完整版九年级物理专题训练电功率计算题教师版.docx
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完整版九年级物理专题训练电功率计算题教师版
2018---2019年九年级物理专题训练(教师版)
电功率计算题
1.电阻式传感器被广泛应用与测力、测压、称重,它的核心部分是一只可变电阻,一同学用如图甲所示电路研究某电阻式传感器的特性,图中R0为定值电阻,R为电阻式传感器,当控制其阻值从0变为60Ω,测得传感器消耗的电功率与通过它的电流关系图象如图乙所示,已知电源电压恒定不变.
(1)当通过传感器的电流为0.1A时,传感器的电阻为多少;
(2)求P1的值;
(3)求R0的阻值.
【解析】
(1)由题知,电阻式传感器的阻值从0变为60Ω,传感器消耗的电功率与通过它的电流关系图象如图乙所示;由图乙可知,通过传感器的电流最小为0.1A,由欧姆定律可知电路中的总电阻最大,传感器的电阻最大,即为60Ω;
(2)当I=0.1A时,P1的值:
P1=I2R=(0.1A)2×60Ω=0.6W;
(3)当电路中的电流I=0.1A时,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,由I=U/R可得,电源的电压:
U=I(R0+R)=0.1A×(R0+60Ω)﹣﹣①,
当R=0Ω时,电路为R0的简单电路,此时电路中的电流最大,由图乙可知最大电流I′=0.5A,则电源的电压:
U=I′R0=0.5A×R0﹣﹣﹣②,因电源的电压不变,所以,0.1A×(R0+60Ω)=0.5A×R0,解得:
R0=15Ω。
2.小明家的微波炉说明书已遗失,只知道它的额定电压是220V,不知其他数据.他利用家中的电能表(如图所示)和一只钟表,测出了这个微波炉的电功率.用N表示每消耗1kW·h的电能电能表上的转盘转过的转数;用n表示在微波炉工作th时电能表的转盘所转过的转数.
(1)请推导出计算微波炉电功率(单位用kW)的公式.
(2)测量时,小明只让微波炉工作,观察到1min内电能表转盘转过50转,则他家微波炉的电功率是多少瓦?
【解析】
(1)转过n转消耗的电能
;微波炉的电功率
;
(2)微波炉的电功率
3.在综合实践活动课上,小明设计了如图所示的模拟调光灯电路,此电路中电源电压不变,灯泡L标有“6V3W”字样,定值电阻R1的阻值为6Ω.将滑动变阻器R2的滑片P置于最右端,闭合开关,电压表和电流表示数分别为6V和0.3A;移动滑片P至某一位置,电压表和电流表示数分别为1V和0.5A.
(1)灯泡L正常发光时的电阻多大?
(2)滑动变阻器R2的滑片P在最右端时,闭合开关,灯泡L的实际功率多大?
【解析】
(1)灯泡正常发光时的电阻
;
(2)灯泡正常发光时的电流
,
当滑片移动到某一位置,电路中电流为0.5A,小灯泡正常发光,它两端的电压为6V,定值电阻两端的电压
,电源电压
;
当滑片移动到最右端,定值电阻两端的电压
,小灯泡两端的电压
,小灯泡的实际功率
。
4.在如图所示的电路中,已知电源电压恒为10V,定值电阻R0的阻值为10Ω,灯泡的额定电压为6V,不计灯丝阻值变化。
当开关S1、S3断开,S2闭合时,移动滑片P,灯泡正常发光时,电流表示数为0.6A;当开关S1、S2和S3均闭合,滑片P置于滑动变阻器R的中点时,滑动变阻器R消耗的电功率为5W。
(1)灯泡的额定功率。
(2)当只闭合开关S1时,电流表的示数。
(3)当开关S1,S2、S3全部闭合,滑片P置于中点时,电流表的示数。
【解析】
(1)开关S1、S3断开,S2闭合时,灯泡与滑动变阻器R串联,电流表测电路中的电流,
因灯泡正常发光,电流表示数为0.6A,所以,灯泡额定功率:
PL=ULI1=6V×0.6A=3.6W;
(2)当只闭合开关S1时,电路为R0的简单电路,电流表测电路中的电流,则电路中电流表的示数:
;
(3)当开关S1、S2和S3均闭合,滑片P置于滑动变阻器R的中点时,R0与
并联,电流表测干路电流,因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以,通过R0的电流仍为I2=1A,由P=UI可得,通过滑动变阻器R的电流:
,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以,干路电流表的示数:
I=IR+I2=0.5A+1A=1.5A.
