人教版九年级全一册物理18.4焦耳定律高频计算题专训（附答案）

人教版九年级全一册物理18.4焦耳定律高频计算题专训
计算题专辑
1．小明妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆，如图所示，内部由加热系统和按摩系统两部分组成，加热系统的加热电阻额定电压220V，额定功率605W，求：
（1）小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入6kg初温为的水，加热系统的加热电阻正常工作15min将水加热到，此加热过程中水吸收的热量是多少？消耗的电能是多少？（水的比热容）
（2）当小明家的实际电压是110V时，加热电阻工作的实际功率是多少？
（3）足浴盆按摩系统中的电动机工作电压是12V，工作电流为4A，其电阻为，电动机工作中10s所产生的机械能是多少焦？
2．如图甲是某电热水壶的电路图，铭牌如图乙。R为加热器，温控器S是一个双金属片温控开关，当温度较低时，其处于闭合状态，加热器加热。当水沸腾后，S会自动断开进入保温状态，从而实现了自动温度开关控制（设加热器电阻阻值一定）。[已知:水的比热容c=4.2103J/（kg·℃），1L=10-3m3]。求：
（1）该电热水壶正常加热工作时，其加热器的阻值是多少？
（2）该电热水壶正常加热工作时，对加热器通电10s产生的热量是多少？
（3）将电热水壶装满初温为25℃的水加热到75℃，水吸收的热量是多少
（4）用如图丙所示的电能表单独测量该电热水壶消耗的电能，实际加热时。3min电能表中间的铝质圆盘转动了24转，此时电路消耗的实际功率是多少
3．（1）如图所示为国庆70周年阅兵中首次亮相的ZTQ-15式轻型坦克，它能适应水网地带、山地、高原等环境恶劣地区作战。据网络消息，该型坦克重，每条履带与地面的接触面积约。求该轻型坦克对水平地面的压强。
（2）小亮家新买了一辆汽车，车上的座椅垫具有电加热功能，如图甲所示。通过观察和研究，他了解到该座椅垫有“高温”、“低温”和“关”三个档位，“高温”档功率为，“低温”档功率为。该座椅垫加热部分的电路简图如图乙所示，电源电压为，S为档位切换开关，和为电热丝。
当座椅垫处于“高温”档加热时，通过计算回答：
①通过座椅垫的电流是多少安？
②电热丝的阻值是多少欧？
③座椅垫工作产生的热量是多少焦？
　　
4．养生壶是大家非常喜欢的小电器，有加热、保温等功能，接在220V的家庭电路中使用，如图所示；图是养生壶的加热水槽部分工作原理电路图，S是一个温控开关，R1为电加热丝，阻值为88Ω，当处于加热状态时，水被迅速加热，达到预定温度后，S自动切换到另一位置，处于保温状态且保温时加热丝的功率为88W；不考虑温度对电阻的影响，且不计指示灯的阻值（A、B是两种不同颜色的指示灯，红灯亮表示加热状态，绿灯亮表示保温状态）；求：
（1）分析说明A、B哪个是红灯，哪个是绿灯；
（2）该养生壶的加热功率；
（3）电阻R2的阻值及养生壶处于保温状态时R2在2min内产生的热量。
5．如图所示是某型号的浴室防雾镜，其背面粘贴有等大的电热膜；使用时，镜面受热，水蒸气无法凝结其上，便于成像，下列表格是该防雾镜的相关数据；经测试获知，在﹣10℃环境下，使平面镜的平均温度升高40℃，需使电热膜正常工作400s，求在此过程中：
