18.4 电流热效应档位判断专题计算训练(培优) 2021-2022学年人教版物理九年级（有答案）

人教版物理九年级第十八章 电流热效应档位判断专题计算训练
一、计算题
1.小华同学发现家里的浴霸只有高温挡和低温挡，不能在高温和低温之间调节，聪明的小华设计了一台可以调节温度的浴霸，电路原理如下图所示，R1、R2是电热丝，R1的额定电压是220 V、额定功率是1100 W，R2阻值可调，最大电阻是132 ，S2是单刀双掷开关。该浴霸允许通过的最大电流是10 A。为了在调节R2的过程中，通过浴霸的总电流不超过10 A，R2可调的最小值有一定的限制。
求：
（1）电热丝R1的电阻；
（2）电路的最大功率及R2可调的最小值；
（3）S1断开、S2接b端时，电路发热功率的可调范围。
2.如图甲为常用的电热饮水机，其电路原理如图乙所示，该饮水机的额定电压为220V，加热电功率为1100W，保温电功率44W，R1、R2均为电热丝 （R1、R2的电阻不随温度变化）。请问：
①当S闭合时，饮水机处于什么（选填“加热”或“保温”）状态，此时电路中的电流是多大？
②电热丝R1的电阻是多大？
③饮水机加热工作时，将0.5千克初温为20℃的水加热到97℃，需要多长时间？（假设电能全部转化为水的内能）
3.如图所示,电源电压保持不变,小灯泡L上标有“6V、2W”字样,当S1和S2同时闭合时,电流表的示数为0.5A；当只闭合S1时,电压表的示数为3V,此时R1消耗的功率为0.4W。求:
（1）小灯泡正常工作时的电阻值；
（2）R1的阻值。
4.图甲是某款电热水龙头，即开即热、冷热兼用。图乙是它的原理电路，R1、R2为电热丝，通过旋转手柄带动开关S接通对应的电路，从而实现冷水、温水、热水之间切换。有关参数如下表.不考虑温度对电阻丝的影响，请回答下列问题：
（1）开关置于2时，电路中的电流是多大？
（2）水龙头放热水时，正常工作60 s，消耗的电能是多少？
（3）R2的电阻是多大？
5.如图所示电路，电源电压可调，R1=10Ω，小灯泡标有“6V 6W（阻值不变）。滑动变阻器R2上标有“15Ω 2A”的字样，求：
（1）若只闭合S1 ， 调节电源电压，使灯泡L正常工作10s，灯泡消耗的电能。
（2）若只闭合S2 ， 调节电源电压，移动滑动变阻器滑片，电压表示数在1V～3V之间变化，求电源电压的最大调节范围。
6.有一种电子秤的原理如图所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆 ABO，压力传感器 R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻），显示重力大小的仪表（实质是电流表）。其中 AO 长 20 厘米，BO 长5 厘米，压力传感器 R 的阻值与所受压力的关系如下表所示。踏板和杠杆组件的质量可以忽略不计，电源电压为 6 伏。
压力/牛 0 50 100 150 200 250 300
电阻/欧 30 27 24 21 18 15 12
（1）重 300 牛的学生站在踏板上时，双脚与踏板的接触面积为 0.04 米2 ， 此时对踏板的压强为多少帕？
（2）电子秤开机后，没有秤量物体时压力传感器 R 消耗的电功率为多少瓦？
（3）当林林同学站在踏板上时，通过压力传感器 R 的电流为 0.25A，林林同学的体重是多少牛
