内容正文:
专项 5 与电功率相关的综合计算
与电功率相关的综合计算类试题常结合能量转
化效率进行考查,能量转化效率利用公式 η =
W有用
W总
× 100%进行计算,根据能量转化方式的不
同,主要类型如下:
(1)热力发电:η =
W电
Q放
× 100% =
W电
mq × 100% ;
(2)耗电型交通工具:η =
W机械
W电
× 100% =
F牵 s
P电 t
×
100% =
F牵 v
P电
× 100% ;
(3) 电热水器类用电器: η =
Q吸
W电
× 100% =
c水 mΔt
P电 t
× 100% .
类型一 生活电器类
1. (2022 河南,21)九一班开展“节约一度电”
主题活动. 请你和他们一起,完成以下活动
内容.
(1)某型号洗衣机的洗涤功率为 250 W,完成
一次洗涤的时间为 30 min,则一度电可供该
洗衣机完成几次洗涤?
(2)若自来水的温度为 15 ℃,某电热水器的
电加热效率为 84% ,则一度电可使该电热水
器将 多 少 千 克 的 自 来 水 加 热 至 45 ℃ ?
[ c水 = 4. 2 × 10 3 J / ( kg·℃ )]
(3)请写出一条节约用电的建议,并用所学
的物理知识加以解释.
2. (2020 河南,21)在家电博览会上,小亮家买
了一款标有“220 V 3 000 W”的电热水器.
(1)电热水器中的电热管工作时利用的是电
流的 热 效应. 智能化遥控器通过红外线
对热水器进行温度设置,红外线是 不可见
(填“可见”或“不可见”)光.
(2)大功率家用电器需要使用专用插座,插
座的常用规格有“10 A”和“16 A”两种,通过计
算说明该电热水器应选用哪种规格的插座.
54
(3)已知该电热水器的加热效率为 90%,求它
正常工作时把 30 L 水从 20 ℃加热到47 ℃需
要的 时 间. [ ρ水 = 1. 0 × 103 kg / m3, c水 =
4. 2 × 103 J / (kg·℃)]
3. (2023 广东模拟)如图甲为某电饭锅的简化
电路原理图,R1 和 R2 为加热电阻,且阻值保
持不变,R1 = 44 Ω,S 为靠近加热盘的感温开
关,1、2 是开关连接的触点,S 自动切换到保
温状态. 某次煮饭时,仅将电饭锅接入 220 V
的电路,S 自动切换到保温状态,保温时图乙所
示电能表的转盘在1 min 内转过5 转.求:
甲
乙
(1)加热状态时,电饭锅 10 min 消耗的电能;
(2)R2 的阻值;
(3)用电高峰时,实际电压只有额定电压的
90% ,电饭锅加热状态的实际功率.
类型二 交通工具类
4. 今年初李强购置了一辆符合新国标的电动
车,其整车质量为50 kg,最高速度为25 km / h.
g 取 10 N / kg. 试问:
(1)对蓄电池充电时,电能转化为 化学
能;行驶时,电动机提供动力,其工作原理是
通电线圈在磁场中受力转动 .
(2)当蓄电池的电全部耗完后,若充电功率
为 100 W,充满电需要 5 h,不计能量损失,则
充满电后蓄电池储存的电能为多少?
(3)蓄电池充满电后,其储存电能的 75% 用
于车克服阻力做功,当质量为 70 kg 的李强
在水平路面上骑着车,以最高速度匀速行驶
时,所受阻力为总重的 140,则电动车最多能行
驶多少小时?
64
(4)新国标对电动车的整车质量、最高速度
都进行了限制,这样做主要是为了防止车的
动能 较大,以减小行车危险.
5. 某款新型电动汽车的性能参数如下表所示,
请回答下列问题.
工作电压 400 V
电动机功率 40 kW
百公里耗电量 15 kW·h
(1)电动机是电动汽车的核心部件,电动机
正常工作时,电能转化为 机械 能,电动机
的工作原理是 通电线圈在磁场中受力的作
用而转动 .
(2)电动机正常工作时,通过线圈的电流是
多大?
(3)同类型号的燃油汽车在同等条件下百公
里消耗汽油为 10 L,请通过计算比较两种汽
车的百公里能耗,并说明能耗不同的主要原
因. 汽油的密度 ρ = 0. 7 × 103 kg / m3,热值 q =
4. 6 × 107 J / kg.
