59讲 电学专有讲义 （习题解析） 2023年初中物理自主招生讲义68讲

第1 页/ 共59 页 初中物理自主招生讲义59 答与解析 一．电功的实质（共2 小题） 1 ．下列各设备中，将机械能转化为电能的是（ ） ．电炉 B．电磁炉 ．电饭锅 D．发电机 答与解析：电炉、电饭锅都是用电设备，将电能转化为热能； 电磁炉通电后，在底盘和平底锅的金属中产生强大的磁场涡流，其结果是产生高温。 所以能量转化是：电能﹣﹣﹣﹣磁场能﹣﹣﹣﹣﹣内能。 发电机是机械能转化为电能。 故选：D。 （多选）2 ．下列实验仪器工作时，把电能转化为机械能的是（ ） ． 电流表 B． 电压表 ． 发电机 D． 电动机 答与解析：、电流表是测量电流的装置，它消耗的电能很少，它将消耗的电能转化为电 流表指针转动的动能，符合题意； B、电压表是测量电压的装置，它消耗的电能很少，它将消耗的电能转化为电压表指针 转动的动能，符合题意； 、发电机是产生电能的装置，它是利用电磁感应现象，将机械能转化为电能的装置，不 符合题意； D、电动机是消耗电能的装置，它将电能转化为电动机转动的动能，符合题意。 故选：BD。 二．电功与电能的计算（共17 小题） 3．功率为10 的发光二极管（LED 灯）的亮度与功率为60 的白炽灯相当。根据国家节能战 略，2016 年前普通白炽灯应被淘汰。假设每户家庭有2 只60 的白炽灯，均用10 的LED 第1 页/ 共59 页 灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近（ ） ．8×108k• B．8×1010k• ．8×1011k• D．8×1013k• 答与解析：全国一年节省的电能最接近＝Pt＝2（006k 001k ﹣ ）×55×108×4×365＝ 803×1010k•。 故选：B。 4．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行。一空调器在不同工作状态下电 功率随时间变化的关系见图，此空调器运行1 小时用电（ ） ．10 度 B．15 度 ．20 度 D．25 度 答与解析：由图可知：1 内制冷时间：t1＝40m＝ ，t2＝20m＝ ， 则空调消耗的电能：＝P1t1+P2t2＝2k× +05k× ＝15k•＝15 度。 故选：B。 5．2004 年6 月10 日，联合国大会召开第58 次会议，会议鼓掌通过了2005 “ 年为国际物理 ” “ 年的决议。高邮中学的STS” “ ” 小组以实际行动庆祝国际物理年，对开发和利用水资源 进行研究，同学们认为在放自来水时，水的机械能没有得到利用而白白浪费。于是他们 在老师的指导下经过研制，在水龙头处安装了一只小型水轮发电机，当放水时水的机械 能转化为电能。设小型水轮发电机的效率为40%，水塔内的水面高于水龙头10 米，且 保持不变。当水龙头放出1 吨水时，小型水轮发电机所产生的电能为（ ） ．4000 焦 B．98000 焦 ．58800 焦 D．39200 焦 答与解析：G＝mg＝1000kg×98/kg＝9800 ＝G＝9800×10m＝98×104 电＝η＝40%×98×104＝39200 故选：D。 6．如表分别是一台电冰箱和一台电风扇的铭牌，在24 内正常使用电冰箱和连续运转电扇 消耗的电能（ ） 第1 页/ 共59 页 B 65B ﹣ 电冰箱 额定电压 220V 工作频率 50z 额定功率 70 耗电量 050（k•）/24 FS 69 ﹣ 电扇 规格 400mm 额定电压 220V 工作频率 50z 额定功率 65 ．电冰箱多 B．电风扇多 ．