2021—2022学年人教版九年级物理全一册-第十八章电功率专题训练电功率综合计算（Word版含答案）

第十八章 专题训练 电功率综合计算
如图甲乙所示是某调温型电烤箱和简化电路图，它的工作电压为220V，R1和R2均为电烤箱中的加热元件，R2的阻值为70Ω。当只闭合S1时为低温挡，低温挡电烤箱的电功率为440W。求：
（1）低温挡工作时，电路中的电流是多少？
（2）发热电阻R1的阻值是多少？
（3）小明发现傍晚用电高峰时，电烤箱内比平时温度低，他猜想是用电高峰时电压偏低所致，于是他想用电能表和秒表测量家庭电路的实际电压。傍晚用电高峰时，他关闭家里所有用电器，只让电烤箱以高温挡工作，发现在30s内电能表的转盘转了25转，电能表的铭牌如图丙所示，则用电高峰时家庭电路的实际电压为多少？（不考虑电阻值随温度的变化）
小亮家新买了一辆汽车，车上的座椅垫具有电加热功能，如图甲所示。通过观察和研究，他了解到该座椅垫有“高温”、“低温”和“关”三个挡位，“高温”挡功率为36W，“低温”挡功率为20W。该座椅垫加热部分的电路简图如图乙所示，电源电压为24V，S为挡位切换开关。R1和R2为电热丝。当座椅垫处于“高温”挡加热时，通过计算回答；
①通过座椅垫的电流是多少安？
②电热丝R1的阻值是多少欧？
③座椅垫工作5min产生的热量是多少焦？
如图所示，灯L标有“6V 2W”字样，电源电压恒为6V，定值电阻R=12Ω，设灯L的阻值不随温度变化而变化，求：
（1）灯L正常发光时的电阻是多少？
（2）只闭合S1、S3时，电阻R在60s内产生的热量是多少？
（3）要使整个电路消耗的电功率最小（且电路电流不为0），各开关的合闭情况应如何？此时的最小电功率为多少？
如图甲所示电路，电源电压恒定，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。闭合开关S，滑动变阻器的滑片从最右端滑向最左端的过程中，滑动变阻器的电功率P随电流I变化关系图线如图乙所示。求：
（1）滑动变阻器接入电路电阻为零时，电路中的电流；
（2）滑动变阻器接入电路电阻最大时，滑动变阻器两端的电压；
（3）滑动变阻器的滑片从最右端滑向最左端的过程中，滑动变阻器的最大功率。
如图是实验中学物理课外活动小组自制的电热暖手器的电路原理图．电源电压恒为8V，S为单刀三掷开关，发热体的电阻分别是R1=2Ω，R2=1Ω，R3=5Ω，问：
（1）该电热暖手器工作时的最小电流是多少？
（2）该电热暖手器消耗的最大功率是多少？
（3）当开关调至“2”挡位置时R2在1min时间内最多可产生多少焦耳的热量？
几千年来中国的厨艺最讲究的就是“火候”二字。现在市面上流行如图1所示的新型电饭锅，采用了“聪明火”技术，电脑智能控温、控压，智能化控制食物在不同时间段的温度，以得到最佳的口感和营养，若其内部电路简化如图2甲所示，R1和R2均为电热丝，S1是自动控制开关。把电饭锅接入220V的电路中，用电饭锅的“聪明火”煮米饭，电饭锅工作时流经插头处的电流随时间变化的图像如图2乙所示。尝试解决以下问题：
（1）当S、S1均闭合时，电饭锅处于______状态（选填“高温”或“低温”）；电热丝R1的阻值是多少？
（2）该新型电饭锅正常工作时的最大功率为多少？
（3）该新型电饭锅正常工作，若在0-12min把总质量为1.0kg的米和水由20℃加热到100℃，求电饭锅在这段时间内加热的效率[取c米水=4.0×103J/（kg ℃）]。
图甲是小明家安装的即热式热水器，其具有高、低温两挡加热功能，低温挡功率为5500W，内部等效电路如图乙所示，R1和R2是两个电热丝．某次小明用高温挡淋浴时，水的初温是20℃，淋浴头的出水温度为40℃，淋浴20min共用水100kg．假设热水器电热丝正常工作且产生的热量全部被水吸收[c水=4.2×103J/（kg ℃）]，求：
（1）电热丝R1的阻值。
（2）用高温挡淋浴20min时水所吸收的热量。
（3）该热水器高温挡功率。
妈妈买了一个新的电饭煲，从说明书中，得知下表中的信息，工作电路图如图甲所示，S1为温控开关，加热电阻R1和R2的阻值不随温度变化。求：
额定电压 220V
额定蒸煮功率 1210W
额定保温功率 88W
频率 50Hz
容积 5L
（1）电饭煲在“保温”状态下正常工作时，通过电饭煲的电流；
（2）电阻R2的阻值；
（3）某次焖米饭用1.21千克大米和水，若将这些大米水的混合物从20℃加热到100℃，需要吸收多少热量？【c混=4×103J/（kg ℃）】
