第3章 能量的转化与守恒 解答题专题提升(含答案）

九上第三章解答题专题提升
1．图甲是自动上水电热水壶，因其取水方便越来越受到喝茶人士的喜欢。取水时，只要闭合开关，水泵在电动机的带动下，就能将水抽到壶内。
（1）自动取水时，将1.1kg水抽高0.5m灌入电热水壶中需要5s，电动机的机械效率为80%，则电动机抽水时的功率至少为多少瓦？（g取10N/kg）
（2）该款新型智能电热水壶，有高、中、低三挡，还可以手动调节，它的等效电路图如图丙所示，其中R1=R2=100Ω，均为电热丝，单刀双掷开关S2可接a或b。求：
①开关S1断开、S2接b时，电热水壶处于　 　（填“高温”“中温”或“低温”）挡。
②电热水壶处于高温挡时的电功率　 　。
2．如图所示的电锅，其内部简化电路如图乙所示，S1是旋钮开关，S2是温控开关(当锅体温度达到设定温度时，当锅体温度低于一定值时自动闭合)，R是指示灯的分压电阻，不起到加热作用，发热如图丙所示，滑片转动时只能与滑动触头接触，0挡为断开状态，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ挡是不同功率的档位，电热丝被均分为四段接入电路，其他元件的电阻均忽略不计。
（1）S1从0挡转到Ⅰ挡开始工作，温控开关S2的状态是　 　(选填”断开”或”闭合”)。
（2）图丙中，滑片顺时针转动，发热管的加热功率增大，Ⅳ挡时功率最大。则接线柱a、b、c中连入电路的应该是　 　
（3）已知电火锅Ⅳ挡加热功率为1000瓦，若电火锅在Ⅲ挡工作5分钟，求发热管消耗的电能。
3．如图甲所示为某型号室内加热器，有高温和低温两个挡位，额定电压为220V，高温挡和低温挡的额定功率分别为2200W和1000W，简化电路如图乙所示。求：
（1）当开关S1、S2均闭合时，电加热器处于 　 　（选填“高温挡”或“低温挡”）。
（2）电阻丝R1的阻值。
（3）在额定电压下，使用高温挡工作3h，电加热器产生的热量是多少？
（4）若该加热器在低温挡工作时，测得消耗的实际功率为810W，则实际电压是多少？
4．某滚桶洗衣机自带加热功能，其洗衣过程分加热水”、“保温洗涤”、“脱水”三种状态，图乙是其简化电路图，其中电热丝R1、R2的阻值分别为24.2Ω和242Ω。
（1）当开关置于2位置时，R2与电动机并联，此时洗衣机的工作状态是　 　( 填“加，热水“保温洗涤"或“脱水”)。
（2）该洗衣机脱水过中消耗的电能主要转化为　 　能。
（3）洗衣机处于“加热水”状态(R1与R2并联)正常工作的功率为多少？
5．近年来，嘉兴地区的学校陆续实施了“冬暖夏凉”工程，为每间教室安装了空调。某学校教室内空调的参数如表所示。
额定电压 220v
制冷功率 2200W
制热功率 3000W
电辅加热功率 1800W
（1）夏天，空调正常制冷时通过的电流是多少安？
（2）冬天，空调制热与电辅加热同时工作，每天将消耗多少电能？（1天以工作8小时计）
（3）安装空调时，学校的电路同时也要进行升级改造。根据下表信息，你认为学校相应的用电
线要换成比原来　 　（选填“细”或“粗”）的电线，请说说你的理由　 　。
截面（mm）2 电阻（/km） 允许通过电力（A）
1.5 11.5 15
2.5 6.9 25
4 4.3 32
6．空气炸锅是一种广受欢迎的小家电，其结构简图如下，通过发热管加热，再利用电动机带动风扇将加热后的空气向下吹向锅体内食物，达到加热效果。已知工作过程中，为使内部受热均匀，风扇一直转动直至结束，而发热管则通过温控开关有节律的闭合或断开，使锅内温度在一定范围内波动。已知电动机功率为50W，发热管电阻为96.8Ω，锅体的材质是铝，质量为0.5kg，铝的比热容为0.88×103 J/(kg·℃)。小科某次用此空气炸锅烤牛排，设定温度为180℃，总工作时间为19分钟，用温度传感器测得锅体实际温度随时间变化关系如下图所示。
（1）发热管通电后会发热，其原理是利用了　 　；烤牛排时，锅内飘出阵阵香味，说明分子在　 　。
（2）试根据图像分析，工作到第8分钟时，铝质锅体吸收的热量是多少？
（3）本次烤牛排，共计用时19分钟，总共消耗电能是多少？
