人教版九年级物理全一册18.4焦耳定律之档位专题练习(含答案)
档位问题一直是大型考试的重点考题,涵盖面比较广,需要学生动脑思考,既联系实际有高于实际生活,与生活密切相关,这类题掌握技巧反而是一种送分题,只需牢记电阻越小功率越大,那么档位就越高就行。
1.如图甲是某茶具上煮茶器的电路原理图,R1是加热电阻,R2是保温时的分压电阻,S为电源开关,S1为自动温控开关。S、S1都闭合时,煮茶器处于加热状态;当水沸腾后,S1会自动断开,转为保温状态。煮茶器工作过程中的P﹣t图像如图乙所示,不计电阻值随温度的变化。求:
(1)电阻R1的阻值;
(2)当煮茶器处于保温状态时,R1的电功率;
(3)当煮茶器处于保温状态时,电阻R2在100s内消耗的电能。
2.某电热取暖器的简化电路如图所示,R1、R2为发热电阻。取暖器工作时,通过开关S1和S2实现低温、高温的挡位控制。已知高温挡功率为1320W,R1=55Ω。求:
(1)取暖器工作时通过R1的电流;
(2)取暖器处于低温挡时,工作1min产生的热量;
(3)R2的阻值。
3.某电热水壶有加热和保温两挡,简化电路如图所示。其中、为电热丝(不考虑其电阻变化)。已知该壶的额定电压为220V,只闭合开关时,电路中的电流为0.5A。
(1)求电热丝的阻值;
(2)只闭合开关时,求电热水壶的电功率;
(3),求使用加热挡时电热水壶在10s内产生的热量。
4.商业街移动摊位使用可显示电费的新型插座(如图甲所示)计费,某摊位使用空气炸锅(如图乙所示)烹制食物,如图丙所示是该空气炸锅加热部分的简化电路图,其额定电压为220V,定值电阻和为发热体,其中。开关S1、S2、S3的通断可实现高、中、低三个档位的调节(S1、S2不会同时闭合),只闭合S3时为中温档,额定功率为440W。求:
(1)的电阻;
(2)高温档正常工作100s,电流通过产生的电热;
(3)只有空气炸锅单独工作,表盘示数使用前后如图甲、丁所示,通过表盘显示的数据估算该空气炸锅消耗的电功率(已知商用电费单价为0.75元/kW·h)。
5.某种智能型电饭锅有加热、保温、断电的功能,内部简化电路如图甲所示,开关S可根据设定在“1”、“2”或“3”挡之间自动转换,某次煮饭工作电压为220V,电功率变化情况如图乙所示。求:
(1)保温挡的工作电流;
(2)加热挡工作10分钟产生的热量;
(3)电阻R2的阻值。
6.如图所示是某电蒸锅及其内部简化电路图,它有加热和保温两个挡位。R1、R2均为发热电阻,R1的阻值为484Ω,加热挡功率为1200W,已知c水=4.2×103J/(kg·℃)。求:
(1)电蒸锅正常工作时保温挡的功率;
(2)电蒸锅正常工作时电阻R2的阻值;
(3)某次电蒸锅对水加热时,加热效率为84%,要使1.2kg的水温度升高75℃需要消耗多少电能?
(4)在物理综合实践活动中,小明和小丽同学利用所学习的物理知识,合作测量电蒸锅的实际加热功率。电能表上标有“1200r/(kW·h)”字样,他们把家中的其他用电器都与电源断开,仅让电蒸锅接入电路中烧水,2min电能表的转盘转了40r,则电蒸锅的实际加热功率是多大?
7.饮水机是一种常用的家用电器,其加热水槽部分工作原理电路图如图所示,其中S是一个温控开关,R1为电加热管,当饮水机处于加热状态时,水被迅速加热,达到预定温度时,S自动切换到保温状态.A、B是两种不同颜色的指示灯
(1)若红灯表示加热,绿灯表示保温,试分析说明灯B是什么颜色?