（1）镜面玻璃吸收的热量Q1；
（2）电热膜正常工作产生的热量Q2；
（3）电热膜给平面镜的加热效率η。
镜子面积S 110dm2
镜子质量m 1.1kg
额定电压U 220V
额定功率P0 1W/dm2
镜面玻璃比热容c 0.75×103J/（kg ℃）
6．半导体材料的导电能力介于导体和绝缘体之间，其电阻受温度影响较大。如图甲是某种半导体材料的电阻R随温度变化的关系图像。根据这种半导体材料电阻R的特性，小宇和他的同学设计了一个电路（如图乙），可以测定某一空间的温度，定值电阻R0=10Ω。
（1）当环境温度为20℃时，电流表的读数为0.2A，求电源电压。
（2）电流表的读数为0.4A时，求当时的环境温度。
（3）当环境温度为100℃时，通电10s电流通过半导体电阻产生的热量是多少？
7．如图所示，是某种电热饮水机的简化电路示意图。它有加热和保温两种工作状态（由温控开关S0自动控制），阅读该饮水机说明书可知：饮水机的额定电压为220V，加热时的功率为400W，保温时的功率为40W，热水箱容积为2L（，，）求：
（1）将装满水箱的水从20℃加热至100℃，水所吸收的热量？
（2）R1的电阻值是多大？
（3）如果电能转化为水的内能的效率是80%，饮水机正常工作时，将装满水箱的水从20℃加热至100℃，需要多长时间？
8．如图甲是汽车电加热座椅垫，其内部电路如图乙所示，该座椅垫有“高温”“低温”、“关”三个档位，电源电压为12V，高温功率为24W，低温功率为6W，求：
（1）开关拨到“3”是______档，此时电路中的电流为______A；
（2）座椅垫处于“高温”档时1小时内产生的热量______；
（3）加热片的阻值R1=______。
9．如图所示的电热水壶有“加热”和“保温”两种工作状态，由温控开关S1控制，从它的说明书上收集到如下数据，电路原理图已经看不清楚。经阅读可知，电路原理图中有两个相同的发热电阻R1、R2和电源开关。
（1）请你画出电热水壶内部电路图。
（2）计算R1的电阻。
（3）电热水壶加满水后，在额定电压下将水从20℃烧开（标准大气压）用时6min，求该电热水壶的加热效率？[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
容量 1L 加热功率 1100W
额定电压 220V 保温功率 W
频率 50Hz 加热效率 %
10．图甲是全自动干手器。其原理可简化为图乙所示，k1是红外感应开关，k2是温控开关。东营某宾馆的一台干手器只能吹冷风不能吹热风。经检查，原来是机内的电热丝已经烧坏了，电工老李想用一根阻值相同的电热丝来替换，为此：
(1)他查看了铭牌（图丙），然后关掉宾馆房间中所有用电器，只打开干手器，观测出房间内的电能表2min转了20转，结合电能表铭牌上的“3000R/kW h”字样，请你帮老李求出电吹风机吹冷风时的功率；
(2)请你根据上述描述帮老李算出应选配的电热丝的阻值；
(3)老李修好电吹风后，在打开热风时，求此时通过干手器的电流；（保留一位小数）
(4)当电路供电电压为200V时，干手器电热丝3min产生的实际热量是多少？
11．有一款电暖器，有低、中、高三个档位的发热功率.如图是其内部简化电路图，已知:R1=48.4Ω，R2=96.8Ω，电源电压保持不变.
