专题09 电热与电功率的计算分析试卷（原卷版+解析版）-2023-2024学年九年级全一册物理阶段性考试考点复习与题型训练（人教版）

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解题方法与技巧
1、电功率定义式（必考）
P＝Wt
2、变形公式：求功：W＝Pt；求做功时间：
3、推导公式：
计算式。根据W＝UIt，得：P＝UI（任何电路）
推导式。①根据P＝UI、U＝IR，得：（常用于纯电阻串联电路）
②根据P＝UI、I＝，得：（常用于纯电阻并联电路）
2、U-I、P-R、U-R等图象能够提供电路中电压、电流、电阻和功率等物理量之间的关系，解答相关试题应注意:
（1）明确图象的描述对象。
（2）弄清图象中的一些特殊点对应的电路状态。
（3）善于根据题干的提示从图象中获取相关信息。
3、多档位的实质是利用多开关控制接入电路中电阻的大小，从而改变用电器电功率来实现对档位的控制。家庭电路中电源电压U＝220V，根据知R总 越大，P实越小，档位越低；R总越小，P实越大，档位越高。
（1）高温档：在相同时间内放出的热量最多，热功率最大，电阻最小；
（2）中温档：在相同时间内放出的热量低于高温档，热功率低于高温档，电阻高于高温档；
（3）低温档：在相同时间内放出的热量最少，热功率最小，电阻最大。
典例分析
计算1 电功率求最值的计算
【典例1】（2023秋•徐州月考）如图甲是定值电阻R1和标有“8V 8W”灯泡L的I﹣U关系图象。如图乙所示，电源电压恒定不变，滑动变阻器的最大阻值为12Ω。当开关S、S2闭合，开关S1断开，将滑动变阻器的滑片P滑到b端时，电流表的示数为0.5A，灯泡L的实际功率为1W。求：
（1）灯泡L正常发光时的电阻；
（2）同时闭合开关S、S1、S2，电路消耗的最大功率。
【典例2】（2023•丹东一模）如图所示，电源电压恒为9V，R0的阻值为45Ω，滑动变阻器R1的规格为“30Ω 1A”，电流表的量程为“0～3A”，小灯泡上标有“3V 1.5W”字样。S闭合，S1、S2均断开，调节滑动变阻器的滑片P的位置，使小灯泡正常发光。求：
（1）小灯泡正常发光的电流。
（2）灯泡正常发光时，滑动变阻器的阻值。
（3）当S、S1和S2均闭合时，电路消耗的最小功率。
【典例3】（2023•德州）如图甲所示，电源电压U保持不变，当只闭合开关S1，滑动变阻器的滑片从最右端滑向中点过程中得到电压表与电流表示数的变化图象如图乙所示。闭合开关S1、S3，断开S2，滑动变阻器的滑片在最左端时，电路的总功率为15W。已知R2＝2R1，求：
（1）定值电阻R1的阻值；
（2）R0的最大阻值和电源电压U；
（3）定值电阻R3的阻值及整个电路的最大功率。
【典例4】（2022秋•蜀山区校级期末）如图所示电路，电源电压恒为10V，小灯泡标有“6V 3W”字样。若不考虑温度对灯泡电阻的影响，闭合开关S，求：
（1）小灯泡正常发光时，滑动变阻器R接入电路的阻值。
（2）移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为3V时，小灯泡的实际功率。
计算2 电功率的多档位计算
【典例5】（2023秋•石家庄月考）如图甲所示是小明家的养生壶，它有高温、中温、低温三个挡位，图乙是他的工作短路图，下表所列的是其部分参数，其中R1、R2为发热电阻，R2＝88Ω，求：
（1）发热电阻R1的阻值是多少？
（2）该养生壶高温挡的电功率是多少？
【典例6】（2023•杜尔伯特县二模）小亮家新装了一台智能电热马桶盖，如图甲所示，他查阅使用说明书发现便座加热电路有高、中、低三挡并可手动调节，其额定电压为220V，低温挡、中温挡的额定功率为22W和44W。利用所学的电学知识他设计了一个等效电路图，如图乙所示，用两定值电阻R1和R2表示两电热丝，单刀双掷开关S2可接a或b，当它接入家庭电路中正常工作时：
（1）低温挡加热时的电流多大？
（2）中温挡加热3min，消耗多少J的电能？
（3）高温挡加热的额定功率是多少W？
【典例7】（2023•开平市二模）中国的中医已有两千多年的历史，中医是祖国医学文化的宝贵遗产。为了更好地控制煎药时的火候，某厂家生产了如图甲所示的一款全自动电煎药壶，它有“加热”和“保温”两个挡位，其简化电路图如乙图所示，S2是一个温控开关，R1、R2为电热丝，且R2＝3R1，“保温”挡的功率为200W，求：