(2)若饮水机正常工作,加热时加热管的功率为1100W,而保温时加热管的功率为44W,求电阻R2的阻值.(不考虑温度对阻值的影响,且不计指示灯的阻值)
(3)饮水机的最大容量为1L,装满初温为23℃的水后,发现过了7分钟后绿灯亮,则这台饮水机的热效率是多少?[已知c水=4.2×103J/(kg ℃)]
8.如图所示是某种电热器工作的部分电路图,电源电压U=220V不变,两根电热丝的电阻关系为R1=2R2,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440W。求
(1)R1和R2的电阻值;
(2)推理R、R并联时电路的总功率P与R、R的各自功率P、P存在的关系,再求电热器处于高温档时的总功率;
(3)如果在高温档下工作7min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2kg、40℃的水,温度升高多少?[水的比热容为c=4.2×10J/(kg ℃)]
9.如今许多汽车后视镜有自动加热功能,如图是一款汽车的后视镜(图甲)及其加热电路原理图(图乙),该后视镜分别有防雾、除雨露、除冰霜三种功能,三种功能依次需要更高的热量,分别由三个挡位控制。若电路中电阻阻值均为100 ,电源电压为100V。求:
(1)当开关旋至“1”挡时,电路中的电流;
(2)通过分析说明,“2”挡位对应什么功能?
(3)若后视镜玻璃的质量为400g,玻璃的比热容为,当开关旋至“3”挡时,该电路工作1min,若不考虑热损失,可使后视镜玻璃温度升高多少?
10.小华家买了一个家用电吹风,其简化电路如图所示,主要技术参数如下表。电吹风在额定电压下工作,请解答如下问题:
热风温度 50~75℃
额定功率 热风时:900W
冷风时:110W
额定电压 220V
质量 0.5kg
(1)电吹风吹冷风时,通过电动机的电流是多大?
(2)正常工作时电热丝的电阻是多大?
(3)电吹风内电动机的线圈电阻是0.8Ω,电吹风吹冷风10min线圈产生的热量是多少?
(4)一天,小华断开家中其它用电器,只用电吹风吹热风时,发现家中标有“220V10(20A);3000r/(kW·h)”的电能表5min内转了200圈,求电吹风此时的实际功率是多少?
11.如图甲所示是一种电热水龙头,图乙是它的电路简图。旋转手柄可使扇形开关S同时接触两个相邻触点,从而控制流出的水为冷水、温水或热水,铭牌上相关参数如下表。求解下列问题:(不计温度对电阻的影响)
额定电压 220V
频率 55Hz
额定功率 保温挡 1100W
加热档 3.3kW
(1)S旋到 位置时,水龙头流出热水。(选填“0”、“1”或“2”)
(2)电热丝R1和R2的阻值是多大?
(3)某次使用该龙头加热水时,水的初温为20℃,加热15s,得到0.5L、末温42℃的热水,求电热水龙头的效率。(小数点后保留1位小数)c水=4.2×103J/(kg ℃)
12.如图所示是某品牌养生壶的简化电路图,该养生壶有高温、中温和低温三种工作挡位,它的部分参数如表所示。
电源电压 220V
功率 低温档 275W
中温档 550W
高温档
容积 1.1L
(1)电阻R1、R2的阻值分别是多少
(2)满壶水的质量是多少
(3)该养生壶将满壶水从20℃加热至45 ℃,则水吸收的热量为多少
(4)该养生壶在额定电压下,处于高温挡状态,将满壶水从20℃加热至45℃,用时120s,该养生壶加热效率是多少
13.如图甲、乙所示是某调温型电烤箱及其简化电路图,它的额定工作电压为,和均为电烤箱中的加热元件,的阻值为,低温挡电烤箱的电功率为。
(1)发热电阻的阻值是多少;
(2)高温挡的电功率是多少;
(3)小关发现傍晚用电高峰时,电烤箱加热时间比平时要长,她猜想是用电高峰时电压偏低所致,于是她想用电能表和秒表测量家庭电路的实际电压。傍晚用电高峰时,她关闭家里所有用电器,只让电烤箱以高温挡工作,发现在2分钟内电能表的转盘转了100转,电能表的铭牌如图丙所示,则用电高峰时家庭电路的实际功率为多少?