（4）电饭煲热效率为80%，用高温挡焖米饭从20℃加热到40℃，需要多长时间？
（5）某周末的晚饭时，张强想利用自家电能表（如图乙）测量家庭电路的实际电压。于是他关闭了家中其它所有用电器，只让电饭煲在“蒸煮”状态下工作，观察到电能表的转盘在1min内转了50转。求家庭电路的实际电压。
电热加湿器的工作原理：加湿器水箱中部分水通过进水阀门进入电热槽中受热至沸腾，产生的水蒸气通过蒸汽扩散装置喷入空气中，从而提高空气湿度。某款加湿器有低、中、高三个挡位的发热功率，图是其内部简化电路图，开关S1可分别与触点a、b接触，R1=R2=48.4Ω。请分析和解答以下问题：
（1）当开关S1和S2分别处于什么状态时，加湿器处于低挡位？
（2）若加热前水温为20℃，电热槽内气压为标准大气压，将2升的水加热到沸腾需要吸收的热量是多少？所需的最短加热时间是多少分钟？（不计热量损失）
小峻家中有一个浴足盆，其部分铭牌信息如图甲所示，如图乙为浴足盆的工作电路，R1、R2均为电热丝，当开关S接a、b触点时，浴足盆的挡位不同。求：
型号 MUY-01
额定电压 220V
额定加热功率 880W
额定保温功率 100V
（1）额定加热电流？
（2）开关S接哪个触点，浴足盆处于加热状态？R1和R2的阻值各为多少欧？
（3）在用电高峰期，小峻关闭家中其它用电器，只让浴足盆通电，使其处于加热状态1min电能表（如图表所示）的圆盘转了30转，则浴足盆加热的实际电功率为多少瓦？
图甲所示的电路中，灯泡L的额定功率为3.6W（灯丝电阻不变），开关S闭合，S1断开，变阻器的滑片移动到最左端时，灯泡L正常发光。图乙是变阻器的滑片从最右端移动到最左端过程中，电压表示数随电流表示数变化的图像。求：
（1）电源电压；
（2）变阻器R的最大阻值；滑片在变阻器的最右端时，灯泡L的实际功率；
（3）什么情况下电路消耗的功率最大；此时变阻器1min消耗的电能。
有一款电热水壶，有加热和保温两种工作状态。其工作电路简图如图所示，R1、R2是电热丝，S是温度控制开关，根据水温的变化可以自动切换，接通触点a、b或接通触点c，其铭牌上的部分参数如表所示：
额定电压 220V
加热功率 1110W
保温功率 110W
最大容量 2kg
（1）当温控开关S与触点c接通，此时电热水壶处于______（选填“保温”或“加热”）状态；
（2）求R2的阻值；
（3）求R1的阻值；
（4）电热水壶装满水，水的初温为20℃，加热5min后水温上升30℃，求电热水壶的加热效率。已知[c水=4.2×103J/(kg·℃)]（结果保留到1%）
某型号电饭煲有加热和保温功能，如图甲所示为其内部电路原理图，图乙是该电饭煲在一次工作中电功率与时间的关系图像。
（1）用所学的物理知识分析说明：当开关S接触点2时，电饭煲处于什么功能状态？此时电饭煲的电功率为多少？
（2）分析计算电路中R1、R2的电阻分别是多少？
（3）电饭煲在这一次工作中一共消耗多少焦的电能？合用了多少度电？
14.已知A灯标着“6V3W　”，B灯标着“6V6W　”，滑动变阻器R规格“50Ω2A　”。A灯和B灯中电流随两端电压变化关系的图象如图甲所示。则：
（1）将A、B两灯并联接在6V电源两端，求5min内电路消耗的电能。
（2）将A、B两灯串联接在某电源两端，使A灯恰好正常发光，求此时B灯电阻。
（3）将A灯与滑动变阻器R串联接在12V电源两端，如图乙所示。调节滑动变阻器，当滑动变阻器的功率是A灯功率的2倍时，求滑动变阻器的功率。
参考答案
1.解：（1）低温挡工作时电路中的电流：I===2A；
（2）当只闭合S1时，R1、R2串联，处于低温挡，此时电路的总电阻为：
R===110Ω；
根据串联电路的电阻关系可知，发热电阻R1的阻值：R1=R-R2=110Ω-70Ω=40Ω；
（3）“3000r/（kW h）”表示电路中每消耗1kW h的电能，电能表的转盘转3000转，
电能表转盘转25转消耗的电能：W=kW h=×3.6×106J=3×104J；
电烤箱的实际功率：P===1000W；
根据P=可知，电烤箱的实际电压：U实===200V。
答：（1）低温挡工作时，电路中的电流是2A；
（2）发热电阻R1的阻值是40Ω；
（3）用电高峰时家庭电路的实际电压为200V。
2.解：①由P=UI可得，处于“高温”挡加热时通过座椅垫的电流：
I===1.5A。
②由电路图知，开关S接高温挡位时，电路为R1的简单电路，根据I=可得，