(4)汽车在某段公路上匀速行驶时,进入某
超声测速区域,如图所示. 当该车运动到距测
速仪 370 m 时,测速仪向该车发出一超声信
号,2 s 后收到从车返回的信号. 超声波在空
气中传播的速度为 340 m / s,求该车的速度.
类型三 实际应用类——敏感电阻
6. (2021 河南,21)小聪利用光敏电阻为社区设
计了一种自动草坪灯,其工作原理如图所示.
工作电路中有两盏规格均为“220 V 44 W”
的灯泡 L,天暗时灯自动发光,天亮时灯自动
熄灭. 控制电路中电源电压 U 恒为6 V,定值
电阻 R0 为 200 Ω. 在一定范围内,光敏电阻 R
的阻值与光照强度 E(光照强度 E 的单位为
lx,光越强光照强度越大)之间存在一定关
系,部分数据如下表所示. 电磁铁的线圈电阻
忽略不计,当天色渐暗,通过线圈的电流为
0. 02 A 时,恰好启动工作电路的照明系统.
试问:
光照强度 E / lx 1. 0 2. 0 3. 0 4. 0 5. 0
光敏电阻 R / Ω 120 60 40 30 24
74
(1)随着光照强度减小,光敏电阻 R 的阻值
增大 (填“增大”或“减小”),电磁铁的
磁性 减弱 (填“增强”或“减弱”),当光
照强度减小到一定值时,衔铁会被 释放
(填“吸下”或“释放”),照明系统启动.
(2)两盏灯均正常发光时,工作电路中的总
电流是多少?
(3)照明系统恰好启动时,光敏电阻 R 的阻
值为多少? 此时光照强度为多少?
7. (2023 许昌模拟)空气污染指数(API)是一
种反映和评价空气质量的方法,便于直观表
征空气质量和空气污染的程度. 某兴趣小组
为了检测空气污染指数,设计了如图甲所示
的检测电路. R 为气敏电阻,其空气污染指数
与电阻的倒数的关系如图乙所示,已知电源
电压为 6 V 且保持不变,R0 = 5 Ω.
甲
乙
(1)当电压表示数为 2 V 时,求通过 R0 的
电流.
(2)求此时空气污染指数.
(3)若某时刻空气污染指数为 100,R 消耗的
电功率为多少?
84
2.(1)电能 (2)20 3000 (3)1020.3 差
3.(1)W 焦耳 J (2)功 电能 (3)电压
进阶避“坑”练、进阶巩固练:
1.电功率 电功(电能) 1 8
2.220 20 123.4 4400
考点二 进阶过基础:
1.P 瓦特 瓦 W 做功快慢 2.103 106 3.P=Wt
4.(1)正常工作 额定电压 实际电压 (2)< = >
进阶避“坑”练、进阶巩固练:
1.该节能灯的额定功率是24W 0.11
2.15 9 3.1.2 0.6
考点三 进阶过基础:
1.内 2.平方 电阻 正 3.I2Rt
进阶巩固练:
1.通过电炉丝和导线的电流相同,由于电炉丝的电阻远远大于导线的电阻,根
据焦耳定律Q=I2Rt可知,在通电时间相同的情况下,电流通过电炉丝产生
的热量远远大于电流通过导线产生的热量
2.C 3.162 R1 R1 729
()*+,-.
1.6 3 2.D 3.A 4.2100 1.2 粗
5.6 4∶1
6.保温 55 否
【解析】开关S闭合、S1断开时,电路中只有 R1,电路中电阻较大;开关 S、S1
均闭合时,R1、R2并联,电路中电阻较小;由P=
U2
R可知,当电源电压一定时,
电路中电阻越大,电功率越小,处于保温挡;电路中电阻越小,电功率越大,处
于加热挡;所以开关S闭合、S1断开时,处于保温挡;开关 S、S1均闭合时,处
于加热挡.由题意知R1=20R2=20×44Ω=880Ω,电热水壶的正常保温功
率P保湿 =
U2
R1
=(220V)
2
880Ω
=55W.开关S、S1均闭合时,处于加热挡,R1、R2的
电功率分别为P1=P保湿 =55W,P2=
U2
R2
=(220V)
2
44Ω
=1100W,电热水壶的
正常加热功率P加热 =P1+P2=55W+1100W=1155W.1200r/(kW·h)
表示电路中用电器每消耗1kW·h的电能,电能表的转盘转1200转,转盘
转20r时,电热水壶消耗的电能W= 201200kW·h=
1
60kW·h,电热水壶的实
际功率P实际 =
W
t=
1
60kW·h
1
60h
=1kW=1000W,所以 P加热 >P实际,电热水壶
不是正常工作,即填否.
