathit{kg}$，比热容为 $0.4\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，不计热量损失）

图甲为小阳家的电热水瓶，图乙是其电路原理图， $R_1$和 $R_2$为阻值不变的电热丝， $R_1=44\Omega$， $R_2=1166\Omega$， $S_1$为温控开关，可以实现“加热”和“保温”态的转换。为了测量电热水瓶的实际电功率，小阳找来了一块标有“ $2000\mathit{revs}/(\mathit{kW}·h)$”字样的电能表，在电热水瓶中加入 $1L$温度为 ${20}^{°}\text{C}$的水后，把它单独通过电能表接入家庭电路中，将水加热到 ${56}^{°}\text{C}$，用了 $3.5\mathit{min}$。小阳根据电能表的参数和转盘转数，计算出电热水瓶的实际电功率为 $900W$（水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right))$。

求：（1）水吸收的热量是多少？

（2）电热水瓶正常工作时保温功率是多少？

（3）在给水加热的过程中，电能表的转盘转了多少转？

（4）电热水瓶的加热效率是多少？

如图甲所示，已知电源电压为 $60V$且保持不变，电阻 $R_1$标有“ $35V245W$”的字样， $R_2$是一个最大阻值为 $70\Omega$的滑动变阻器，电阻 $R_3$的额定电流为 $7A$（不计温度对电阻的影响）。求：

（1） $R_1$的阻值；

（2） $R_1$正常工作 $100s$消耗的电能；

（3）闭合 $S$，当 $R_2$的阻值为 $R_m$时， $V_1$的示数为 $U_1$， $V_2$的示数为 $U_2$；当 $R_2$的阻值为 $R_0$时， $V_1$的示数为 $U{\text{'}}_1$， $V_2$的示数为 $U{\text{'}}_2$；已知 $U{\text{'}}_1=\frac{3}{4}{U}_1$， $U{\text{'}}_2=\frac{9}{10}{U}_2$， $U_1=\frac{4}{5}{U}_2$，求 $R_3$的阻值；

（4）在电路安全的前提下，小天同学用以上器材组成一个如乙图所示的电路：在 $R_1$、 $R_2$和 $R_3$中任选两个电阻分别连入电路的“ $\mathit{AB}$”和“ $\mathit{CD}$”处，组成不同的电路，在同一电路中两个电阻的功率之差如果超过 $200W$，电路外的检测装置将自动报警，请通过计算和推导，判断哪些电路始终不会导致检测装置报警，哪些电路会导致检测装置报警，并计算报警时 $R_2$的取值范围。

小科家浴室内有台储水式电热水器，其说明书部分参数如表：回答下列问题：

（1）加热棒阻值不变，当二根加热棒同时工作时，它们的连接方式是　　联的。

（2）该电热水器以 $2.0\mathit{kW}$的功率工作 $75\mathit{min}$，消耗的电能为多少？此时通过它的电流为多大？（计算结果精确到 $0.1A)$

（3）当电热水器装满水时，电热水器受到的总重力是多少？

（4）如图甲、乙所示分别是该电热水器水平安装时的正面和侧面示意图，其中 $A$点是电热水器装满水时的重心位置，图中 $h=d=248\mathit{mm}$。装满水时，若忽略进、出水管对电热水器的作用力，则墙面对悬挂架的支持力为多大？

（5）小科洗热水澡后发现：与进水管相连的金属进水阀表面布满了小水珠（如图丙），而与出水管相连的金属出水阀表面仍保持干燥。请你分析产生上述两种现象的原因。

现代城市人口密度越来越大，交通越来越拥堵。易步车（如图甲）以其体积小巧，结构简洁和驱动安全等优点，成为短途出行的理想交通工具。某品牌易步车的部分参数如下表所示。质量为 $60\mathit{kg}$的雯雯从家骑行该品牌易步车上学（如图乙），以最大速度匀速行驶 $10\mathit{min}$到达学校，行驶中易步车所受阻力为人和车总重的0.1倍，设该过程中电机始终以额定功率工作。（取 $g=10N/\mathit{kg})$。求：

