历届全国初级中学物理竞赛电功率.docx

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历届全国初级中学物理竞赛电功率

最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题18--电功率

一．选择题

1.（2010上海初中物理竞赛题）如图24-13所示，额定电压为110伏的A、B两盏电灯，额定功率分别为100瓦和25瓦。

把它们接到220伏的电路上，欲使它们都能正常发光且电路消耗的电能最少，正确的电路是

1.【答案】.C

【解析】：

利用串联并联电路知识分析可知，电路ABC都可以使额定电压为110伏的A、B两盏电灯正常发光，电路消耗的电能最少的是电路C。

2.（2011上海第25界初中物理竞赛）甲、乙两灯为钨丝白炽灯，将它们并联在照明电路里都能正常发光，且甲灯比乙灯亮，那么

A．甲灯的额定功率一定比乙灯大

B．甲灯消耗的电能一定比乙灯多

C．甲灯的电阻比乙灯大.

D．甲灯两端的电压比乙灯两端的电压大

2.【答案】：

.A

【解析】：

根据两灯并联在照明电路里都能正常发光，且甲灯比乙灯亮，说明甲灯的额定功率一定比乙灯大，两灯电压相同，甲灯的电阻比乙灯小，选项A正确CD错误。

灯消耗的电能与时间相关，选项B错误。

3.（2010上海初中物理竞赛题）将某灯泡接到电压不变的电源两端，灯泡的电功率为40瓦。

如果将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电阻的电功率为3.6瓦，不考虑灯泡的电阻随温度而发生变化，且灯泡的电阻小于R，则此时灯泡的电功率为（）

A．14.4瓦。

B．32.4瓦。

C．0.4瓦。

D．0.9瓦。

3.【答案】C

【解析】：

设电源电压为U，灯泡电阻R0，将某灯泡接到电压不变的电源两端，有

=40W；

将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电路电流I=

；电阻的电功率I2R=3.6W；灯泡的电功率为P=I2R0.联立解得P=0.4W，选项C正确。

4.（2010上海初中物理竞赛题）将某灯泡接到电压不变的电源两端，灯泡的电功率为40瓦。

如果将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电阻的电功率为3.6瓦，不考虑灯泡的电阻随温度而发生变化，且灯泡的电阻小于R，则此时灯泡的电功率为（）

A．14.4瓦。

B．32.4瓦。

C．0.4瓦。

D．0.9瓦。

4.答案：

C

解析：

设电源电压为U，灯泡电阻R0，将某灯泡接到电压不变的电源两端，有

=40W；

将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电路电流I=

；电阻的电功率I2R=3.6W；灯泡的电功率为P=I2R0.联立解得P=0.4W，选项C正确。

5.（2008上海初中物理竞赛复赛）8.如图所示，电源电压U=8V保持不变，小灯泡上标有“6V，4W”字样，电阻R2=30Ω。

闭合电键后，若滑动变阻器R1的滑动片P在离b端1/4处时，小灯泡的实际功率为1W。

为了使电键闭合后，滑动片左右移动时，灯泡两端电压不超过额定电压，变阻器R1的阻值（有电流部分）的变化范围是（）

A.0Ω~40ΩB.3.4Ω~40ΩC.7.5Ω~30ΩD.10Ω~30Ω

5.答案：

B解析：

灯泡电阻RD=U2/P=9Ω，额定电流I=P/U=4/6=2/3A.。

要使灯泡两端电压不超过额定电压6V，并联部分电压不小于2V，电阻不小于3Ω。

。

当滑动片左移动时电阻减小，由R2R1/（R2+R1）=3解得R1=3.4Ω。

当滑动片右移动时电阻增大，移动到b点时电阻最大。

设滑动变阻器R1的总电阻为R，若滑动变阻器R1的滑动片P在离b端1/4处时，变阻器R1有电流部分的阻值为3R/4，小灯泡的实际功率为1W，说明小灯泡的实际电压为3V，实际电流为1/3A，并联部分电压为5V，并联部分电阻为5V÷1/3A=15Ω。