7.C 【解析】A.如图,当开关 S1闭合,S2断开时,两电阻串联;两开关都闭合
时,只有R1工作,只能有两个不同挡位,故 A不符合题意;B.如图,当开关 S
接1时,两电阻串联;当开关接2时,只有R2工作,只能有两个不同挡位,故B
不符合题意;C.如图,当S1闭合,开关 S接1时,两电阻并联;当 S1闭合,开
关S接2时,只有R1工作;当S1断开,开关S接2时,两电阻串联,可以实现
三个不同挡位调节,故C符合题意;D.如图,当 S1闭合、S2断开时,R1工作;
当两开关都闭合时,两电阻并联,只能有两个不同挡位,故 D不符合题意.故
选C.
8.AC
9.(1) (2)左 (3)2.5 (4)2.2 0.528 小灯泡的亮
度 (5)越大 (6)5
【解析】(1)本实验是为了测量小灯泡的电功率,所以滑动变阻器使用“一上
一下”的接线柱串联接入电路,电压表并联在小灯泡两端,因为小灯泡的额定电
压为2.5V,所以电压表的量程选择0~3V,如答案图所示.
(2)闭合开关前,为了保护电路,滑片应位于滑动变阻器的阻值最大处,根据
电路图可知,下接线柱接在了右端,所以滑动变阻器的滑片应置于左端.
(3)闭合开关,移动滑片,当电压表的示数为小灯泡的额定电压,即2.5V时,
小灯泡正常发光,读出电流表示数,根据电功率公式P=UI可测得额定功率.
(4)如题图所示,因为电压表的量程选择的是0~3V,所以根据指针所在的
位置可得,电压表的示数为2.2V,电流表的示数为0.24A,可测得小灯泡的
实际功率为P实 =U实 I实 =2.2V×0.24A=0.528W.因为研究的是小灯泡发
光情况与电功率的关系,所以还需要增加记录的内容是:小灯泡的亮度.
(5)由表格可知,小灯泡两端电压越大,通过小灯泡的电流越大,由公式 P=
UI可知,小灯泡的实际功率越大.
(6)当小灯泡正常发光时U灯 =U额 =2.5V,因为使用的还是原来的小灯泡,
所以根据表格可知,小灯泡正常发光时,通过小灯泡的电流为0.26A,又因为
使用的还是原来的电源,所以此时R0两端的最大电压为U0=U-U灯 =4.5V-
2.5V=2V,根据欧姆定律I=UR可得 R0的最大阻值为 R0=
U0
I=
2V
0.26A≈
7.7Ω,故R0应选5Ω的.
10.(1)
(2)电流表未调零
(3)小灯泡断路 (4)左 2.5 0.75
(5)
I2额 I2R′
I1-I2
【解析】(5)小王同学设计了如图丁所示的电路,测出了额定电流为I额 的另
一只小灯泡的额定功率,电源电压不变,滑动变阻器R1的最大阻值为R′,实
验方案如下:①按电路图连接电路;②只闭合开关 S1,移动 R1的滑片,使电
流表的示数为I额,小灯泡正常发光;③只闭合开关 S2,保持 R1的滑片位置
不动,移动R2的滑片,并使电流表的示数为I额,记下接入的阻值为R0;此时
RL=R2接入 =R0;④保持R2的滑片位置不动,将R1的滑片移到最左端,电流表
的示数为I1,再将R1的滑片移到最右端,电流表的示数为I2;此时U=I1R0=
I2(R0+R′),则有RL=R0=
I2R′
I1-I2
;⑤小灯泡额定功率的表达式为P额 =U额 I额 =
I额
2RL=I额
2 I2R′
I1-I2
=
I2额 I2R′
I1-I2
.
