2024年中考物理专题训练——电功和电功率的综合计算（解析版）

这是一份2024年中考物理专题训练——电功和电功率的综合计算（解析版），共21页。试卷主要包含了小明设计了一个内有水箱的孵化箱等内容，欢迎下载使用。
（1）通过R1的电流I1；
（2）电路消耗的总功率为多少。
2．一只电烙铁的额定电压是220V，在额定电压下工作时的电阻是1210Ω。求：
（1）电烙铁的额定功率；
（2）在额定电压下通电500s产生的热量。
3．如图甲所示为一种有保温功能的电饭锅，其内部电路如图乙所示，如表为其相关参数，试求：
（1）加热时电路中的电流大小；
（2）R2的阻值。
4．小涵新买的电饭锅如图甲所示，其简化电路如图乙所示。R1和R2均为电热丝，开关S2是自动控制开关，开关S2向上与触点a、b接通，向下仅与触点c接通。煮饭过程中，通过开关S2不断改变电路接通方式，从而使饭得到最佳的口感和营养；如图丙所示为这个电饭锅在某次正常煮饭全过程中总电流随时间的变化图像。求：
（1）电热丝R2的阻值：
（2）在傍晚用电高峰期，家中只接该电饭锅，闭合开关S使其开始工作11min（由于热量原因，该过程中S2始终与触点a、b接通），电能表（表盘如图丁所示）的圆盘转了300转，则此过程中电饭锅工作的电流做功为多少？
（3）在第（2）情况下，实际电压为多少？
5．小明家买了一台电烤箱，其内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝。电烤箱说明书中的铭牌如下表所示，根据表格中的参数，回答下列问题：
（1）电路中R1的阻值；
（2）电烤箱在高温挡正常工作5min所消耗的电能；
（3）电烤箱在低温挡正常工作时，R2的功率。
6．如图甲所示是一家用电暖器，有“高温”、“低温”两档，铭牌见下表（高温档功率未标出），图乙为其简化的电路原理图，开关S断开时，电暖器处于低温档。已知R2=44Ω，请完成下列问题：
（1）R1的电阻是多少？
（2）“高温”档时的功率是多大？
（3）若某房间内空气质量为60kg，空气温度为10℃，设空气的比热容为且保持不变，用该电器的“高温”档正常工作10min，放出的热量全部被房间内的空气吸收，那么可使此房间的空气温度升高多少℃？
7．某校为改善学生生活条件，给学生宿舍安装了100台某品牌速热式电热水器，该电热水器铭牌标明：加热功率4400W，保温功率100W，水箱容积25L；内部结构如图甲所示，R1、R2是水箱中加热盘内的电热丝。水箱放满水后闭合开关S1开始加热，当水温升高到40℃时，温控开关S2自动切换到保温状态。同学们为弄清楚该电热水器性能，做了以下探究，请你帮助完成：
（1）R2的阻值多大？
（2）如果每台每天平均保温20h，这100台电热水器在额定电压下每天因保温要浪费多少kW·h的电能？
（3）善于观察的张林发现，当他们寝室只有热水器工作时，将一箱冷水加热1min，热水器显示屏显示水温由20℃上升到22℃，同时本寝室的电能表（如图乙）指示灯闪烁了80次，则该电热水器的效率多大？（ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/(kg·℃) 不考虑电阻随温度变化）
8．如图所示，电源电压不变，定值电阻R0=20Ω，电流表量程为0~3A，小灯泡L标有“8V，4W”字样（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。当开关S闭合，S1、S2断开，滑动变阻器的滑片P从b端滑动到某一位置时，滑动变阻器接入电路中的阻值减小了16Ω，电流表示数变化了0.2A，此时小灯泡恰好正常发光。求：
（1）小灯泡正常工作1min消耗的电能；
（2）电源电压和滑动变阻器的最大阻值；
（3）当开关S、S1、S2都闭合时，调节滑片P，在保证电路安全的前提下，滑动变阻器R的最大功率。