一样多 D．无法确定 答与解析：电风扇耗电：1＝Pt＝0065k×24＝156k•， 电冰箱耗电：2＝05k•/24×24＝05k•， 因为1＞2，所以电风扇耗电多， 故选：B。 7．如图甲，电磁继电器和热敏电阻R1等组成了温度控制箱电路，R1处于温箱内，电源电 压U＝6V，继电器线圈的电阻可不计，图乙为热敏电阻的R1 t ﹣图象，且已知在50～ 150℃范围内，热敏电阻的阻值随温度的变化规律是：R1•t＝K（常数）；当线圈中的电 流达到40m 时，继电器的衔铁被吸合，下触点闭合，此时箱内温度为80℃，当线圈中 的电流为30m 时，电磁继电器的衔铁释放，上触电闭合，此时箱内温度为60℃，这样 就可以时控制箱内温度在60℃～80℃ “ ” 范围内变化。图中的交流电源是控制箱加热器 的电源，它的额定功率是1500。 （1）80℃时，热敏电阻R1的阻值是 150 Ω； （2）根据统计，正常情况下，温度控制箱内的加热器，每天加热50 次，每次加热 10m，恒温箱每天消耗电能 125 k•。 答与解析：（1）当恒温箱保持恒温80℃时，热敏电阻： R1＝ ＝ ＝150Ω； 第1 页/ 共59 页 （2）已知：P＝1500＝15k，t＝50×10m＝50× ， 则每天消耗的电能： ＝Pt＝15k×50× ＝125k•； 故答为：150；125。 8．人类已进入智能化时代。小明家安装了空调智能控制系统，空调自动开启条件是：家中 有人且室温等于或高于26℃．S1和S2是控制空调开启的两个智能开关，当家中有人时 S1自动闭合，家中没有人时S1自动断开；当室温等于或高于26℃时S2自动闭合，室温 低于26℃时S2自动断开，则控制空调开启的电路示意图是图甲和图乙中的 甲 。已 知小明家某天室内温度变化情况如图丙所示，当天8 12 ﹣ 和14 18 ﹣ 家中没有人，空调 的额定电压是220V，额定功率是1k，则这台空调当天消耗的电能是 5 k•。 答与解析： （1）由题意知，当家中有人S1 闭合，且室温等于或高于26℃时S2 闭合，空调才会开 启，即两个开关都闭合时空调开启，只要有一个开关断开空调都不会自动开启，则两开 关应串联在电路中，故图甲符合要求； （2）由题知，当天8 12 ﹣ 和14 18 ﹣ 家中没有人，结合当天室内温度变化情况，可得当 天空调工作时间： t＝（14 12 ﹣ ）+（21 18 ﹣ ）＝5， 由P＝ 可得，这台空调当天消耗的电能： ＝Pt＝1k×5＝5k•。 故答为：甲；5。 9．双十中学的走廊灯原来是40 的日光灯，现全换为10 的节能灯，若平均每盏灯每天工作 3 小时，全校100 盏灯一个月（30 天）可以节约 270 度电，请你再提出一种节电的 做法 采用声光控制开关控制节能灯 。 第1 页/ 共59 页 答与解析：（1）一只灯一小时节约电能： △＝（P1 P ﹣ 2）t＝（004k 001k ﹣ ）×1＝003k•， 100 只每天使用3 小时，30 天可以节电： ＝100×3×30×003k•＝270k•＝270 度； （2）走廊里的节能灯可以采用声控开关和光控开关来控制，有人经过时节能灯发光， 没有人经过时节能灯不亮，达到节约电能的目的。 故答为：270；采用声光控制开关控制节能灯（答合理即可）。 10 “ ” ．地球一小时由世界自然基金会于2007 年发起，号召全球的政府、企业和个人在三月 的最后一个周六晚上自愿关灯一小时，倡导与宣传节能减排行动，以共同应对全球气候 变化。北京的鸟巢、水立方和玲珑塔在3 月28 日晚上八点半关灯一小时，在美丽的黑 暗中展示它们对节能减排、应对全球气候变化无声的支持。