人教版物理九年级第十八章 电流热效应档位判断专题计算训练(中等难度偏上)
一、计算题
1.(2021·眉山)如图所示是某种电热器工作的部分电路图,电源电压 不变,两根电热丝的电阻关系为 ,通过旋转扇形开关S,接触不同触点,实现高、低两个档位的转换,低温档时的发热功率为 。求:
(1) 和 的电阻值;
(2)电热器处于高温档时的总功率;
(3)如果在高温档下工作 产生的热量全部被水吸收,在一个标准大气压下这些热量能够让 、 的水,温度升高多少?(水的比热容为 )
【答案】(1)解:旋转开关当 接 时,仅 连入电路,电热器处于低温档。
由电功率公式
得
所以
答: 和 的电阻值分别为110Ω、55Ω;
(2)解:旋转开关,当 接 , 接 时, 和 并联,电热器处于高温档。
发热功率
发热总功率
答:电热器处于高温档时的总功率为1320W;
(3)解:高温档 产生热量
水吸热
由 得
在1个标准大气压下水沸点为 ,水沸腾过程中水温不再升高,不会达到 ,所以水末温应为 ,水升高的温度
答:如果在高温档下工作 产生的热量全部被水吸收,在一个标准大气压下这些热量能够让 、 的水,温度升高为60℃。
【知识点】热量的计算;电功率与电压、电流的关系;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)由题意知只有R1接入电路时,电热器处于低温档,已知低温档时的发热功率、电源电压,由电功率公式的变形式求出R1,由R1和R2的关系求R2;
(2)由题意知, 和 并联,电热器处于高温档,已知电源电压、电阻R1、R2,由求总功率大小;
(3)已知通电时间,由求,又知水的质量、初温,可以由 求温度升高了多少。
2.(2021九下·福田开学考)学校教学楼有一个额定电压为220V电热水器,图是其简化了的工作电路图。已知电阻R1=22Ω,R2=220Ω,电源电压保持220V不变,利用开关S1、S2闭合与断开,可实现电热水器的加热和保温功能。求:
(1)开关S1闭合、S2断开,电热水器处在保温状态还是加热状态;
(2)电热水器处于保温状态时的功率;
(3)电热水器处于加热状态时,经过5min电流产生的热量。
【答案】(1)开关S1、S2闭合时,电路时R1的简单电路,开关S1闭合、S2断开时, R1、R2串联,此时的电阻比简单电路时电阻大,由P=可知,电热水器处在保温状态;
答:开关S1闭合、S2断开,电热水器处在保温状态;
(2)开关S1闭合、S2断开时, R1、R2串联,电热水器处在保温状态,此时的电功率为:P保温=;
答:电热水器处于保温状态时的功率 为200W;
(3)开关S1、S2闭合时,电路时R1的简单电路,处在加热状态,
经过5min电流产生的热量为: ;
答:电热水器处于加热状态时,经过5min电流产生的热量为6.6×105J.
【知识点】电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】由P=可知,当电压一定时,电阻越小,消耗的电功率越大;电阻越大,消耗的电阻率越小。开关S1闭合、S2断开时, R1、R2串联,此时电路中消耗的电功率最小,处在保温状态,根据P保温=解题;分析电路开关S1、S2闭合时,电路时R1的简单电路,处在加热状态,根据求出电热水器产生的热量。
3.(2020九上·平遥月考)如图甲所示的某品牌豆浆机,由打浆和电热两部分装置构成。中间部位的打浆装置是电动机工作带动打浆刀头,将原料进行粉碎打浆;外部是一个金属圆环形状的电热装置,电热装置的简化电路图如图乙所示,开关S可切换加热和保温两种状态,R1、R2是发热电阻,豆浆机的主要参数如下表。请解答下列问题:
型号 额定电压 打浆装置 电热装置
JYP-p115 220V 电机功率 加热功率 保温功率
180W 1000W 242W
(1)某次向豆浆机中加入黄豆和清水共1kg,打浆完成后浆的初温为 40℃,加热该浆使其温度升高到100℃,需要吸收多少热量?[设该浆的比热容为 ]
(2)电阻R1和R2的阻值分别为多大?
(3)该豆浆机同时处于打浆和加热时,正常工作 1min 所消耗电能为多大?
【答案】(1)解:加热该浆需要吸收的热量
答:加热该浆使其温度升高到100℃,需要吸收2.4×105J的热量;
(2)解:由图知,当S接a时,电路中只有R1,电阻较小,由 可知,此时电功率较大,为加热档;当S接b时,电路中R1、R2串联,电阻较大,由 可知,此时电功率较小,为保温档;由 可得R1的阻值
由 可得串联时的总电阻
则R2的阻值
答:电阻R1和R2的阻值分别为48.4Ω、151.6Ω;
(3)解:该九阳豆浆机同时处于打浆和加热时,总功率
正常工作1min所消耗电能
答:该九阳豆浆机同时处于打浆和加热时,正常工作lmin所消耗电能为7.08×104J。
【知识点】热量的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)根据Q吸=cm(t-t0)求出其吸收的热量。
(2)结合电路图,理清元件的连接方式及电表的测量对象,根据P=UI=可知,电源的电压一定时,电路的总电阻越小,电路的总功率越大,豆浆机处于加热挡,反之处于低温挡,根据电阻的串联和P=UI=求出R1与R2的阻值。
(3)根据W=Pt求出正常工作1min所消耗电能。
4.(2020九上·铁岭月考)图甲是一款电煮壶,为了保留药膳的营养,可以把被加热的药膳放到炖盅里加热.图乙是其简化电路图,R1、R2均为发热电阻,且R1=R2.电煮壶有加热和保温两个档.加热档的功率为1000W.求:
(1)电煮壶保温档的功率
(2)炖盅内0.5kg的药膳温度升高了80℃,药膳吸收的热量.[c药膳=4×103J/kg ℃)]
(3)若不计热量损失,壶中的水和药膳总共吸收6×105J的热量,用加热档加热需要的时间.
【答案】(1)解:当开关S闭合、旋钮开关接2时,电路为R2的简单电路,电路的总电阻最小,总功率最大,为加热档,R2的阻值:R2 = = = 48.4Ω;
当开关S闭合、旋钮开关接1时,R1、R2串联,电路的总电阻最大,电路的总功率最小,为保温档,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,且R1=R2,所以,电煮壶保温档的功率:
答:电煮壶保温档的功率为500W
(2)解:药膳吸收的热量:Q吸=c药膳m△t=4×103J/(kg ℃)×0.5kg×80℃=1.6×105J;
答:药膳吸收的热量为1.6×105J
(3)解:不计热量损失,消耗的电能:W=Q吸′=1.6×105J,
加热档加热需要的时间:t = = = 600s.
答:用加热档加热需要600s.