实验探究 实验一
一题过实验:
典例1
(1) (2)小灯泡断路 (3)向右移动滑动变阻器的滑片P
(4)0.625 增大 (5)增大 (6)错误 不同电压下小灯泡的电功率不同,
求平均值无意义 (7)B (8)偏大 (9)偏大 灯丝的电阻随温度的升高而增
大,电压为3V时灯丝的电阻小于正常发光时的电阻 (10)滑动变阻器 2.2
实验探究 实验二
一题过实验:
典例2 (1)U形管两侧液面的高度差 ① (2)电阻 (3)不是 电流 1∶2
4∶1 (4)电阻R3断路 (5)煤油 煤油的比热容比水的小,温度变化更明显
./
4
# 6789:$;<
./!01
类型一
典例1 (1)①2.5V ③2.5V×(U-2.5V)R0
(2)①2.5V ②使电压表示数为2.5V ③(2.5V)
2
R
类型二
典例2 (1)① A2
2.5V
R0
③2.5V×(I-2.5VR0
)
(2)②断开开关S2,闭合开关S、S1 ③I额(I-I额)R0
23451
1.(1) (2)向右调节滑动变阻器的滑片,观察小灯泡是否
发光 (3)右 1.25 (4)2.5VR0
2.5V×(I2-I1)
2.(1) (2)L1断路 (3)电流/A (4)小灯泡的亮度与灯
的实际功率有关,实际功率越大,小灯泡越亮 (5)电压
(6)①3.8 ②1 ③3.8V×U-3.8VR0
3.(1) (2)小灯泡断路 (3)1
(4)不合理,不同电压下小灯泡的实际功率不同,求平均值无意义 (5)①2.5
②S、S1 ③2.5V×
3.5V×U
(6V-U)×10Ω
4.(1)调零 (2) (3)R1 (4)A (5)电压为1V,电流为
0.1A时小灯泡的实际功率 (6)大 (7)> (8)B
./
5
# =$;<>?@ABCD
1.解:(1)根据题意知道,完成一次洗涤消耗的电能
W1=Pt=0.25kW×0.5h=0.125kW·h
故一度电可供该洗衣机完成洗涤的次数
n=WW1
= 1kW·h0.125kW·h=8(次)
(2)由Q=cmΔt知道,该电热水器一度电可将自来水加热至45℃
的质量为
—3—
m=84%WcΔt
= 84%×3.6×10
6J
4.2×103J/(kg·℃)×(45-15)℃
=24kg
(3)节约用电可从以下方面着手,在满足生产、生活所必需的用电条件下,减
少电能的消耗,提高用户的电能利用率和减少供电网络的电能损耗,建议如
下:随手关灯、人走灯灭、避免“长明灯”;及时关闭待机的用电器;灯具选用
要合理,尽量少用或不用阻碍光源光线的磨砂玻璃、半透明灯罩等;夏天空调
温度不要设置得太低等.(只要建议合理,解释对应即可得分)
2.(1)热 不可见
解:(2)电热水器上标有“220V 3000W”,由P=UI可得,该电热水器正常
工作时的电流为I=PU=
3000W
220V≈13.6A>10A
所以应选用“16A”规格的插座.
(3)30L水的质量m水 =ρ水 V=1.0×10
3kg/m3×30×10-3m3=30kg
水吸收的热量 Q吸 =c水m水Δt=4.2×10
3J/(kg·℃)×30kg×(47℃ -
20℃)=3.402×106J
由η=
Q吸
W ×100%可知,该电热水器消耗的电能
W=
Q吸
η
=3.402×10
6J
90% =3.78×10
6J
由P=Wt可知,加热需要的时间
t=WP=
3.78×106J
3000W =1260s
3.解:(1)由图甲可知,当开关S与触点1连接时,电路中只有 R1工作;当开关
S与触点2连接时R1、R2串联,电路中电阻较大,由P=
U2
R可知,当开关 S与
触点1连接时,电饭锅处于加热状态,电路电功率较大.加热状态下,加热
10min电饭锅消耗的电能
W加热 =
U2
R1
t=(220V)
2
44Ω
×10×60s=6.6×105J
(2)当开关S与触点2连接时,R1、R2串联,电路电功率较小,电饭锅处于保
温状态.转盘在1min内转过5转,则1min消耗的电能为
W保 =
5
3000kW·h=
5
3000×3.6×10
6J=6×103J
则保温功率为
P保 =
W保
t=
6×103J
60s =100W
R1、R2串联时的总电阻为
R总 =
U2
P保
=(220V)
2
100W =484Ω
R2的阻值为
R2=R总 -R1=484Ω-44Ω=440Ω