假设鸟巢中安装了6000 支 80 的大功率节能灯，那么此次活动将节约 480 k•的电能。 答与解析：t＝1， 鸟巢节能灯的总功率： P＝80×6000＝480000＝480k， 可节约用电： ＝Pt＝480k×1＝480k•。 故答为：480。 11．潮汐能是由于地球和月球、太阳相互作用产生的能量，一日两次，日称潮，夜称汐， 世界上潮汐能蕴藏量约为10 亿千瓦，我国约有11 亿千瓦。我国东南沿海某海湾测量面 积为10×107m2，涨潮时水深20m，此时关上水堤闸门，可使水位保持20m 不变，退潮 时，堤外水位降至18m，假如利用此水堤建潮汐水力发电站，水的势能变为电能的效率 是10%．每天有两次涨潮，问该电站一天能发的电能是 4×10 10 ．（g 取10/kg） 答与解析：△为退潮时水减少的深度，S 为海湾的面积， 一次海湾内水减少的重力G＝mg＝ρVg＝ρS g △＝1000kg/m3×10×107m2×（20m 18m ﹣ ） ×10/kg＝2×1011， △ ，其重心实际只下降＝ （20m 18m ﹣ ）＝1m， 一天产生的水的势能＝2G△＝2×2×1011×1m）＝4×1011， 水的势能变为电能电＝η＝10%×4×1011＝4×1010。 故答为：4×1010。 第1 页/ 共59 页 12．如图是一种电动自行车，它的技术参数如下： •电动机36V，180 •密封免维护酸铅蓄电池（12V，12※）×3 •额定载重75kg，最高时速20km/ •在正常行驶（速度为15km/）的情况下，能行驶60km •行驶100km 充电电能消耗12k• 根据以上参数回答下列问题： （1）为了使电动机正常工作，3 个蓄电池应采用 串联 连接方式。 （2）电动自行车在正常行驶（15km/）的情况下行驶60km，用时为 4 。 （3）电动自行车在以最高时速（20km/）行驶时，所受阻力为 405 。 （4）电动自行车100km 充电电能消耗12k•，在正常行驶（15km/）的情况下行驶60km 充电电能消耗是 072k• ，设此时所受阻力为25，则行驶60km 克服阻力做功是 2592×10 6 。 （5）是电量单位，1＝ 3600 。 答与解析：（1）为使电动机正常工作，3 个蓄电池应采用串联连接方式。 （2）速度v＝15km/，路程s＝60km， v ∵＝ ， ∴行驶时间t＝ ＝4。 （3）电动自行车在以最高时速（20km/＝20× m/s＝ m/s）行驶时，所受阻力：f ＝F＝ ＝ ＝405； （4）在正常行驶（15km/＝15× m/s＝ m/s）的情况下，电动自行车受到的牵引 第1 页/ 共59 页 力：F＝ ＝ ＝432，则 在正常行驶（15km/）的情况下行驶60km 充电电能消耗： ＝ ×60km＝072k•； 行驶60km 克服阻力做功： ′＝f′s＝432×60000m＝2592×106。 （5）1＝1×3600s＝3600。 故答为：（1）串联；（2）4；（3）405；（4）072k•；2592×106；（5）3600。 13．一种学生设计的电热座椅主要由座垫和脚踏组成，其电路示意图如图所示：座垫内的 电热丝R1＝260Ω、R2＝150Ω，脚踏内的电热丝R3＝400Ω．闭合开关S1，开关S2 接 b “ ” 可以使脚踏处于低温挡：开关S2接 “ ” 可以使脚踏处于高温挡（忽略温度变化 对电阻的影响），脚踏处于中温挡时，电热座椅在通电5m 所消耗的电能 26400 。 