（1）分别求出低、中、高档的功率．
（2）电烤箱在高档位工作时，对食物加热10min，消耗的电能为多少
12．如图甲所示为一制胶厂熬胶时的电加热器的电路原理图．、是两只阻值相同的电热丝．工作时对胶进行加热，使其升温，当胶的温度达到某一温度时，转换开关改变其加热状态，使加热器产生的热量刚好补充向环境的散热，让胶保持在该恒温下加热一段时间，达到粘性最强．胶的比热容为．
甲 乙
（1）胶加热升温阶段，电热器的功率为2420W，则每根电热丝的阻值为多大？
（2）在胶加热保温状态下，胶每向环境散热为多少？
（3）在胶加热保温状态下小明利用如图乙所示电能表和秒表测量电加热器的功率,结果发现每分钟电能表转盘转了25转,这电源电压实际为多少
13．瑞瑞妈妈为了让他有个好身体新买了一个煮蛋器，其外观如图所示该煮蛋器一次可煮6只鸡蛋，铭牌如表某次，瑞瑞关闭了家中其他的用电器妈妈将6只质量均为50g的鸡蛋装人煮蛋器，通电一段时间后，瑞瑞观察到标有3000r/（kW h）”的电能表在这段时间内转了60r，同时煮蛋器中水开始沸腾断开电源，再过2min，妈妈从煮蛋器中取出鸡蛋，瑞瑞发现鸡蛋已经完全煮熟了则：
型号 2010A
额定电压 220V
额定功率 400W
净重 0.2kg
防触电类型 一级
（1）煮蛋器工作的时间是多少？
（2）若鸡蛋的初温为20℃，煮蛋器中水的沸点为100℃，则本次煮鸡蛋的过程中鸡蛋吸收的热量是多少？鸡蛋的比热容为2.1×103J/（kg ℃）
（3）该煮蛋器煮鸡蛋的效率是多少？
参考答案
1．（1）；（2）；（3）400J
【详解】
解：（1）6kg初温为的水加热到，此加热过程中水吸收的热量是
加热时间
加热过程中足浴盆消耗的电能
（2）由可知，在电阻不变时，电功率与电压的平方成正比。因额定电压220V时的额定功率605W，故小明家的实际电压是110V时，加热电阻工作的实际功率是
（3）电动机工作中消耗的电能
由焦耳定律，电动机工作产生的热量
电动机产生的机械能
答：（1）加热过程中水吸收的热量是，消耗的电能是；
（2）当小明家的实际电压是110V时，加热电阻工作的实际功率是；
（3）电动机工作中10s所产生的机械能是400J。
【点睛】
本题考查了电功与热量的综合计算，涉及到吸热公式、电功公式和电功率公式以及焦耳定律公式的应用，熟练应用相关公式即可正确解题。
2．（1）48.4Ω；（2）10000J；（3）525000J；（4）0.8kW
【详解】
（1）当温度较低时，温控器S处于闭合状态，而R0短路，电路为R的简单电路，电路电阻较小，根据P=可知，电水壶处于加热状态，由表中数据知加热功率为1000W，由P=UI=得，加热电阻的阻值为
R====48.4Ω
即加热器的阻值是48.4Ω。
（2）若正常工作时，对加热器通电10s产生的热量
Q=W=P加热t=1000W×10s=10000J
即加热器通电10s产生的热量是10000J。
（3）一满壶水的质量
m=V=1.0×103kg/m3×2.5×10-3m3=2.5kg
水吸收的热量
Q吸=cmΔt=4.2103J/（kg·℃）×2.5kg×(75℃-25℃)=525000J
即水吸收的热量是525000J。
（4）电热水壶消耗的电能
W= kWh=0.04 kWh
电热水壶的实际功率
P===0.8 kW
即电路消耗的实际功率是0.8 kW。
答：（1）该电热水壶正常加热工作时，其加热器的阻值是48.4Ω；
（2）该电热水壶正常加热工作时，对加热器通电10s产生的热量是10000J；
（3）将电热水壶装满初温为25℃的水加热到75℃，水吸收的热量是525000J；
（4）此时电路消耗的实际功率是0.8 kW。
3．（1） ；（2）①；② ；③
【详解】
解：（1）因为坦克在水平地面上，所以该轻型坦克对水平地面的压力为
履带与地面的接触面积