9．一款电热水壶工作时有两挡，分别是加热挡和保温挡。其工作原理如图所示（虚线框内为电热水壶的发热部位）。已知R1=44Ω，R2=2156Ω，外界气压为一个标准大气压，g=10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/（kg·C），求：
（1）当电热水壶处于加热挡时，它的功率是多大？
（2）保温状态下电路中的电流是多大？
（3）若将体积为1L，初温为20C的水烧开需要7min，求电水壶的加热效率η。（结果保留一位小数）
10．小明设计了一个内有水箱的孵化箱。利用图甲所示电路，对水箱内的水加热。电路中R是阻值恒为40Ω的发热电阻，R0是阻值恒为160Ω的调控电阻；S为温控开关，当温度等于或低于37℃时闭合，温度等于或高于42℃时断开，使箱内温度维持在37℃到42 ℃之间；额定电压为220V。请完成下列问题：
（1）在额定电压下，发热电阻R工作的最大发热功率为多少？
（2）设计完成后，小明对孵化箱进行了工作测试。从孵化箱温度刚刚变为42℃开始计时，电路中的电流随时间变化的图像如图乙，测试时的实际电压为多少？
（3）假设在这一实际电压下的一次升温过程中，水箱装了0.4kg的水，当温度从37℃升高到42℃。请根据图乙中的信息，计算孵化箱的热效率。已知c水=4.2×103J/(kg·℃)。
11．小明的奶奶住在农村，她家的过道灯在深夜时很容易烧坏。为解决这一问题，小明设计了如图所示模拟的电路，为了方便计算，L1和L2都是“12V 6W”。请回答下列问题（设灯的电阻不变，电源电压12V恒定）：
（1）灯L2的电阻是多少？闭合开关S1和S2，L2正常发光，工作5h消耗的电能是多少；
（2）断开S1，闭合S2，让两灯都发光，深夜灯不容易烧坏，请计算此时L2两端的电压；
（3）傍晚，奶奶进屋后，闭合开关，白炽灯瞬间发光后立即熄灭。小明放下手中正在清洗的苹果，马上过来踩着木凳上去看了一下说：“灯丝烧断了。”然后拿着灯口轻轻摇了几下，白炽灯又重新发光了……请对小明的某一做法进行简单评价并解释。
12．如图甲所示，是一款新型热奶器，它有着高温档消毒，中温档加热和低温档保温等功能。小华根据其功能设计了模拟电路如图乙所示，电流表量程为0~3A， 电源电压恒为12V。当装置处于高温档或中温档时开关S1始终闭合，高温档和中温档的功率分别为36W、24W。 R1、R2和 R3分别为加热电阻，电阻R3规格为“30 Ω 1 A”，当R3只与一个定值电阻串联时，移动滑片还可以手动调节低温档的加热功率。求：
（1）中温档时通过的电流；
（2）定值电阻R2的阻值；
（3）手动调节低温档电功率允许的范围。
13．如图所示，电源电压恒为4V，灯泡标有“4V 2W”字样（灯丝电阻不变）。当开关S1、S2都闭合，此时灯泡正常发光，且滑动变阻器R2的滑片P在中点时，电流表示数为0.9A；当开关S1、S2都断开时，灯泡实际消耗的电功率为0.5 W。求：
（1）灯泡的电阻；
（2）R2的最大阻值；
（3）当开关S1、S2都断开时，R1工作2 min消耗的电能。
14．如图所示电路中，灯泡L铭牌标有“12V 14.4W”字样（不计温度对灯丝电阻的影响），滑动变阻器R1铭牌标有“50Ω 2A”字样，定值电阻R0阻值为20Ω，电流表量程为0～3A，电压表量程为0～15V。调节过程中，所有仪表均不超过其量程，灯泡L两端电压不超过其额定电压。已知电源电压恒为21V，求：
（1）灯泡正常工作时通过灯丝的电流；
（2）当开关S、S1、S2闭合，S3断开时，整个电路的最小功率；
（3）当开关S、S3闭合，S1、S2断开，滑动变阻器功率为9W时，滑动变阻器接入电路的阻值。
15．养生壶是一种用于养生保健的烹饮容器，采用新型电加热材料，通电后产生热量把壶内水加热。如图是某款养生壶及其铭牌。养生壶正常工作4min，可将一壶1kg、初温为20℃的水加热至70℃，求：