5..为反对浪费,响应“光盘行动”,小明为自助餐厅的餐桌设计了“光盘仪”。
餐盘放在载盘台上,若盘内剩余食物的质量达到或超过规定值。
人一旦离开餐桌,提示器就会发出提示音,其原理图如下图所示。
电源电压3V不变,提示器的电阻R 0 恒为50Ω,传感器R 1 的阻值随载盘台所载质量变化的关系如下表所示。
开关s闭合后,问:
(1)根据表中数据当载盘台所载质量是100g时,R 1 的阻值是多少?
电路中的电流是多少?
(2)在第
(1)问的基础上,通电5s.电流通过R 1 产生的热量是多少?
(3)当电路中的电流达到0.03A时,提示器会发出提示音,若空餐盘质量为100g,此时盘内剩余食物的质量是多少?
【解析】
(1)根据表中数据可知,当载盘台所载质量是100g时,R1的阻值为100Ω;
此时电路的总电阻:
R=R1+R0=100Ω+50Ω=150Ω;
电路中的电流:
;
(2)电流通过R1产生的热量:
Q=I2Rt=(0.02A)2×100Ω×5s=0.2J;
(3)当电路中的电流达到0.03A,
;
则R1′=100Ω-50Ω=50Ω;
查表可知,载盘台所载质量为150g,则剩余食物的质量为150g-100g=50g.
6.如图所示,电源电压保持不变,小灯泡L标有“3V1.5W”的字样,滑动变阻器R1的阻值变化范围为0~70Ω,定值电阻R2的阻值为30Ω。
求:
(1)小灯泡L正常发光时的阻值为多少?
(2)当S1、S2和S3都闭合,滑动变阻器的滑片滑到a端时,小灯泡L恰好正常发光,此时电流表的示数为多少?
(3)保证电流表有示数时,滑动变阻器的滑片应怎样移动,同时开关应怎样闭合或断开才能使电路的总电功率最小?
最小电功率为多少?
【解析】
(1)小灯泡正常发光时的阻值:
RL=U额2/P额=(3V)2/1.5W=6Ω
(2)当S1、S2和S3都闭合时,滑动变阻器的滑片滑到a端时,小灯泡L和电阻R2并联接入电路,电流表测干路电流,小灯泡L恰好正常发光,电源电压U=3V。
I1=U/RL=3V/6Ω=0.5A
I2=U/R2=3V/30Ω=0.1A
I=I1+I2=0.5A+0.1A=0.6A
(3)保证电流表有示示数时,当滑动变阻器的滑片滑到b端,开关S2断开,S1S2闭合时,R1和R2串联,电路总电阻最大,电路的总电功率最小。
该最小电功率为P最小=U2/R总=(3V)2/(70Ω+20Ω)=0.09W
7.如图所示,电源电压保持不变,小灯泡L标有“6V3W”的字样,其电阻不随温度变化,滑动变阻器的最大阻值为18Ω.当S闭合,S1、S2都断开时,滑动变阻器滑片P从b端向a端滑过三分之一时,小灯泡恰好正常发光.保持滑片P的位置不变,闭合S、S1、S2,发现电路消耗的总功率变化了12W.求:
(1)小灯泡正常工作的电流.
(2)小灯泡的电阻.
(3)电源电压.
(4)当开关S、S1、S2都闭合时,电路消耗总功率的最小值.