7.如图所示电路，设电源电压不变，灯L的规格为“ ”，且灯丝电阻不随温度变化而变化，滑动变阻器的规格为“ ”，电流表的量程为 。移动滑片使滑动变阻器的阻值为 且保持不变，在保证电路安全的情况下操作如下：当闭合开关S1、S4 ， 断开开关S2、S3时，电流表的示数为 ，电压表的示数为 ，电路消耗的总功率为 。当开关S1、S2、S3、S4都断开时，电流表的示数为 ，电路消耗的总功率为 。当只断开开关S4时，电压表示数为 。已知 ， ， 。求：
（1）正常发光时灯L的电阻；
（2）电流 ；
（3）电阻 的值；
（4）通过开关的断开与闭合以及滑动变阻器滑片位置的改变，使整个电路的总功率最大，求这个总功率。
8.小华家的天然气淋浴器的水箱内储有50 kg水，水的初温为22℃，若淋浴时所用热水的温度为42℃，已知水的比热为4.2×103J／(kg·℃)，天然气的热值是6×107J / m3。求：
（1）50kg水由22℃升高到42℃吸收的热量；
（2）若使用该淋浴器时，天然气完全燃烧放出的热量有70％被水吸收。生成上述热水的水气总成本费是多少元？(已知天然气的价格为2.50元／m3 ， 水的价格为3.00元／m3)
9.如图甲所示的电路，电源电压不变，R0为定值电阻，灯泡L标有“6V 3W”字样，电流表量程为0～0.6A，当只闭合开关S、S1 ， 滑动变阻器滑片P位于R1的中点时，灯泡L的实际功率为0.5W；当只闭合开关S、S2 ， 滑动变阻器的 阻值接入电路，电流表的示数为0.15A．定值电阻R0和标有“6V 3W”灯泡L的信息图象如图乙所示。求：
（1）灯泡正常发光10min，电流通过灯泡产生的热量；
（2）电源电压；
（3）为保证电路安全，电路消耗的最大电功率及滑动变阻器连入电路的阻值（要求：L、R0、R1最多只有两个连在电路中）。
10.现在很多家庭都用上了管道煤气，那么管道煤气的热值是多少呢？小明经过上网搜索，找到了如下一组数据：把150kg的水从15℃加热到55℃，燃气热水器需要消耗0.3m3管道煤气，己知燃气热水器的效率约为80%，请你帮助小明计算[气体的热值以J/m3为单位，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）]，求：
（1）150kg水从15℃加热到55℃需要吸收的热量；
（2）煤气的热值。
11.如图所示，L为标有为“2.5V 0.625W”的小灯泡（灯泡电阻不变），滑动变阻器R2的最大电阻为15Ω，电源电压保持恒定。闭合开关S1、S2 ， 且R2阻值为0时，灯泡L正常发光，电流表读数I=0.75A。求：
（1）电源电压U；
（2）电阻R1的阻值；
（3）若开关S1、S2任意组合，求电路接通时的最小总功率。
12.如图是模拟调光灯的电路图。电源电压恒为6 V，小灯泡L的额定功率是6 W，滑动变阻器R的最大电阻是20 Ω。灯丝的电阻随温度的变化而变化，闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P位于a端时，小灯泡正常发光。试求:

（1）小灯泡正常发光时的电流是多少
（2）当滑动变阻器连入电路中的电阻是5 Ω时,电路中的电流是0.6 A,此时小灯泡的电阻是多少
（3）当滑动变阻器的滑片P位于b端时,电压表的示数是1 V,通电1 min,电流通过滑动变阻器所做的功是多少
13.多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。（ρ水=1×103kg/m3 ， c水=4.2×103J/（kg℃），g=10N/kg）
项目 参数
电源电压(V) 220
低温档功率(W) 275
中温档功率(W) 550
高温档功率(W) 1100
容积(L) 1
（1）开关S1、S2处于什么状态，养生壶为高温档，说明判断依据；