【知识点】电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)分清电煮壶处于不同状态时电路的连接方式,根据P=UI=分析对应的状态,进一步求出R2的阻值,结合R1=R2求出电煮壶保温挡的功率。
(2)根据Q吸=cm△t求出其吸收的热量。
(3)不计热量损失,消耗的电能等于壶中的水和药膳吸收的总热量,根据P=求出加热挡加热需要的时间。
5.(2020·唐山模拟)多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能,深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。(ρ水=1×103kg/m3,c水=4.2×103J/(kg·℃),g=10N/kg)
项 目 参 数
电源电压(V) 220
低温档功率(W) 275
中温档功率(W) 550
高温档功率(W) 1100
容积(L) 1
(1)求R1和R2串联的总阻值;
(2)养生壶处于中温档工作时,求电路中的电流大小;
(3)在标准大气压下,使用高温档将初温是12℃的一壶水烧开,若养生壶高温档加热效率为80%,求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。
【答案】(1)解:当S2接A,S1断开时,电阻R1和R2串联接入电路,养生壶处于低温档,
R串=U2/P低=(220V)2/275W=176Ω
(2)解:I=P/U=550W/220V=2.5A
(3)解:水的质量:m=ρV=1×103kg/m3×1×10-3m3=1kg
水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃-12℃)=3.696×105J
由: ,W=Pt得
烧开一壶水需要的时间为:
【知识点】电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)根据公式可知,当电压相等时,总功率与总电阻成反比,即电阻越大,总功率越小,据此可知当S2接A,S1断开时,电阻R1和R2串联接入电路,养生壶处于低温档,从表格中找到对应的功率,根据公式R串=U2/P低 计算出两个电阻串联时的总电阻即可;
(2)从表格中找出中温档时的功率,然后根据 I=P/U 计算此时电路中的电流;
(3)首先根据m=ρV 计算出水的质量,再根据Q吸=cm(t-t0) 计算出水被烧开时吸收的热量,再根据公式 计算出消耗的电能,最后根据计算出烧开一壶水需要的时间。
6.(2019九上·盘锦月考)图甲是一家用电暖器,有“低温”,“中温”,“高温”三档,铭牌见下表(“高温”档功率空出),图乙为其简化的电路原理图,S是自我保护开关,电暖器跌倒时,S自动断开,切断电源,保证安全,闭合S1为“低温”档。请完成下列问题:
××牌电暖器
额定电压 220V
额定功率 低温档 550W
中温档 1100W
高温档
频率 50Hz
(1)“低温”档正常工作时的电阻是多少?
(2)“高温”档正常工作时的总电流是多少?
(3)若某房间内空气质量为60kg,空气温度为10℃,设定空气的比热容为1.1×103J/(kg ℃)且保持不变,用该电暖器的“高温”档正常工作20分钟,放出热量的50%被房间内的空气吸收,那么可使此房间的空气温度升高多少℃?
【答案】(1)解:闭合S1为“低温”档,R1单独接入电路,由P= 可求“低温”档正常工作时的电阻是:
R1= = =88Ω
答:“低温”档正常工作时的电阻是88Ω
(2)解:闭合S1为“低温”档,R1单独接入电路,单独闭合S2为“中温”档,高温档为S1、S2同时闭合,R1、R2并联,
P高温=P低温+P中温=550W+1100W=1650W,
根据P=UI可得高温档时正常工作的电流:
I= = =7.5A
答:“高温”档正常工作时的总电流是7.5A
(3)解:电暖器的“高温”档正常工作20分钟,放出的热量:
W=P高温t=1650W×20×60s=1.98×106J;
空气吸收的热量:
Q吸=ηW=50%×1.98×106J=0.99×106J;
由Q吸=cm△t可得,房间的空气温度升高:
△t= = =15℃
答:可使此房间的空气温度升高15℃。
【知识点】热量的计算;电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)电暖器在低温档时,由P= 可求电阻;(2)根据P=UI求出高温档时正常工作的电流;(3)根据W=P高t可求产生的热量,根据Q吸=ηW可得空气吸收的热量,根据Q吸=cm△t可得房间的空气温度升高多少℃。
7.(2019·淄博)下表为一台饮水机的铭牌,其内部简化电路如图所示,R1和R2均为电热丝且阻值不变。
(1)该饮水机处于加热状态时,正常工作3min,在1标准大气压下能否把0.5kg的水从20℃加热至沸腾?(c水=4.2×103(kg·℃))
(2)保温功率是指S断开时电路消耗的总功率。该饮水机正常保温时,R1实际消耗的电功率是多少?
【答案】(1)解:在1标准大气压下水的沸点为100℃,则把0.5kg的水从20℃加热至沸腾需要吸收的热量:Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg ℃)×0.5kg×(100℃-20℃)=1.68×105J,由 可得,需要消耗的电能: ,由 可得,需要加热的时间: ,所以,该饮水机正常加热3min不能把1标准大气压下0.5kg的水从20℃加热至沸腾。
(2)解:由图可知,开关S闭合时,电路为R1的简单电路,电路的总电阻最小,饮水机的功率最大,处于加热状态,由 可得,R1的阻值: ,由表格数据可知,该饮水机正常保温时的功率P保温=22W,由题意可知,开关S断开时,R1与R2串联,电路的总电阻最大,饮水机的功率最小,处于保温状态,由P=UI可得,此时电路中的电流 该饮水机正常保温时,R1实际消耗的电功率:P1=I2R1=(0.1A)2×48.4Ω=0.484W。
【知识点】热量的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)根据 Q吸=c水m(t-t0) 求出把0.5kg的水从20℃加热至沸腾需要吸收的热量,再利用 求出需要消耗的电能,利用 求出需要加热的时间,然后与实际加热时间相比较得出答案.
(2)结合电路图,理清开关处于不同状态时元件的连接方式及对应的状态,根据 求出R1的阻值,再根据P=UI求出电路的电流,利用P=UI=I2R求出R1实际消耗的电功率.
8.(2019·亳州模拟)某型号热水杯的原理图如图所示,它有加热和保温两档,通过单刀双掷开关S进行调节,R0、R为电热丝。当开关S接加热档时,电路的功率为1100W,当开关S接保温档时,电路的总功率为44W,R0、R阻值恒定不变。
整壶水的质量 2kg
额定电压 220V
加热时的总功率 l100W
保温时的功率 44W
(1)在加热档正常工作时,电路中的电流是多少
(2)电热丝R0、R的阻值多大?
(3)已知热水壶的加热效率为80%,在一标准大气压下把一满壶水从20℃烧开需要多长时间?(小数点后保留1位小数,c水=4.2×103J(kg ℃))
【答案】(1)解:由表格数据可知,加热时的功率为1100W,
由P=UI可得加热档正常工作时,电路中的电流:
I加热= = =5A
答:在加热档正常工作时,电路中的电流是5A
(2)解:由图知S接2时只有R0接入电路,电路中电阻最小,功率最大,为加热状态,
由P= 可得R0的阻值:
R0= = =44Ω,
S接1时两电阻串联,电路中电阻最大,功率最小,为保温状态,
则总电阻:R总=R0+R= = =1100Ω,
所以R的阻值:R=R总﹣R0=1100Ω﹣44Ω=1056Ω
答:电热丝R0为44Ω,R的阻值为1056Ω
(3)解:水吸收的热量:
Q吸=cm△t=4.2×103J/kg ℃×2kg×(100℃﹣20℃)=6.72×105J;
热水壶放出的热量:
Q放= = =8.4×105J,
因为电流所做的功W=Q放=Pt,
所以加热所用的时间:
t= = ≈763.6s
答:在一标准大气压下把一满壶水从20℃烧开需要763.6s
【知识点】热量的计算;电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1) 由P=UI可得加热档正常工作时电路中的电流.
(2)结合电路图,理清电路的连接方式, 由P= 可得 对应的状态,再利用 P= 可得R、R0的阻值.
(3)利用 Q吸=cm△t 求得 水吸收的热量 ,利用 Q放= 求得 热水壶放出的热量 ,最后利用 W=Q放=Pt 求得 加热所用的时间 .