【解析】
(1)小灯泡正常发光时的电压UL=6V,功率PL=3W,
由P=UI可得,小灯泡正常工作的电流:
IL=PL/UL=3W/6V=0.5A;
(2)由U=IR可得,灯泡的电阻:
R_L=UL/IL=6V/0.5A=12Ω;
(3)当S闭合,S1、S2都断开,滑动变阻器滑片P从b端向a端滑过三分之一时,灯泡与变阻器的2/3电阻串联,因串联电路中各处的电流相等,且灯泡正常发光,所以,电路中的电流I=IL=0.5A,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电源的电压:
U=I(RL+2R/3)=0.5A×(12Ω+2/3×18Ω)=12V;
(4)此时电路消耗的总功率:
P=UI=12V×0.5A=6W,
保持滑片P的位置不变,闭合S、S1、S2时,R0与变阻器的2/3电阻并联,因电路消耗的总功率变化了12W,所以,电路中的总功率:
P=12W+6W=18W,
因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,滑动变阻器消耗的电功率:
PR=3U2/2R=3×(12V)2/2×18Ω=12W,
R0的电功率:
P0=P-PR=18W-12W=6W;
要使电路消耗的总功率最小,应使滑动变阻器接入电路中的电阻最大,
变阻器消耗的最小功率:
PRmin=U2/R=(12V)2/18Ω=8W,
电路中的最小总功率:
Pmin=P0+PRmin=6W+8W=14W。
8.如图所示,电源电压为12V,并且保持不变,滑动变阻器R1的最大阻值为18Ω,R2为12Ω,小灯泡L上标有“6V3W”字样.
(1)当S闭合,S1、S2都断开时,要使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路中的阻值为多大?
(2)闭合S、S1、S2,调节滑动变阻器,此时电流表示数为2.5A,求通电10min电流通过滑动变阻器做的功是多少?
(3)开关应怎样闭合或断开才能使电路总电功率最小?
最小电功率为多少?
【解析】
(1)小灯泡L上标有“6V3W”字样,表示灯的额定电压为6V,灯的额定功率为3W,由P=UI可得,灯的额定电流:
IL=PL/UL=3W/6V=0.5A,
由欧姆定律可得,灯正常发光时的电阻:
RL=UL/IL=6V/0.5A=12Ω;
当S闭合,S1、S2都断开时,灯与变阻器R1串联,等效电路图如图所示:
要使灯泡正常工作,灯泡两端的电压U额=6V,电路中的电流为:
IL=0.5A,
由串联电路电压的规律,滑动变阻器两端的电压U滑=U-U额=12V-6V=6V,
则滑动变阻器接入电路中的阻值:
R滑=U滑/IL=6V/0.5A=12Ω;
(2)闭合S、S1、S2时,灯短路,两电阻并联,等效电路图如图2所示:
此时电流表示数为2.5A,即干路电流I=2.5A,
由欧姆定律可得,通过R2的电流:
I2=U/R2=12V/12Ω=1A;
根据并联电路电流的规律,通过变阻器的电流:
I滑=I-I2=2.5A-1A=1.5A,
通电10min电流通过滑动变阻器做的功:
W滑=UI滑t=12V×1.5A×10×60s=10800J;
(3)要使电路总电功率最小,根据P=UI=U2/R可知,则电路中的总电阻应最大;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,因为变阻器的最大电阻为18Ω且R1>R2,所以,将R1与灯串联,即S闭合,S1、S2都断开且将变阻器的最大电阻连入电路中时,电路中的总电阻最大;
则R大=R1+RL=18Ω+12Ω=30Ω,故电路的最小电功率:
P最小=U2/R大=(12V)2/30Ω=4.8W。
9.如图是某电器设备内的一部分电路,电源电压恒为12V,R1为定值电阻,R2为标有“100Ω0.5A”字样的滑动
变阻器.R3为标有“3V0.9W”字样的定值电阻.当开关同时闭合时,电流表的示数为0.3A,求R1的阻值及这种情况下整个电路可能消耗的最小功率.
【解析】
两个开关同时闭合时,电阻R3为被短路,电路中只剩下.,R1和R2,而且二者是并联关系。
此时电路等效图如下。
并联支路电压相等而且都等于电源电压,所以
对
支路,根据欧姆定律
支路消耗的电功率
对
支路,电压
不变,而电阻可以在0—100之间变化,
电功率
,当电阻最大时,电功率最小,此时
最小功率为
,所以整个电路可能消耗的最小功率是
10.了一种小鸡孵化器的电路模型,如图所示,在一般情况下,只需灯光照明,温度较低时,则需要加热.电源电压为72V,R1为定值电阻,R2为发热电阻丝改成的滑动变阻器,其上标有“200Ω3A”的字样,电流表A1的量程为0~0.6A,电流表A2的量程为0~3A,灯泡上标有“12V3W”的字样.