（1）养生壶正常工作2min所消耗的电能；
（2）水从20℃加热至70℃吸收的热量；
（3）养生壶的加热效率[c水=4.2×103J/(kg•℃)]。
16．饮水机是一种常见的家用电器，其工作原理可简化为如图所示的电路，其中S是一个温控开关，当饮水机处于加热状态时，水被迅速加热，达到预定温度时，开关S自动切换到另一挡，饮水机便处于保温状态。若饮水机加热时电功率为440W，而保温时电功率为88W。（不考虑温度对阻值的影响）。
（1）请分析说明温控开关S接a或b时，饮水机分别对应的工作状态；
（2）求电阻R1和R2的阻值；
（3）用电高峰期，饮水机两端实际电压只有198V，求饮水机在加热状态下的实际电功率。
17．西气东输使我们辉县市区大部分家庭用上了天然气，小明想对天然气烧水进行探究。他用一一个质量为1kg的铁锅来烧水，锅中加入水的质量为5kg。当将锅放到燃气灶的支架上时，把水从20℃加热到80℃时，用了0.07m3的天然气。已知天然气的热值为3×107J/m3。求：
（1）水吸收的热量多少？
（2）天然气烧水的效率为多少？
（3）若用额定电压为220V、额定功率为2100W、烧水效率为90%的电磁炉烧水，也让5kg的水从20℃升高到80℃，需要加热多长时间？
18．汽车前面的大灯通常有“远光”和“近光”两种照明方式，且使用“远光”时大灯的亮度较大。如图是某汽车大灯的灯泡示意图，A和B是灯泡内的两根灯丝，通过开关S分别与触点“1”或“2”连接以改变照明方式，已知灯泡的额定电压为12V，灯丝A的电阻阻值为RA=1.2Ω，灯丝B的电阻阻值为RB=1.6Ω，电源电压U保持12V不变。
（1）请根据学过的公式判断A、B哪个灯是远光灯。
（2）使用远光灯，通过灯丝的电流。
（3）使用近光时，大灯的电功率。
额定电压
220V
频率
50Hz
额定加热功率
880W
额定保温功率
20W
XX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
××牌电暖器
额定电压
220V
额定
功率
低温档
220W
高温档
频率
50Hz
型号：CH-M16
额定电压：220V
频率：50Hz
额定功率：1000W
容量：1.2L
参考答案：
1．（1）0.4A；（2）2.4W
【详解】解：（1）根据并联电路电流的特点可知
I1=I-I2=0.6A-0.2 A=0.4A
（2）由U=IR可知，R1两端的电压
U1=I1R1=0.4A×10Ω=4V
根据并联电路中电压规律可知，电源电压
U=U1=4V
由P=UI可知，电路中消耗的总电功率
P=UI=4V×0.6A=2.4W
答：（1）通过R1的电流为0.4A；
（2）电路消耗的总功率为2.4W。
2．（1）40W；（2）2×104J
【详解】解：（1）由电功率推导公式可得，电烙铁的额定功率为
（2）因为在额定电压下，所以电烙铁的实际功率就是额定功率，则500s内产生的热量为
答：（1）电烙铁的额定功率为40W；
（2）电烙铁在额定电压下500s产生的热量为2×104J。
3．（1）4A；（2）2365Ω
【详解】解：（1）额定加热功率为880W，根据可知加热时电路中的电流
（2）开关S断开时，两电阻串联，总电阻较大，根据可知总功率较小，电饭锅处于保温状态，故总电阻
开关S闭合时，R2被短路，电路为R1的简单电路，总电阻较小，根据可知总功率较大，电饭锅处于加热状态，根据可知
根据电阻串联的特点可知
答：（1）加热时电路中的电流大小为4A；
（2）R2的阻值为2365Ω。
4．（1）110Ω；（2）；（3）200V
【详解】解：接ab，R1、R2并联，接c，只有R2的简单电路，由可知，如图丙所示，接ab为高挡位电流为；接c为低挡位电流为。
（1）电热丝R2的阻值为
（2）此过程中电饭锅工作的电流做功为
（3）用电器的实际功率为
