初中物理电功与电能的计算综合题

武都引水工程被誉为“第二个都江堰”，具有防洪、灌溉、生态环保、国土资源保护、工业生活供水、旅游以及发电等综合利用功能的大型骨干水利工程。作为武引一期工程的骨干屯水库 $--$沉抗水库位于绵阳市的游仙区沉抗镇境内，距离绵阳市区15公里，现已成为绵阳的著名旅游景点“仙海风景区”。作为二期工程内容的武都水库位于我市江油武都镇的涪江干流上。总库容5.72亿立方米，碾压混凝土大坝高120米，设计控灌面积228万亩。武都电站是依托武都水库兴建的坝后式电站，装有三台机组，总装机容量15万千瓦 $\left(g=10N/\mathit{kg},{\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$。

①若电站实际年平均发电量为6.1亿 $\mathit{kW}\cdot h$，电力系统吸收的有效电量为5.745亿 $\mathit{kW}\cdot h$，其中电厂用电 $0.5\%$，出厂后专用输变电损失 $1\%$，按平均上网电价0.28元 $/\mathit{kW}\cdot h$计算，电站年收益多少亿元？（保留三位数）

②若电站水面落差（水面与发电机之间的高度差）为 $80m$，按装机容量满负荷发电，发电机机械能转化为电能的效率为 $75\%$，水的流量 $Q$为多少？（流量 $Q:$单位时间内流过截面积的体积）

③仙海中学兴趣小组在仙海湖面上做实验，用一机动船拖拉一无动力的木船以 $1.5m/s$匀速前进，机动船的质量为 $2\times {10}^3\mathit{kg}$，内燃机功率为 $170\mathit{kW}$，木船下部都可以视为长方体，底面面积为 $12m^2$，吃水深度 $0.4m$，两船受到的阻力都是船重的0.5倍，机动船的内燃机效率是多少？

某科技小组的同学设计制作了一款自动控温烘干箱，箱内主要电路包括控制电路和工作电路，其原理图如图所示。控制电路电源电压为8V，R为变阻器，R_t为热敏电阻、R_t阻值与箱内气温关系如下表所示。工作电路电源电压为220V，R₀为电热丝，阻值恒为88Ω，M为电风扇，铭牌上标有“220V 20W”字样，其作用是使箱内空气均匀受热，红、绿指示灯用于分别指示电路加热、待机状态。当控制电路的电流达到0.025A时，衔铁被电磁铁吸住，工作电路处于待机状态，当控制电路电流减小到某值时，衔铁被释放，工作电路处于加热状态。

t/℃	30	40	50	60	70
Rt/Ω	305	245	200	170	150

（1）将控制电路中变阻器R的阻值调为120Ω时，箱内气温最高可达多少摄氏度？（电磁铁的线圈电阻不计）

（2）重新调节变阻器R，同时闭合开关S₁、S₂，箱内气温与时间关系如图乙所示，若电热丝R₀加热空气的效率为80%，衔铁每次被吸住的时长均为300s，箱内空气质量恒为2.2kg、比热容为1×10³J/（kg•℃）。求开关S₁、S₂闭合20min内，工作电路总共消耗的电能是多少焦耳？（控制电路、指示灯及电风扇M产生的电热均不计，指示灯消耗的电能不计）

进入三月份以来，东营街头出现了一种共享电动汽车。下表是这种汽车的主要参数。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

空车质量	$800\mathit{kg}$
每个轮胎与地面接触面积	$50c{m}^2$
电池容量	$44\mathit{kW}·h$
标准承载	$200\mathit{kg}$
最大续航（充满电最大行驶路程）	$200\mathit{km}$
所受阻力与汽车总重的比值	0.09

（1）电动机是电动汽车的核心部分，电动机工作时能量的转化是　　。电动机的工作原理是　　。

（2）标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是多少？

（3）图2是电动汽车行驶在某路段的路程与时间图象，标准承载下，电动汽车以速度匀速行驶1分钟的耗电量为 $0.4\mathit{kW}·h$，电动机的效率是多少？

（4）若某燃油汽车百公里耗油6升，每升油5.5元，电动汽车充电每度0.8元，通过计算比较使用燃油汽车与电动汽车哪种更经济？

图甲为一种太阳能路灯，图乙为该路灯筒化的工作电路图。S₁为光控开关，白天与触点d接触，太阳能电池板给蓄电池充电，晚上与触点c接触，给路灯供电。S₂为时控开关，晚上12点前与触点a接触，L₁正常发光，12点后与触点b接触，L₂正常发光。 L₁为“20V，40W”的节能灯，L₂为“20V，20W”的节能灯，两盏灯平均每天各工作5小时。

（1）路灯L₁正常工作时的工作电流为多大？
（2）两盏路灯正常工作一天，共消耗多少度电？
（3）已知该太阳能电池板每小时平均收集太阳能3.6×10⁶J，若太阳光照射20小时能使两盏路灯正常工作6天，求太阳能电池板光电转化效率为多少？