9.(2018九上·右玉月考)几千年来中国的厨艺最讲究的就是“火候”现在市场上流行如图所示的新型电饭锅,采用“聪明火”技术,电脑智能控温、控压,智能化地控制食物在不同时间段的温度,以得到最佳的营养和口感,其简化电路如图甲所示。R1和R2均为电热丝,S1是自动控制开关。把电饭锅接入220V电路中,用电饭锅的“聪明火”煮米饭,电饭锅工作时的电流随时间变化的图象如图乙所示。
求:
(1)电热丝R2的阻值(计算结果保留一位小数);
(2)这个电饭锅在0~15min内把质量为1.1kg的米饭由20℃加热到100℃,求电饭锅在这段时间内加热的效率。[C米饭=4.2×103J/(kg·℃)]
【答案】(1)解:当开关S闭合时,电路中只有R2工作,从图乙可知通过R2的电流I=3A,根据I=U/R可得,R2的电阻为:R2=U/I=220V/3A=73.3Ω
答:电热丝R2的阻值是73.3Ω。
(2)解:米饭吸收的热量Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1.1kg×(100℃-20℃)=3.696×105J,0---15min内消耗的电能为W总=W1+W2=UI1t1+UI2t2=220V×3A×10×60s+220V×2A×5×60s=5.28×105J,电饭锅加热的效率为:η=Q/W总=3.696×105J/5.28×105J=70%。
答:电饭锅在这段时间内加热的效率是70%。
【知识点】热量的计算;热机的效率;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)结合电路图,理清开关处于不同状态时元件的连接方式及电表的测量对象,利用P=可知对应的状态,由乙图得到电流,利用欧姆定律求出R2的阻值.
(2)利用吸热公式 Q=cmΔt 求出米饭吸收的热量,结合图乙曲线求出电饭锅在0-15min消耗的电能,根据效率公式求出加热效率.
10.某电热饮水机,它有加热和保温两种工作状态(由机内温控开关S0自动控制),从它的说明书上收集到如表数据及如图所示的简化电路原理图.
(1)请分析说明温控开关S0断开时,饮水机的状态.
(2)求电阻R1的阻值.
(3)晚上,由于是用电高峰期,该电热饮水机的实验工作电压只有200V,若它的电阻不变,加热效率为80%,则将一满热水箱的水从20℃加热到80℃需要多长时间?[c水=4.2×103J/(kg ℃),ρ水=1.0×103kg/m3 , 结果保留一位小数].
【答案】(1)解:电源两端电压始终不变,开关S0断开时,只有R2接入电路,总电阻大于S0闭合时时 ,根据P2= 可知,该该状态下属于保温状态。
(2)解:P保温=44W,P加热=400W,因为电热饮水机处于加热时两电阻并联,、
加热时并联P总=P保温+P1,所以P1=P总-P保温=360W,根据P1= 可知
R1≈134.4Ω
(3)解:P加热=400W,所以加热时总电阻根据 ,所以当电压为200V时:根据P= 得:P实= ,水的总质量m=ρV=2kg,
则水吸收热量应为Q=cm△t=4.2×103J/(kg ℃)×2kg×60℃=5.04×105J,
需要消耗的能量W=
加热时间
【知识点】热量的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】并联的用电器越多总功率越大,根据电功率和电压计算电阻,利用水的比热容、质量和温度差计算吸热的多少,根据吸热和热效率计算消耗的电能,从而计算用电器的工作时间.
11.(2018·宝应模拟)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,中温挡的额定功率分别为22W和44W。利用所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)低温挡加热的电流多大?
(2)中温挡加热5h,消耗多少度电?
(3)高温挡加热的额定功率是多少瓦?
【答案】(1)解:由题可知,低温档的额定功率P低=22W,
所以,低温档加热电流
答:低温挡加热的电流为0.1A
(2)解:已知中温档时功率P中=44W,
所以,中温挡加热5 h,消耗的电能为W=P中t=0.044kw×5h=0.22kW·h。
答:中温挡加热5 h,消耗0.22度电。
(3)解:当开关S1闭合,S2接b时,电阻R2被短路,电路为R1的简单电路,根据 可得,此时电路处于中温档,
R1的阻值 ,
当开关S1断开,S2接b时,R1与R2串联,马桶盖处于低温档,此时电路的总电阻 ,
根据串联电路的电阻关系可知, ,
当开关S1闭合,S2接a时,电阻R1与R2并联,电热马桶盖处于高温档,
并联电路的总电阻为R’,则 ,解得R’=550Ω
所以,高温挡加热的额定功率是
答:高温挡加热的额定功率是88W。
【知识点】电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】当闭合不同的开关,形成不同电路,结合电路的连接,利用电功率和时间计算消耗的电能,结合电功率和电压计算电阻.
12.(2018九下·大石桥月考)有一款新型智能电热水壶,有高、中、低三档,并可以手动调节,它的等效电路图如图所示,其中R1=R2=88Ω,均为电热丝,单刀双掷开关S2可接a或b.
(1)开关S1、S2处于什么状态时,电热水壶处于低温档?
(2)电热水壶处于中温档时的电流是多大?
(3)用高温档加热时,电功率是多大?把1kg水从20℃加热到100℃需要多长时间?[已知c水=4.2×103J/(kg ℃),不计热量损失,时间计算结果保留整数即可].
【答案】(1)解:由电路图知,当S1断开,S2接b时,R1、R2串联,电路总电阻最大,电源电压U一定,由P= 可知,此时总功率小,电热水壶处于低温挡;
(2)解:由电路图知,当S1闭合,S2接b时,只有R1连入电路,电路中电阻较大,不是最大,电源电压U一定,由P= 可知,此时总功率较小,电热水壶处于中温挡;则处于中温档时的电流:I= = =2.5A;
(3)解:当当S1闭合,S2接a时,R1、R2并联,总电阻最小,由P= 可知,总功率最大,电热水壶处于高温挡,R1、R2并联时,总电阻:R并= = =44Ω,高温档加热时,电路消耗的功率:P高= = =1100W;把1kg水从20℃加热到100℃吸收的热量:Q=cm△t=4.2×103J/(kg ℃)×1kg×(100℃﹣20℃)=3.36×105J;不计热量损失,W=Q=3.36×105J;由P= 可得,所需时间t= = ≈305s。
【知识点】热量的计算;欧姆定律及其应用;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】结合电路的连接方式判断高低档位,根据电压和电阻利用欧姆定律计算电流的大小,根据水的比热容、质量和温度差计算吸热的多少,利用吸收的热量和电功率计算时间.
13.(2019·日照)吴丽设计了一个内有水箱的孵化箱。利用图甲所示电路,对水箱内的水加热。电路中R是阻值恒为40Ω的发热电阻,R0是阻值恒为160Ω的调控电阻;S为温控开关,当温度等于或低于37℃时闭合,温度等于或高于42℃时断开,使箱内温度维持在37℃到42℃之间;额定电压为220V.请完成下列问题:
(1)在额定电压下,发热电阻R工作的最大发热功率和最小发热功率各为多少瓦特?
(2)设计完成后,吴丽对孵化箱进行了工作测试。从孵化箱温度刚刚变为42℃开始计时,电路中的电流随时间变化的图象如图乙。
ⅰ.测试时的实际电压为多少伏特?