（1）当S1和S2闭合时，电煎药壶处于 加热 挡位；
（2）电煎药壶在“保温”挡正常工作30min所消耗的电能；
（3）“加热”挡的功率。
【典例8】（2023•明水县模拟）如图甲是小明家购买的某型号电热加湿器，乙是其内部的原理图，表格为其部分技术参数。R1、R2为发热电阻，不考虑温度对电阻的影响，S为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关S可实现“关”、“低挡”和“高挡”之间的切换（低挡为小功率加热，高挡为大功率加热），R1在“低挡”状态与“高挡”状态正常工作时的功率之比是1：16，求：
（1）R1的电阻；
（2）加湿器处于低挡加热状态下的额定功率是多少W？
（3）小明关闭家中其他电器，单独让加湿器接在丙图中的电能表上，加湿器在高挡加热状态下正常工作5min，电能表转盘转了25转，则电能表上模糊不清的这个参数应该是多少r/kW•h？
计算3 电功与电热的综合计算
【典例9】（2023春•金川区校级期中）如图所示是家用电热水壶及铭牌，电热水壶正常工作时，把1L水从20℃加热到100℃需要时间400s，若电热水壶的电阻不变。（已知：c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ水＝1.0×103kg/m3）求：
（1）水吸收的热量；
（2）电热水壶的效率；
（3）当实际电压为198V时，电热水壶的实际功率？
【典例10】（2023•大庆模拟）图甲是某电饭锅的简化电路原理图，R1和R2是阻值不变的加热电阻，R1＝80Ω，S为温控开关，1、2是开关连接的触点。某次煮饭时，只将电饭锅接入220V的电路中，在加热状态下工作了一段时间后，开关S自动切换到保温状态。在保温状态下，电能表（如图乙）的转盘在1min内转动了5r。求：
（1）保温状态下该电饭锅的发热功率。
（2）R2阻值的大小。
（3）用电高峰时，该电饭锅在加热状态下，1344s内将2kg初温为20℃的水加热至沸腾（1个标准大气压），若不计热损失，电饭锅的实际电压。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【典例11】（2023•常州）小明家安装了某品牌小厨宝，其加热电阻丝的规格为“220V 2000W”，水箱容积5L，ρ水＝1×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃），正常工作时，问：
（1）加热电阻丝的阻值？
（2）若水箱内加满水，把水从5℃加热到65℃，加热时间至少多长？
【典例12】（2023•郓城县三模）如图甲是一款家庭用煮茶器，有“加热”和“保温”两个挡位，其简化电路图如图乙所示，R1和R2均为发热电阻，煮茶器部分参数如表。煮茶器的加热效率为80%。[水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃）]，求：
（1）发热电阻R1的阻值；
（2）煮茶器中装满初温为20℃的水，在标准大气压下，将水刚好加热到沸腾，水吸收的热量；
（3）煮沸一壶水所用时间。
计算4 电功率与力学综合计算
【典例13】（2023•岳阳二模）为节约用水，小华为农场的储水箱设计了一个自动抽水控制装置，如图所示，水箱高为1m，容积为0.8m3。在空水箱底部竖直放置一重5N的长方体，长方体高为1m、底面积为0.02m2，上端通过绝缘轻杆与控制电路的压敏电阻R接触，此时压敏电阻受到的压力为零。压敏电阻R的阻值随压力F的增大而减小，部分数据如表，控制电路的电源电压U＝12V，定值电阻R0为保护电阻，当控制电路的电流I≥0.5A时，电磁铁将衔铁吸合，工作电路断开泵停止给储水箱抽水。（g取10N/kg）
（1）若水泵的额定功率为440W，正常工作时通过的电流是多少？
（2）储水箱装满水时长方体所受浮力大小为多少？
（3）为了更加安全的工作，小华通过反复试验，只调整R0的大小，使水面离顶部还有0.05m时，水泵停止给水箱抽水，求此时R0的功率。
【典例14】饮水机是一种常用的家用电器，图甲为饮水机结构剖面图，其加热水槽部分工作原理电路图如图乙所示，其中S是温控开关，R1是加热电阻，R2是定值电阻。当饮水机处于加热状态时，水被迅速加热，达到预定温度时，S自动切换到另一处于保温状态。请回答下列问题：
