人教版物理九年级全一册同步提优训练：第十八章 电功率 专题训练　电和热的综合计算（含答案）

专题训练　电和热的综合计算
类型1　铭牌类电热综合计算
1.[2020·青海] 王明同学家买了一个电热水壶,其铭牌上部分信息如图表所示。求:
额定电压 220 V
频率 50 Hz
额定容量 1.8 L
额定功率 1000 W
(1)该电热水壶正常工作时的电阻。
(2)用该电热水壶将1.5 L的水从20 ℃加热到100 ℃,水吸收的热量是多少。[水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)王明在测量电热水壶的实际功率时,断开家中的其他用电器,让电热水壶单独工作,测得1.5 min内电能表指示灯闪烁了72次(表盘如图所示),此电热水壶的实际功率是多少。
2.[2021·江西] 如图表一所示是小红同学家的燃气热水器正常工作时显示的部分参数。已知水的初温为20 ℃,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。求:
　　 表一　　 　　　　　 　　　 表二
燃气热水器 即热式电热水器
设定温度 50 ℃ 额定功率 7000 W
气量 1.0 m3/h 额定电压 220 V
水量 5.0 L/min 额定频率 50 Hz
(1)燃气热水器正常工作10 min流出的热水的质量。
(2)燃气热水器正常工作10 min流出的热水所吸收的热量。
(3)小红同学观察到学校用的是即热式电热水器,铭牌如图表二所示。若要得到(2)问中热水所吸收的热量,即热式电热水器需正常工作16 min 40 s,则该即热式电热水器的加热效率为多大。
　铭牌类电热计算:
　　(1)理解铭牌意义,挖掘有效信息:如图电热器的额定功率、额定电压及电热器的容量等,进而可求解电热器的电阻、所容纳的水的质量、水吸收的热量、加热时间等。
　　(2)利用电能表,求解实际功率:根据电能表转盘实际转动的圈数求解用电器消耗的电能、用电器的实际功率,进而还可以求解电路的实际电压。
类型2　多挡位家用电器的综合计算
并联式
3.某品牌电烤箱在额定电压下,功率从大到小有高挡、中挡和低挡。为电烤箱在不同挡位工作时的电路图,R1、R2为发热电阻丝,且阻值R1>R2,则高挡、中挡和低挡对应的电路图分别是图　　　　、图　　　　和图　　　　。(均选填“甲”“乙”或“丙”)
4.是某电饭锅内部加热电路的原理图,它有烧煮和保温两挡,开关S断开时,电饭锅处于　　　　挡,已知R1=484 Ω,烧煮时的功率是保温时的11倍,则R2=　　　　Ω。
5.[2020·盐城] 如图甲所示为某电烤箱的内部简化电路,S1为自动控制开关,R1和R2均为电热丝,图乙是电烤箱正常工作时电流随时间变化的图象。求:
(1)低温挡工作时的功率。
(2)电热丝R2的阻值。
(3)15 min内R1消耗的电能。
6.[2020·江西] 冬天打出来的果汁太凉,不宜直接饮用。如图所示是某“能加热的榨汁杯”及其内部电路简化结构示意图,该榨汁杯的部分参数如图表所示。求:
榨汁杯部分参数表
额定电压 220 V
加热功率 300 W
保温功率 80 W
榨汁功率 66 W
容量 300 mL
(1)仅榨汁时的正常工作电流。
(2)R2的阻值。
(3)已知该榨汁杯正常工作时的加热效率为90%,给杯子盛满果汁并加热,使其温度升高30 ℃,需要加热多长时间。[c果汁=4×103 J/(kg·℃),ρ果汁=1.2×103 kg/m3]
　并联电路中电热器多挡位问题分析:
如图所示,S闭合时,R1、R2并联,电路中总电阻较小,根据公式P=可知,电路总功率较大,此时电热器处于“大火”状态,即“加热”状态;S断开时,R1断路,电路中仅有R2工作,电路中总电阻较大,根据公式P=可知,电路总功率较小,此时电热器处于“小火”状态,即“保温”状态。
串联式
7.(多选)如图所示是一台电热饮水机的电路简图。其额定电压为220 V,具有加热和保温两种功能,对应的电功率分别是400 W和40 W,下列说法正确的是 (　　)
A.S1、S2均闭合时,饮水机处于加热状态
B.R1的阻值为121 Ω
C.R2的阻值为1210 Ω
D.在加热状态下工作1 h,消耗电能0.35 kW·h,此时饮水机处于正常工作状态
8.[2020·大连改编] 如图所示是某家用电热煮茶器的简化电路图。R1和R2均为电热丝,S为单刀双掷开关。R1的阻值是88 Ω,R2的阻值是352 Ω,电源电压是220 V。开关S接“1”时,为加热状态;开关S接“2”时,为保温状态。则加热状态时,通电5 min电流做功是　　　　J;保温状态时,电路消耗的总功率是　　　　W。
9.[2021·深圳] 某科技兴趣小组用一个88 Ω的电阻R1、开关、导线等器材制作了一个电烤箱,先将电烤箱接入电压为220 V的家庭电路,简化电路如图甲所示,闭合开关,求:
(1)通过R1的电流。
(2)R1消耗的电功率。
(3)小组同学发现烤熟蛋糕耗费时间过长,为解决这个问题,他们找来一个相同规格的电阻R2进行改装。
①你认为应按照图　　　　(选填“乙”或“丙”)进行改装。
②闭合开关S后,通电10 min,改装后的电烤箱产生多少热量。
　串联电路中电热器多挡位问题分析:
　　如图所示,S断开时,R1、R2串联,电路中总电阻较大,根据公式P=可知,电路总功率较小,此时电热器处于“小火”状态,即“保温”状态;S闭合时,R2短路,电路中总电阻较小,根据公式P=可知,电路总功率较大,此时电热器处于“大火”状态,即“加热”状态。
多触点开关式
10.[2021·铁岭] 如图甲所示是一款可调温果汁加热鼎,图乙是其简化电路图。R1、R2均为加热电阻,当开关接1时,加热鼎处于保温挡,保温功率为275 W。当开关接2时,加热鼎处于可调温挡,可调功率范围为275~1100 W。求:[果汁比热容取4.0×103 J/(kg·℃)]
(1)加热鼎最大功率时电路中的电流。
(2)滑动变阻器R1的最大阻值。
(3)不计热量损失,加热鼎用最大功率对1 kg果汁加热2 min,果汁升高的温度。
11.[2020·沈阳] 康康家有一台家用电水壶如图甲所示,他发现电水壶有加热和保温两种功能。如图乙所示是其内部电路简图,R1、R2均为加热电阻,通过旋转旋钮开关可以实现加热和保温两种功能的切换。电水壶加热功率为1000 W,保温功率为44 W,求:[c水=4.2×103 J/(kg·℃),ρ水=1.0×103 kg/m3]
(1)把500 g的水从40 ℃加热到100 ℃,水吸收的热量。
(2)不计热量损失,使用电水壶的加热挡完成问题(1)中的加热过程需要的时间。
(3)忽略温度对电阻阻值的影响,加热电阻R1的阻值。
多触点开关式多挡位问题分析:
旋转开关接触不同的触点→不同的电阻接入电路→组成不同的电路连接方式→实现用电器的多挡位。
答案
专题训练　电和热的综合计算
1.(1)由P=可得该电热水壶正常工作时的电阻:
R===48.4 Ω。
(2)水的体积:V=1.5 L=1.5 dm3=1.5×10-3 m3,
由ρ=可得水的质量:
m=ρ V=1.0×103 kg/m3×1.5×10-3 m3=1.5 kg,
水吸收的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1.5 kg×(100 ℃-20 ℃)=5.04×105 J。
(3)3200 imp/(kW·h)表示每消耗1 kW·h的电能,指示灯闪烁3200次,
指示灯闪烁72次,电热水壶消耗的电能:
W= kW·h=0.0225 kW·h,
电热水壶的实际功率:
P===0.9 kW=900 W。
2.(1)由表格数据知燃气热水器的流量为5.0 L/min,正常工作10 min流出的热水的体积:
V=5.0 L/min×10 min=50 L=0.05 m3,
由ρ=可得水的质量:m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×0.05 m3=50 kg。
(2)燃气热水器正常工作10 min流出的热水所吸收的热量:
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(50 ℃-20 ℃)=6.3×106 J。
(3)即热式电热水器正常工作时的功率P=7000 W,
则电热水器消耗的电能:W=Pt时=7000 W×(16×60 s+40 s)=7×106 J;
即热式电热水器的加热效率:
η=×100%=×100%=90%。
3.丙　乙　甲　解： 根据电功率的计算公式P=UI=可知,电压不变时,电阻越小,电功率越大,则将两电阻并联的图丙总电阻最小,电功率最大,为高挡电路图;因为R1>R2,所以P甲4.保温　48.4
解： (1)由电路图可知,开关S断开时,电路为R1的简单电路,电路中的总电阻较大,由P=UI=可知,电路的总功率较小,电饭锅处于保温挡。
(2)开关S闭合时,R1与R2并联,电路中的总电阻较小,电路的总功率较大,电饭锅处于烧煮挡。因电路中总功率等于各用电器的功率之和,且烧煮时的功率是保温时的11倍,所以,两电热丝的功率之比:
===,
由P=UI=可得,两电热丝的阻值之比:
===,
则R2=R1=×484 Ω=48.4 Ω。
5.(1)由图可知,只闭合开关S,只有R1工作,电路中的电阻较大,由P=可知电功率较小,处于低温挡;当S和S1都闭合时,两个电阻并联,电路总电阻较小,由P=可知电功率较大,处于高温挡。由图乙可知,低温挡时的电流是6 A,低温挡工作时的功率为P低=UI低=220 V×6 A=1320 W。