ⅱ.工作测试一个小时,电路消耗的电能为多少度?
ⅲ.已知水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)。假设升温过程中,发热电阻发出的热量全部被水吸收,不考虑热量散失,则测试时水箱内水的质量为多少千克?(本小问结果可用分数表示)
【答案】(1)解:S断开时两电阻串联,电阻较大,功率较小,较小功率为:
S闭合时只有电阻R工作,电阻较小,功率较大,较大功率为:
答:在额定电压下,发热电阻R工作的最大发热功率和最小发热功率各为1210W和242W。
(2)解:i、从孵化箱温度刚刚变为42℃开始计时,此时开关S断开,两电阻串联,由图乙知此时的电流为1A,根据 知测试时的实际电压为:
;
ii、由图乙知一个循环较大功率工作10s,较小功率工作40s,总共50s,
工作测试一个小时,总共有 循环,较大功率总共工作10sx72=720s=0.2h,较小功率总共工作40sx72=2880s=0.8h,
电路消耗的电能:
;
iii.加热一次消耗的电能: ,根据
得水的质量:
答:i.测试时的实际电压为200伏特;ii.工作测试一个小时,电路消耗的电能为0.4356度;iii。测试时水箱内水的质量为 千克。
【知识点】电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)结合电路图,理清开关处于不同状态时元件的连接方式,根据P=可知对应的状态进一步算出最大发热功率和最小发热功率.
(2)i、根据欧姆定律算出实际电压.
ii、由图乙知一个循环较大功率工作10s,较小功塞工作40s,总共50s,进一步求得工作测试一个小时,较大功率总工作时间及较小功率总工作时间,根据W=UIt算出电路消耗的电能.
iii、根据W=Pt算出加热一次消耗的电能,根据Q=cm△t求出水的质量.
14.(2019·涡阳模拟)多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能,深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。(ρ水=1×103kg/m3,c水=4.2×103J/(kg ℃),g=10N/kg)
项目 参数
电源电压(V) 220
低温档功率(W) 275
中温档功率(W) 550
高温档功率(W) 1100
容积(L) 1
(1)开关S1、S2处于什么状态,养生壶为高温档,说明判断依据;
(2)求R1的阻值;
(3)养生壶处于低温档工作时,求电路中的电流大小;
(4)在标准大气压下,使用高温档将初温是12℃的一壶水烧开,若养生壶高温档加热效率为80%,求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。
【答案】(1)解:由图知,当开关S1闭合,S2接B时,电阻R1、R2并联,电路中的总电阻最小,由P= 可知,总功率最大,所以此时养生壶为高温档
答:当开关S1闭合,S2接B时,为高温档;因为此时电阻R1、R2并联,电路中的总电阻最小,总功率最大
(2)解:由图知,当开关S1断开,S2接A时,电阻R1、R2串联,电路中的总电阻最大,由P= 可知,总功率最小,此时为低温档;
当S2接A,S1闭合时,R2被短路,只有电阻R1接入电路,养生壶处于中温档。
由P=UI得,正常工作时通过R1的电流为:I1= = =2.5A,
由I= 得,R1的阻值:R1= = =88Ω
答:电阻R1的阻值是88Ω
(3)解:由P=UI得,养生壶在低温档工作时电路中的电流为:
I低= = =1.25A
答:养生壶处于低温档工作时电流为1.25A
(4)解:由ρ= 可得,水的质量:m=ρV=1×103kg/m3×1×10﹣3m3=1kg,
水吸收的热量:
Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg ℃)×1kg×(100℃﹣12℃)=3.696×105J,
由η= 和W=Pt得,烧开一壶水需要的时间为:
t= = = =420s
答:水吸收的热量为3.696×105J,烧开一壶水需要的时间为420s
【知识点】热量的计算;电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)结合电路图,理清开关处于不同状态时元件的连接方式,利用 P= 可知对应的状态.
(2) 由P=UI得正常工作时通过R1的电流 , 由I= 得R1的阻值 .
(3) 由P=UI得养生壶在低温档工作时电路中的电流 .
(4) 由ρ= 可得水的质量 ,利用 Q吸=cm(t﹣t0) 求得 水吸收的热量 ,再 由η= 和W=Pt得烧开一壶水需要的时间 .
15.(2019·濮阳模拟)小明寒假到农村的爷爷家探亲,他发现原来爷爷家冬天用煤球炉取暖,而现在改用电暖器取暖。设备如图甲所示,上下各一根中空的金属管,在管道中充满绝缘、导热性良好的导热油。如图乙是其工作原理图,有“低温”“中温”“高温”三档,其中发热电阻R1>R2.已知该电暖器额定电压为220V,低温档电功率为550W,中温档电功率为1100W,导热油质量为6kg,导热油的比热容c油=1.8×103J/(kg ℃)。
(1)求R1的阻值。
(2)求电暖器在高温档正常工作时,5min内产生的热量。
(3)不考虑电暖器的热散失,(2)中产生的热量最多可使6kg导热油温度升高多少摄氏度。(保留一位小数)
(4)假如(2)中产生的热量由原来效率为30%的煤球炉提供,需要烧煤多少千克?请你谈一谈使用电暖器取暖比使用煤球炉好的理由。(q煤=3×107J/kg)
【答案】(1)解:由图知,S1、S2都闭合时,两电阻并联,根据并联总电阻小于其中任一电阻,此时总电阻最小,由P= 可知此时功率最大,为高温档;
只闭合S1时,为R1的简单电路,只闭合S2时,为R2的简单电路,因发热电阻R1>R2,则由P= 可知只闭合S1时为低温档,只闭合S2时为中温档;
根据P= 可得,R1的阻值:
R1= = =88Ω
答:R1的阻值为88Ω
(2)解:电暖器在高温档正常工作时,两个电阻都工作,
则高温档的总功率:P高=P1+P2=P低+P中=550W+1100W=1650W;
电暖器在高温档正常工作时,5min内产生的热量:
Q=P高t=1650W×5×60s=4.95×105J
答:电暖器在高温档正常工作时,5min内产生的热量为4.95×105J
(3)解:根据Q=cm△t可得6kg导热油升高的温度:
△t= = ≈45.8℃
答:不考虑电暖器的热散失,(2)中产生的热量最多可使6kg导热油温度升高45.8℃
(4)解:假如(2)中产生的热量由原来效率为30%的煤球炉提供,
根据η= 可得,煤球燃烧放出的热量:
Q放= = =1.65×106J;
根据Q放=mq可得,需要烧煤的质量:
m′= = =0.055kg;
使用电暖器的能量利用率高,清洁、无污染,所以使用电暖器取暖比使用煤球炉好
答:假如(2)中产生的热量由原来效率为30%的煤球炉提供,需要烧煤0.055kg;使用电暖器的能量利用率高,清洁、无污染
【知识点】热量的计算;电路的动态分析;电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)结合电路图,理清开关处于不同状态时元件的连接方式, 由P= 确定电路的不同工作状态;根据 P= 求出R1.
(2)根据 P= 求出每个电阻的功率相加即为总功率,根据 Q=P高t 求出5min内产生的热量.
(3)根据 Q=cm△t 求出使6kg导热油温度升高多少.
(4)根据 η= 求出Q放,由Q=mq求出需要烧煤的质量.
使用电暖器较比使用煤球炉的能量利用率高,清洁、无污染.