高挡位的总电阻为
实际电压为
答：（1）电热丝R2的阻值为110Ω；
（2）此过程中电饭锅工作的电流做功为；
（3）在第（2）情况下，实际电压为200V。
5．（1）44；（2）3.3×105J；（3）264W
【详解】解：（1）由电路图可知，开关S2闭合时，电路为R1的简单电路，电路中的总电阻最小，由可知，电路的总功率最大，电烤箱处于高温挡，R1的阻值
（2）电烤箱在高温挡正常工作5min所消耗的电能
W=P高温t=1100W×5×60s=3.3×105J
（3）开关S2断开时，两电热丝串联，电路中的总电阻最大，由可知，电路的总功率最小，电烤箱处于低温挡，电路的总电阻
电路中的电流
R2的阻值
R2的功率
答：（1）电路中R1的阻值为44Ω；
（2）电烤箱在高温挡正常工作5min所消耗的电能为3.3×105J；
（3）电烤箱在低温挡正常工作时，R2的功率为264W。
6．（1）220；（2）1320W；（3）12
【详解】解：（1）如图所示，开关S断开时，只有R1接入电路，此时为低温档，功率为220W，R1的电阻是
（2）开关S闭合时，R1、R2并联接入电路，为高温挡，R2的功率为
“高温”档时的功率是
（3）用电器“高温”档正常工作10min，放出的热量
房间的空气温度升高
答：（1）R1的电阻是220Ω；
（2）“高温”档时的功率是1320W；
（3）房间的空气温度升高12℃。
7．（1）11Ω；（2）200kW·h；（3）87.5%
【详解】（1）S1闭合，S2接b时，电路为R2的简单电路，总电阻较小（小于串联时的总电阻），根据可知此时总功率较大，电热水器处于加热状态，R2的阻值为
（2）每天平均保温20h，这100台电热水器在额定电压下每天因保温要浪费的电能
W=Pt=0.1kW×100×20h=200kW·h
（3）指示灯闪烁了80次，则该电热水器消耗电能
一箱水的质量
m=ρ水V=1.0×103kg/m3×25×10-3m3=25kg
水吸收热量
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×25kg×(22℃-20℃)=2.1×105J
该电热水器的效率为
答：（1）R2的阻值为11ῼ；
（2）浪费的电能为200kW·h；
（3）该电热水器的效率为87.5%。
8．（1）240J；（2）12V，24Ω；（3）28.8W
【详解】解：（1）小灯泡正常工作一分钟消耗电能
（2）当S闭合，S1、S2断开，滑片P在b端时，R与L串联，此时电流为I1；当滑片P从b端滑到某一位置时，电阻减小16Ω，电流增大，电流变化量ΔI=0.2A，灯泡恰好正常发光，此时电流为I2为
电流I1为
小灯泡的电阻为
根据题意，电源电压为
联解两式得
（3）当S、S1、S2都闭合时，此时L被短路，R0与R并联，通过R0的电流
在保证电路安全的前提下，电流表最大示数I总=3A，此时R连入电路中阻值最小，电流最大，功率最大。通过滑动变阻器最大电流
滑动变阻器最大功率
答：（1）小灯泡正常工作1min消耗电能240J；
（2）电源电压是12V；
（3）滑动变阻器R的最大功率是28.8W。
9．（1）1100W；（2）0.1A；（3）72.7%
【详解】解：（1）当开关接2位置时，R2被短路，只有R1接入电路，处于加热档。加热档的功率为
（2）当开关接1位置时R1与R2串联，处于保温状态。保温状态下电路中的电流为
（3）1L水的质量为
m水=ρ水V=1.0×103kg/m3×1×10-3m3=1kg
水吸收的热量为
Q=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×1kg×(100℃－20℃)=3.36×105J
消耗的电能为
W=P加热t=1100W×420s=4.62×105J
则电热水壶的效率为