该轻型坦克对水平地面的压强
（2）①由公式，得：通过座椅垫的电流
②由公式，得：电热丝的阻值
③座椅垫产生的热量
答：（1）该轻型坦克对水平地面的压强；
（2）①通过座椅垫的电流是1.5A；
②电热丝的阻值是；
③座椅垫工作产生的热量是。
4．（1）A是红灯，B是绿灯；（2）55W；（3）15840J
【详解】
解：（1）由图可知，当开关拨到左边时，此时A灯亮，只有R1工作，R1电功率
P＝UI＝
当开关拨到右边时，此时B灯亮，R1、R2串联，电路中的电功率
P′＝UI′＝
由此可知
P＞P′
即开关拨到左边的电功率大于开关拨到右边的电功率，开关在左边时处于加热挡，开关在右边时是保温档，所以A是红灯，B是绿灯。
（2）当开关拨到左边时，为加热状态，此时的电功率
P＝＝550W
（3）当开关拨到右边时，为保温状态，电阻R1、R2串联；电功率
P＝UI＝IR I＝I2R
则电路中的电流
I′＝I2＝I1＝＝1A
则电路中的总电阻
R总＝＝220Ω
定值电阻R2的阻值
R2＝R总﹣R1＝220Ω﹣88Ω＝132Ω
养生壶处于保温状态时R2在2min内产生的热量
Q＝I22R2t＝(1A)2×132Ω×2×60s=15840J
答：（1）A是红灯，B是绿灯；
（2）该养生壶的加热功率是55W；
（3）电阻R2的阻值及养生壶处于保温状态时R2在2min内产生的热量是15840J。
5．（1）3.3×104J；（2）4.4×104J；（3）75%
【详解】
解：（1）镜面玻璃吸收的热量为
（2）镜子的加热功率为
电热膜正常工作400s产生的热量为
（3）电热膜给平面镜的加热效率为
答：（1）镜面玻璃吸收的热量为。
（2）电热膜正常工作产生的热量为。
（3）电热膜给平面镜的加热效率为。
6．（1）12V；（2）40℃；（3）36J
【详解】
解：由电路图可知，半导体电阻R与定值电阻R0串联，电流表测电路中的电流。
（1）当温度环境为20℃时，由图像可知，半导体电阻的阻值
R=50Ω
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，由
可得，电源的电压
（2）当电流表的读数为0.4A时，电路的总电阻
此时半导体电阻的阻值
由图像可知，半导体电阻为20Ω时，环境温度是40℃。；
（3）当温度环境为100℃时，由图像可知，半导体电阻的阻值
R=10Ω
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以此时电路电流
I″=0.6A
通电10s电流通过半导体电阻产生的热量
答：（1）电源电压为12V；
（2）电流表的读数为0.4A时，环境温度为40℃；
（3）当环境温度为100℃时，通电10s电流通过半导体电阻产生的热量是36J。
7．（1）6.72×105J；（2）121Ω；（3）2100s
【详解】
解：（1）装满水箱的水的质量
m=ρV==2kg
水从20℃加热至100℃所吸收的热量
Q吸=cmt=×2kg×（100℃-20℃）=6.72×105J
（2）开关S0闭合时，只接入R1，饮水机处于加热状态，即R1的功率为400W，根据电功率推导式可得R1的电阻
（3）根据题意可得
由功率定义式变形可得
答：（1）水所吸收的热量6.72×105J；
（2）R1的电阻值是121Ω；
（3）将装满水箱的水从20℃加热至100℃需要2100s。
8．高温 2 86400J 18欧
【详解】
解：（1）[1][2]由图可知，当开关拨到“1”时，电路断路，座垫处于“关”挡位；当开关拨到“2”时，两电阻串联，当开关拨到“3”时，电路为R2的简单电路，电路的电阻最小，根据可知，电加热椅垫的功率最大，此时处于高温挡。此时电路中的电流
（2）[3]座椅垫处于“高温”档时1小时内产生的热量
（3）[4]根据可得，电加热片R2的阻值为