（1）当开关S与 接触时，此时饮水机处于保温状态。
（2）若饮水机加热时加热管的功率为550W，而保温时加热管的功率为88W，求电阻R2的阻值（不考虑温度对阻值的影响，且不计指示灯的阻值）。
（3）如图甲控水槽内浮体A与阀门C固定相连，当A恰好浸没时阀门C关闭，A未浸没时C略有下降，桶内水流入控水槽中。已知浮体A的体积为55cm3，阀门C的横截面积为1cm2，浮体A与阀门C共重0.15N，不计大气压强。g取10N/kg）求：
①浮体A浸没时所受浮力为多大？
②桶内水位的最大高度是多少？
【典例15】（2023春•灌南县期中）某物理研究小组设计了一个压力报警装置，工作原理如图甲所示，OBA为水平杠杆，OA长100cm，O为支点，OB：OA＝1：5，已知报警器R0的阻值恒为10Ω，压力传感器R固定放置，压力传感器R受到的压力F与R的阻值变化关系如图乙所示。当托盘空载时，闭合开关S，电压表示数为1V；当托盘所受压力增大，电压表示数达到2V时，报警器R0开始发出报警信号。托盘、压杆和杠杆的质量忽略不计，电压表的量程为0～3V。求：
（1）电源电压；
（2）当报警器开始报警时，压力传感器R受到的压力；
（3）当电路输出的电功率与电路在安全状态下输出的最大电功率的比值为5：6时，托盘受到的压力。
【典例16】（2023•巴南区模拟）我国的基建事业位列世界前茅。某兴趣小组模拟建筑工地的起吊机自制了一个起吊模型，如图甲所示，重为19N的重物挂在滑轮组下方，并在电动机的作用下以0.02m/s的速度匀速提升10s。电动机所在的电路如图乙所示，已知电源电压为6V，电阻R1＝10Ω，在匀速提升过程中电压表示数为1V。（不计绳重与摩擦）
（1）求滑轮组提升重物的有用功；
（2）求电动机消耗的电能；
（3）已知电动机线圈电阻R2＝10Ω，求动滑轮的质量。（提示：电动机消耗的电能＝电动机产生的热量+电动机输出的机械能）
巩固训练
1．（2022秋•深圳期末）如图所示，将标有“6V 3.6W”的小灯泡与规格为“10Ω 1A”的滑动变阻器及电流表串联后接到6V的电源上（提示：灯丝电阻随温度而变化），求：
（1）小灯泡正常发光时的电阻。
（2）小灯泡正常工作2min，消耗的电能。
（3）闭合开关S，将变阻器的滑片移到最右端B点时，电流表的示数为0.4A，求此时小灯泡的实际功率。
2．（2023•郫都区二模）如图所示，灯泡L标有“6V，3W”字样（不考虑灯丝电阻变化），定值电阻R1＝28Ω。当开关S1、S2、S3全部闭合时，灯泡正常发光，电流表示数为0.75A。求：
（1）定值电阻R0的阻值大小；
（2）当S1闭合，S2、S3断开时，电路消耗的功率。
3．（2023•中山市模拟）在如图所示的电路中，电源电压保持不变，R1＝12Ω，小灯泡标有“6V 3W”字样。
（1）只闭合开关S1，小灯泡刚好正常发光，求电源电压为多大？
（2）当S1、S2、S3都闭合时，电流表的示数为1.2A，求电阻R2的阻值。
（3）当S1、S2、S3都闭合时，通电1min，电源输出的电能为多少？
4．（2023•眉山）如图所示，如图为某家用电水壶的简化电路图，如表为铭牌的部分参数，R1、R2为发热丝，其中R2＝40Ω。求：
（1）电水壶的加热功率；
（2）电水壶处于保温挡时，正常工作5min消耗的电能；
（3）R1的阻值。
5．（2023•蜀山区校级模拟）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。当只闭合开关S1时为低温挡，低温挡电烤箱的电功率为440W。
（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）高温挡的电功率是多少？
6．（2023•南城县一模）空气炸锅，因其烹制食物脂肪含量低，美味，无油烟味，深受广大市民青睐。如图甲所示，为某品牌空气炸锅，其发热元件为两个电阻，R1＝50Ω，R2＝200Ω，额定工作电压为220V，内部电路可简化为图乙所示电路，当开关S1闭合，开关S接b端时为高温挡；开关S1闭合，开关S断开时为中温挡。
（1）中温挡正常工作时，求流过电阻R2的电流。
（2）高温挡正常工作时，求电阻R1、R2消耗的总功率。