（2）求R1的阻值；
（3）养生壶处于低温档工作时，求电路中的电流大小；
（4）在标准大气压下，使用高温档将初温是12℃的一壶水烧开，若养生壶高温档加热效率为80%，求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。
14.图甲为一种风暖浴霸，它是利用风扇吹动空气流动，通过电热丝加热冷空气带动室内升温。图乙是该型号风暖浴霸的简化电路图，R是电热丝。其主要参数如表所示。
求：
项目 参数
额定电压/V 220
R额定功率/W 2200
电动机功率/W 44
（1）浴霸正常工作时的干路电流是多少？
（2）正常工作时，电热丝R的阻值是多少？
（3）浴霸正常工作时，使容积为20m3的房间空气温度升高20℃，需要5min，电热丝加热的效率是多少？[ρ空气＝1.2kg/m3 ， c空气＝1.0×103J/（kg ℃）]
15.为了节约能源保护环境，电动汽车进入了越来越多的家庭。某课外小组通过调研得知电池容量为60kW·h，电动汽车充电桩消耗电能功率为6.6kW。经工作人员测试，单台充电桩充满60kW·h电池总耗时为10h，充电桩端供电电压220V，输入电流30A。如图甲所示，充电桩正在为一辆电动汽车充电，充电时发现充电线发热明显，其过程可以等效为图乙所示的电路，R热表示充电线发热时的等效电阻。大家对于充电过程中的能量转移和工作效率很感兴趣。求：
（1）请你回忆滑轮组机械效率的相关知识，尝试计算这个充电电路工作时的效率η（结果保留1位小数）；
（2）充电线上损失的电压；
（3）若能量损耗均为充电线发热所致，请计算充电线发热时的等效电阻（结果保留2位小数）；
（4）如果充电桩功率不变，尝试用学过的电学知识提出进一步提高电能使用效率的方案。
答案解析部分
一、计算题
1.【答案】 （1）解：P1=1100W，U=220V，
由 得，
（2）解：浴霸允许通过的最大电流是10A，所以电路的最大功率：当R2为最小值且S2接a时，电路的功率最大，这时R2消耗的功率：
R2的最小值为
（3）解：S1断开、S2接b端时，R1、R2串联，电路的总电阻： 电路的最小功率：
当电阻R2接入电路的阻值为 时，
电路中的总电阻为 ，
所以发热功率的可调范围为275W~550W
2.【答案】 解：①根据P=可知当U一定时，R最小，P最大，因此当S闭合时，R1短路，电路中电阻最小，此时功率最大，饮水机处于加热状态；由P=可得I== =5A；
②因为当加热时只有R2工作，故R2= = =44Ω；由P=可得，当饮水机处于保温状态时，R总= = (220V)244W =1100Ω因为串联，故R1=R总﹣R2=1100Ω﹣44Ω=1056Ω；
③水吸收的热量为：Q=cmΔt=4.2×103J/（kg ℃）×0.5kg×（97℃﹣20℃）=1.617×105J；
因为电能全部转化为水的内能故W=Q=1.617×105J由P=Wt可得：t= WP= 1.617×105J1100W =147s.
答：①加热；此时电路中的电流是5A；②电热丝R1的电阻是1056Ω；③饮水机加热工作时，将0.5千克初温为20℃的水加热到97℃，需要147s。
3.【答案】 （1）解：由 得，小灯泡正常工作时的电阻值： ；
答：小灯泡正常工作时的电阻值18Ω。
（2）解：当S1和S2同时闭合时，灯泡被短路，电路中只有R1工作，电路中的电流 --------①，当只闭合S1时，R1和灯泡串联，电压表测量灯泡两端的电压，此时电路中的电流： ，此时R1消耗的功率： ------②，联立①②两式解得R1=3.6Ω或R1=10Ω。当R1=3.6Ω时，电源电压 ，不合题意，所以R1=3.6Ω应舍去，即R1的阻值为10Ω。