(1)灯泡正常工作时的电流是多大?
(2)闭合S,断开S1、S2,灯泡正常工作,求R1的阻值.
(3)S、S1、S2均闭合时,求R2上消耗电功率的最大值.
【解析】
(1)已知灯泡的额定电压和额定功率,由P=UI可得灯泡正常工作电流:
;
(2)由图知,当闭合S,断开S1、S2,R1与L串联,灯泡正常工作,
由串联电路电流特点知通过R1的电流:
I1=I=0.25A,
由串联电路电压特点知R1两端电压:
U1=U-UL=72V-12V=60V,
由欧姆定律可得R1的阻值:
;
(3)由图知,S、S1、S2均闭合时,R1与R2并联,电流表A2测干路电流,
由并联电路特点知,U=U1′=U2=72V,
由欧姆定律可得通过R1的电流:
,
因为电流表A2的量程为0~3A,所以通过R2的最大电流:
I2=IA2-I1′=3A-0.3A=2.7A,
所以R2上消耗电功率的最大值:
P2最大=UI2=72V×2.7A=194.4W.
11.如图,小灯泡标有“6V,3W”,电流表的量程是0~3A,R0=36Ω,电源电压U=12V,滑动变阻器最大电阻是18Ω。
求:
(1)S1和S2都断开时,滑动变阻器接入电路的阻值多大时,灯L能正常发光?
(2)S1和S2都闭合时,移动P,电路允许消耗的最大功率及最小功率各是多少?
【解析】
(1)当S1和S2都断开时,灯泡L与滑动变阻器串联,因串联电路中各处的电流相等,且灯泡正常发光,所以,由P=UI可得,电路中的电流:
I=PL/UL=3W/6V=0.5A,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,滑动变阻器两端的电压:
U滑=U-U_L=12V-6V=6V,
由I=U/R可得,滑动变阻器接入电路中的电阻:
R滑=U滑/I=6V/0.5A=12Ω,
即滑动变阻器接入电路的阻值为12Ω时,灯L能正常发光;
(2)当S1和S2都闭合时,R0与滑动变阻器并联,电流表测干路电流,调节滑片P,当电流表的示数最大为3A时,电路的总功率最大,
则电路的最大总功率:
P大=UI大=12V×3A=36W;
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的总电阻最大,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,电路中的总电阻:
R=R0R滑大/R0+R滑大=36Ω×18Ω/36Ω+18Ω=12Ω,
则电路的最小总功率:
P小=U2/R=(12V)2/12Ω=12W
12.如图所示,灯泡L标有“6V6W”字样(灯泡电阻不受温度影响),滑动变阻器的最大阻值为12Ω,电源电压为6V保持不变.
(1)求小灯泡的电阻;
(2)当S1、S2闭合,滑片P位于a处时,灯泡L正常发光,这时电流表的示数为多少?
(3)当S1、S2闭合,滑片P位于中点c处时,电路消耗的总功率.
(4)当S1闭合、S2断开,滑动变阻器接入电路的电阻为R1时,电路消耗的总功率为P1;当S1闭合、S2断开,滑动变阻器R接入电路的电阻为R2时,电路消耗的总功率为P2,已知R1:
R2=1:
4,P1:
P2=2:
1,求R1的阻值以及滑动变阻器的阻值为R2时滑动变阻器消耗的电功率.
【解析】
(1)由
可得,灯泡的电阻:
;
(2)当S1、S2闭合,滑片P位于a处时,L与R并联,电流表测干路电流,
因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,
所以,电路中的总电阻:
,这时电流表的示数:
;
(3)当S1、S2闭合,滑片P位于中点c处时,灯泡L与cb段电阻并联后与ac段电阻串联,则并联部分的电阻:
,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,电路中的总电阻:
,
电路消耗的总功率:
;
(4)当S1闭合、S2断开时,灯泡与滑动变阻器串联,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,
,
解得:
R1=3Ω,则R2=4R1=4×3Ω=12Ω,
滑动变阻器的阻值为R2时电路中的电流:
,
滑动变阻器消耗的电功率:
.