7．音乐喷泉是集光机电技术于一体的裝置，让红、绿、蓝三种色灯照射到水柱上，通过电脑控制三种色灯功率的比例就能让水柱变换颜色，呈现美轮美奂的视觉效果。图甲、乙是某段时间内红、绿两色灯功率随时间变化的图像。求：
（1）第10s时红灯两端的电压为100V，求此时通过红灯的电流；
（2）请计算25~30s内红灯和绿灯消耗的总电能。
8．如图甲所示的电压力锅是传统高压锅和电饭锅的升级换代产品。如图乙所示为电压力锅的电路图，接通电路后，开关S自动与触点A、B接通，开始加热；当锅内温度达到125℃，开关S自动与A、B断开，并与触点C接通，开始保温保压。现将3Kｇ初温为25℃的水加入电压力锅中，接通电路使其正常运行，电压力锅在工作过程中电功率随时间的变化图像如丙所示。求：
（1）电路中R1的阻值是多少？
（2）加热过程消耗的电能是多少焦耳？
（3）电压力锅从开始运行到水温刚达125℃时的热效率。
（水的比热容为4.2×103J／（Kg·℃）
（提示：热效率是指水吸收的热量与消耗的电能之比，一般用百分数表示）
9．如图所示，滑动变阻器R2上标有“40Ω1A”字样，只闭合开关S1，将变阻器滑片P移到中点时，电流表A1示数为0.2A，灯泡L的实际功率为1.6W；同时闭合开关S1、S2，且将变阻器滑片P移到a端时，灯泡正常发光，此时电流表A2的示数为0.1A．（电源电压不变，忽略温度对灯泡电阻影响）则：
（1）只闭合开关S1且滑片P移到中点时，电压表示数是多少？电源电压是多少？
（2）同时闭合开关S1、S2，且将变阻器滑片P移到a端时，电流表A1的示数是多少？灯泡L的额定功率是多少？
10．近几年，由于疫情的影响催生了“宅经济”，厨房小家电市场火热。小明家购买了一只电饼铛，图乙为该电饼铛的简化电路图，RI为下盘发热管，R2为上盘发热管，两发热管额定功率均为1300瓦。S1为突跳温控开关，在温度达到T2时会自动断开，温度下降到T1后会自动接通。小明用该电饼铛上下盘共同工作烙一只油饼耗时2.5分钟，发热管温度和工作时间关系如图丙。
（1）为保护电路，熔断器应与　 　相连（填“火线”、“零线”或“地线”）；
（2）求R1的电阻值(精确到0.01)；
（3）求小明用电饼铛烙一只油饼所消耗的电能。
11．图甲为某品牌空气炸锅，其发热元件为两个电阻，R1＝48.4欧，R2＝484欧，额定工作电压为220伏，通过开关S、S1，可实现高温档、中温档和低温档三个档位的切换，其内部电路可简化为图乙所示电路。
（1）开关S1闭合，S接a端时为　 　（选填“高温档”、“中温档”或“低温档”）。
（2）S1闭合，S接b时，通过R2的电流为多少安？（保留2位小数）
（3）求空气炸锅处于高温档工作时的功率？
12．如图所示是兴趣小组制作的蓄水池水位报警模拟装置，浮子由铜片E、空心杆F和木块Q构成。在低水位时，触点C、D位于E的正上方h0处，Q的下表面距池底的高度为h。当水位上升到使E与C、D接触后，蜂鸣器R发出强弱交替的报警音(蜂鸣器R两端电压越大，其报警音越强)。电源电压U=6V，定值电阻R0=3Ω，R可视为9Ω的定值电阻，不计其它电阻。
（1）分析可知，当衔铁与触点　 　(选填“A”或“B")接触时，蜂鸣器发出强报警音。
（2）在被释放和吸下的过程中，衔铁与A.B的接触时间分别为0.5s和1.5s，不考虑衔铁在A，B之间切换的时间。在未解除警报的情况下，求报警1min内电路所消耗的电能。
（3）Q为边长10cm的正方体，密度为0.5×103kg/m3，h0=12cm，h=20cm。不计E、F的质量及F与支架间的摩擦，求刚开始报警时水面距池底的高度H。
13．如图甲所示，是某研究小组设计的一套测量物体重力的模拟装置，OAB为水平杠杆，OB长1m，O为支点，OA∶AB=1∶4，电源电压保持不变，电流表的量程为0~0.6A，定值电阻R0的阻值为10Ω，压力传感器R固定放置，R的阻值随其所受压力F变化的关系如图乙所示。当平板空载时，闭合开关S，电流表的示数为0.2A。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计，求：
（1）电源电压　 　V；
