沪科版物理九年级全一册同步专题训练(十一)　电学综合计算（Word 含答案）

专题训练(十一)　电学综合计算
类型一　多挡位用电器的电学计算
1.某型号电饭锅具有保温与加热两种功能,其简化电路如图所示,R1、R2均为电热丝。下列说法正确的是 (　　)
A.S1、S2闭合时,电饭锅处于加热状态
B.S1、S2闭合时,电饭锅处于保温状态
C.S1闭合、S2断开时,电饭锅处于加热状态
D.S1断开、S2闭合时,电饭锅处于保温状态
2.如图甲所示是充电式暖宝宝,其简化电路图如图图乙所示,R1和R2均为发热电阻,该充电式暖宝宝可以通过S1、S2、S3,三个开关的断开与闭合实现三个挡位(高温、中温、低温)的变化,只闭合S2时,该挡对应功率为22 W;只闭合S1时,该挡对应功率为44 W,则以下说法正确的是 (　　)
A.只闭合S1时为高温挡
B.R1和R2阻值之比为1∶2
C.低温挡和高温挡的功率之比为1∶4
D.中温挡发热100 s产生的热量为2200 J
3.如图甲所示是一种饮水机的电路原理图,R1和R2均为电热丝,饮水机工作时功率随时间变化的关系图像如图图乙所示。饮水机工作时,电阻R1的阻值为　　　　Ω,电阻R2的阻值为　　　　Ω,则30 min内电路消耗的总电能为　　　　J。
4.澎澎家新买了一个电养生壶,它有高、中、低三个加热挡位,其内部简化电路如图所示,R1、R2都是加热电阻,且R1>R2,养生壶的部分参数如图下表所示。求:[c水=4.2×103 J/(kg·℃),ρ水=1.0×103 kg/m3]
　
容量 1 L
额定电压 220 V
高温挡功率 1000 W
中温挡功率
低温挡功率 200 W
(1)中温挡功率和电阻R2的阻值是多少。
(2)在1个标准大气压下,将1 L水从20 ℃加热至沸腾,水吸收的热量是多少。
(3)将1 L水从20 ℃加热至沸腾最少用时420 s,此过程中电养生壶的加热效率是多少。
类型二　与比例有关的电学计算
5.甲、乙两只白炽灯的铭牌如图所示,不考虑灯丝电阻随温度的变化,若将两灯串联接入电压为220 V的电路中,则甲、乙两灯的功率之比是　　　　;若将两灯并联接入电压为220 V的电路,则甲、乙两灯的功率之比是　　　　。
6.小灯泡L上标有“2.5 V”字样,它的电阻随它两端电压变化的图像如图甲所示。将小灯泡L和电阻R0接入图乙所示的电路中,电源电压为4 V且保持不变。闭合开关S,小灯泡L恰好正常发光,小灯泡的额定功率为　　　　W,此时小灯泡L和电阻R0消耗的电功率之比为　　　　。
7.[2019·苏州] 额定电压均为6 V的甲、乙两灯,其I-U图线如图所示。下列说法中正确的是 (　　)
A.甲、乙两灯的电阻均随电压的增大而减小
B.甲、乙两灯的额定功率之比为4∶1
C.甲、乙两灯并联接在电压为2 V的电源两端时,电阻之比为3∶2
D.甲、乙两灯串联接在电压为8 V的电源两端时,实际功率之比为1∶3
8.如图所示的电路中,电源电压保持不变。当开关S闭合、S1断开,甲、乙两表为电流表时,R1和R2消耗的功率之比P1∶P2=2∶3;当开关S和S1都闭合,甲、乙两表为电压表时,两电压表示数之比U甲∶U乙和R1、R2消耗的功率之比P1'∶P2'分别为 (　　)
A.2∶3　4∶9 B.5∶2　3∶2
C.5∶2　2∶3 D.2∶3　9∶4
9.在如图所示的电路中,电源电压恒为4 V,灯泡上标有“4 V　2 W”字样(灯丝电阻不变)。当开关S1、S2都闭合,且滑动变阻器R2的滑片P在中点时,电流表的示数为0.9 A,此时灯泡的功率为P1;当开关S1、S2都断开时,灯泡实际消耗的功率为P2,且P2∶P1=1∶4。求:
(1)灯泡的额定电流。
(2)滑动变阻器R2的最大阻值。
(3)定值电阻R1的阻值。
类型三　与图像有关的电学计算
10.[2019·巴中] 如图甲所示的电路中,电源电压为8 V恒定不变,R0为定值电阻,R为滑动变阻器,闭合开关S后,在滑片P滑动过程中,电压表与电流表示数的变化关系如图图乙所示,根据图像信息可知,下列判断错误的是 (　　)