答：R1的阻值10Ω。
4.【答案】 （1）解:由图乙知道，当开关置于2时，电路中只有电阻R1；当开关置于3时，R1、R2 并联；由电阻的并联规律知道，并联的总电阻小于其中任一电阻，所以当开关置于2时电路中电阻较大，由P=U2/R知道，此时电路消耗的功率较小，即此时放出的是温水；功率是P温水=2200W，由P=UI知道，此时电路中的电流是：I温水=P温水/U=2200W/220V=10A
（2）解:由P=UI知道，水龙头放热水时，正常工作60s，消耗的电能是：
W=P热t=3000W×60s=1.8×105 J
（3）解:由图知道，加热状态下，电阻R1、R2 并联，由于电路的总功率等于各电阻消耗功率之和，所以，此时R2消耗的电功率是：P2 =P热-P温=3000W-2200W=800W，由P=U2/R知道，R2 的电阻是：R2 =U2/P2=(220V)2/800W=60.5Ω
5.【答案】 （1）解:因为小灯泡标有“6V 6W，所以，灯泡L正常工作10s消耗的电能是：W=PL t=6W×10s=60J
（2）解:由电路图知道，当只闭合S2 时，R1 与R2 串联，电压表测R1 两端的电压，设电源电压是U′，则此时电路中的电流是：I′=U′/R1+R2 ， 电压表的示数是：U1 =I′R1 = 根据题意知道，移动滑动变阻器滑片，电压表示数在1V～3V之间变化，
所以，1V≤ ≤3V，即（1+R2/10Ω）×1V≤U′≤（1+R2/10Ω）×3V，
当R2 =0Ω时，电源的电压最小为1V，当R2 =15Ω时，电源的电压最大为7.5V，所以，电源电压的最大调节范围是：1V～7.5V
6.【答案】 （1）解：学生对水平踏板的压力
学生对水平踏板的压强
答：此时对踏板的压强为7500pa；
（2）由题意，由表格可知，没有秤量物体时，压力传感器所受压力为0，则此时压力传感器 R 的阻值是30Ω；由电路图可知，开关闭合，电路为只有 R的简单电路 ，根据欧姆定律，则电路电流
则此时 R 消耗的电功率为
答：电子秤开机后，没有秤量物体时压力传感器 R 消耗的电功率为1.2W；
（3）当传感器电阻R 的电流为 0.25A时，则此时电阻R 的阻值，由 得
由表格可知，此时传感器所受压力是100N，根据力的作用是相互的，则传感器对杠杆A点的支持力
踏板对B点的压力为 ，此时杠杆平衡，根据杠杆平衡条件可得
则踏板对杠杆B点的压力
根据力的作用是相互的，则杠杆B点对踏板的支持力
林林同学在竖直方向上静止在踏板上，则林林同学在竖直方向上处于平衡状态，受平衡力，林林同学受到的重力和支持力是一对平衡力，根据二力平衡条件，则林林同学体重
答：林林同学的体重是400N。
7.【答案】 （1）解：灯L的规格为“ ”，表示灯的额定电压为 ，额定功率为 ，灯L的电阻 ；
答：正常发光时灯L的电阻为24Ω。
（2）解：电源电压不变，两种情况下电流之比等于总功率之比
答：电流 =3:2。
（3）解：当闭合开关S1、S4 ， 断开开关S2、S3时， 与 串联，电压表测 的电压，电压表的示数为 ，电流表的示数为 ，如图1所示，电路消耗的总功率 ；
当开关S1、S2、S3、S4都断开时，灯与 和 串联，电压表测 的电压，电流表的示数为 ，如图2所示，电路消耗的总功率为 ；
当只断开开关 时，灯与 和 三个电阻并联，电压表测 的电压，如图3所示，即电源电压为 ，即
在图1中，根据串联电压电路电压的规律可得
根据分压原理可得