（3）若用此空气炸锅加工薯条，原料薯条温度为20℃，炸熟至少需要达到170℃，求一次炸熟200g薯条需要吸收的热量，[c薯条取3.63×103J/（kg•℃）]
7．（2023•淄博）如图甲为一款养生壶，其加热原理如图乙所示。养生壶的额定电压为220V，R1、R2均是发热电阻，其中R2＝506Ω。养生壶正常工作时，开关置于“1”为加热挡，电路中电流为5A；开关置于“2”为保温挡。求：、
（1）当开关置于“1”时，R1的阻值及R1消耗的电功率；
（2）当开关置于“2”时，养生壶1min消耗的电能；
（3）将壶内500g的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
8．（2023秋•江汉区月考）某种带保温功能的电热水壶，其发热部分电路如图所示。已知电源电压U＝220V保持不变。通过调节开关S1、S2可以实现低温、中温、高温三挡的切换；当水温降到60℃时，电路自动切换成低温挡进行保温。
当开关S1断开、S2接A时，电热水壶处于低温挡，此时R1两端电压为122V，电路中电流为1.11A；当开关S1闭合、S2接A时，电热水壶处于中温挡，此时电流传感器测得S1处电流2A；当开关S1闭合、S2接B时，电热水壶处于高温挡，此时电流传感器测得S1处电流为4.75A；
（1）用电热水壶高温挡把m＝1kg的水从t1＝20℃加热到t2＝100℃，水需吸收多少热量？
（2）求电热水壶处于低温挡时，R2两端电压为多少；
（3）求电热水壶处于高温挡时，通过电阻丝R2的电流为多少。
9．（2023•宽甸县模拟）如图是两挡电炖锅及其简化电路图，铭牌上标有“220V 1000W”字样，一次性可装入2kg的食材，若食材的比热容为4×103J/（kg•℃）。打开电炖锅，10min可将2kg食材从40℃加热到100℃。那么计算：
（1）2kg食材从40℃加热到100℃，吸收多少热量？
（2）电炖锅加热食材的效率为多少？
（3）若R2的电阻为60.5Ω，则电炖锅的低挡功率有多大？
10．（2023•漳州模拟）如图所示，某品牌的家用厨宝（小体积快速电热水器）的额定功率为2000W，其正常工作时，把厨宝内质量为5kg、初温为20℃的水加热到60℃，已知c水＝4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）水吸收的热量；
（2）若不计热损失，电热水器的正常工作时间；
（3））若不计热损失，改用天然气加热，需天然气多少立方米。（q天然气＝4×107J/m3）
11．（2023•河北区二模）中国茶文化源远流长。如图所示是一款煮茶器，正常工作时加热功率为1000W。煮茶器中装有0.5kg初温为20℃的水，在标准大气压下，用这个煮茶器在正常工作下将水刚好加热到沸腾，不计热量损失[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。求：
（1）水吸收的热量；
（2）煮茶器加热的时间。
12．（2023•渝中区校级模拟）图甲是某型号能设定加热温度的家用空气炸锅，其简化电路如图乙所示，它是通过电热丝Rt来加热空气，从而加热食物，达到设定加热温度后，断开开关。求：
（1）将5×10﹣3kg的空气从20℃加热到200℃需要吸收的热量。c空气取1.0×103J/（kg•℃）；
（2）工作电路中电热丝Rt与指示灯支路并联。已知Rt的额定电压为220V，额定功率为1210W。正常工作时，工作电路的总电流为5.55A，此时指示灯支路消耗的功率；
（3）控制电路电源电压恒定，通过调节变阻器R3接入电路的阻值来设置加热温度，电阻R2置于温度监测区域，它的阻值随温度变化的关系如图丙所示。当加热温度设定为150℃，即R3的阻值调为100Ω时，闭合开关S，电磁继电器（不计线圈的电阻）的衔铁被吸下，工作电路接通，开始加热；直到温度达到150℃时，衔铁向上弹起，停止加热。则当R3的阻值调为80Ω时，对应的加热温度设定为多少？