13.如图所示,图甲是电阻R1和电阻R2的电流随电压变化图像,将它们按图乙所示接入电路中,滑动变阻器上标有“20Ω1A”字样,电源电压不变。
(1)当只闭合开关S1,滑片P位于a端时,电阻R1的实际功率为1W,求电源电压。
(2)当把滑片P移到b端,同时闭合开关S1、S2时,电阻R1的实际功率为9.6W,求电流表的示数。
【解析】
(1)由甲图得,当电阻R1的实际功率为1W时,I1=0.5A,U1=2V,当只闭合开关S1,滑片位于a端时,电路中只有R1与滑动变阻器串联,则:
IR=I1=0.5A,由欧姆定律得
,
。
(2)当滑片P位于b端,同时闭合开关S1、S2时,电路中只有R1与R2并联,
,由P=UI得
,由甲图得U2=2V,I2=0.2A,
,
。
14.如图中甲所示,是某种电热饮水机的简化电路示意图.图乙是它的有关参数.它有加热和保温两种工作状态(由机内温控开关S自动控制),试问:
(1)饮水机处于保温状态时温控开关S应处于________状态
(2)R1和R2的电阻值各是多大_________?
(3)在用电高峰期,该饮水机的实际工作电压只有200V,加热效率为80%,若将装满水箱的水从20℃加热至100℃,需要多长时间_______?
(c水=42×103J/(kg℃),p水=1.0×103kg/m3,忽略温度对电阻的影响)
故
【解析】
(1)保温状态时温控开关S0应处于断开状态。
因为保温状态时功率小,电压一定,所以此时电阻大,当S0断开时两电阻串联电阻最大,所以S0应处于断开状态。
(2)当开关闭合时,饮水机处于加热状态,只有电阻R1接入电路,
由P=U2∕R可得:
R1=U2∕P加热=(220V)2∕1210W=40Ω;
当开关断开时,饮水机处于保温状态此时两个电阻串联,
所以R2=U2/P保温−R1=(220V)2∕40W−40Ω=1170Ω;
(3)饮水机加热状态的实际功率:
P实=U2实∕R1=(200V)2∕40Ω=1000W,
装满水箱时水的质量:
m=ρV=1.0×103kg/m3×1.5×10−3m3=1.5kg,
水吸收的热量Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg⋅℃)×1.5kg×(100℃−20℃)=5.04×105J,
因为η=Q吸/W可得,W=Q吸∕η=5.04×105J∕80%=6.3×105J
由P=W∕t可得,加热时间:
t=W∕P=6.3×105J/1000W=630s.
15.图甲为某款新型电饭煲,额定电压为220V,它采用了“聪明火”技术,智能化地控制不同时间段的烹饪温度,以得到食物最佳的营养和口感,图乙为其电路原理图,R1和R2为电阻不变的电热丝,S1是自动控制开关。
将电饭煲接入220V电路中,在电饭煲工作的30min内,它消耗的电功率随时间变化的图像如图丙所示。
求
(1)0~30min,电饭煲产生的总热量;
(2)S和S1均闭合,电路中的总电流;
(3)求R1和R2的阻值分别是多少?
【解析】
(1)由电路图可知,当开关S和S1都闭合时,电路为R1与R2并联,电饭煲的功率较大;只闭合开关S、断开S1时,电路为R1的简单电路,电饭煲功率较小;
由图乙可知,工作30min中,
功率P总=660W时的时间t2=30min-15min=15min=900s,
功率P1=440W时的时间t1=15min=900s,
由Q=W=Pt可得,0~30min内电饭煲产生的总热量:
Q=Q1+Q2=W1+W总=P1t1+P总t2=440W×900s+660W×900s=9.9×105J;
(2)S和S1均闭合,R1和R2并联;由丙可知P总=660W,
由
得,电路中的总电流:
;
(3)闭合开关S、断开S1时,电路为R1的简单电路,P1=440W,
由
可得R1的阻值:
,
开关S和S1都闭合时,电路为R1与R2并联,所以R2的功率:
P2=P总-P1=660W-440W=220W
所以R2的阻值:
.