A.R0的阻值是5 Ω
B.电路的最大总功率为12.8 W
C.R0的最小功率是1.6 W
D.滑动变阻器的最大阻值是35 Ω
答案
1.A　 由P=可知,电源电压一定时,电阻越大,电功率越小;电阻越小,电功率越大。S1、S2闭合时,R1短路,电路中只有R2,电阻较小,电功率较大,为加热状态。S1闭合、S2断开时,两电阻串联,总电阻较大,电功率较小,为保温状态。S1断开、S2闭合时,电路为开路。
2.C　 只闭合开关S2时R1与R2串联,只闭合S1时电路为R1的简单电路,当同时闭合S1、S3时R1与R2并联,因并联电路的总电阻小于任何一个分电阻、串联电路中总电阻大于任何一个分电阻,由P=可知,同时闭合S1、S3时,电路的总电阻最小,总功率最大为高温挡;只闭合开关S2时,电路的总电阻最大,总功率最小为低温挡;只闭合S1时为中温挡,故A错误。只闭合S1时,电路为R1的简单电路,该挡对应功率为44 W,由P=可得,R1===1100 Ω,只闭合S2时,R1与R2串联,该挡对应功率为22 W,此时电路中的总电阻:R===2200 Ω,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,R2=R-R1=2200 Ω-1100 Ω=1100 Ω,则R1∶R2=1100 Ω∶1100 Ω=1∶1,故B错误。当同时闭合S1、S3时,R1与R2并联,此时为高温挡,因并联电路中总电阻等于各分电阻倒数之和,所以,电路的总电阻:R'===550 Ω,则高温挡的功率:P高===88 W,低温挡和高温挡的功率之比:P低:P高=22 W∶88 W=1∶4,故C正确。中温挡发热100 s产生的热量:Q=W=P中t=44 W×100 s=4400 J,故D错误。
3.220　110　6.6×105
由电路图可知,开关S1、S2均闭合时,R1与R2并联,电路的总电阻最小,由P=UI=可知,电路中的总功率最大,为高温状态;同理可知,开关S1闭合、S2断开时,电路为R1的简单电路,电路的总电阻最大,功率最小,为低温状态,功率为220 W,所以R1===220 Ω。因为电路中的总功率等于各用电器功率之和,所以,电阻R2的功率:P2=P高-P低=660 W-220 W=440 W;因为并联电路中各支路两端的电压相等,所以,电阻R2的阻值:R2===110 Ω。由图乙可知,30 min内电路消耗的总电能:W=P高t高+P低t低=660 W×600 s+220 W×1200 s=6.6×105 J。
4.(1)当S1、S2均闭合时,R1与R2并联,电路的总电阻最小,由P=UI=可知,电路的总功率最大,电养生壶处于高温挡;当只闭合S1时,电路为R1的简单电路,由R1>R2可知,此时电路的总电阻最大,电路的总功率最小,电养生壶处于低温挡;则当只闭合S2时,电路为R2的简单电路,电养生壶处于中温挡。
由表格数据可知,P高=1000 W,P低=200 W,
则中温挡功率:
P中=P高-P低=1000 W-200 W=800 W,
由P=UI=可得,电阻R2的阻值:
R2===60.5 Ω。
(2)电养生壶内水的体积:V=1 L=1×10-3 m3,
由ρ=可得,水的质量:
m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×1×10-3 m3=1 kg,
在1个标准大气压下水的沸点为100 ℃,则水吸收的热量:
Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.36×105 J。
(3)由P=可得,电养生壶高温加热时消耗的电能:
W=P高t时=1000 W×420 s=4.2×105 J,
此过程中电养生壶的加热效率:
η=×100%=×100%=80%。