由

）=15解得R=40Ω。

所以变阻器R1的阻值（有电流部分）的变化范围是3.4Ω~40Ω。

6..（2010上海初中物理竞赛题）如图24-13所示，额定电压为110伏的A、B两盏电灯，额定功率分别为100瓦和25瓦。

把它们接到220伏的电路上，欲使它们都能正常发光且电路消耗的电能最少，正确的电路是

6.答案：

C解析：

利用串联并联电路知识分析可知，电路ABC都可以使额定电压为110伏的A、B两盏电灯正常发光，电路消耗的电能最少的是电路C。

7.（2010上海初中物理竞赛题）将某灯泡接到电压不变的电源两端，灯泡的电功率为40瓦。

如果将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电阻的电功率为3.6瓦，不考虑灯泡的电阻随温度而发生变化，且灯泡的电阻小于R，则此时灯泡的电功率为（）

A．14.4瓦。

B．32.4瓦。

C．0.4瓦。

D．0.9瓦。

7.答案：

C解析：

设电源电压为U，灯泡电阻R0，将某灯泡接到电压不变的电源两端，有

=40W；

将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电路电流I=

；电阻的电功率I2R=3.6W；灯泡的电功率为P=I2R0.联立解得P=0.4W，选项C正确。

8（2008河南初中物理竞赛题）灯L1标有“8V、16W”的字样，灯L2标有“12V、36W”的字样，两灯串联后接在电压为U的电路中，要保证两灯不损坏，电压U的最大值为（）

A．8VB．12VC．16VD．20V

【解析】：

“8V、16W”的灯L1额定电流I1=P/U=16/8A=2A，电阻R=U/I=4Ω；“12V、36W”的灯L2额定电流I2=P/U=36/12A=3A，电阻R=U/I=4Ω；两灯串联后接在电压为U的电路中，要保证两灯不损坏，电流最大值为2A，允许加的电压U的最大值为U=2A×（4Ω+4Ω）=16V,选项C正确。

【答案】：

C

【名师点评】可由用电器的铭牌得到用电器额定电压和额定功率，根据P=UI确定用电器额定电流，再由额定电压和额定电流确定纯电阻用电器的工作电阻。

9（2011上海第25界初中物理竞赛）在如图所示的电路中，电源电压保持不变。

闭合电键S，当滑片P置于滑动变阻器的中点时，电压表的示数为4伏；当滑片置于滑动变阻器的b端时，电压表的示数变化了2伏，此后15秒内定值电阻R1产生的热量为60焦。

下列结果正确的是（）

A．电源电压为10伏

B．R1的阻值为18欧

C．滑动变阻器R的最大阻值为9欧

D．R1先后两次消耗的电功率之比4:

3

解析：

设电源电压为U，滑动变阻器R的最大阻值为R，闭合电键S，当滑片P置于滑动变阻器的中点时，电路总电阻为R1+R/2，电流I=U/（R1+R/2），电压表的示数为IR/2=4伏；当滑片置于滑动变阻器的b端时，电路总电阻为R1+R，电流I’=U/（R1+R），电压表的示数增大2伏，为I’R=6伏；此后15秒内定值电阻R1产生的热量为I’2R1t=60焦。

联立解得R1=R，U=12V，定值电阻R1两端电压为12V-6V=6V，根据15秒内定值电阻R1产生的热量为60焦可得R1的阻值为9欧，滑动变阻器R的最大阻值为9欧，选项AB错误C正确；I/I’=4/3，R1先后两次消耗的电功率之比16:

9，选项D错误。

【答案】C

【名师点评】此题需要根据题述过程列出多个方程联立解得，难度较大。

二．填空题

1.（2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题）图l8是测定小灯泡额定功率的实物连接图，其中电源是三节新的干电池，灯泡的额定电压是3.8V，其灯丝电阻约为l0Ω，滑动变阻器上标有“l0ΩlA”的字样。