当开关拨到“2”时，两电阻串联，串联电路的电阻
所以，电加热片R1的阻值为
答：（1）开关拨到“3”是高温档，此时电路中的电流为2A；
（2）座椅垫处于“高温”档时1小时内产生的热量86400J；
（3）电加热片R1的阻值为18Ω。
9．（1）；（2） 或；（3）84.8%
【详解】
解：（1）根据高温档时功率大、电阻小，低温档时功率小、电阻大，可以有串并联两种电路结构，如图所示：
（2）按图甲，S、S1闭合时，R1工作，高温档，只闭合S，R1、R2串联，低温档，根据表格数据P高=1100W，则R1电阻为
按图乙，S、S1闭合时，R2、R1并联工作，高温档，只闭合S，R1工作，低温档，根据表格数据P高=1100W，且R2=R1，即P1=550W，则R1电阻为
（3）电热水壶加满水后，在额定电压下将水从20℃烧开（标准大气压）用时6min，水的质量为
水升高的温度为
水吸热为
消耗电能为
该电热水壶的加热效率为
答：（1）如图甲、乙所示；
（2）按图甲，R1电阻为44Ω，按图乙，R1电阻为88Ω；
（3）该电热水壶的加热效率为84.8%。
10．(1)200W；(2)50Ω；(3)5.3A；(4)1.44×105J
【详解】
(1)由题图可知，当只有开关K1闭合时，电动机连入电路，此时吹冷风；当开关K2闭合时，电动机和电热丝并联连入电路，此时吹热风。“3000R/kW h”表示用电器每消耗1kW h的电能，电能表转盘转3000转，电能表转盘转20R消耗的电能是
电吹风机吹冷风时的功率是
(2)由表格数据知，吹热风时总功率为1168W，所以电热丝消耗的功率是
根据可得，电热丝的电阻是
(3)由可知，在打开热风时，此时通过干手器的电流是
(4)当电路供电电压为200V时，电吹风电热丝3min产生的实际热量是
答：(1)电吹风机吹冷风时的功率是200W；
(2)电热丝的阻值是；
(3)在打开热风时，此时通过干手器的电流是；
(4)当电路供电电压为200V时，电吹风电热丝3min产生的实际热量是。
11．(1)333.3W；1000W；1500W；(2)
【详解】
(1)根据图中电路可知，当S1接b，S2断开时，电路中两电阻串联，电阻最大，此时功率最小，为低档
当S1接b，S2闭合时，只有R1接入电路，此时电阻较小，为中档，功率
当S1接a，S2闭合时，两电阻并联，此时电阻最小，为高档，功率
(2)在高档位加热10分钟，消耗电能
答：(1)低档位功率为333.3W，中档位功率为1000W，高档位功率为1500W；(2)消耗电能为．
12．(1) 40Ω；(2) 36300J；(3) 200V．
【详解】
(1)加热升温阶段、双刀双掷开关的状态应是掷向下方的，此时，两电阻并联，则电路的总电阻
R总==20Ω，
每根电热丝的阻值
R=2 R总=2×20Ω=40Ω；
(2)保持恒温时，双刀双掷开关的状态应是掷向上方的，此时，两电阻串联．1min向环境散热：
Q散=×60s=36300J；
(3)由图乙可知电能表的参数是3000r/（kW h），电加热器的每分钟消耗的电能
W==kW h，
电加热器保温时的功率
P保温==0.5kW=500W，
电源电压
U实==200V．
答：(1)每根电热丝的阻值为40Ω；
(2)在胶加热保温状态下，胶每向环境散热为36300J；
(3)这电源电压实际为200V．
13．（1）180s；（2）5.04×104J；（3）70%
【解析】
【详解】
（1）煮鸡蛋消耗的电能：W电===0.02kW h=7.2×104J；根据P=得，煮蛋器工作的时间：t===180s；
（2）鸡蛋吸收的热量：Q吸=cm△t=2.1×103J/（kg ℃）×0.05kg×6×（100℃-20℃）=5.04×104J，
（3）煮蛋器煮鸡蛋的效率：η=×100%=×100%=70%；