第十八章 电功率综合计算2021—2022学年人教版九年级物理全一册（有答案）

第十八章 专题训练 电功率综合计算
小泽家有一新型的电热足浴器．其铭牌上的部分信息如下．
额定电压 220 V
额定功率 1210 W
容积 7 L

（1）求电热足浴器正常工作时的电阻．
（2）用这个足浴器将5 kg的水从20℃加热到40℃，求水吸收的热量．[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
（3）若此足浴器在额定电压下使用，需500 s才能将（2）问中的水从20℃加热到40℃，求这个电热足浴器的加热效率．（计算结果精确到0.1%）
（4）小泽家安装的电能表如图所示．某次小泽断开家中的其他用电器，让电热足浴器单独工作，在1 min内电能表的转盘转过50 r，求此时该足浴器两端的实际电压．（电热足浴器阻值不随温度变化而变化）
图甲为某款新型电饭煲，额定电压为220 V，它采用了“聪明火”技术，智能化地控制不同时间段的烹饪温度，以得到食物最佳的营养和口感．图乙为其电路原理图，R1和R2为电阻不变的电热丝，S是自动控制开关．将电饭煲接入220 V电路中，在电饭煲工作的30 min内，它消耗的电功率随时间的变化如图丙所示．求：
（1）5～10 min，电饭煲的功率．
（2）20～30 min，电饭煲产生的总热量．
有一台热水器有高温、中温、低温三个挡位，内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝．R1＝88 Ω，R2＝22 Ω．
（1）如何控制S1和S2，使热水器处于高温挡．
（2）求低温挡正常工作5 min电热丝产生的热量．
（3）求中温挡正常工作时热水器的功率．
如图甲所示为小强家的多功能烘干机，该机有干衣、烘物等功能，图乙为主机内部简化电路图，R1R2为电热丝。其主要参数如表丙所示。
（1）闭合S1，当S2拨至______时（选填“1、2”或“2、3”或“3、4”），该烘干机处于低热风挡。
（2）求电阻R2的阻值。
（3）小强发现家里的电能表上的一个参数上有污点看不清，某次他只让该烘干机单独工作时，发现高热风挡工作2min内电能表（图丁）的转盘正好转过72圈，则这个参数是多少？这2min内，电热丝R1产生的热量是多少？
如图甲是电热水龙头，“即开即热、冷热兼用”．如图乙是它的电路原理图，R1、R2为电热丝，其中R2=48.4Ω，通过旋转手柄带动开关S在1、2、3之间接通对应的电路，从而实现冷水、温水、热水之间的切换，不考虑温度对电阻丝的影响，已知该水龙头正常工作放温水时的电功率为1000W。请回答下列问题：
（1）分析电路图开关与______（填“1、2、3”）接触时，水龙头放出的水是热水。
（2）R1的电阻值多大？
（3）水龙头放热水时，整个电路的功率是多少W？
小明的爸爸给自家的小汽车安装了电加热座椅垫如图甲．小明研发发现该座椅垫有“高温”、“低温”、“关”三个档位，其电路示意图如图乙，电源电压为12V，高温功率为20W，低温功率为9W。求：
（1）座椅垫处于“低温”时，电路中的电流是多少？
（2）加热片R1的阻值是多少？
如图甲所示为一款炙手可热的电吹风机。为了更好地了解电吹风机，我们把其工作原理可以简化成如图乙所示的电路图。现测得某家用电吹风机的主要技术参数如表所示，则：
额定电压 220V
额定功率 热风时：990W
冷风时：110W
（1）当电吹风机吹冷风时，通过电动机的电流为多大？若电动机电阻R1为1Ω，则40s内电流通过电动机产生的热量是多少？
（2）当电吹风机吹热风时，电热丝R2的电功率是多少？电热丝R2的阻值是多少？
额定电压 220V
电功率 低温挡 440W
中温挡 880W
高温挡