（1）请你用笔画线代替导线将电路中未连接的部分连好，使它成为完整的实验电路。

（2）小刚合理地连接好电路，并按正确的顺序操作，但闭合开关后灯不亮，聪明的小刚猜想：

A.可能是灯丝断了

B.可能是电流表断路

C.可能是小灯泡短路

D.可能是滑动变阻器断路

猜想

电流表示数/A

电压表示数/V

如果A成立

如果D成立

请你借助图中的电流表和电压表验证小刚的猜想，将电流表、电压表的示数填人上表。

（3）假如电压表0—15V量程已损坏，小刚仍想测出小灯泡的额定功率，请你将小刚设计的电路图画在右边的方框内。

（4）按小刚新设计的电路图调节滑动变阻器，使电压表示数达到V时，小灯泡就正常发光.此时电流表示数如图l9所示，则小灯泡的额定功率是W。

23.答案：

（1）如图所示。

（2）A成立04.5

D成立00

（3）电路如图所示。

（4）0.71.14

解析：

按小刚新设计的电路图调节滑动变阻器，使电压表示数达到4.5V-3.8V=0.7V时，小灯泡就正常发光.此时电流表示数如图l9所示，为0.30A，则小灯泡的额定功率是P=UI=3.8V×0.30A=1.14W。

2．（2008河南初中物理竞赛题）小昕准备参加玩具赛车比赛，他运用如图所示的电路来挑选一只能量转换效率较高的电动机。

设电池的电压恒定不变，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后读出电流表的读数为2A；然后放手，当电动机正常转动时，又读出电流表的读数为0.6A。

则该玩具电动机正常转动时的效率为。

答案：

70%

解析：

设电动机内阻为R，电源电压为U，用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后U=I1R；电动机正常转动时，UI2=P+I22R；由上述二式解得P=0.84R.。

该玩具电动机正常转动时的效率为η=P/（P+I22R）×100%=70%。

3.（首届全国中学生数理化学科能力竞赛）如图所示是某电热器的工作原理图，R1、R2是发热电阻，虚线框为电热器的金属外壳.它用一个旋转开关可以实现电热器多档位工作的要求.其中旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的左边缘依次有4个金属触点，右边缘是一金属板，可绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将左边缘相邻的两个触点与右边缘的金属板同时连通.如旋到图中位置S时，金属滑片将1、2两触点同时与右边缘金属板接通.若电源电压为220V，则由图可知：

（1）图中P、Q两个接头中，_______与零线相连；正常情况下，零线和地线之间的电压为_______V.

（2）为安全起见，需在电路中安装一总开关，该开关最好应安装在图中A、B、C、D、E中的_________点处.

（3）如果R1＝R2＝48.4Ω，则电热器在旋钮开关旋到位置T时的电功率为_________W；当旋钮开关旋到位置M时，通电1min产生的热量是_________J.