电池	$4\mathit{AH}$锂电池
电机额定功率	$500W$
最大速度	$18\mathit{km}/h$
单轮胎触地面积	$25c{m}^2$
轮胎个数	2
车身自重	$20\mathit{kg}$

（1）雯雯的家到学校的距离。

（2）雯雯在水平路面上骑易步车时，车对地面的压强。

（3）雯雯上学过程中，易步车电机的效率。

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 $R_3$？

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。

图甲是某款电熨斗，图乙是其电路原理图。电源电压为 $220V$ ， $R_1$ 、 $R_2$ 为发热体。该电熨斗两挡功率分别为 $100W$ 和 $500W$ ，通过开关 $S$ 实现温度控制， $S$ 闭合时为高温挡。

（1）求 $R_1$ 的阻值；

（2）在使用过程中，若电熨斗 $10\mathit{min}$ 消耗电能 $1.32\times {10}^{5}J$ ，请通过计算说明：在这段时间内电熨斗处于何种工作状态，并求出相应状态下的工作时间；

（3）为了适应不同室温和更多衣料，小明对电路做了改进，将 $R_2$ 换成滑动变阻器 $R_3$ ，如图丙所示， $R_1$ 、 $R_3$ 均为发热体。假定电熨斗每秒钟散失的热量 $Q$ 跟电熨斗表面温度与环境温度的温度差△ $t$ 关系如图丁所示。在一个 ${20}^{°}\text{C}$ 的房间，要求电熨斗表面保持 ${220}^{°}\text{C}$ 不变，应将 $R_3$ 的阻值调为多大？

空气净化器能有效改善室内空气质量，如图是某四层塔式空气净化器的原理图。相关参数如下表所示：

产品名称	某某空气净化器
额定电压	$220V~50\mathit{Hz}$
工作挡位	待机	1档	2档	3档	4档	5档	6档
功率 $\left(W\right)$	0.9	23	44	75	103	123	148
净化空气量 $(m^3/h)$	$-$	120	240	360	500	610	760
噪音 $\left(\mathit{dB}\right)/$声压级	$-$	23	32	39	47	49	55

请回答下列问题：

（1）该净化器在2档正常工作时的电流为多少？

（2）该净化器在4档正常工作时，净化 $45m^3$的空气需要多长时间？

（3）晚上可将净化器调至1档，以减弱噪音对睡眠质量的影响，请计算该净化器在1档连续正常工作8小时共消耗多少电能？

百善孝为先，我们可以从点点滴滴的小事做起。佳佳将自己的压岁钱省下来给奶奶买了一款足浴盆。这款足浴盆工作时的简化电路如图，它有加热功能和按摩功能。电动机线圈电阻为 $4\Omega$ ，加热电阻正常工作时电功率为 $1\mathit{kW}$ ，电源电压 $220V$ 稳定不变。

（1）启动按摩功能时，电动机启动，通过电动机线圈的电流为 $0.1A$ ，按摩 $20\mathit{min}$ ，电动机线圈产生的热量是多少？

（2）加热电阻正常工作时的电阻是多少？

（3）在足浴盆中加入体积为 $4L$ 、初温为 ${20}^{°}\text{C}$ 的水升高至 ${40}^{°}\text{C}$ ，水吸收的热量为多少？若加热时间为 $420s$ ，它的电加热效率为多少？ $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

图甲是某品牌家用蛋糕机，该蛋糕机配有很多卡通模型，可以做出多种多样的创意小蛋糕，图乙是该蛋糕机的简化电路图，可以实现蛋糕机的低、中、高三挡加热功能。单独闭合开关 $S_1$时，蛋糕机处于 $440W$的低温挡加热状态；单独闭合开关 $S_2$时，阻值为 $55\Omega$的电阻 $R_2$让蛋糕机处于中温挡加热状态。求蛋糕机正常工作时：

（1）低温挡加热电流；

（2）中温挡加热功率；

（3）高温挡加热 $5\mathit{min}$消耗的电能。