如图所示电路，电源电压保持不变，滑动变阻器 $R$’的最大阻值为 $30\Omega$，小灯泡 $L$上标有“ $2.5W$”字样（忽略温度对灯泡电阻的影响）。

（1）滑片移至最右端，闭合开关后，电流表的示数为 $0.3A$，小灯泡的功率为 $0.9W$，求电源电压。

（2）将滑片移至某一位置时，电压表的示数为 $7V$，此时小灯泡正常发光，求小灯泡正常发光时的电流和电路的总功率。

（3）若把小灯泡换成一个定值电阻 $R$，假设电流流过电阻 $R$产生的热量为 $Q$、转化的电能为 $E$、做的功为 $W$，请写出这三个物理量的大小关系。

某品牌智能滚筒洗衣机具有洗净度高、不伤衣物、可设定洗涤温度、方便安全等优点。其简化等效电路如图所示，此时处于空挡位置。闭合开关 $S$，旋钮绕 $P$转动，实现挡位转换，旋至1档时 $R_1$、 $R_2$同时工作，洗衣机处于加热状态；旋至2档时 $R_2$和电动机同时工作，洗衣机处于保温洗涤状态。 $R_1$和 $R_2$均为电热丝，其阻值不受温度影响， $R_1=22\Omega$，主要参数如下表。 $\left(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right)$

$\ast \ast$牌智能滚筒洗衣机
额定电压	$220V$
加热功率	$2400W$
设定温度范围	${30}^{°}\text{C}~{90}^{°}\text{C}$
电动机功率	$240W$
防电墙电阻	$1\times {10}^6\Omega$

（1）洗衣机内注入 $10\mathit{kg}$的水，在额定电压下连续加热1050秒，水温由 ${20}^{°}\text{C}$上升到 ${50}^{°}\text{C}$，此过程中的加热效率是多少？

（2） $R_2$阻值是多少？

（3）洗衣机处于保温洗涤状态时，干路电流是多少？

（4）防电墙技术的应用是洗衣机未来发展的趋势。防电墙通过在洗衣机内部形成永久性电阻保证人的安全。异常漏电情况下，电流依次经防电墙和人体流入大地，若人体的最大电阻为 $1\times {10}^5\Omega$，人体的安全电压不高于 $36V$，通过计算判断防电墙技术能否保证人的安全。

如图所示，两轮自动平衡电动车做为一种新兴的交通工具备受中学生的喜爱，下表是某型号两轮自动平衡电动车的主要参数，请通过计算解答下列问题：

整车质量	20kg
锂电池电压	50V
锂电池容量	10A•h

（1）图中小夏质量为40kg，轮胎与地面的总接触面积为0.01m ²，小夏骑行过程中地面受到的压强为多少？

（2）锂电池充满电后能储存多少焦耳的电能？

（3）锂电池充满电后，小夏多次骑着两轮自动平衡电动车在平直路面上匀速行驶进行测试，最多行驶27km电能恰好耗尽，假设受到的平均阻力是总重力的0.1倍，求此过程中两轮自动平衡电动车的工作效率是多少？

（4）在小夏骑行两轮自动平衡电动车的过程中，为确保安全，请你对他提出一条合理的建议。

如图为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为220V，水箱最多装水0.2kg。它有大小两个加热挡位，其内部电路如图所示，电热丝R ₁＝56Ω，R ₂＝44Ω，求：

（1）大功率挡的额定功率。

（2）若用大功率挡将水箱中0.2kg的水从20℃加热到100℃，需要吸收多少热量？

（3）若用大功率挡加热这些水，所需时间为1分10秒，求熨烫机的加热效率。（结果保留一位小数）

某型号煎烤机有上下两个加热盘，由两个开关控制其工作状态。 $R_1$ 为下盘电热丝， $R_2$ 为上盘电热丝，两电热丝阻值相等，煎烤机的最大额定功率为 $2200W$ 。如图为煎烤机的内部简化电路图（不考虑温度对电热丝阻值的影响）。

（1）按照安全用电的要求，将 $a$ 、 $b$ 两点接入家庭电路，完成连线。

（2）煎烤机正常工作时电路中的最大电流是多少？以最大额定功率工作时， $1\mathit{min}$ 消耗多少电能？

（3）电热丝 $R_1$ 的阻值是多大？

某兴趣小组设计的“温度控制器”工作时有加热和恒温两种状态。电路如图甲所示， $S$为开关，双金属开关在温度低时闭合、温度到达一定值时自动断开，降温后再闭合，循环工作起到调节温度作用，指示灯的额定电压为 $200V$，且亮起即正常工作，发热电阻阻值为 $40\Omega$．求：