(4)则用电高峰时家庭电路的实际电压为多少?(不考虑尾阻值随温度的变化)
14.如图甲是某品牌智能马桶,具有自动冲洗和座圈加热功能。座圈的简易加热原理图如图乙所示,有“高温”、“低温”两种加热功率,“高温”挡功率为36W,“低温”挡功率为20W,R1、 R2为电热丝。
(1)1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作多少小时;
(2)计算电热丝R1的阻值;
(3)该智能马桶的温水冲洗功能采用电加热器加热,在1min的时间内可将0.5kg的水从16℃加热到36℃,计算该电加热器的功率(热量散失不计)。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
15.某家用电热水壶有加热和保温两挡,内部电路简化示意图如图甲所示,其中R1和R2均为阻值不变的发热电阻。某次使用该电热水壶烧水过程中,消耗的电功率随时间变化的图像如图乙所示。求:
(1)该电热水壶加热和保温时的电流之比;
(2)电阻R2的阻值;
(3)给1.2kg的水加热,使水温从10℃升至70 ℃,热水壶的工作效率为90%,需要多长加热时间。
16.如图甲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275W。当开关接2时,加热鼎处于可调温挡,可调功率范围为275W-1100W。[果汁比热容取4.0×103J/(kg·℃)]求:
(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1kg果汁加热2min,果汁升高的温度。
17.小李家新买的电热水瓶,有保温和加热两种功能,其简化电路图如图所示,R1、R2为电热丝,通过开关的调节实现保温和加热两种功能的切换.加热功率为1100W,保温功率是200W.求:[c水=4.2×103J/( kg:℃)]
(1)R2的阻值是多少?
(2)该电热水瓶给水加热时,瓶中1kg的水从23℃升高到100℃,需要吸收多少热量?
(3)不计热量损失,该电热水瓶在上述加热过程中,需要工作多长时间?
答案
1.(1)解:由图可知,S、S1都闭合时,R2被短路、电路中只有R1工作,此时煮茶器处于加热状态,根据图乙可知,加热时的电功率P加热=1100W,根据可知,电阻R1的阻值为
答:电阻R1的阻值为44Ω;
(2)解:当S闭合、S1断开时,R1、R2串联,此时为保温状态,由图乙可知,保温功率P保=44W,由P=UI可知,保温状态时的电流为
根据串联电路的特点可知,通过R1的电流I1=I2=I保=0.2A
当煮茶器处于保温状态时,R1的电功率为
答:当煮茶器处于保温状态时,R1的电功率为1.76W
(3)解:由欧姆定律可知,保温状态时R1两端的电压U1=I1R1=0.2A×44Ω=8.8V
根据串联分压的特点可知,R2两端的电压为U2=U-U1=220V-8.8V=211.2V
当煮茶器处于保温状态时,电阻R2在100s内消耗的电能为W2=U2I2t=211.2V×0.2A×100s=4224J
答:当煮茶器处于保温状态时,电阻R2在100s内消耗的电能为4224J。
2.(1)解:由电路图知,两个开关都闭合时,两个电阻并联在电路中,电路中的总电阻较小,据 知,电路中的总电功率较大,处于高温挡;S1闭合、S2断开时,电路中只有R1工作,电路中的电阻较大,据 知,电路中的总电功率较小,处于低温挡。此时通过R1的电流
答:取暖器工作时通过R1的电流为4A;
(2)解:电热取暖器处于低温挡时,功率P低温=UI1=220V×4A=880W
工作1min产生的热量Q=P低温t=880W×60s=52800J
答:取暖器处于低温挡时,工作1min产生的热量为52800J;