在总电压不变时，电路中的电流与总电阻成反比
整理得
解方程得
答：电阻R2的阻值为18Ω。
（4）解：在图1中，根据电阻的串联，电路的总电阻
电源电压 ；
根据 可知，当电路的总电流最大时（即总电阻最小），电路的总功率最大，电流表的量程为 ，根据并联电路的总电阻小于其中任一电阻，串联的总电阻大于其中任一电阻，故在类似图3的电路中，并联的总电阻才可能最小，总电流才可能达到最大，根据欧姆定律可得，通过灯和 的电流分别为
滑动变阻器的规格为“ ”，则变阻器允许通过的最大电流为 ，
根据并联电路电流的规律可得，干路的最大电流
此时由欧姆定律可得，变阻器连入电路中的最小电阻
因此，只断开开关S4 ， 且将变阻器连入电路中的电阻为 时，图3中电路的总电流最大，总功率最大
答：通过开关的断开与闭合以及滑动变阻器滑片位置的改变，使整个电路的总功率最大为49.5W。
8.【答案】 （1）解：50kg水由22℃升高到42℃吸收的热量
（2）解：天然气完全燃烧时放出的热量有70％被水吸收
水的体积是
水费=0.05
天然气的体积是
燃气费=0.05
水气费=0.15元+0.25元=0.4元
9.【答案】 （1）解：灯泡正常发光10min，电流通过灯泡产生的热量：Q＝W＝P额t＝3W×10×60s＝1800J
答：灯泡正常发光10min，电流通过灯泡产生的热量为1800J；
（2）解：当只闭合开关S、S1时，灯L与R1串联，滑片P位于中点，灯泡L的实际功率为0.5W；
由乙图可知此时通过灯泡的电流为0.25A，电压为2V，由P＝UI知，符合实际功率为0.5W，
由I＝ 可得，此时灯泡电阻：RL＝ ＝ ＝8Ω，
由串联电路特点和欧姆定律可得，电源电压：U＝IR＝IL（RL+ R1）＝0.25A×（8Ω+ R1）﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
当只闭合开关S、S2时，R0与R1串联，滑动变阻器的 阻值接入电路，电流表的示数为0.15A，
由乙图知，此时R0两端电压为3V，
由欧姆定律得，R0的阻值：R0＝ ＝ ＝20Ω，
所以电源电压：U＝I′R′＝I′（R0+ R1）＝0.15A×（20Ω+ R1）﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②可解得：R1＝44Ω，U＝7.5V。
答：电源电压为7.5V
（3）解：由图象知，相同电压下灯泡电流大于定值电阻R0的电流，
L、R0、R1最多只有两个连在电路中，电源电压一定，由P＝UI知，当只闭合开关S、S1 ， 灯L与R1串联，电路消耗功率有最大值，
由P＝UI得，电灯正常发光的电流：I额＝ ＝ ＝0.5A，
由串联电路特点知，为保证电路安全，电路中的最大电流为0.5A，
所以电路消耗的最大电功率：P最大＝UI额＝7.5V×0.5A＝3.75W；
由串联电路特点和欧姆定律可得，此时滑动变阻器连入电路的阻值：R1′＝ ＝ ＝ ＝3Ω
答：电路消耗的最大电功率及为3.75W，滑动变阻器连入电路的阻值为3Ω。
10.【答案】 （1）解：由ρ 可得,水的质量m＝ρV＝1.0×103kg/m3×150×10 3m3＝150kg，水吸收的热量Q吸＝cm△t＝4.2×103J/(kg ℃)×150kg×(55℃ 15℃)＝2.52×107J，
答：150L水从15℃加热到55℃需要吸收的热量是2.52×107J
（2）解：由η＝ 可得,燃气燃烧放出的热量Q放＝＝ ＝3.15×107J，燃气的热值：q＝ ＝1.05×108J/m3
答：管道煤气的热值1.05×108J/m3.