1 / 1人教版物理九年级第十八章 电流热效应档位判断专题计算训练(中等难度偏上)
一、计算题
1.(2021·眉山)如图所示是某种电热器工作的部分电路图,电源电压 不变,两根电热丝的电阻关系为 ,通过旋转扇形开关S,接触不同触点,实现高、低两个档位的转换,低温档时的发热功率为 。求:
(1) 和 的电阻值;
(2)电热器处于高温档时的总功率;
(3)如果在高温档下工作 产生的热量全部被水吸收,在一个标准大气压下这些热量能够让 、 的水,温度升高多少?(水的比热容为 )
2.(2021九下·福田开学考)学校教学楼有一个额定电压为220V电热水器,图是其简化了的工作电路图。已知电阻R1=22Ω,R2=220Ω,电源电压保持220V不变,利用开关S1、S2闭合与断开,可实现电热水器的加热和保温功能。求:
(1)开关S1闭合、S2断开,电热水器处在保温状态还是加热状态;
(2)电热水器处于保温状态时的功率;
(3)电热水器处于加热状态时,经过5min电流产生的热量。
3.(2020九上·平遥月考)如图甲所示的某品牌豆浆机,由打浆和电热两部分装置构成。中间部位的打浆装置是电动机工作带动打浆刀头,将原料进行粉碎打浆;外部是一个金属圆环形状的电热装置,电热装置的简化电路图如图乙所示,开关S可切换加热和保温两种状态,R1、R2是发热电阻,豆浆机的主要参数如下表。请解答下列问题:
型号 额定电压 打浆装置 电热装置
JYP-p115 220V 电机功率 加热功率 保温功率
180W 1000W 242W
(1)某次向豆浆机中加入黄豆和清水共1kg,打浆完成后浆的初温为 40℃,加热该浆使其温度升高到100℃,需要吸收多少热量?[设该浆的比热容为 ]
(2)电阻R1和R2的阻值分别为多大?
(3)该豆浆机同时处于打浆和加热时,正常工作 1min 所消耗电能为多大?
4.(2020九上·铁岭月考)图甲是一款电煮壶,为了保留药膳的营养,可以把被加热的药膳放到炖盅里加热.图乙是其简化电路图,R1、R2均为发热电阻,且R1=R2.电煮壶有加热和保温两个档.加热档的功率为1000W.求:
(1)电煮壶保温档的功率
(2)炖盅内0.5kg的药膳温度升高了80℃,药膳吸收的热量.[c药膳=4×103J/kg ℃)]
(3)若不计热量损失,壶中的水和药膳总共吸收6×105J的热量,用加热档加热需要的时间.
5.(2020·唐山模拟)多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能,深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。(ρ水=1×103kg/m3,c水=4.2×103J/(kg·℃),g=10N/kg)
项 目 参 数
电源电压(V) 220
低温档功率(W) 275
中温档功率(W) 550
高温档功率(W) 1100
容积(L) 1
(1)求R1和R2串联的总阻值;
(2)养生壶处于中温档工作时,求电路中的电流大小;
(3)在标准大气压下,使用高温档将初温是12℃的一壶水烧开,若养生壶高温档加热效率为80%,求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。
6.(2019九上·盘锦月考)图甲是一家用电暖器,有“低温”,“中温”,“高温”三档,铭牌见下表(“高温”档功率空出),图乙为其简化的电路原理图,S是自我保护开关,电暖器跌倒时,S自动断开,切断电源,保证安全,闭合S1为“低温”档。请完成下列问题:
××牌电暖器
额定电压 220V
额定功率 低温档 550W
中温档 1100W
高温档
频率 50Hz
(1)“低温”档正常工作时的电阻是多少?
(2)“高温”档正常工作时的总电流是多少?
(3)若某房间内空气质量为60kg,空气温度为10℃,设定空气的比热容为1.1×103J/(kg ℃)且保持不变,用该电暖器的“高温”档正常工作20分钟,放出热量的50%被房间内的空气吸收,那么可使此房间的空气温度升高多少℃?
7.(2019·淄博)下表为一台饮水机的铭牌,其内部简化电路如图所示,R1和R2均为电热丝且阻值不变。
(1)该饮水机处于加热状态时,正常工作3min,在1标准大气压下能否把0.5kg的水从20℃加热至沸腾?(c水=4.2×103(kg·℃))
(2)保温功率是指S断开时电路消耗的总功率。该饮水机正常保温时,R1实际消耗的电功率是多少?
8.(2019·亳州模拟)某型号热水杯的原理图如图所示,它有加热和保温两档,通过单刀双掷开关S进行调节,R0、R为电热丝。当开关S接加热档时,电路的功率为1100W,当开关S接保温档时,电路的总功率为44W,R0、R阻值恒定不变。
整壶水的质量 2kg
额定电压 220V
加热时的总功率 l100W
保温时的功率 44W
(1)在加热档正常工作时,电路中的电流是多少
(2)电热丝R0、R的阻值多大?
(3)已知热水壶的加热效率为80%,在一标准大气压下把一满壶水从20℃烧开需要多长时间?(小数点后保留1位小数,c水=4.2×103J(kg ℃))
9.(2018九上·右玉月考)几千年来中国的厨艺最讲究的就是“火候”现在市场上流行如图所示的新型电饭锅,采用“聪明火”技术,电脑智能控温、控压,智能化地控制食物在不同时间段的温度,以得到最佳的营养和口感,其简化电路如图甲所示。R1和R2均为电热丝,S1是自动控制开关。把电饭锅接入220V电路中,用电饭锅的“聪明火”煮米饭,电饭锅工作时的电流随时间变化的图象如图乙所示。
求:
(1)电热丝R2的阻值(计算结果保留一位小数);
(2)这个电饭锅在0~15min内把质量为1.1kg的米饭由20℃加热到100℃,求电饭锅在这段时间内加热的效率。[C米饭=4.2×103J/(kg·℃)]
10.某电热饮水机,它有加热和保温两种工作状态(由机内温控开关S0自动控制),从它的说明书上收集到如表数据及如图所示的简化电路原理图.
(1)请分析说明温控开关S0断开时,饮水机的状态.
(2)求电阻R1的阻值.
(3)晚上,由于是用电高峰期,该电热饮水机的实验工作电压只有200V,若它的电阻不变,加热效率为80%,则将一满热水箱的水从20℃加热到80℃需要多长时间?[c水=4.2×103J/(kg ℃),ρ水=1.0×103kg/m3 , 结果保留一位小数].
11.(2018·宝应模拟)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,中温挡的额定功率分别为22W和44W。利用所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)低温挡加热的电流多大?
(2)中温挡加热5h,消耗多少度电?
(3)高温挡加热的额定功率是多少瓦?
12.(2018九下·大石桥月考)有一款新型智能电热水壶,有高、中、低三档,并可以手动调节,它的等效电路图如图所示,其中R1=R2=88Ω,均为电热丝,单刀双掷开关S2可接a或b.
(1)开关S1、S2处于什么状态时,电热水壶处于低温档?
(2)电热水壶处于中温档时的电流是多大?
(3)用高温档加热时,电功率是多大?把1kg水从20℃加热到100℃需要多长时间?[已知c水=4.2×103J/(kg ℃),不计热量损失,时间计算结果保留整数即可].