答与解析：（1）①S2接触点时，电路为R3的简单电路； ②S2接b 触点时，R3与R1串联在电路中； ③S2接触点时，R3与较小的电阻R2串联在电路中； 由电阻的串联规律，②中电路的电阻最大，①中电路的电阻最小， 由P＝ ，可知，S2接b “ ” 触点时为可以使脚踏处于低温挡； 开关S2 “ ” 接可以使脚踏处于高温挡； （2）S2接触点时，R3与较小的电阻R2串联在电路中，由串联电阻的规律： R 串＝R3+R2＝400Ω+150Ω＝550Ω； 电热座椅在通电5m 所消耗的电能： 第1 页/ 共59 页 ＝ t＝ ×5×60s＝26400。 故答为：b；；26400。 14 “ ” ．无链条电动自行车，被称为没有链条的混合动力电动自行车。它相比传统自行车具 有很多优点，如：省力、耐用、安静、结构简单等，因此，无链条电动自行车是城市中 一种理想的交通工具。 如图所示为一种在售的无链条电动自行车。它结合了电子动力和人体动力，此车既可以 通过给锂电池充电获得能量，也可以通过骑行者踩脚踏板获得能量。骑行者踩脚踏板的 动能可转化为电能，存储在自行车框架中的锂电池内，之后通过电动机驱动后轮转化成 动能，以此驱动自行车前进。因此使骑行者骑得更省力，同时也能减少对环境的污染。 为了保证电动车的续航能力，该车采用了能量密度大的锂电池，其能量密度达02k•/ kg，能量密度是指存储能量与电池质量的比值。下表是该无链条电动自行车的主要技术 参数（表中电池容量＝放电电流×放电时间，例如，1•是指以1 的电流能连续工作1）： （g 取10/kg） 整车 整车质量 40kg 最大车速 26km/ 最大噪声 ≤30dB 锂电池 电压 40V 容量 10• 电动机 额定功率 180 （1）电动车行驶时极为安静是从 声源处 “ ” “ ” （选填声源处或传播途径中）减弱噪 声的，与汽车相比，电动车启动较快的原因之一是因为其质量小，具有的 惯性 较 小； （2）图中这款车的锂电池最多所能储存的电能约为 144×10 6 ，锂电池的质量为 2 kg，测试时若质量为60kg 的骑行者不踩脚踏板，仅靠锂电池驱动，在平直路面上最多 可连续匀速行驶27×104m，已知行驶时的阻力为车对地面压力的004 倍，则电动机的效 率为 75 % “ 。若骑行者同时踩脚踏板辅助锂电池给车提供能量，这种混合动力驱 ” 动可使车连续匀速行驶36×104m “ ” “ ，则混合动力驱动时人所提供的能量与电力驱 ” 动时锂电池提供的能量之比为 1 ： 3 。 第1 页/ 共59 页 答与解析：（1）该电动自行车行驶时本身发出的声音极为安静，故是在声源处减弱噪 声的；惯性是物质本身的一种属性，惯性的大小只与物体的质量有关，电动车与汽车相 比，电动车质量小，具有的惯性小，所以启动较快。 （2）由题中图表可知，这款车的锂电池最多所能储存的电能为： ＝Ut＝40V×10•＝400＝400×3600s＝144×106， 锂电池的质量 m＝ ＝ ＝2kg， 由于电动车在平直路面上可持续匀速行驶，则 F＝f＝004F'＝004（G 车+G 人）＝004（m 车g+m 人g）＝004（40kg×10/kg+60kg×10/kg） ＝40， 1＝Fs1＝40×27×104m＝108×106， 那么电动机的效率： η＝ ×100%＝ ×100%＝75%， 混合动力驱动时提供的能量： 2＝Fs2＝40×36×104m＝144×106， “ ” 混合动力驱动时人所提供的能量： 3＝2﹣1＝144×106 108×10 ﹣ 6＝036×106， “ ” “ ” 混合动力驱动时人所提供的能量与电力驱动时锂电池提供的能量之比： ＝ ＝ ＝1：3。 故答为：（1）声源处；惯性。 （2）144×106；2；75；1：3。 第1 页/ 共59 页 15．