(3)解:高温挡工作,R2消耗的功率P2=P高温-P低温=1320W-880W=440W
所以R2的阻值
答:R2的阻值为110Ω。
3.(1)解:只闭合开关时,此电路是只有R1的电路,电路中的电流为0.5A,根据欧姆定律I=可得R1=UI=220V0.5A=440Ω
答:电阻R1的阻值为440Ω;
(2)解:根据电功率的计算公式P=UI,可得P=UI=220V×0.5A=110W
答:电热水壶的电功率110W;
(3)解:开关S1、S2闭合,是加热挡,R1、R2并联,通过R2的电流为I2=UR2=220V44Ω=5A
通过R1的电流为0.5A,则并联电路的总电流为I总=I1+I2=0.5A+5A=5.5A
则并联电路的总电阻为R总=UI总=220V5.5A=40Ω
根据焦耳定律可得Q=U2Rt=(220V)240Ω×10s=12100J
答:电热水壶在10s内产生的热量为12100J。
4.(1)解:当开关S1、S3闭合、S2断开时,两电阻并联,总电阻最小,根据可知,此时总功率最大,为高温挡;只闭合S3时,电路为R2的简单电路,总电阻较小,根据可知,此时总功率较大,为中温档;当开关S1、S3断开、S2闭合时,两电阻串联,总电阻最大,根据可知此时总功率最小,为低温挡。则R2的电阻
答: R2 的电阻为110Ω;
(2)解:高温挡时R1功率为
电流通过R1产生的电热Q1=W1=P1t1=1210W×100s=1.21×105J
答:高温档正常工作100s,电流通过 R1 产生的电热为1.21×105J;
(3)解:空气炸锅消耗的电能
空气炸锅工作的时间t=9∶25-9∶10=15min=0.25h
空气炸锅的电功率
答:空气炸锅消耗的电功率为320W。
5.(1)解:由图乙可知,加热挡功率较大,为P热=0.8kW=800W
保温挡功率较小,为P温=0.11kW=110W
故由P=UI可得,保温挡的工作电流为
答:保温挡的工作电流为0.5A;
(2)解:由W=Pt可得,加热挡工作10分钟产生的热量为Q=W=P热t=800W×10×60s=4.8×105J
答:加热挡工作10分钟产生的热量为4.8×105J
(3)解:由可知,当电源电压不变时,电路的电阻越大,功率越小,由电路图可知,当开关S接“1”时,此时电路中只有电阻R1,阻值较小,故此时电路为加热挡,当开关S接“2”时,电阻R1与R2串联,总电阻较大,故此时电路为保温挡,则有
解得电阻R1的阻值为
解得R1和R2串联的总电阻为
由串联电路的电阻规律可得,电阻R2的阻值为R2=R总-R1=440Ω-60.5Ω=379.5Ω
答:电阻R2的阻值为379.5Ω。
6.(1)解:只闭合S1时,只有R1接入电路,电蒸锅处于保温挡,由可得保温挡功率
答:电蒸锅正常工作时保温挡的功率为100W
(2)解:当S1、S2均闭合时,R1、R2并联,电蒸锅处于加热挡,则电阻R2的电功率P2=P热-P保=1200W-100W=1100W
电阻R2的阻值
答:电蒸锅正常工作时电阻R2的阻值为44Ω;
(3)解:要使1.2kg的水温度升高75℃,水需要吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1.2kg×75℃=3.78×105J
由可知,消耗的电能
答:某次电蒸锅对水加热时,加热效率为84%,要使1.2kg的水温度升高75℃需要消耗的电能为4.5×105J
(4)解:电蒸锅2min消耗的电能
电蒸锅的实际功率
答:电蒸锅的实际加热功率是1kW。
7.(1)解:当开关S接左面时,电路中电阻R1和A灯串联,且指示灯的阻值不计,此时总电阻最小,电流路中电流最大,发热管的功率最大,处于加热状态,因此A灯为红色灯;
当开关S接右面时,电路中电阻R1、R2和B灯串联,指示灯的阻值不计,此时总电阻大,电流路中电流小,发热管的功率最小,处于保温状态,因此B灯为绿色灯.