13.(2019·日照)吴丽设计了一个内有水箱的孵化箱。利用图甲所示电路,对水箱内的水加热。电路中R是阻值恒为40Ω的发热电阻,R0是阻值恒为160Ω的调控电阻;S为温控开关,当温度等于或低于37℃时闭合,温度等于或高于42℃时断开,使箱内温度维持在37℃到42℃之间;额定电压为220V.请完成下列问题:
(1)在额定电压下,发热电阻R工作的最大发热功率和最小发热功率各为多少瓦特?
(2)设计完成后,吴丽对孵化箱进行了工作测试。从孵化箱温度刚刚变为42℃开始计时,电路中的电流随时间变化的图象如图乙。
ⅰ.测试时的实际电压为多少伏特?
ⅱ.工作测试一个小时,电路消耗的电能为多少度?
ⅲ.已知水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)。假设升温过程中,发热电阻发出的热量全部被水吸收,不考虑热量散失,则测试时水箱内水的质量为多少千克?(本小问结果可用分数表示)
14.(2019·涡阳模拟)多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能,深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。(ρ水=1×103kg/m3,c水=4.2×103J/(kg ℃),g=10N/kg)
项目 参数
电源电压(V) 220
低温档功率(W) 275
中温档功率(W) 550
高温档功率(W) 1100
容积(L) 1
(1)开关S1、S2处于什么状态,养生壶为高温档,说明判断依据;
(2)求R1的阻值;
(3)养生壶处于低温档工作时,求电路中的电流大小;
(4)在标准大气压下,使用高温档将初温是12℃的一壶水烧开,若养生壶高温档加热效率为80%,求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。
15.(2019·濮阳模拟)小明寒假到农村的爷爷家探亲,他发现原来爷爷家冬天用煤球炉取暖,而现在改用电暖器取暖。设备如图甲所示,上下各一根中空的金属管,在管道中充满绝缘、导热性良好的导热油。如图乙是其工作原理图,有“低温”“中温”“高温”三档,其中发热电阻R1>R2.已知该电暖器额定电压为220V,低温档电功率为550W,中温档电功率为1100W,导热油质量为6kg,导热油的比热容c油=1.8×103J/(kg ℃)。
(1)求R1的阻值。
(2)求电暖器在高温档正常工作时,5min内产生的热量。
(3)不考虑电暖器的热散失,(2)中产生的热量最多可使6kg导热油温度升高多少摄氏度。(保留一位小数)
(4)假如(2)中产生的热量由原来效率为30%的煤球炉提供,需要烧煤多少千克?请你谈一谈使用电暖器取暖比使用煤球炉好的理由。(q煤=3×107J/kg)
答案解析部分
1.【答案】(1)解:旋转开关当 接 时,仅 连入电路,电热器处于低温档。
由电功率公式
得
所以
答: 和 的电阻值分别为110Ω、55Ω;
(2)解:旋转开关,当 接 , 接 时, 和 并联,电热器处于高温档。
发热功率
发热总功率
答:电热器处于高温档时的总功率为1320W;
(3)解:高温档 产生热量
水吸热
由 得
在1个标准大气压下水沸点为 ,水沸腾过程中水温不再升高,不会达到 ,所以水末温应为 ,水升高的温度
答:如果在高温档下工作 产生的热量全部被水吸收,在一个标准大气压下这些热量能够让 、 的水,温度升高为60℃。
【知识点】热量的计算;电功率与电压、电流的关系;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)由题意知只有R1接入电路时,电热器处于低温档,已知低温档时的发热功率、电源电压,由电功率公式的变形式求出R1,由R1和R2的关系求R2;
(2)由题意知, 和 并联,电热器处于高温档,已知电源电压、电阻R1、R2,由求总功率大小;
(3)已知通电时间,由求,又知水的质量、初温,可以由 求温度升高了多少。
2.【答案】(1)开关S1、S2闭合时,电路时R1的简单电路,开关S1闭合、S2断开时, R1、R2串联,此时的电阻比简单电路时电阻大,由P=可知,电热水器处在保温状态;
答:开关S1闭合、S2断开,电热水器处在保温状态;
(2)开关S1闭合、S2断开时, R1、R2串联,电热水器处在保温状态,此时的电功率为:P保温=;
答:电热水器处于保温状态时的功率 为200W;
(3)开关S1、S2闭合时,电路时R1的简单电路,处在加热状态,
经过5min电流产生的热量为: ;
答:电热水器处于加热状态时,经过5min电流产生的热量为6.6×105J.
【知识点】电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】由P=可知,当电压一定时,电阻越小,消耗的电功率越大;电阻越大,消耗的电阻率越小。开关S1闭合、S2断开时, R1、R2串联,此时电路中消耗的电功率最小,处在保温状态,根据P保温=解题;分析电路开关S1、S2闭合时,电路时R1的简单电路,处在加热状态,根据求出电热水器产生的热量。
3.【答案】(1)解:加热该浆需要吸收的热量
答:加热该浆使其温度升高到100℃,需要吸收2.4×105J的热量;
(2)解:由图知,当S接a时,电路中只有R1,电阻较小,由 可知,此时电功率较大,为加热档;当S接b时,电路中R1、R2串联,电阻较大,由 可知,此时电功率较小,为保温档;由 可得R1的阻值
由 可得串联时的总电阻
则R2的阻值
答:电阻R1和R2的阻值分别为48.4Ω、151.6Ω;
(3)解:该九阳豆浆机同时处于打浆和加热时,总功率
正常工作1min所消耗电能
答:该九阳豆浆机同时处于打浆和加热时,正常工作lmin所消耗电能为7.08×104J。
【知识点】热量的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)根据Q吸=cm(t-t0)求出其吸收的热量。
(2)结合电路图,理清元件的连接方式及电表的测量对象,根据P=UI=可知,电源的电压一定时,电路的总电阻越小,电路的总功率越大,豆浆机处于加热挡,反之处于低温挡,根据电阻的串联和P=UI=求出R1与R2的阻值。
(3)根据W=Pt求出正常工作1min所消耗电能。
4.【答案】(1)解:当开关S闭合、旋钮开关接2时,电路为R2的简单电路,电路的总电阻最小,总功率最大,为加热档,R2的阻值:R2 = = = 48.4Ω;
当开关S闭合、旋钮开关接1时,R1、R2串联,电路的总电阻最大,电路的总功率最小,为保温档,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,且R1=R2,所以,电煮壶保温档的功率:
答:电煮壶保温档的功率为500W
(2)解:药膳吸收的热量:Q吸=c药膳m△t=4×103J/(kg ℃)×0.5kg×80℃=1.6×105J;
答:药膳吸收的热量为1.6×105J
(3)解:不计热量损失,消耗的电能:W=Q吸′=1.6×105J,
加热档加热需要的时间:t = = = 600s.
答:用加热档加热需要600s.