(2)由图乙可知,低温挡时只有R1工作,低温挡时的电流是6 A,则通过R1的电流是6 A,高温挡时的总电流是10 A,高温挡时两个电阻并联,由并联电路的特点可知通过R1的电流不变,由并联电路电流的规律可知,通过R2的电流为I2=I-I1=10 A-6 A=4 A,
电热丝R2的阻值为R2===55 Ω。
(3)15 min内R1消耗的电能:W1=UI1t=220 V×6 A×15×60 s=1.188×106 J。
6.(1)由P=UI可得,仅榨汁时的正常工作电流:
I榨汁===0.3 A。
(2)由电路图可知,只闭合S2时,电路为R1的简单电路,电路的总电阻最大,总功率最小,处于保温状态;同时闭合S2、S3时,R1与R2并联,电路的总电阻较小,总功率较大,处于加热状态。
因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以,R2的电功率:
P2=P加热-P保温=300 W-80 W=220 W,
因并联电路中各支路两端的电压相等,且等于电源电压,
所以,由P=UI=可得,R2的阻值:
R2===220 Ω。
(3)给杯子盛满果汁时果汁的体积:
V=300 mL=300 cm3,
由ρ=可得,果汁的质量:
m=ρ果汁 V=1.2 g/cm3×300 cm3=360 g=0.36 kg,
果汁吸收的热量:
Q吸=c果汁mΔt=4×103 J/(kg·℃)×0.36 kg×30 ℃=4.32×104 J,
由η=×100%可得,榨汁杯消耗的电能:
W===4.8×104 J,
由P=可得,需要的加热时间:
t时===160 s。
7.AB　解： 当开关S1闭合、S2断开时,两电阻串联,电路中的总电阻较大,由P=UI=可知,电路的总功率较小,饮水机处于保温状态;当开关S1、S2均闭合时,电路为R1的简单电路,电路的总电阻较小,总功率较大,饮水机处于加热状态,故A正确。当开关S1、S2均闭合时,饮水机处于加热状态,R1===121 Ω;当开关S1闭合、S2断开时,饮水机处于保温状态,则电路的总电阻:R===1210 Ω,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,R2=R-R1=1210 Ω-121 Ω=1089 Ω,故B正确,C错误。若在加热状态下正常工作1 h,则消耗的电能为W=P加热t=0.4 kW×1 h=0.4 kW·h,而实际消耗的电能为0.35 kW·h,所以此时饮水机处于非正常工作状态,故D错误。
8.1.65×105　110　解： 开关S接“1”时,电路为R1的简单电路,为加热状态,由欧姆定律,电路中电流:I1===2.5 A;加热状态时,通电5 min电流做功:W=UI1t=220 V×2.5 A×5×60 s=1.65×105 J。
开关S接“2”时,两电阻串联,为保温状态,电路的总电阻为R=R1+R2=88 Ω+352 Ω=440 Ω,
保温状态时电路消耗的总功率:P===110 W。
9.(1)通过电阻R1的电流为I===2.5 A。
(2)R1消耗的电功率为P=UI=220 V×2.5 A=550 W。
(3)①乙
②通电时间为t=10 min=600 s,则这段时间内电烤箱产生的热量为W=P并t=2×550 W×
600 s=6.6×105 J。
10.(1)由P=UI可得,加热鼎最大功率时电路中的电流:I最大===5 A。
(2)开关S接1时,加热鼎处于保温挡,R1、R2串联。
由P=得,此时总电阻R总===176 Ω;
开关S接2,加热鼎处于最大功率时,变阻器接入电路的阻值为0,电路中只有R2,电流最大为
5 A,
由I=得,R2的阻值为R2===44 Ω;
则滑动变阻器R1的最大阻值:R1=R总-R2=176 Ω-44 Ω=132 Ω。
(3)用最大功率对1 kg果汁加热2 min,消耗的电能:W=P最大t时=1100 W×120 s=1.32×105 J,
由于不计热量损失,果汁吸收的热量:Q吸=W=1.32×105 J,
由Q吸=cmΔt得,果汁升高的温度:Δt===33 ℃。
11.(1)水吸收的热量:
Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×(100 ℃-40 ℃)=1.26×105 J。
(2)由于不计热量损失,则消耗的电能W=Q吸=1.26×105 J;
由P=可得,加热过程需要的时间:t时===126 s。
(3)在开关S闭合的条件下,当旋钮开关接到2时,电路为R2的简单电路,此时电路中电阻小,消耗的电功率大,为加热状态,
根据P=可得电阻R2的阻值:R2===48.4 Ω,
当旋钮开关切换到1时,两电阻串联,此时为保温状态,
由P=可得,电路的总电阻:R总===1100 Ω,
根据串联电路的电阻特点可知,R1的阻值:R1=R总-R2=1100 Ω-48.4 Ω=1051.6 Ω。