答：⑴当电热水壶处于加热挡时，它的功率是1100W；
⑵保温状态下电路中的电流是0.1A；
⑶电水壶的加热效率为72.7%。
10．（1）1210W；（2）200V；（3）84%
【详解】解：（1）由电路图可知，温控开关S闭合时，电路为发热电阻R的简单电路，其功率最大，在额定电压下，发热电阻R工作的最大发热功率
（2）从孵化箱温度刚刚变为42℃开始计时，此时温控开关S断开，R与R0串联，此时电路中的电流较小，由图乙可知，此时电路中的电流为1A，测试时的实际电压
U=I(R+R0)=1A×(40Ω+160Ω)=200V
（3）实际加热功率
P′=UI=200V×5A=1000W
测试时加热一次消耗的电能
W1=P′t1′=1000W×10s=1.0×104J
水吸收的热量
Q=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×0.4kg×(42℃-37℃)=8.4×103J
孵化箱的热效率

答：（1）在额定电压下，发热电阻R工作的最大发热功率为1210W；
（2）设计完成后，小明对孵化箱进行了工作测试。从孵化箱温度刚刚变为42℃开始计时，电路中的电流随时间变化的图像如图乙，测试时的实际电压为200V；
（3）孵化箱的热效率是84%。
11．（1），；（2）；（3）见解析
【详解】解：（1）根据得，灯L2的电阻是
闭合开关S1和S2，L1短路，L2正常发光，工作5h消耗的电能是
（2）断开S1，闭合S2，两灯串联，L1和L2都是“12V 6W”，即
串联电路的总电阻等于各部电阻值之和
电路中的电流
此时L2两端的电压
（3）踩木凳做法好，因为木凳是绝缘体可防止火线、人体与大地接通的触电事故。手湿着就来检查灯泡的做法不好，因为水能导电，容易发生触电事故等。
答：（1）灯L2的电阻是，闭合开关S1和S2，L2正常发光，工作5h消耗的电能是；
（2）断开S1，闭合S2，让两灯都发光，深夜灯不容易烧坏，请计算此时L2两端的电压为；
（3）踩木凳做法好，因为木凳是绝缘体可防止火线、人体与大地接通的触电事故。手湿着就来检查灯泡的做法不好，因为水能导电，容易发生触电事故等。
12．（1）2A；（2）12Ω；（3）4~12W
【详解】解：（1）依题意得，开关S2断开，开关S1闭合，电阻R1单独工作，电路处于中温档，中温档的功率为24W，电源电压为12V，由得，电路通过的电流
（2）当开关S1、S2都闭合时，装置处于高温档，此时电阻R1和R2并联，由得，干路电流
通过电阻R2的电流
由欧姆定律得，R2的电阻
（3）当R3只与一个定值电阻串联时，开关S1、S2都断开，R1与R3串联，R1的阻值为
电阻R3规格为“30 Ω 1 A”，所以通过的最大电流为1A，最大电功率
当电阻R3全部接入电路时，电流最小
当电流最小时，电路的电功率最小
手动调节低温档的电功率允许的范围是4~12W。
答：（1）中温档时通过的电流为2A；
（2）定值电阻R2的阻值为12Ω；
（3）手动调节低温档电功率允许的范围为4~12W。
13．（1）8Ω；（2）20Ω；（3）60 J
【详解】解：（1）灯泡的电阻
（2）当开关S1、S2都闭合时，R2与灯泡并联，此时灯泡正常发光，通过灯泡的电流为
通过R2的电流为
此时滑动变阻器连入电路的电阻为
则滑动变阻器的最大电阻为
（3）当开关S1、S2都断开时，电阻R1与灯泡串联，设通过灯泡的电流为I'1
此时灯泡两端的电压
R1两端的电压为
R1工作2 min消耗的电能是
答：（1）灯泡的电阻为8Ω；
（2）R2的最大阻值为20Ω；
（3）当开关S1、S2都断开时，R1工作2 min消耗的电能为60J。
14．（1）1.2A；（2）30.87W；（3）25Ω
【详解】（1）由可得，灯泡正常工作时通过灯丝的电流