【知识点】电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)分清电煮壶处于不同状态时电路的连接方式,根据P=UI=分析对应的状态,进一步求出R2的阻值,结合R1=R2求出电煮壶保温挡的功率。
(2)根据Q吸=cm△t求出其吸收的热量。
(3)不计热量损失,消耗的电能等于壶中的水和药膳吸收的总热量,根据P=求出加热挡加热需要的时间。
5.【答案】(1)解:当S2接A,S1断开时,电阻R1和R2串联接入电路,养生壶处于低温档,
R串=U2/P低=(220V)2/275W=176Ω
(2)解:I=P/U=550W/220V=2.5A
(3)解:水的质量:m=ρV=1×103kg/m3×1×10-3m3=1kg
水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃-12℃)=3.696×105J
由: ,W=Pt得
烧开一壶水需要的时间为:
【知识点】电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)根据公式可知,当电压相等时,总功率与总电阻成反比,即电阻越大,总功率越小,据此可知当S2接A,S1断开时,电阻R1和R2串联接入电路,养生壶处于低温档,从表格中找到对应的功率,根据公式R串=U2/P低 计算出两个电阻串联时的总电阻即可;
(2)从表格中找出中温档时的功率,然后根据 I=P/U 计算此时电路中的电流;
(3)首先根据m=ρV 计算出水的质量,再根据Q吸=cm(t-t0) 计算出水被烧开时吸收的热量,再根据公式 计算出消耗的电能,最后根据计算出烧开一壶水需要的时间。
6.【答案】(1)解:闭合S1为“低温”档,R1单独接入电路,由P= 可求“低温”档正常工作时的电阻是:
R1= = =88Ω
答:“低温”档正常工作时的电阻是88Ω
(2)解:闭合S1为“低温”档,R1单独接入电路,单独闭合S2为“中温”档,高温档为S1、S2同时闭合,R1、R2并联,
P高温=P低温+P中温=550W+1100W=1650W,
根据P=UI可得高温档时正常工作的电流:
I= = =7.5A
答:“高温”档正常工作时的总电流是7.5A
(3)解:电暖器的“高温”档正常工作20分钟,放出的热量:
W=P高温t=1650W×20×60s=1.98×106J;
空气吸收的热量:
Q吸=ηW=50%×1.98×106J=0.99×106J;
由Q吸=cm△t可得,房间的空气温度升高:
△t= = =15℃
答:可使此房间的空气温度升高15℃。
【知识点】热量的计算;电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)电暖器在低温档时,由P= 可求电阻;(2)根据P=UI求出高温档时正常工作的电流;(3)根据W=P高t可求产生的热量,根据Q吸=ηW可得空气吸收的热量,根据Q吸=cm△t可得房间的空气温度升高多少℃。
7.【答案】(1)解:在1标准大气压下水的沸点为100℃,则把0.5kg的水从20℃加热至沸腾需要吸收的热量:Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg ℃)×0.5kg×(100℃-20℃)=1.68×105J,由 可得,需要消耗的电能: ,由 可得,需要加热的时间: ,所以,该饮水机正常加热3min不能把1标准大气压下0.5kg的水从20℃加热至沸腾。
(2)解:由图可知,开关S闭合时,电路为R1的简单电路,电路的总电阻最小,饮水机的功率最大,处于加热状态,由 可得,R1的阻值: ,由表格数据可知,该饮水机正常保温时的功率P保温=22W,由题意可知,开关S断开时,R1与R2串联,电路的总电阻最大,饮水机的功率最小,处于保温状态,由P=UI可得,此时电路中的电流 该饮水机正常保温时,R1实际消耗的电功率:P1=I2R1=(0.1A)2×48.4Ω=0.484W。
【知识点】热量的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)根据 Q吸=c水m(t-t0) 求出把0.5kg的水从20℃加热至沸腾需要吸收的热量,再利用 求出需要消耗的电能,利用 求出需要加热的时间,然后与实际加热时间相比较得出答案.
(2)结合电路图,理清开关处于不同状态时元件的连接方式及对应的状态,根据 求出R1的阻值,再根据P=UI求出电路的电流,利用P=UI=I2R求出R1实际消耗的电功率.
8.【答案】(1)解:由表格数据可知,加热时的功率为1100W,
由P=UI可得加热档正常工作时,电路中的电流:
I加热= = =5A
答:在加热档正常工作时,电路中的电流是5A
(2)解:由图知S接2时只有R0接入电路,电路中电阻最小,功率最大,为加热状态,
由P= 可得R0的阻值:
R0= = =44Ω,
S接1时两电阻串联,电路中电阻最大,功率最小,为保温状态,
则总电阻:R总=R0+R= = =1100Ω,
所以R的阻值:R=R总﹣R0=1100Ω﹣44Ω=1056Ω
答:电热丝R0为44Ω,R的阻值为1056Ω
(3)解:水吸收的热量:
Q吸=cm△t=4.2×103J/kg ℃×2kg×(100℃﹣20℃)=6.72×105J;
热水壶放出的热量:
Q放= = =8.4×105J,
因为电流所做的功W=Q放=Pt,
所以加热所用的时间:
t= = ≈763.6s
答:在一标准大气压下把一满壶水从20℃烧开需要763.6s
【知识点】热量的计算;电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1) 由P=UI可得加热档正常工作时电路中的电流.
(2)结合电路图,理清电路的连接方式, 由P= 可得 对应的状态,再利用 P= 可得R、R0的阻值.
(3)利用 Q吸=cm△t 求得 水吸收的热量 ,利用 Q放= 求得 热水壶放出的热量 ,最后利用 W=Q放=Pt 求得 加热所用的时间 .
9.【答案】(1)解:当开关S闭合时,电路中只有R2工作,从图乙可知通过R2的电流I=3A,根据I=U/R可得,R2的电阻为:R2=U/I=220V/3A=73.3Ω
答:电热丝R2的阻值是73.3Ω。
(2)解:米饭吸收的热量Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1.1kg×(100℃-20℃)=3.696×105J,0---15min内消耗的电能为W总=W1+W2=UI1t1+UI2t2=220V×3A×10×60s+220V×2A×5×60s=5.28×105J,电饭锅加热的效率为:η=Q/W总=3.696×105J/5.28×105J=70%。
答:电饭锅在这段时间内加热的效率是70%。
【知识点】热量的计算;热机的效率;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)结合电路图,理清开关处于不同状态时元件的连接方式及电表的测量对象,利用P=可知对应的状态,由乙图得到电流,利用欧姆定律求出R2的阻值.
(2)利用吸热公式 Q=cmΔt 求出米饭吸收的热量,结合图乙曲线求出电饭锅在0-15min消耗的电能,根据效率公式求出加热效率.
10.【答案】(1)解:电源两端电压始终不变,开关S0断开时,只有R2接入电路,总电阻大于S0闭合时时 ,根据P2= 可知,该该状态下属于保温状态。
(2)解:P保温=44W,P加热=400W,因为电热饮水机处于加热时两电阻并联,、
加热时并联P总=P保温+P1,所以P1=P总-P保温=360W,根据P1= 可知
R1≈134.4Ω
(3)解:P加热=400W,所以加热时总电阻根据 ,所以当电压为200V时:根据P= 得:P实= ,水的总质量m=ρV=2kg,
则水吸收热量应为Q=cm△t=4.2×103J/(kg ℃)×2kg×60℃=5.04×105J,
需要消耗的能量W=
加热时间
【知识点】热量的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】并联的用电器越多总功率越大,根据电功率和电压计算电阻,利用水的比热容、质量和温度差计算吸热的多少,根据吸热和热效率计算消耗的电能,从而计算用电器的工作时间.