16.现有一个小灯泡L和一个定值电阻R,小灯泡的额定电压为4.0V,小灯泡和定值电阻的I-U图象如图所示.求:
(1)电阻R的阻值。
(2)小灯泡L两端电压为3V时消耗的电功率大约是多少?
(3)将定值电阻R与小灯泡L串联后接入电路,电路电流为0.6A,工作5min,电路总共消耗多少电能?
【解析】
(1)由图象可知,当UR=4V时,IR=0.4A,由I=U/R可得,电阻R的阻值:
R=UR/IR=4V/0.4A=10Ω;
(2)由图象可知,小灯泡L两端电压为3V时,通过L的电流约为0.7A,则小灯泡消耗的电功率:
PL=ULIL=3V×0.7A=2.1W;
(3)将定值电阻R与小灯泡L串联后接入电路时,因串联电路中各处的电流相等,所以,通过电阻R与通过小灯泡的电流:
I=IL′=IR′=0.6A,由图可知,灯泡两端的电压UL=2V,电阻R两端的电压:
UR=IRR=0.6A×10Ω=6V,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=UL+UR=2V+6V=8V,电路总共消耗的电能:
W=UIt=8V×0.6A×5×60s=1440J。
17.用电热紫砂罐炖汤,由于能控制炖汤的温度,所以不仅炖出的汤味道香醇,而且节约能源.这是因为开关S2在汤的温度达到沸点时能自动断开,而S1仍然闭合维持小火炖煮,如图所示,图中L为指示灯,R1为限流电阻,R2、R3为加热电阻,其阻值均为48.4Ω.
(1)如果没有电阻R1,将会有什么故障?
(2)求工作时的电热紫砂罐在汤沸腾前、后发热体的电功率.
(3)在设计时,若指示灯可在“6V0.2A”普通灯泡和“6V10mA”的发光二极管中任意选一种,你认为选哪种合适?
并说明理由。
【解析】
(1)如果没有保护电阻有R1,由于电压过大,指示灯会被烧坏,从而使指示灯不能正确工作;
(2)汤的温度达到沸点前,开关S2闭合,只有发热体R3在工作,则发热体的电功率:
P=U2/R3=(220V)2/48.4Ω=1000W,
汤的温度达到沸点后,开关S2断开,发热体R2与R3串联,
∵串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
∴此时发热体的电功率:
P′=U2/R2+R3=(220V)2/48.4Ω+48.4Ω=500W;
(3)若指示灯为“6V0.2A”普通灯泡时,
当其指示时,该支路消耗的电能P=UI=220V×0.2A=44W,
若指示灯为“6V10mA”的发光二极管时,
当起指示时,该支路消耗的电能P′=UI′=220V×10×10-3A=2.2W,
从节约能源的角度可知应选“6V10mA”的发光二极管。
18.如图甲所示为某款新型电饭煲,额定电压为220V。
它采用了“聪明火”技术,智能化地控制不同时间段的烹饪温度,以得到食物最佳的营养和口感,图乙为其电路原理图,R1和R2为电阻不变的电热丝,S1是自动控制开关。
将电饭煲接入220V电路中,在电饭煲工作的30min内,它消耗的电功率随时间变化的图象如图丙所示。
求:
(1)0~30min,电饭煲产生的总热量;
(2)S和S1均闭合,电路中的总电流;
(3)在不同电压下,电饭煲从开始工作到S1第一次自动断开产生的热量相同。
用电高峰期,当实际电压为198V时,使用该电饭煲,从开始工作到S1第一次自动断开需要多少秒?
(结果精确到个位)
【解析】
(1)由电路图可知,当开关S和S1都闭合时,电路为R1与R2并联,电饭煲的功率较大;同理可知,只闭合开关S、断开S1时,电路为R1的简单电路,电饭煲功率较小;由图乙可知,工作30min中,P1=440W时的功率时间t1=15min=900s,P总=660W时的功率时间t2
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