如图甲是一款紫砂电饭锅，其简化电路如图乙所示，R1、R2是电热丝，R2的阻值为55Ω，通过单独或同时闭合S1、S2，实现低温、中温、高温三个挡位间的切换，其铭牌如下表所示，求：
（1）中温挡加热时电流的大小；
（2）电热丝R1的阻值；
（3）已知粥的比热容c粥=4.0×103J/（kg ℃），将1.1kg的粥用高温挡从15℃加热到96℃，加热效率为75%，则需要工作的时间。
小芳家里的某品牌电烤箱铭牌及其内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝。求：
（1）若某种食物需要用该电烤箱高温档烘烤1000s，则该电烤箱消耗的电能是多少？
（2）电路中R1的阻值是多少？
××牌电烤箱
额定电压 220V
额定
功率 高温挡 1100W
低温挡 440W
电源频率 50Hz
（3）该电烤箱在低温档正常工作时，电路中的电流和R1的功率分别是多少？
如图所示的电路中，电源电压保持不变，小灯泡L标有“6V6W”字样，定值电阻R0为10Ω，变阻器R的规格为“30Ω1.5A”，电流表A2选用0~0.6A的量程，电压表选用0~15V的量程。闭合开关S、S1、S2时，小灯泡L正常发光。（不考虑灯丝电阻随温度的变化）求：
（1）小灯泡L.正常发光时的电阻。
（2）闭合开关S、S1、S2，变阻器接入电路的最小阻值。
（3）用一个新电源替换原来的电源，闭合开关S，断开S1、S2，在保证电路安全的情况下，电源电压的最大值和电路消耗的最大功率。
如图所示的电路，小灯泡L标有“6V 3W”的字样，滑动变阻器标有“10Ω1A”字样，电流表使用“0～0.6A”的量程。电压表的量程均为“0～3V”，电源电压8V恒定，灯丝电阻保持不变。当闭合开关S时，滑动变阻器的滑片P移至某点时，小灯泡正常发光。求：
（1）小灯泡正常工作时的电流；
（2）滑动变阻器允许接入电路中的最小阻值；
（3）在保证电路安全工作的情况下电路消耗的最小功率。（答案保留一位小数）
12.图1是定值电阻R1和标有“8V8W”灯泡L的I-U关系图象。在图2的电路中，电源电压恒定不变，滑动变阻器的最大阻值为12Ω，当开关S、S2闭合，开关S1断开，将滑动变阻器的滑片P滑到b端时，灯泡L的实际功率为1W。求：
（1）灯泡正常发光10s，电流通过灯泡所做的功；
（2）电源电压；
（3）当开关S、S1、S2同时闭合，滑片P位于a端时，整个电路消耗的功率。
参考答案
1.（1）由得，电热足浴器正常工作时的电阻 ．
（2）水吸收的热量 Q＝cm(t-t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(40℃-20℃)＝4.2×105 J．
（3）足浴器在额定电压下使用500 s消耗的电能 W＝Pt＝1210 W×500 s-6.05×105 J，
电热足浴器的加热效率 ．
（4）由图知，电能表上标有3000 r/(kW·h)， 让电热足浴器单独工作，在1 min内电能表的转盘转过50 r， 则足浴器1 min消耗的电能 ，
由得，此时该足浴器两端的实际电压 ．
2.（1）由图丙可知5～10 min，电饭煲的功率P1＝660 W．
（2）由图丙可知20～30 min，电饭煲的功率P2＝440 W，
时间t2＝30 min-20 min＝10 min＝600 s，
则在20～30 min内电饭煲产生的总热量Q2＝P2t2＝440 W×600 s＝2.64×105 J．
3.解：
（1）由图知，当闭合开关S1，并将S2拨至位置a时，R1和R2并联接入电路，此时电路中的总电阻最小，电源电压不变，由可知，此时总功率最大，热水器处于高温挡．
（2）当断开S1，并将S2拨至位置b时，R1和R2串联接入电路，由可知，此时总功率最小，热水器处于低温挡； 此时热水器正常工作5 min电热丝产生的热量