（2）当开关S、S1、S2闭合，S3断开时，R0与R1并联，滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，由可知，电路的总功率最小，因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，所以，电路的总电阻
电路的最小总功率
（3）由可知，灯丝的电阻
当开关S、S3闭合，S1、S2断开时，灯泡L与滑动变阻器R1串联，电压表测R1两端的电压，电流表测电路中的电流，由欧姆定律可知，电源电压
①
由可知，滑动变阻器功率
②
由①②解得
当时，电路中的电流
则此时灯泡两端的电压大于小灯泡的额定电压，不符合题目条件，故舍去；当R1'=25Ω时，电路中的电流
此时滑动变阻器两端的电压
由串联电路的电压特点可知，小灯泡两端的电压
符合题意，所以滑动变阻器接入电路的阻值为25欧。
答：（1）灯泡正常工作时通过灯丝的电流为1.2A；
（2）当开关S、S1、S2闭合，S3断开时，整个电路的最小功率为30.87W；
（3）当开关S、S3闭合，S1、S2断开，滑动变阻器功率为9W时，滑动变阻器接入电路的阻值为25Ω。
15．（1）1.2×105J；（2）2.1×105J；（3）87.5%
【详解】解：（1）根据可知养生壶正常工作2min所消耗的电能为
W=P额t＝1000W×2×60s＝1.2×105J
（2）水吸收的热量
Q吸=c水m(t-t0)＝4.2×103J/(kg•℃)×1kg×(70℃-20℃)=2.1×105J
（3）根据知养生壶正常工作4min所消耗的电能为
W'=P额t'=1000W×4×60s=2.4×105J
养生壶的加热效率为
答：（1）养生壶正常工作2min所消耗的电能为1.2×105J；
（2）水从20℃加热至70℃吸收的热量为2.1×105J；
（3）养生壶的加热效率为87.5%。
16．（1）见详解；（2）110Ω，440Ω；（3）356.4W
【详解】解：（1）当开关S接a时R1与R2串联，当开关S接b时电路为R1的简单电路，因串联电路中总电阻小于任何一个分电阻，所以，当开关S接a时电路的总电阻最大，电路中的电流最小，由P=UI可知此时电路的功率最小，饮水机处于保温状态，则当开关S接b时，饮水机处于加热状态。
（2）当开关S接b时，电路为R1的简单电路，饮水机处于加热状态，当开关S接a时，R1与R2串联，饮水机处于保温状态，电路的总电阻为
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，则R2的阻值为
（3）用电高峰期，饮水机两端实际电压只有198V，饮水机在加热状态下的实际电功率为
答：（1）当开关S接a时，饮水机处于保温状态，当开关S接b时，饮水机处于加热状态；
（2）电阻R1的阻值为110Ω，电阻R2的阻值为440Ω；
（3）用电高峰期，饮水机两端实际电压只有198V，饮水机在加热状态下的实际电功率为356.4W。
17．（1）；（2）60%；（3）667s
【详解】解：（1）在此过程中，水吸收的热量为
（2）天然气完全燃烧放热
燃气灶烧水的效率为
（3）电磁炉烧水，需要做功
根据可得所需时间为
答：（1）水吸收的热量为；
（2）天然气烧水的效率为60%；
（3）若用额定电压为220V、额定功率为2100W、烧水效率为90%的电磁炉烧水，也让5kg的水从20℃升高到80℃，需要加热667s。
18．（1）A灯是远光灯；（2）10A；（3）90W
【详解】解：（1）开关S0闭合，S接1时，电路为灯丝A的简单电路，灯丝功率为
开关S0闭合，S接2时，电路为灯丝B的简单电路，灯丝功率为
故B灯是近光灯，A灯是远光灯。
（2）使用远光灯，根据欧姆定律可知通过灯丝的电流为
（3）使用近光时，根据（1）中分析可知大灯的电功率为90W。
答：（1）A灯是远光灯；
（2）使用远光灯，通过灯丝的电流为10A；
（3）使用近光时，大灯的电功率为90W。