11.【答案】(1)解:由题可知,低温档的额定功率P低=22W,
所以,低温档加热电流
答:低温挡加热的电流为0.1A
(2)解:已知中温档时功率P中=44W,
所以,中温挡加热5 h,消耗的电能为W=P中t=0.044kw×5h=0.22kW·h。
答:中温挡加热5 h,消耗0.22度电。
(3)解:当开关S1闭合,S2接b时,电阻R2被短路,电路为R1的简单电路,根据 可得,此时电路处于中温档,
R1的阻值 ,
当开关S1断开,S2接b时,R1与R2串联,马桶盖处于低温档,此时电路的总电阻 ,
根据串联电路的电阻关系可知, ,
当开关S1闭合,S2接a时,电阻R1与R2并联,电热马桶盖处于高温档,
并联电路的总电阻为R’,则 ,解得R’=550Ω
所以,高温挡加热的额定功率是
答:高温挡加热的额定功率是88W。
【知识点】电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】当闭合不同的开关,形成不同电路,结合电路的连接,利用电功率和时间计算消耗的电能,结合电功率和电压计算电阻.
12.【答案】(1)解:由电路图知,当S1断开,S2接b时,R1、R2串联,电路总电阻最大,电源电压U一定,由P= 可知,此时总功率小,电热水壶处于低温挡;
(2)解:由电路图知,当S1闭合,S2接b时,只有R1连入电路,电路中电阻较大,不是最大,电源电压U一定,由P= 可知,此时总功率较小,电热水壶处于中温挡;则处于中温档时的电流:I= = =2.5A;
(3)解:当当S1闭合,S2接a时,R1、R2并联,总电阻最小,由P= 可知,总功率最大,电热水壶处于高温挡,R1、R2并联时,总电阻:R并= = =44Ω,高温档加热时,电路消耗的功率:P高= = =1100W;把1kg水从20℃加热到100℃吸收的热量:Q=cm△t=4.2×103J/(kg ℃)×1kg×(100℃﹣20℃)=3.36×105J;不计热量损失,W=Q=3.36×105J;由P= 可得,所需时间t= = ≈305s。
【知识点】热量的计算;欧姆定律及其应用;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】结合电路的连接方式判断高低档位,根据电压和电阻利用欧姆定律计算电流的大小,根据水的比热容、质量和温度差计算吸热的多少,利用吸收的热量和电功率计算时间.
13.【答案】(1)解:S断开时两电阻串联,电阻较大,功率较小,较小功率为:
S闭合时只有电阻R工作,电阻较小,功率较大,较大功率为:
答:在额定电压下,发热电阻R工作的最大发热功率和最小发热功率各为1210W和242W。
(2)解:i、从孵化箱温度刚刚变为42℃开始计时,此时开关S断开,两电阻串联,由图乙知此时的电流为1A,根据 知测试时的实际电压为:
;
ii、由图乙知一个循环较大功率工作10s,较小功率工作40s,总共50s,
工作测试一个小时,总共有 循环,较大功率总共工作10sx72=720s=0.2h,较小功率总共工作40sx72=2880s=0.8h,
电路消耗的电能:
;
iii.加热一次消耗的电能: ,根据
得水的质量:
答:i.测试时的实际电压为200伏特;ii.工作测试一个小时,电路消耗的电能为0.4356度;iii。测试时水箱内水的质量为 千克。
【知识点】电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)结合电路图,理清开关处于不同状态时元件的连接方式,根据P=可知对应的状态进一步算出最大发热功率和最小发热功率.
(2)i、根据欧姆定律算出实际电压.
ii、由图乙知一个循环较大功率工作10s,较小功塞工作40s,总共50s,进一步求得工作测试一个小时,较大功率总工作时间及较小功率总工作时间,根据W=UIt算出电路消耗的电能.
iii、根据W=Pt算出加热一次消耗的电能,根据Q=cm△t求出水的质量.
14.【答案】(1)解:由图知,当开关S1闭合,S2接B时,电阻R1、R2并联,电路中的总电阻最小,由P= 可知,总功率最大,所以此时养生壶为高温档
答:当开关S1闭合,S2接B时,为高温档;因为此时电阻R1、R2并联,电路中的总电阻最小,总功率最大
(2)解:由图知,当开关S1断开,S2接A时,电阻R1、R2串联,电路中的总电阻最大,由P= 可知,总功率最小,此时为低温档;
当S2接A,S1闭合时,R2被短路,只有电阻R1接入电路,养生壶处于中温档。
由P=UI得,正常工作时通过R1的电流为:I1= = =2.5A,
由I= 得,R1的阻值:R1= = =88Ω
答:电阻R1的阻值是88Ω
(3)解:由P=UI得,养生壶在低温档工作时电路中的电流为:
I低= = =1.25A
答:养生壶处于低温档工作时电流为1.25A
(4)解:由ρ= 可得,水的质量:m=ρV=1×103kg/m3×1×10﹣3m3=1kg,
水吸收的热量:
Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg ℃)×1kg×(100℃﹣12℃)=3.696×105J,
由η= 和W=Pt得,烧开一壶水需要的时间为:
t= = = =420s
答:水吸收的热量为3.696×105J,烧开一壶水需要的时间为420s
【知识点】热量的计算;电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)结合电路图,理清开关处于不同状态时元件的连接方式,利用 P= 可知对应的状态.
(2) 由P=UI得正常工作时通过R1的电流 , 由I= 得R1的阻值 .
(3) 由P=UI得养生壶在低温档工作时电路中的电流 .
(4) 由ρ= 可得水的质量 ,利用 Q吸=cm(t﹣t0) 求得 水吸收的热量 ,再 由η= 和W=Pt得烧开一壶水需要的时间 .
15.【答案】(1)解:由图知,S1、S2都闭合时,两电阻并联,根据并联总电阻小于其中任一电阻,此时总电阻最小,由P= 可知此时功率最大,为高温档;
只闭合S1时,为R1的简单电路,只闭合S2时,为R2的简单电路,因发热电阻R1>R2,则由P= 可知只闭合S1时为低温档,只闭合S2时为中温档;
根据P= 可得,R1的阻值:
R1= = =88Ω
答:R1的阻值为88Ω
(2)解:电暖器在高温档正常工作时,两个电阻都工作,
则高温档的总功率:P高=P1+P2=P低+P中=550W+1100W=1650W;
电暖器在高温档正常工作时,5min内产生的热量:
Q=P高t=1650W×5×60s=4.95×105J
答:电暖器在高温档正常工作时,5min内产生的热量为4.95×105J
(3)解:根据Q=cm△t可得6kg导热油升高的温度:
△t= = ≈45.8℃
答:不考虑电暖器的热散失,(2)中产生的热量最多可使6kg导热油温度升高45.8℃
(4)解:假如(2)中产生的热量由原来效率为30%的煤球炉提供,
根据η= 可得,煤球燃烧放出的热量:
Q放= = =1.65×106J;
根据Q放=mq可得,需要烧煤的质量:
m′= = =0.055kg;
使用电暖器的能量利用率高,清洁、无污染,所以使用电暖器取暖比使用煤球炉好
答:假如(2)中产生的热量由原来效率为30%的煤球炉提供,需要烧煤0.055kg;使用电暖器的能量利用率高,清洁、无污染
【知识点】热量的计算;电路的动态分析;电功的计算;电功率的计算;电功与热量的综合计算
【解析】【分析】(1)结合电路图,理清开关处于不同状态时元件的连接方式, 由P= 确定电路的不同工作状态;根据 P= 求出R1.
(2)根据 P= 求出每个电阻的功率相加即为总功率,根据 Q=P高t 求出5min内产生的热量.
(3)根据 Q=cm△t 求出使6kg导热油温度升高多少.
(4)根据 η= 求出Q放,由Q=mq求出需要烧煤的质量.
使用电暖器较比使用煤球炉的能量利用率高,清洁、无污染.
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