(2)解:当开关S与左侧接触时,电路为只有R1的简单电路(指示灯的阻值不计),饮水机处于加热状态,
已知加热时电加热管的功率为P加热=1100W;
由P=可得,R1的阻值:R1===44Ω;
当开关S与右侧接触时,电路中R1与R2串联(指示灯的阻值不计),饮水机处于保温状态,由题知,保温时电加热管的功率为44W,
通过加热管的电流I==1A;
此时电路的总电阻R==220Ω;
R2=R﹣R1=220Ω﹣44Ω=176Ω;
(3)解:水的质量为:m=ρV=1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3=1kg;
水吸收热量:Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg ℃)×1kg×(100℃﹣23℃)=3.234×105J;
这台饮水机加热时消耗的电能:W=P加热t=1100W×7×60s=4.62×105J;
这台饮水机的热效率:η=×100%=×100%=70%
8.(1)解:当旋转开关S接b和c时,仅R1连入电路,电热器处于低温档。由电功率公式可得电阻R1的阻值
则电阻R2的阻值
答:R1和R2的电阻值分别为110Ω和55Ω;
(2)解:①假设通过电阻R1和R2的电流分别为I1和I2,干路电流为I,R1和R2的电功率分别为P1和P2,总功率为P,则由并联电路的电压规律和电流规律可得,,
则总功率
②当旋转开关S接c和d时,R1和R2并联接入电路,电热器处于高温档,则R2的发热功率
总发热功率
答:电热器处于高温档时的总功率为1320W;
(3)解:电热器在高温档7min产生热量
因为不计热量损失,所以
由变形得
在1个标准大气压下水的沸点为100℃,水沸腾过程中水温不再升高,不会达到106℃,所以水末温应为100℃,水升高的温度
答:如果在高温档下工作7min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2kg、40℃的水,温度升高为60℃。
9.(1)解:当开关旋至“1”挡时,电阻为串联。电路中的电流为
答:当开关旋至“1”挡时,电路中的电流为0.5A;
(2)解:当开关旋至1档时,两电阻串联,电路中的电阻为R1=200Ω;旋至2挡时,电路中只有一个电阻,电路中的电阻为R2=100Ω;旋至3挡时,电路为两电阻并联,电阻为R3=50Ω。根据可知得P1<P2<P3
所以“2”档为除雨露功能。
答:通过分析说明,“2”挡位对应除雨露功能;
(3)解:旋至3挡时,电路工作1min,所产生的热量为
不考虑热损失,玻璃吸收的热量Q吸=Q,后视镜玻璃温度升高的温度为
答:若不考虑热损失,可使后视镜玻璃温度升高。
10.(1)解:电吹风吹冷风时,通过电动机的电流
答:电吹风吹冷风时,通过电动机的电流是0.5A;
(2)解:当电吹风吹热风时,电动机和电热丝同时工作,电动机与电热丝并联,电热丝R2的电功率P2=P-P1=990W-110W=880W
电热丝的电阻
答:电热丝工作时的电阻是55Ω;
(3)解:电吹风吹冷风10min产生的热量(电流通过电动机产生的热量)Q1=I12R1t=(0.5A)2×0.8Ω×10×60s=120J
答:电吹风吹冷风30min线圈产生的热量是120J;
(4)解:转盘转了200圈,消耗的电能为
电吹风此时的实际功率
答:电吹风此时的实际功率是800W。
11.(1)2
(2)解:由表格可知,出温水功率P温水=P1=1100W
所以R1的阻值R1==44Ω
加热档功率P热水=3.3kW=3300W
所以R2工作时的功率P2=P热水﹣P1=3300W﹣1100W=2200W
所以R2==22Ω
(3)解:0.5L水的质量为m=ρV=1.0×103kg/m3×0.5×10-3m3=0.5kg
水吸收的热量Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×(42℃﹣20℃)=4.62×104J
加热时间t=15s,电流做功W=P热水t=3300W×15s=4.95×104J
则此速热水龙头的加热效率η=×100%≈93.3%