电热丝R1===16Ω。
③座椅垫工作5min产生的热量：
Q=W=P高温t=36W×5×60s=1.08×104J。
答：①通过座椅垫的电流是1.5A；
②热丝R1的阻值是16Ω；
③座椅垫工作5min产生的热量是1.08×104J。
3.解：（1）由P=UI=可得，灯L正常发光时的电阻：
RL===18Ω；
（2）只闭合S1、S3时，L与R并联，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，电阻R在60s内产生的热量：
QR=WR=t=×60s=180J；
（3）由电路图可知，只闭合S2时，R与L串联，电路中的总电阻最大，电路的总功率最小，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，电路的最小功率：
P===1.2W．
答：（1）灯L正常发光时的电阻是18Ω；
（2）只闭合S1、S3时，电阻R在60s内产生的热量是180J；
（3）开关S2闭合、S1和S3断开时，整个电路消耗的电功率最小，最小电功率为1.2W．
4.解：闭合开关，R0和R串联，电流表测量电路中的电流，电压表测量变阻器两端的电压。
（1）当滑动变阻器连入电路的电阻为0时，电路为R0的简单电路，此时电路中电阻最小，电流最大，
由图象知，此时电路中的电流I=0.6A；
（2）当滑动变阻器接入电路电阻最大时，电路中电阻最大，电流最小，
由图象知，此时电路中电流I'=0.1A，变阻器的电功率P=0.5W，
根据P=UI可得，滑动变阻器两端的电压：
UR===5V；
（3）变阻器连入电路的电阻为0时，根据欧姆定律表示电源电压：
U=IR0=0.6A×R0-----①
变阻器接入电路电阻最大时，根据串联电路特点和欧姆定律表示电源电压：
U=UR+I'R0=5V+0.1A×R0-----②
解①②可得：U=6V，R0=10Ω，
滑动变阻器消耗的电功率：
P=I2R=（）2R==，
所以，当R=R0=10Ω时，滑动变阻器消耗的电功率最大，
则滑动变阻器的最大功率：P最大===0.9W。
答：（1）滑动变阻器接入电路电阻为零时，电路中的电流为0.6A；
（2）滑动变阻器接入电路电阻最大时，滑动变阻器两端的电压为5V；
（3）滑动变阻器的滑片从最右端滑向最左端的过程中，滑动变阻器的最大功率为0.9W。
5.（1）当开关接“3”时，电阻R1、R2、R3串联，此时电路的总电阻最大，电热暖手器工作时的电流最小，即I最小====1A；
（2）当开关接“1”时，电热暖手器只R1接入电路，此时电路中的总电阻最小，则电热暖手器消耗的最大电功率：P增大===32W；
（3）当开关接“2”时，电阻R1、R2串联，则R2在1min内产生的热量：Q=I2R2t=（）2R2t=（）2×1Ω×60s≈426.7J。
答：（1）该电热暖手器工作时的最小电流是1A；
（2）该电热暖手器消耗的最大电功率是32W；
（3）当开关调至“2”位置时，R2在1min内最多可以产生大约426.7J的热量。
6.高温
7.解：（1）由于电源电压一定，根据P=可知，电阻越大，功率越小；电阻越小，功率越大；所以当只闭合开关S1时，只有R1接入电路，热水器处于低温挡；当同时闭合开关S1和S2时，R1和R2并联，总电阻最小，热水器处于高温挡；
所以电阻R1的阻值R1===8.8Ω；
（2）沐浴20min用水100kg，则水吸收的热量为：
Q吸=c水m水Δt=4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（40℃-20℃）=8.4×106J；
（3）因为热水器电热丝正常工作且产生的热量全部被水吸收，所以热水器正常工作产生的热量Q=Q吸=8.4×106J，
热水器正常工作消耗的电能W=Q=8.4×106J，
热水器高温挡的功率P===7×103W。
答：（1）电阻R1的阻值是8.8Ω；
（2）沐浴20min，水吸收的热量是8.4×106J；
（3）热水器高温挡的功率是7×103W。
8.解：（1）由表中数据可知，保温功率为88W，
由P=UI可得，在“保温”状态下正常工作时的电流：
I===0.4A；
（2）由电路图知，只闭合S2时两电阻串联，电路中电阻较大，功率较小，为保温状态，
由P=可得，R1的电阻：R1===40Ω，
由P=可得，两电阻串联的总电阻：
R===550Ω；
所以电阻R2的阻值：R2=R-R1=550Ω-40Ω=510Ω；