．
（3）只闭合开关S1时，电路为R1的基本电路，热水器处于中温挡； 此时电路的功率．
4.2、3
5.2、3
6.解：（1）由P=UI可得：I低===0.75A；
（2）由P=UI和I=可知：
R2===7.2Ω，
R串===16Ω，
R1与R2串联，则R1的电阻：R1=R串-R2=16Ω-7.2Ω=8.8Ω。
答：（1）座椅垫处于“低温”时，电路中的电流是0.75A；
（2）加热片R1的阻值是8.8Ω。
7.解：（1）由电路图可知，当开关旋至BC时，只有电动机工作，电吹风吹冷风，
家庭电路电压为220V，由表中数据知，吹冷风时功率为110W，根据P=UI可得，电吹风吹冷风时通过电动机的电流：
I冷===0.5A；
40 s内电流通过电动机产生的热量：
Q=I冷2R1t=（0.5 A）2×1Ω×40 s=10J；
（2）当开关旋至AB时，电动机和电热丝并联接入电路，电吹风吹热风，
则电热丝R2的电功率：
P2=P热-P冷=990W-110W=880W；
并联电路中各支路两端的电压相等，根据P=可得，电热丝R2的电阻值：
R2===55Ω。
答：（1）当电吹风吹冷风时，通过电动机的电流为0.5A；40s内电流通过电动机产生的热量是10J；
（2）当电吹风吹热风时，电热丝R2的电功率是880W；电热丝R2的电阻值是55Ω。
8.解：
（1）由P=UI可得，中温挡加热时的电流：I中===4A；
（2）由电路图可知，只闭合S1时电路为R1的简单电路，只闭合S2时电路为R2的简单电路，同时闭合S1、S2时R1与R2并联，
因并联电路中总电阻小于任何一个分电阻，
所以，同时闭合S1、S2时，电路的总电阻最小，由P=UI=可知，电源的电压一定时，电路的总功率最大，处于高温挡，
则只闭合S1或只闭合S2时，电饭锅分别处于低温挡或中温挡，对应的电阻分别为：
R低===110Ω，
R中====55Ω，由电热丝R2的阻值为55Ω可知R1的阻值为110Ω；
（3）因并联电路中各支路独立工作、互不影响，且电路的总功率等于各用电器功率之和，
所以，电饭锅高温挡的功率：
P高=P低+P中=440W+880W=1320W，
将1.1kg的粥用高温挡从15℃加热到96℃时粥吸收的热量：
Q吸=c粥m（t-t0）=4.0×103J/（kg ℃）×1.1kg×（96℃-15℃）=3.564×105J，
电饭锅的加热效率为75%，
由η=×100%可得，消耗的电能：W===4.752×105J，
由P=可得，需要用高温挡工作的时间：t′===360s。
答：（1）中温挡加热时电流为4A；
（2）电热丝R1的阻值为110Ω；
（3）需要工作的时间为360s。
9.解：（1）根据表格可知：
电烤箱的高温档功率为：P1=1100W，
已知t1=1000s，
那么该电烤箱消耗的电能为：W1=P1t1=1100W×1000s=1.1x106J；
（2）电烤箱处于高温档时，S1和S2都闭合，电路中只有R1，
R1===44Ω；
（3）该电烤箱在低温档正常工作时，开关S1闭合，S2断开，R1和R2串联接在电路中，
此时低温档的功率为：P2=440W，
此时电路中的电流为：I===2A；
此时R1的功率为：P3=I2R1=（2A）2×44Ω=176W。
故答案为：
（1）该电烤箱消耗的电能是1.1x106J；
（2）电路中R1的阻值是44Ω；
（3）该电烤箱在低温档正常工作时，电路中的电流为2A，R1的功率为176W。
10.解：（1）小灯泡L标有“6V6W”字样，小灯泡L正常发光时的电阻：RL===6Ω；
（2）闭合开关S、S1、S2时，灯泡和滑动变阻器并联接入电路，灯泡正常发光，并联电路各并联支路两端电压相等，所以电源电压等于灯泡额定电压6V，