5.4∶1　1∶4　 R甲===1936 Ω,R乙===484 Ω,两灯串联接入电压为220 V的电路中时,两灯均达不到额定电压,但电流相同,则==。并联时均在220 V额定电压下以额定功率工作,==。
6.0.625　5∶3　 由图像知,灯泡正常发光时,即灯泡两端电压为2.5 V时灯丝电阻为RL=10 Ω。
灯泡正常发光时的功率:PL===0.625 W;
灯泡正常发光时,电路电流为I===0.25 A,
因为串联电路总电压等于各用电器两端电压之和,故电阻R0两端的电压:
U0=U-UL=4 V-2.5 V=1.5 V;
电阻R0消耗的电功率:
P0=U0I=1.5 V×0.25 A=0.375 W;
小灯泡L和电阻R0消耗的电功率之比为==。
7.D　 由甲、乙曲线图可知,灯泡的电阻随电压的增大而增大,故A错误;由于甲、乙两灯的额定电压均为6 V,由图像可知I甲额=0.6 A,I乙额=0.3 A,则===,故B错误;甲、乙两灯并联在2 V的电源两端时,由图像可知:I甲=0.3 A,I乙=0.2 A,根据I=可得电阻之比:===,故C错误;甲、乙两灯串联在8 V的电源两端时,通过它们的电流相等,且电源的电压等于两灯泡两端的电压之和,由图像可知,当电路中的电流为0.3 A时,甲灯的实际电压为2 V,乙灯的实际电压为6 V时满足电源电压为8 V,所以其实际功率之比:P甲∶P乙=U甲I∶U乙I=2 V∶6 V=1∶3,故D正确。
8.B　 由图知,当开关S闭合、S1断开,甲、乙两表为电流表时,两电阻并联,由并联电路的电压特点和P=得,===。由图知,当开关S和S1都闭合,甲、乙两表为电压表时,两电阻串联,甲电压表测总电压,乙电压表测R2两端电压,由串联电路的特点和U=IR可得,两电压表示数之比:===;由P=I2R可得R1、R2消耗的功率之比:===。
9.(1)由P=UI可得,灯泡的额定电流:IL===0.5 A。
(2)当开关S1、S2都闭合,且滑动变阻器R2的滑片P在中点时,R2与L并联,R1短路,电流表测干路电流,
因并联电路中各支路两端的电压相等,则U=UL=4 V,
所以,灯泡正常发光,此时通过灯泡的电流IL=0.5 A,
灯泡的功率:P1=PL=2 W,
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
所以,通过滑动变阻器的电流:
I2=I-IL=0.9 A-0.5 A=0.4 A,
由I=可得,滑动变阻器接入电路中的电阻:R中=R2===10 Ω,则R2=20 Ω。
(3)灯泡的电阻:RL===8 Ω。
当开关S1、S2都断开时,R2断路,R1与L串联,
由P2∶P1=1∶4可得,此时灯泡的实际功率:
P2=P1=×2 W=0.5 W,
因串联电路中各处的电流相等,
所以,由P=I2R可得,电路中的电流:
I'===0.25 A,电路的总电阻:
R总===16 Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,定值电阻R1的阻值:
R1=R总-RL=16 Ω-8 Ω=8 Ω。
10.C　 由电路图可知,R0与R串联,电压表测变阻器R两端的电压,电流表测电路中的电流。当滑动变阻器接入电路的电阻为0时,电路为R0的简单电路,电路中的电流最大,此时电路的总功率最大,由图乙可知,电路中的最大电流I大=1.6 A,由欧姆定律公式I=可得,R0的阻值:R0===5 Ω,故A正确;电路的最大总功率:P大=UI大=8 V×1.6 A=12.8 W,故B正确;当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,电压表的示数最大,电流表的示数最小,R0的功率最小,由图乙可知,电路中的最小电流I小=0.2 A,变阻器R两端的电压UR=7 V,则R0的最小功率:P0小=R0=(0.2 A)2×5 Ω=0.2 W,故C错误;滑动变阻器的最大阻值:R大===35 Ω,故D正确。