3．答案：

（1）P0

（2）C（3）10003×104

解析：

正常情况下，供电线路的零线与大地接通，所以零线和地线之间的电压为0V。

电路中安装的总开关必须能够切断火线，所以安装在C点。

.如果R1＝R2＝48.4Ω，则电热器在旋钮开关旋到位置T时，电热器电路中只有电阻R2，电功率为P=

=1000W。

当旋钮开关旋到位置M时，电热器电路中电阻R1与R2串联，电功率为P=

=500W。

通电1min产生的热量是Q=Pt=500×60J=3×104J。

4．（2006全国初中应用物理知识竞赛河南预赛）自从爱迪生1879年发明电灯以来，在一百多年中经过人们的不断改进，如今白炽灯己成为我们生活中最常用的照明工具。

根据你对白炽灯的了解，请提出一个与电功率知识有关的实际问题，并根据你所学过的物理知识做出简要回答。

例如：

断丝的灯泡再“搭上”为什么会比以前更亮？

简答：

“搭上”灯丝后，灯丝变短，电阻变小，在电压一定时，由P=U2/R可知电灯的实际功率增大，所以灯泡比原来更亮。

问题：

_____________________________________________________________。

简答：

_____________________________________________________________。

4.答案：

问题1：

为什么灯丝较粗的灯泡额定功率较大？

简答：

普通白炽灯泡的额定电压相同，额定功率不同时，灯丝的电阻不同。

根据决定电阻大小的因素可知，越粗的灯丝在长度相同的情况，电阻会越小，由P=U2/R可知功率就会越大。

问题2：

灯泡用过较长一段时间后，为什么亮度会减弱？

简答：

灯泡用的时间越久，灯丝会因升华现象而变细，根据决定电阻大小的因素可知，其电阻会变大，由P=U2/R可知功率就会越小，故亮度会变暗。

三．综合运用题

1.（2009全国初中应用物理知识竞赛复赛题）小兰家的全自动家用豆浆机的部分技术数据如下表所示。

额定电压

220V

电机功率

180W

额定频率

50Hz

加热功率

800W

加干豆量

75g

加水量

1200mL

制作豆浆的程序大致如下：

（水温为20℃）

工作程序

加热→

打浆→

煮浆→

防溢延煮→

断电报警

工作时间与状态

电热器开始加热，8min后，水温达到打浆设定温度。

电机带动刀片高速打浆，打浆共4次，每次打15s，间隔15s。

电热器继续加热，直至豆浆第一次沸腾，耗时2min。

电热器间断加热，（每加热lmin，停20s）使豆浆反复煮沸，充分煮熟。

共6min40s结束。

机器发出声光报警，提示豆浆已做好

小兰在用该豆浆机制作豆浆之前关闭了她家所有的用电器开关，然后在豆浆机开始制作豆浆的同时，开始记录她家电能表（如图3所示）的转盘转过的圈数，当豆浆机发出声光报警时为止，数得电能表的转盘转过了74圈。

请回答：

（1）．煮好一锅这样的豆浆需要消耗多少电能?

（2）．根据第1问的计算结果，计算制作一锅这样豆浆的过程中她家电能表的转盘应转过多少圈?

（3）．第

（2）问中计算的结果与小兰实际记录的圈数相符吗?

如不相符，请说出你对产生这一偏差的猜想。

1.解析：

（1）．煮好一锅这样的豆浆需要消耗电能：

W=W1+W2=P1t1+P2t2=800×（8×60＋2×60＋400×

）J＋180×4×15J=730800J。

（2）．电能表应当转过的圈数：

n=

圈=73圈

（3）．不相符。

猜想：

某些电器在关闭开关后，仍处于待机状态，消耗电能；

家庭电路电压偏低，豆浆机实际功率偏小；

在制作豆浆过程中，豆浆机向环境散热；

电能表存在误差；

小兰记录存在误差；

导线发热消耗电能。

2.（2011全国初中应用物理知识竞赛河南预赛）节能是这个时代的主旋律。

小强要测量一盏节能灯的额定功率，他利用如图甲所示的照明电路，将标有“220V60W”的白炽灯L1和标有“220V4W-40W”的节能灯L2正确接入电路中，当开关S1和S2都闭合时，两盏灯都正常发光，且在2000s内，标有1800r/kWh的电能表转了71转。

试问：

（1）

节能灯的发光功率是多少？

（2）当开关S1和S2都断开时，小明将图乙所示的电路插入照明电路的插座内。

超导限流器是一种短路故障电流限制装置，它的电阻R随电流I变化关系如图丙所示，L为用电器。

为使用电器短路后电路仍能保持稳定状态，超导电阻R应满足什么条件？

（3）在R满足一定条件时，有人把超导限流器称为“不断电保险丝”，请你说明理由。

2.解：

（1）电能表转了71转消耗电能E=（71÷1800）kWh=（71÷1800）×3600×103J，两盏灯的总发光功率为E/t=（71÷1800）×3600×103J÷2000s=71W。