13．（2022•新泰市二模）某科技小组设计了一个水位报警装置模型，工作原理如图所示。其中控制电路中的电源电压U1为12V。当电磁铁线圈中的电流小于I0时，继电器上方触点和触点c接触，绿灯亮；当电磁铁线圈中的电流大于等于I0时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点与触点a、b接触，红灯亮，报警器发出报警信号。定值电阻R0的阻值为100Ω，R为压敏电阻，压敏电阻通过长120cm的杠杆ABO与一个质量为1kg、体积为6×10﹣3m3的圆柱形浮体相连（杠杆与浮体之间是硬质连杆），AB：BO＝4：1，压敏电阻的阻值R随压力F变化的关系如表乙。压板、杠杆和硬质连杆的质量及电磁铁线圈电阻忽略不计，g取10N/kg，水的密度为1.0×103kg/m3，求：
（1）若浮体一半的体积浸入水中时，报警器刚好开始报警，求浮体此时受到的浮力；
（2）报警器开始报警时，杠杆对压敏电阻的压力；
（3）报警器开始报警时，定值电阻R0的电功率；
（4）若更换U1的电压为9V，装置中其它元件不变，为保证报警器仍在原水位开始报警，需要在杠杆上调节触点B的位置。试计算说明触点B应向哪个方向移动多少厘米？
14．如图甲是小明家卫生间新装一种智能抽水马桶。该马桶有坐垫加热和自动冲水功能。
①坐垫加热原理如图乙：R1和R2是表示电热丝的定值电阻，单刀双掷开关S2可接a或b，通过开关S1和S2的不同接法组合，实现“高、中、低”三挡加热功能，其中低温挡和中温挡功率分别为22W和44W。
②冲水原理如图丙：出水阀打开，水箱中的水减少，空心铜球就在重力作用下，随着水位下降而向下运动，通过金属杆AB绕O点转动，向上拉动进水管阀门，使水能通过进水管进入水箱；当出水阀关闭，随着不断进水，水箱中的水位不断上升，空心铜球随着向上运动，当金属杆处于水平位置时，空心铜球恰好浸没，把进水管阀门堵严，不再进水。下表为马桶的相关参数：
（1）坐垫加热高温挡功率为 W，若坐垫质量为500g，让坐垫的温度升高4℃，用此加热挡需要时间为 s．（若电热丝发热全部被坐垫吸收，坐垫材料的比热容c＝0.44×103J/（kg•℃）
（2）小明家的马桶比设在一楼的配水房高20m，若要使家里的马桶能正常工作，则一楼配水房提供的水压应不低于多少Pa？
（3）如果进水管的阀门的受力面积是24mm2，设计能承担的压强是5×105Pa（超过该压强，阀门就关严，不再进水）。金属杆AB能绕O点转动，其质量及形变可忽略不计。重力和浮力认为作用在铜球重心，C为铜球重心，空心铜球体积为220cm3，AB长216mm，AO长24mm。
①请在图中画出铜球受到浮力F浮的示意图及其力臂L。
②空心铜球的质量最多是多少g？
15．（2022•玉州区二模）如图所示，某物理学习小组利用压敏电阻设计了一个模拟超载报警装置，电源电压恒为18V，电流表量程为0～0.6A，电压表量程为0～15V，压敏电阻R能承受的最大压力是400N，压敏电阻R的电阻与受到的压力F关系如图乙所示。为了能测量更重的物体，他们选用了一个杠杆OBA，O为支点，OB：AB＝1：3，模拟车辆放置在托盘内，托盘、压杆和杠杆的质量均忽略不计，当托盘内无模拟车辆时，电压表示数为8V，求：
（1）定值电阻R0的电阻；
（2）当模拟车辆重为1200N时，电压表的示数；
（3）在电路安全的情况下，整个电路消耗电功率的范围；
（4）压敏电阻R消耗的电功率达到最大值时，所测车辆的重力。
16．（2023•淮阳区校级模拟）如图所示是某工地用一电动机通过动滑轮提升建材的装置示意图。假设电源电压220V保持不变。当电动机在10s内将200kg重物匀速提升16m的过程中，电路中的电流为20A，动滑轮的机械效率为80%，电动机线圈电阻和各处摩擦不计（g＝10N/kg）。则：
（1）拉力F是多少。
（2）电动机的功率是多少。
（3）电阻R的阻值是多少。
额定电压
低温挡功率
容量
220V
275W
3L
额定电压/V
220
高温挡额定功率/W
400
低温挡额定功率/W
产品型号 XXXX
额定电压 220V
额定功率 1000W
频率 50HZ
容量 1.0L
装满水质量
1.5kg
额定电压
220V
保温挡功率
100W
加热挡功率
1000W
压力F/N
180
185
190
195
200
压敏电阻R/Ω
18
17
16
14
12
型号
SDS﹣15X05
容量
1L
额定电压
220V
额定频率
50Hz
加热功率
？W
保温功率
40W
F/N
40
60
80
100
120
140
...
R/Ω
150
200
250
300
350
400
...
项目
内容
适用水压
0.2﹣0.7MPa
水箱容积
1.8L