通过灯泡的电流：IL===1A，
电流表A1测干路电流，所以电流表A1选用0~3A的量程，
通过滑动变阻器的最大电流为1.5A，并联电路干路电流等于各支路电流之和，则干路电流：I=IL+IH大=1A+1.5A=2.5A＜3A，
通过滑动变阻器的电流为1.5A时，滑动变阻器接入电路的电阻最小，
由欧姆定律可得：RH小===4Ω；
（3）闭合开关S，断开S1、S2，定值电阻和滑动变阻器串联接入电路，电压表测滑动变阻器两端的电压，电压表选用0~15V的量程，电流表A2测通过该电路的电流，电流表A2选用0~0.6A的量程，
当电流表的示数最大时，若电压表示数为15V，滑动变阻器此时接入电路的电阻为：RH1===25Ω＜30Ω，
此时电源电压最大，由欧姆定律可得定值电阻两端的电压：U0=IH1R0=0.6A×10Ω=6V，
串联电路总电压等于各部分电压之和，所以电源电压：U′=UH1+U0=15V+6V=21V，
电路消耗的最大电功率：P=U′IH1=21V×0.6A=12.6W。
答：（1）小灯泡L.正常发光时的电阻为6Ω；
（2）闭合开关S、S1、S2，变阻器接入电路的最小阻值为4Ω；
（3）用一个新电源替换原来的电源，闭合开关S，断开S1、S2，在保证电路安全的情况下，电源电压的最大值为21V，电路消耗的最大功率为12.6W。
11.解：（1）根据P=UI可得，灯泡正常工作时的电流：
IL===0.5A；
（2）串联电路中各处的电流相等，且电流表的量程为0～0.6A，所以电路中的最大电路Imax=0.5A，
灯泡正常发光时，两端的电压为6V，
串联电路中总电压等于各分电压之和，所以滑动变阻器两端的最小电压：
U滑min=U-UL=8V-6V=2V，
则滑动变阻器接入电路中的最小电阻值：
R滑min===4Ω；
（3）当电压表的示数为3V时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，
灯泡两端的电压：
UL1=U-U滑max=8V-3V=5V，
灯泡的电阻：
RL===12Ω，
电路中的电流：
Imin==≈0.42A，
电路的最小电功率：
P=UImin=8V×0.42A≈3.4W。
（1）小灯泡正常工作时的电流为0.5A；
（2）滑动变阻器允许接入电路中的最小阻值4Ω；
（3）在保证电路安全工作的情况下电路消耗的最小功率为3.4W。
12.解：（1）由灯泡的字样可知，灯泡正常发光时的功率P额=8W，所以灯泡正常发光10s，电流通过灯泡做的功是W=P额t=8W×10s=80J；
（2）当开关S、S2闭合、S1断开，滑动变阻器滑片P置于b端时，灯泡L与滑动变阻器R2组成串联，此时灯泡的实际功率为1W。由图1可看出，当灯泡实际电压UL=2V时，通过其电流为I=0.5A，实际功率P=ULI=2V×0.5A=1W，此时滑动变阻器阻值最大，即R2=12Ω，则滑动变阻器两端电压为：U2=IR2=0.5A×12Ω=6V，
所以电源电压为：U=UL+U2=2V+6V=8V。
（3）当开关S、S1、S2同时闭合，滑片P位于a端时，R2阻值为零，灯泡L与定值电阻R1并联。
此时UL=U=8V，灯泡正常发光，灯泡的功率为：PL=P额=8W，通过灯泡的电流IL===1A，
由图1可知，定值电阻R1的电阻为：，所以当定值电阻R1两端的电压为8V时，通过它的电流I1′===0.8A
所以此时干路中的电流I=IL+I1′=1A+0.8A=1.8A
所以整个电路消耗的功率为P=UI=8V×1.8V=14.4W
答：（1）正常正常发光10s，电流通过灯泡所做的功是80J；
（2）电源电压是8V；
（3）当开关S、S1、S2同时闭合，滑片P位于a端时，整个电路消耗的功率是14.4W。