(3)用电高峰时,实际电压
U实 =220V×90%=198V
电饭锅加热状态的实际功率
P实 =
(U实)
2
R1
=(198V)
2
44Ω
=891W
4.(1)化学 通电线圈在磁场中受力转动
解:(2)充满电后蓄电池储存的电能
W电 =Pt=100W×5×3600s=1.8×10
6J
(3)由题意知,克服阻力做的功W=ηW电 =75%×1.8×10
6J=1.35×106J
人和车的总重力G总 =(m车 +m人)g=(50kg+70kg)×10N/kg=1200N
电动车在水平路面行驶时受到的阻力
f=140G总 =
1
40×1200N=30N
由 W=fs得,电动车行驶的路程s=Wf=
1.35×106J
30N =4.5×10
4m=45km
由v=st得,电动车最多能行驶的时间
t′=sv=
45km
25km/h=1.8h
(4)动能
5.(1)机械 通电线圈在磁场中受力的作用而转动
解:(2)由 P=UI可知,电动机正常工作时,通过线圈的电流 I=
P额
U额
=
4×104W
400V =100A
(3)电动汽车百公里能耗
W=15kW·h=15×3.6×106J=5.4×107J
燃油汽车百公里消耗汽油的质量
m=ρV=0.7×103kg/m3×10×10-3m3=7kg
燃油汽车百公里能耗
Q=mq=7kg×4.6×107J/kg=3.22×108J
因W<Q,故电动汽车百公里能耗小于燃油汽车百公里能耗.主要原因是电
动汽车的转化效率高于燃油汽车的转化效率.
(4)设汽车的速度为v,超声测速仪发出的信号经t=2s2=1s后与汽车相遇,在
这段时间内,汽车的路程与超声波的路程关系式为:v×1s+340m/s×1s=370m
解得该车的速度v=30m/s
6.(1)增大 减弱 释放
解:(2)通过每一盏灯的电流
I=PU=
44W
220V=0.2A
工作电路的总电流I总 =2I=0.4A
(3)照明系统恰好启动时,控制电路电流为 I′=0.02A,由 I=UR得,控制电
路中的总电阻
R总 =
U总
I′=
6V
0.02A=300Ω
故光敏电阻阻值
R=R总 -R0=300Ω-200Ω=100Ω
由表中数据可得R与E的乘积是定值,
E×R=120lx·Ω
当R=100Ω时,光照强度为1.2lx.
7.解:(1)由电路图可知,R0与R串联,电压表测R0两端的电压,当电压表示数
U0=2V时,通过电阻R0的电流
I0=
U0
R0
=2V5Ω
=0.4A
(2)串联电路中,各处的电流相等,电路电流
I=I0=0.4A
气敏电阻的阻值为
R=
U-U0
I =
6V-2V
0.4A =10Ω
气敏电阻的倒数
1
R=
1
10Ω
=0.1Ω-1
由图乙可知,此时空气质量指数为25.
(3)当空气污染指数为100时,1R′=0.4Ω
-1
则R′=2.5Ω
根据串联电路的总电阻等于各分电阻之和可知
R总 =R′+R0=2.5Ω+5Ω=7.5Ω
此时电路中的电流
I′=UR总
=6V7.5Ω
=0.8A
气敏电阻R消耗的功率为
PR=I′
2R′=(0.8A)2×2.5Ω=1.6W
!
4
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考点一 进阶过基础:
1.(1)火线 零线 大地 (2)地线 (3)a.大 低 b.熔断
(4)火线 零线 地线 金属外壳 (5)总开关
(6)电流过大
2.火 串联 火线 并
3.(1)笔尾 (2)火线 零线 a.笔尖
进阶巩固练:
1.零 断开开关后,灯泡不带电,检修时安全 2.B
3.CD间断路
考点二 进阶过基础:
1.36 2.切断电源或者用干木棍等绝缘体将电线挑开 切断电源
3.(1)低压带电体 (2)高压带电体
进阶巩固练:
1.C
考点三 进阶过基础:
1.(1)总功率过大 (2)短路 2.直接或间接
进阶避“坑”练、进阶巩固练:
1.(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)×
2.
3.并联 用电器总功率过大
()*+,-.
1.C
2.
【解析】本题考查家庭电路的组成与连接.三孔插座的接法:上孔接地线、左孔
接零线、右孔接火线,为了用电的安全,开关接在右孔与火线之间.
3.
—4—