节能灯的发光功率是71W-60W=11W。

（2）由图丙可知，当电流小于20A时，超导限流器电阻为零；当电流大等于20A时，超导限流器电阻R=U/I=11Ω。

即超导电阻R应满足用电器短路后电路中电流达到20A时超导电阻R突变为11Ω。

（3）当电路电流小于某一电流值（20A）时,限流器电阻为0,电路正常工作；当电路短路时，限流器电阻为一定值，电路电流减小，处于稳定状态。

电路中仍有电流，电路没有被切断。

3.（2007第17届全国初中应用物理知识竞赛）表1中提供的是明湖中学使用的一台数学投影仪的有关数据，请根据其中的数据，通过计算回答：

1、这台投影仪的耗电总功率是多大？

2、如果投影仪的光源采用串联电阻降压的话，所有电阻的阻值应该多大？

该电阻消耗的功率为多大？

3、这台投影仪的光源采用上述串联电阻降压的方法可行吗？

为什么？

4、如果上述方法不可行，请你提出一种可以使投影仪正常工作的方案。

（要求定性说明即可）

表1

电源工作电压

220V

电源频率

50Hz

光源电压

24V

光源电流

10.0A

鼓风机电压

220V

鼓风机电流

0.1A

3、解：

（1）．因为光源消耗的功率为：

P光源=U光源I光源=24V×10A=240W。

鼓风机消耗的功率为：

P风机=U风机I风机=220V×0.1A=22W。

所以这台投影仪消耗的总功率为：

P=P光源+P风机=240W+22W=262W。

（2）．若光源采用串联电阻降压，这时所选用的电阴R应分担的电压为：

UR=U电源-U光源=220V-24V=196V。

通过所选用的电阻R的电流为：

IR=I光源=10A。

所选用电阻的阻值应为：

R=UR/IR=196V/10A=19.6Ω。

所选用电阻消耗的功率为：

PR=I2RR=（10A）2×19.6Ω=1960W。

（3）．因为所选用电阻消耗的功率为1960W，远大于投影仪正常工作时所消耗的功率；同时电阻上消耗的1960W，将产生大量热量，实际使用中很难有效的解决散热问题，因此容易烧毁投影仪。

所以，这台投影仪的光源不宜采用串联电阻降压。

（4）．可采用变压器变压的方法将电源工作电压220V降低为24V供光源使用。

4.．（2008第18届全国初中应用物理知识竞赛）如图l3是一个电热器的工作原理图，电热器内有两个阻值分别为R1=60Ω和R2=120Ω的电热丝；旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有0，1，2，——9共10个金属触点；可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接。

如旋钮上的箭头指向图中位置D时，金属滑片将2、3触点接通，同时另一端将7、8触点接通。

用这个旋转开关可以实现电热器有多挡位工作的要求。

请回答：

（1）这个电热器可有几个不同加热挡位?