我省不少农村楼房顶上装有如图甲所示的水箱，注满时，水箱内的水面离地面平均高 度为10m。图乙是这种水箱的结构及工作示意图，其中、B 是由密度为25×103千克/米3 的材料制成的圆柱体，它们的体积均为500m3，位于水箱顶部的传感开关是一种特殊 “ ” 的拉线开关，其电阻随拉力变化及电路的工作状态如表。（g 取10 牛/千克） 传感开关受到的拉力/牛 25 15 传感开关的电阻/欧 5 5000 电动水泵的工作状态 通电转动 断电停转 （1）为了增加安全性，压力传感开关通常是通过一只电磁继电器控制电动水泵，请用 笔画线代替导线，按照题意将图乙中电动水泵电路连接完整。 （2）当电动水泵断电停转时，圆柱体排开水的体积是多大？（压力传感开关下的细绳 和、B 间的细绳质量与体积均忽略不计） （3）当电动水泵处于通电转动状态时，电磁铁所在电路的电流大约是08，求电磁铁线 圈的电阻。 （4 “ ）电动水泵的规格为220 伏500 ” 瓦，水箱一次注水需要10 分钟，每次注水量为15 吨某户人家1 个月用水量为15 吨，这户人家每月用水需要消耗多少电能？ 答与解析：（1）如下图所示： 第1 页/ 共59 页 （2）由ρ＝ 可得，、B 的总质量： m 总＝ρV 总＝25×103kg/m3×2×500×10 6 ﹣m3＝25kg， 、B 的总重力： G＝m 总g＝25kg×10/kg＝25； 当电动水泵停止向水箱中注水时水箱中的水位最高，由表格可知此时圆柱体受到的浮力 为： F 浮＝G F ﹣＝25 15 ﹣ ＝10， 由F 浮＝ρ 水gV 排得， V 排＝ ＝ ＝10×10 3 ﹣m3＝1000m3； （3）当电动水泵处于通电转动状态时，由欧姆定律可知该电路总电阻为：R＝ ＝ ＝75Ω， 由表格数据可知，当电动水泵处于通电转动状态时，传感开关的电阻R 传感＝5Ω， 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以电磁铁线圈的电阻为：R 线圈＝R R ﹣ 传感器 ＝75Ω 5 ﹣Ω＝25Ω； （4）这户人家每月用水需要注水的次数： ＝ ＝10，即10 次， 一个月电动机工作的时间： 第1 页/ 共59 页 t＝10×10m＝100m＝6000s， 由P＝ 可得，这户人家每月用水需要消耗的电能： ＝Pt＝500×6000s＝3×106。 答：（1）如上图； （2）当电动水泵断电停转时，圆柱体排开水的体积是1000m3； （3）电磁铁线圈的电阻为25Ω； （4）这户人家每月用水需要消耗的电能3×106。 16．黑夜中看不见开关位置，为此小明设计了如图所的电路。当单刀双掷开关S 合向b 时，照明灯亮、指示灯灭，避免指示灯费电；S 合向时，照明灯灭、指示灯亮，显示开 关位置（S “ 只能摆这两种状态）。他利用一个10V 1”的小灯泡和一段10×104Ω/m 的电 阻丝安装指示灯。 （1）为使指示灯正常发光，请在图示方框内完成指示灯和电阻丝的连接电路。 （2）按上述设计，电阻丝需截用多长一段？ （3）若照明灯一天（24 小时）使用6 小时，则整个电路一天总共耗电多少度？ 答与解析：（1）指示灯的额定电压是10V，所以需要将电阻与灯泡串联进行分压才可 以； （2）由题意可知电阻需要分担的电压是220V 10V ﹣ ＝210V， 串联电路中的电流＝ ＝ ＝01，故电阻丝的电阻R＝ ＝ ＝2100Ω， 所以需要电阻丝的长度L＝ ＝021m； 第1 页/ 共59 页 答：电阻丝需截021m； （3）当照明灯亮时，消耗的电能：1＝P1t＝01k×6＝06k•； 当指示灯亮时，2＝P2t＝Ut＝220V×01×18＝0