12.(1)解:当开关S1闭合,S2闭合到A点时,电路中只有R1工作,此时养生壶处于中温档,电阻R1的阻值
当开关S1断开,S2闭合到A点时,电阻R1、R2串联,此时养生壶处于低温档,电阻 的阻值
答:电阻R1的阻值为88Ω,R2的阻值88Ω;
(2)解:水的体积
水的质量
答:满壶水的质量是1.1kg;
(3)解:水吸收的热量
答:该养生壶将满壶水从20℃加热至45℃,则水吸收的热量为1.155×105J;
(4)解:当开关S1闭合,S2闭合到B点时,电路中R1、R2并联,此时养生壶处于高温档,养生壶高温档时的功率
将满壶水从20℃加热至45℃,用时120s,该养生壶的加热效率
答:该养生壶在额定电压下,处于高温挡状态,将满壶水从20℃加热至45℃,用时120s,该养生壶的加热效率是87.5%。
13.(1)解:根据 可知,电源电压一定,故总电阻越大,电功率越小,当开关S2断开,两电阻串联,总电阻最大,电功率最小,为低温档,此时的总电阻为
发热电阻 的阻值是
答:发热电阻 的阻值是40Ω;
(2)解:当开关S2闭合,只有R1工作,电阻变小,总功率变大,为高温档,故高温档的电功率是
答:高温挡的电功率是1210W;
(3)解:发现在2分钟内电能表的转盘转了100转,电能表的铭牌如图丙所示,每消耗一度电,转盘转动3000r,则这2分钟内电烤箱消耗的电能为
则用电高峰时家庭电路的实际功率为
答:用电高峰时家庭电路的实际功率为1000W;
(4)解:用电高峰时家庭电路的实际电压为
答:用电高峰时家庭电路的实际电压为200V。
14.(1)解:1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作的时间为
答:1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作50h;
(2)解:只闭合开关S1时为低温挡,电路为R1的简单电路,电热丝R1的阻值
答:电热丝R1的阻值为2420Ω;
(3)解:水吸收的热量为Q吸=cm(t2-t1)= 4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×(36℃-16℃)=4.2×104J
电加热器的功率为
答:电加热器的功率为700W。
15.(1)解:由图乙知,加热功率
保温功率
由P=UI可得,这次电热水壶加热和保温时的电流之比
答:该电热水壶加热和保温时的电流之比4︰1;
(2)解:根据 得,电源电压不变时,电阻越小功率越大,故开关接1时,电路中只有电阻R1电路中电阻最小,为加热状态,所以电阻R1的电阻为
开关接2时,电路中电阻R1和R2串联电路中电阻最大,为保温状态,保温时电路的总电阻
串联电阻特点得,电阻R2的阻值
答:电阻R2的阻值为90.75Ω;
(3)解:水温从22℃升至52℃时水吸收的热量
由 可得,电热水壶消耗的电能
额定电压下电热水壶的功率为1600W,根据 得,需要的加热时间
答:给1.2kg的水加热,使水温从10oC升至70oC,热水壶的工作效率为90%,需要加热时间为105s。
16.(1)解:由P=UI得
答:最大功率时电路中的电流是5A;
(2)解:由 得
由 得
滑动变阻器R1的最大阻值
答:R1的最大电阻是132Ω;
(3)解:由 得
由于不计热量损失
由 得
答:果汁升高的温度是33℃。
17.(1)解:开关S接1时,只有R1连入电路,电阻最小,根据P= 可知功率最大,此时为加热状态,则R1的阻值:R1= =44Ω;
开关S接2时,两电阻串联,此时总电阻最大,根据P= 可知总功率最小,此时为保温状态,则串联的总电阻:R串= =242Ω,
由串联电路的电阻规律可得,R2的阻值:R2=R串﹣R1=242Ω﹣44Ω=198Ω
答:R2的阻值是198Ω
(2)解:)瓶中1kg的水从23℃升高到100℃,需要吸收的热量:Q=cmΔt=4.2×103J/(kg ℃)×1kg×(100℃﹣23℃)=3.234×105J
答:该电热水瓶给水加热时,瓶中1kg的水从23℃升高到100℃,需要吸收3.234×105J热量;
(3)解:不计热损失,消耗的电能W=Q,工作时间:t= =294s.
答:不计热量损失,该电热水瓶在上述加热过程中,需要工作294s