并指出每个加热档位旋转开关的箭头指向的位置；

（2）将此电热器接人家庭电路中，电热器在正常工作时每个挡位的功率各是多大。

4.解：

（1）有五个档位：

A档：

当旋纽上的箭头指向图中位置A或F时；B档：

当旋纽上的箭头指向图中位置B或G时；C档：

当旋纽上的箭头指向图中位置C或H时；D档：

当旋纽上的箭头指向图中位置D或I时；E档：

当旋纽上的箭头指向图中位置E或J时。

（2）A档：

R1、R2并联连入电路，电路的总电阻最小，为最大功率档

P1=U2/R1+U2/R2=2202/60W+2202/120W=1210W。

B档：

只有R1接入电路，为较大功率档P2=U2/R1=2202/60W=806.7W。

C档：

R1、R2串联连入电路，电路的总电阻最大，为最小功率档，

R=R1+R2=60Ω+120Ω=180Ω，P3=U2/R=2202/180W=268.9W。

D档：

只有R2接入电路，为较小功率档，P4=U2/R2=2202/120W=403.3W。

E档：

空挡，接此档时功率为零。

5..（1998全国初中应用物理知识竞赛复赛）有两种灯泡，分别标有（110伏60瓦）和（110伏25瓦），把它们接入家庭照明电路中。

（1）能不能各取一只串联使用？

请说明原因。

（2）若把两种灯泡在同一电路中混合使用，并使它们都能正常发光，最少应各使用多少只，如何连接？

（3）这时总电功率是多少？

5.解：

（1）不能各取一只串联使用。

60瓦灯的电阻R1=

=201.7欧。

25瓦灯的电阻R2=

=484欧。

串联后，设25瓦灯的电压为U2，根据串联分压，

，U2=

，代入数据，解得：

U2=155伏，超过了灯的额定电压。

所以不能各取一只串联使用。

（2）设使用60瓦的灯m只，使用25瓦的灯n只，分别并联后再串联使用，各分压110伏时，才能正常发光，此时有：

。

故使用5只60瓦的灯并联后，再与12只并联的25瓦的灯串联即可。

（3）此时总功率为W=W1+W2=5

60瓦+12

25瓦=600瓦。

6．（2012全国初中应用物理知识竞赛）在学校创新比赛中，小亮同学设计了一个多档位的电热水器。

图10甲所示是他设计的电热水器的工作电路图，R1和R2是两根电热丝。

他设计的旋转开关如图10乙所示，旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有共10个金属触点（在图乙中用“○”表示，“○”中标有1、2、3、4编号，编号相同的触点用导线连接）。

可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接。

例如，图10乙中，旋钮上的箭头指向图中位置D，此时，金属滑片将1、2两触点接通，同时另一端也将3、4两触点接通。

当旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，可以实现四档加热功率。

他设计的四档加热功率如下表所示：

温度档位

高温

中温2

中温1

低温

加热功率/W

1100

660

440

264

1．如果要实现旋转开关沿某个方向转动时，加热功率依次递减或递增，通过计算，分析说明电热丝R1和R2的阻值应该分别为多大?

旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，分别对应哪一档加热功率?

2．小亮根据计算结果，借助电池组、电压表和电流表分别截取了电阻大小符合要求的两根电热丝，并按电路图连接好。

经检查无误后，小亮将电热器接入家庭电路，同时借助电能表和手表测量电热器在不同档位工作时实际消耗的电功率，结果发现每一档的实际功率均小于按照电热丝电阻值计算的结果，测量后发现电源电压为220V。

请简单解释产生这种偏差的原因。

3．使用中他发现水温开始升高较快，后来水温升高越来越慢，最后甚至会保持某个温度不再升高，此时水并没有沸腾。

并且选择加热档位功率越小，水能够达到的最高温度越低，这是为什么?

解析：

1．由图可知：

旋钮上的箭头指向D位置时，电热丝R1和R2并联，此时电路消耗功率最大P1＝1100W（1分）

旋钮上的箭头指向C位置时，电热丝R1单独工作，此时电路消耗功率为：

P2=660W（1分）

所以：

R1＝

＝

＝73.3Ω………………………………………………（1分）

旋钮上的箭头指向B位置时，电热丝R2单独工作，此时电路消耗功率为：

P1=440W（1分）

所以：

R2＝

＝

＝110Ω………………………………………………（1分）

当旋钮上的箭头指向A位置时，电热丝R1和R2串联，此时电路消耗功率为：

P4＝

＝

＝264W………………………………（1分）

2．电热丝的电阻会随温度而变化。

在借助电池组、电压表和电流表截取一定阻值的电热丝时，电热丝消耗的功率很小，一定时间内产生的热量少，故温度低，此时电阻小；当电热丝接入家庭电路工作时，消耗的电功率较大，一定时间内产生的热量多，温度升高显著，电阻变大明显：

由公式P＝

可知，此时消耗的电功率比测得的电阻计算的电功率要小一些。

…（3分）

3．电热器在给水加热时。

由于水在吸热的同时还在散热（向空气传递热量、蒸发吸热），并且随着水温的升高，水温与环境温度差增大，热传递的速度加快、水蒸发时吸热的速度也加快，导致水的温度升高减慢；当散失热量与从电热丝吸收到的热量平衡时，水温就不再升高了。

………（2分）

加热功率越小，单位时间内产生的热量越少，达到上述平衡时与环境的温差越小，所以水能达到的最高温度越低。

（1分）

7（12分）（2012全国初中应用物理知识竞赛）如图11甲所示为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图，其中电源两端的电压恒为24V，