（1）当指示灯亮时，温度控制器处于　　状态。

（2）指示灯的电阻值。

（3）加热状态时，温度控制器所消耗的电功率。

（4）温度控制正常时，记录灯泡在一段时间内规律性亮灭情况如图乙，则温度控制器1小时所消耗的电能。

小波的妈妈为了改善早餐的营养，买了一台全自动豆浆机。下表是这个豆浆机的主要技术参数。如图甲所示是豆浆机的主要结构：中间部位是一个带动刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热管，用来对液体加热煮沸。图乙是豆浆机正常工作做一次豆浆的过程中电热管和电动机交替工作时的"P﹣t"图象。请解答下列问题：

型　　号	SYL﹣624
额定电压	220V
频　　率	50Hz
电动机功率	120W
电动机线圈电阻	1Ω
加热功率	1210W
容　　量	1000mL

（1）豆浆机正常加热时的电流是多少？

（2）豆浆机正常加热时电热管的电阻是多少？

（3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少？

如图所示的电路，灯泡L标有"6V"的字样，滑动变阻器R的最大阻值为20Ω，当闭合S ₁，断开S ₂，灯泡L恰好正常发光，电流表示数为0.2A；当断开S ₁，闭合S ₂，且滑动变阻器的滑片移到最右端时，电压表读数为4V（假设灯丝电阻不变）求：

（1）电源电压；

（2）R ₀的阻值；

（3）当S ₁、S ₂同时闭合，且滑动变阻器的滑片移到最左端。通电5min整个电路消耗的电能。

如图所示为“电子秤”的原理图： $A$为托盘， $P$为金属滑片且固定在托盘下的轻质弹簧上，并能随轻质弹簧一起上下滑动，当托盘中不放物体时， $P$位于 $R$的最上端。已知 $R_0=5\Omega$， $R$的最大阻值为 $15\Omega$，电源电压恒为 $3V$．

（1）图中的质量表应该用什么电表改装？　　。

（2）“电子秤”称重物时电路中电流的最小值和最大值分别为多少？

（3）当开关 $S$闭合，不称量重物时，电子秤 $10\mathit{min}$内消耗的电能为多少？

小宁在家里观察了豆浆机的构造、铭牌（如图甲）和制作豆浆的过程。发现其中用到了许多物理知识。

（1）机座底部安装有三个小橡皮碗，相当于"吸盘"，可以防止豆浆机在打浆时位置发生移动。"吸盘"是利用 　　起固定作用的。

（2）如图乙所示，豆浆机电源线的插头有三个脚，其中稍长些的脚连接了豆浆机的金属外克部分、电源线接入电路后可以把豆浆机的金属外壳与 　　相连接。

（3）豆浆机的机头主要由一个电热器（电热丝）和一个电动机带动的打浆器构成。制作豆浆的过程是先加热，再打浆，再加热煮熟。由此可知，豆浆机的电动机和电热器的连接方式是 　　。

（4）豆浆打好后，小宁打开豆浆机，闻到香味的同时他戴的眼镜的镜片已模糊不清。①"闻到香味"属于 　　现象；②"镜片模糊不清"发生的物态变化是 　　。

（5）豆浆机铭牌上的部分技术参数如表所示。豆浆机制作一次豆浆需要先加热 $4\mathit{min}$ ，再打浆 $3\mathit{min}$ 。再加热 $6\mathit{min}$ 。问制作一次豆浆，豆浆机消耗的电能是多少？

（6）现在市场上有一些电器的电源线芯线比合格产品细，请你根据焦耳定律简要说明使用这种电源线存在什么隐患？

额定电压	$220V$
额定频率	$50\mathit{Hz}$
电动机额定功率	$180W$
电热器额定功率	$800W$

电动轮椅为残障人士出行提供了方便。某型号的电动轮椅质量为 $\mathbf{20}\mathit{kg}$ ，轮子与地面的总接触面积为 $\mathbf{20}\mathit{c}{\mathit{m}}^{\mathbf{2}}$ ．其工作原理如图所示，操纵杆可以同时控制 ${\mathit{S}}_{\mathbf{1}}$ 和 ${\mathit{S}}_{\mathbf{2}}$ 两个开关。向前推操纵杆时轮椅前进且能调速，向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退。已知蓄电池电压为 $\mathbf{24}\mathit{V}$ ，定值电阻 ${\mathit{R}}_{\mathbf{2}}\mathbf{=}\mathbf{20}\mathit{\Omega }$ ， ${\mathit{R}}_{\mathbf{1}}$ 为滑动变阻器。

（1）分别将 ${\mathit{S}}_{\mathbf{1}}$ 和 ${\mathit{S}}_{\mathbf{2}}$ 同时接触对应点 　 　（选填"1"或"2" $\mathrm{}\mathbf{)}$ 时。轮椅前进；当轮椅后退时，电流表示数 　　（选填"大于"、"小于"或"等于" $\mathbf{)}\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathit{A}$ 。

（2）求轮椅静止在水平地面上时对地面的压强。

（3）体重 $\mathbf{600}\mathit{N}$ 的人坐在轮椅上向后拉操纵杆，匀速后退过程中轮椅受到的阻力是总重的0.01倍，求后退 $\mathbf{5}\mathit{m}$ 阻力做功的大小。