（3）需要吸收热量Q=c混m米Δt=4×103J/（kg ℃）×1.21kg×（100℃-20℃）=3.872×105J；
（4）由η=可得，消耗电能：
W===1.21×104J；
由P=可得，需要时间：
t===100s；
（5）“3000revs/kW h”表示电路中每消耗1kW h电能，电能表转盘转3000圈，
只让电饭煲在“蒸煮”状态下工作，转盘在1min内转了50转，消耗的电能为：
W==×3.6×106J=6×104J；
电饭煲在“蒸煮”状态下的实际功率为：
P实===1000W，
由表中数据知，蒸煮状态时功率为1210W，
由P=可得，实际电压：
U实===200V。
答：（1）电饭煲在“保温”状态下正常工作时，通过电饭煲的电流为0.4A；
（2）电阻R2的阻值为510Ω；
（3）需要吸收9.68×104J热量；
（4）需要100s时间；
（5）家庭电路的实际电压为200V。
9.解：（1）根据P=可知电路电阻最大时，功率最小，根据电阻串并联的特点可知电路中的总电阻最大时是两电阻串联；
由图可知：当开关S1接b，S2断开时，R1和R2串联，则加湿器处于低挡位；
（2）水的体积V=2L=2dm3=2×10-3m3，
根据ρ=可得水的质量：
m=ρ水V=1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg，
则在标准大气压下将2L、20℃的水烧开，水吸收热量：
Q吸=c水m（t-t0）=4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（100℃-20℃）=6.72×105J；
电热加湿器功率最大时，根据P=可知电路电阻最小，根据电阻串并联的特点可知电路中的总电阻最小时是两电阻并联；
最大功率为：P最大=P1+P2=+=+=2000W，
由于不计热量损失，则W=Q吸=6.72×105J，
由P=得加热时间：
t最短===336s=5.6min。
答：（1）当开关S1接b，S2断开时，加湿器处于低挡位；
（2）若加热前水温为20℃，电热槽内气压为标准大气压，将2升的水加热到沸腾需要吸收的热量是6.72×105J，所需的最短加热时间是5.6min。
10.解：
（1）由表中数据知，浴足盆的额定加热功率是880W，
由P=UI可得，额定加热电流：
I加热===4A；
（2）由电路图知，S接b时只有R2接入电路中，电路中电阻较小，电源电压一定，由P=可知，此时电路的功率较大，为加热状态；S接a时两电阻串联，电路中电阻较大，功率较小，为保温状态。
由欧姆定律可得R2的阻值：R2==55Ω，
保温状态下，由串联电路的特点和P=可得总电阻：R总===484Ω，
则R1=R总-R2=484Ω-55Ω=429Ω；
（3）由图乙可知，电能表上标有3000r/kW h，3000r/kW h表示每消耗1kW h的电能，电能表的表盘就转过3000r，
则表盘转过30转时，浴足盆消耗的电能：W=kW h×30=kW h；
此时浴足盆加热的实际电功率：P实===0.6kW=600W。
答：（1）额定加热电流为4A；
（2）开关S接b触点，浴足盆处于加热状态；R1和R2的阻值分别为429Ω和55Ω；
（3）浴足盆加热的实际电功率为600W。
11.解：（1）开关S闭合，S1断开，变阻器在左端时，变阻器与灯泡串联，因额定电压下灯泡正常发光，电路中的电流最大，最大值为0.6A，所以，由灯泡正常发光可知，电源电压U===6V
（2）
==20Ω
滑片在变阻器的最右端时，灯泡L的实际功率
PL=（U-UR）Imin=（6V-4V）×0.2A=0.4W；
（3）电源电压一定，开关S，S1都闭合，滑片滑到最左端时，电路消耗的功率最大，此时变阻器1min的电能为
==108J。
答：（1）电源电压为6V；
（2）变阻器R的最大阻值为20Ω，滑片在变阻器的最右端时，灯泡L的实际功率为0.4W；
（3）开关S，S1都闭合，滑片滑到最左端时，电路消耗的功率最大，此时变阻器1min的电能为108J。
12.解：（1）当接通触点a、b时，两电阻并联，总电阻为R并，当接通触点c时，电路中只有电阻R2，则R2>R并，根据P=可知道当接通触点c时，功率更小，则为保温状态。
（2）由表格中的数据可知道，P保温=110W，
根据P保温=，有
R2==440Ω；
（3）由表格中的数据可知道P加热=1110W，
则根据P加热=，有
R并=≈43.6Ω，
而，所以，解得R1=48.4Ω.