11.【答案】 （1）解：闭合开关S1、S2 ， 且R2阻值为0时，电路为灯泡L与电阻R1并联的简单电路，此时灯泡L正常发光，灯泡的额定电压2.5V，就等于电源电压U。
答：电源电压为2.5V；
（2）解：电流表读数I=0.75A，电路总电阻值为
灯泡L的阻值为
电阻R1的阻值由 可得
解得电阻R1的阻值为5Ω。
答：电阻R1的阻值为5Ω；
（3）解：若开关S1、S2任意组合，要使得电路的总功率最小，则接入的电阻要最大，应该闭合开关S1 ， 并将滑动变阻器R2的阻值调到最大，此时消耗的功率最小，为
答：若开关S1、S2任意组合，求电路接通时的最小总功率为0.25W。
12.【答案】 （1）解：当滑动变阻器的滑片P位于a端时，由电路图知道滑动变阻器接入电路的电阻是0，小灯泡的电压是6V，根据题意知道此时灯泡正常发光，由P=UI知道，灯泡的电流 ，
（2）解：当滑支变阻器连入电路的电阻是5Ω时，电路中的电流是0.6A，由欧姆定律知道滑支变阻器两端的电压是U1=IR1=0.6A×5Ω=3V，
由串联电路的规律知道小灯泡两端的电压是U2=U-U1=3V，
所以小灯泡的电阻是
（3）解：当滑动变阻器的滑片P位于b端时，电压表的示数是1V，即U灯=1V，根据欧姆定律通过灯泡的电流是I= ，
由W=UIt知道电流通过滑动变阻器做的功W=（6V-1V）×0.25A×60s=75J
13.【答案】 （1）解：由图乙知，当开关S1闭合，S2接B时，电阻R1、R2并联，电路中的总电阻最小，由 可知，此时总功率最大，所以此状态为高温档；
答：开关S1闭合，S2接B时，养生壶为高温档
（2）解：由图乙知，当开关S1断开，S2接A时，电阻R1、R2串联，电路中的总电阻最大，由 可知，电路的总功率最小，此时为低温档；
当S2断开，S1闭合时，只有电阻R1接入电路，养生壶处于中温档；由P=UI得，正常工作时通过R1的电流为 ，
所以R1的阻值
答：R1的阻值为
（3）解：由P=UI得，养生壶在低温档工作时电路中的电流为
答：养生壶处于低温档工作时，电路中的电流大小为1.25A
（4）解：由 可得，水的质量m=ρV=1×103kg/m3×1×10﹣3m3=1kg
水吸收的热量Q吸=cm（t﹣t0)=4.2×103J/（kg℃）×1kg×（100℃﹣12℃)=3.696×105J
养生壶所消耗的电能
由W=Pt可得，用高温档烧开一壶水需要的时间为
答：水吸收的热量为3.696×105J，烧开一壶水需要时间420s。
14.【答案】 （1）解：浴霸正常工作时，电热丝和和电动机同时工作，电路总功率：P＝P1+P2＝2200W+44W＝2244W，
由P＝UI 可得，浴霸正常工作时的干路电流：I＝ ＝ ＝10.2A
答：浴霸正常工作时的干路电流是10.2A。
（2）解：由P＝ 可得，电热丝R的阻值：R＝ ＝ ＝22Ω
答：电热丝R的阻值是22Ω。
（3）解：由ρ＝ 可得，室内空气的质量：m＝ρ空气V＝1.2kg/m3×20m3＝24kg，
空气吸收的热量：Q吸＝c空气m△t＝1.0×103J/（kg ℃）×24kg×20℃＝4.8×105J，
电热丝加热5min消耗的电能：W＝P1t＝2200W×5×60s＝6.6×105J，
加热丝的效率：η＝ ×100%＝ ×100%＝72.7%
答：电热丝加热的效率为72.7%。
15.【答案】 （1）解：电桩正在为一辆电动汽车充电，有用功为电池容量为W有=60kW·h。总功为电动汽车充电桩消耗电能为
则这个充电电路工作时的效率为
答：这个充电电路工作时的效率是 ；
（2）解：充电线上损失的电能为
则充电线上损失的电压为
答：充电线上损失的电压是20V；
（3）解：充电线发热时的等效电阻为
答：充电线发热时的等效电阻是0.67Ω；
（4）解：根据W总=W有+Q，降低热量Q，可通过减小充电桩电阻减少热量损失，或提高充电电压降低电流，可通过减小电流来减小热量。
(
…………○…………外…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
) (
※※请※※不※※要※※在※※装※※订※※线※※内※※答※※题※※
) (
…………○…………内…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
)
答：可通过减小充电桩电阻减少热量损失，或提高充电电压降低电流，可通过减小电流来减小热量。