（4）5min消耗的电能W=P加热t=1110W×5×60s=333000J，
水吸收的热量Q吸=c水m△t=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×30℃=252000J，
则电热水壶的加热效率η=×100%=×100%≈76%。
13.解：
（1）由电路图可知，开关S接触点1时，只有R1连入电路中；开关S接触点2时，两电阻串联；
由串联电路电阻规律可知，开关S接触点2时，电路总电阻较大，由P=可知，电源电压一定时，电路总电阻越大，电路消耗的电功率越小，因此开关S接触点2时，电饭煲处于保温状态，由图乙可知，此处的电功率：P保温=200W；
（2）开关S接触点1时，只有R1连入电路中，则电饭煲处于加热状态，电功率：P加热=800W，
由P=可知，R1的阻值：R1===60.5Ω，
开关S接触点2时，两电阻串联，电路的总电阻：R===242Ω，
因串联电路的总电阻等于各分电阻之和，所以R2的阻值：R2=R-R1=242Ω-60.5Ω=181.5Ω；
（3）根据图乙可知，电饭煲加热时间：t1=12min，
电饭煲的保温时间：t2=21min-12min=9min，
电饭煲加热消耗的电能：W1=P加热t1=800W×12×60s=5.76×105J，
电饭煲保温消耗的电能：W2=P保温t2=200W×9×60s=1.08×105J，
电饭煲在这一次工作中一共消耗的电能：W=W1+W2=5.76×105J+1.08×105J=6.84×105J=0.19kW h=0.19度。
答：（1）开关S接触点2时，电饭煲处于保温状态，保温时的电功率为200W；
（2）R1、R2的电阻分别是60.5Ω和181.5Ω；
（3）电饭煲在这一次工作中一共消耗6.84×105J的电能；合0.19度电。
14.解：（1）将A、B并联接在6V电源两端时，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，两灯泡两端的电压均为额定电压6V，实际功率和额定功率相等，即PA=3W，PB=6W，
电路的总功率：
P总=PA+PB=3W+6W=9W，
由P=可得，5min内电路消耗的电能：
W总=P总t=9W×5×60s=2700J；
（2）将A、B两灯串联接在某电源两端时，
因串联电路中各处的电流相等，且A灯恰好正常发光，
所以，由图象可知，电路中的电流I=IA=0.5A，
由图甲可知，B灯泡两端的电压UB=2V，
由I=可知，此时B灯电阻：
RB===4Ω；
（3）将A灯与滑动变阻器R串联接在12V电源两端时，
因串联电路中各处的电流相等，且滑动变阻器的功率是A灯功率的2倍，
所以，由P=UI可知，U滑=2UA′，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，电源的电压：U=U滑+UA′=2UA′+UA′=3UA′=12V，
解得：UA′=4V，U滑=2UA′=2×4V=8V，
由图象可知，此时电路中的电流I=0.4A，
则滑动变阻器的功率：
P滑=U滑I=8V×0.4A=3.2W。
答：（1）将A、B两灯并联接在6V电源两端，5min内电路消耗的电能为2700J；
（2）将A、B两灯串联接在某电源两端，使A灯恰好正常发光，此时B灯电阻为4Ω；
（3）将A灯与滑动变阻器R串联接在12V电源两端，当滑动变阻器的功率是A灯功率的2倍时，滑动变阻器的功率为3.2W。