（2）当电流表示数为0.4A时，物体的重力是多少？
（3）在电路安全的情况下，缓慢增加平板上的物体的重力过程中，当电路消耗功率达最大值时，压力传感器R消耗的功率是多少？
14．电热桌垫在冬天很受欢迎(如图甲)。某校综合实践活动小组的同学探究了它的原理，查看说明书后发现：该电热桌垫由8伏电源供电，发热部分由R1和R2组成，调温档有关、低温、高温三档，已知两图中R1均为8欧，R2均为2欧。
（1）按如图乙的电路，当S1闭合、S2闭合时电热桌垫处于　 　档 (选填“关”、“低温”或“高温”)。
（2）图乙中该电热桌垫消耗的最大功率是多少瓦
（3）若电热桌垫实际电路如图丙，现电热桌垫处于高温档，开关S1闭合，S2　 　(选填“断开”或“闭合”)。
（4）图丙中当电热桌垫处于低温档时，求10分钟内产生的热量是多少焦 (不考虑温度的变化对电阻的影响)。
15．图甲中的小灯泡L标有“4V 1.6W”字样（灯丝电阻不变），电源电压恒定，定值电阻R1=20Ω。R2由三段材料不同、横截面积相同的均匀直导体EF、FG、GH连接而成，总长度为35cm，其中一段是铜导体，其电阻可忽略不计，另两段导体的阻值与自身长度成正比，P是与R2接触良好并能移动的滑动触头。只闭合S、S1时，电流表示数I与P向左移动距离x之间的关系如图乙所示。求：
（1）小灯泡正常发光时电阻为　 　Ω；
（2）直导体GH每厘米长度上的电阻是多少？
（3）若只闭合S、S2，当x=25cm时，导体R2在10s内产生的热量为多少？
参考答案
1．（1）W=Gh=mgh=1.1kg×10N/kg×0.5m=5.5J
W 电能=W/η=5.5J/80%=6.875J
P电=W电能/t=6.875J/5s=1.375W ；
（2）低温；968W
2．（1）闭合
（2）bc
（3）1.5×105J
3．（1）高温挡
（2）当开关S1闭合，S2断开时，只有R1工作，电路中的总电阻最大，电加热器处于低温挡；
由 可知R1的阻值：R1＝ ＝48.4Ω
（3）由 可可知，
使用高温档工作3h产生的热量为：Q=W=Pt＝2200W×3×3600s＝2.376×107J。
（4）由可知，该加热器在低温挡工作时，测得消耗的实际功率为810W，
该电路的实际电压：。
4（1）保温洗涤
（2）机械（动）
（3）
P=P1+P2=2000W+200W=2200W
5．（1）解：
答：夏天，空调正常制冷时的电流大小是 10 安
（2）解：P=3000W+1800W=4800W=4.8kW
W=Pt=4.8kW×8h=38.4kW h（或1.3824×108J）
答：冬天，空调制热与电辅加热同时工作，每天将消耗 38.4kW·h 的电能
（3）粗；安装空调后，学校内用电器的总功率变大，而电路两端电压不变，所以电路中通过的电流变大，故应选择粗的导线，才能承受较大的电流通过
6．（1）电流的热效应；热运动(做无规则运动)
（2）由图像可知，第0-8分钟铝锅从20℃上升到180℃，因此Q吸=cm△t=0.88×103J/(kg℃)×0.5kg×(180℃-20℃)=7.04×104J
（3）由图像可知，加热第0~19分钟：电动机一直工作，发热管仅在第0~8分钟，10~13分钟，第15~18分钟工作，因此
W电动机=P电机机×t电动机=50W×(60×19)s=5.7×104J
W发热置=P发热管×t发热管==500W×(60×14)s=4.2×105J
W总=W电动机十W发热管=4.77×105J
7．（1）解：第10s红灯两端的电压为100V，红灯的功率为P红＝200W，
由P＝UI可得，
此时通过红灯的电流为：I红＝ ＝2A
（2）由图甲可知，红灯和绿灯在25～30秒内的功率都为200W，
则总功率为：P总＝ 200W+200W＝400W
8．（1）R1的电功率P1＝P﹣P保＝1000W﹣200W＝800W ，电阻为65欧姆
（2）加热过程消耗的电能：W加热＝Pt＝1000W×28×60s＝1.68×106J
（3）水吸收的热量：Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg ℃）×3kg×（125℃﹣25℃）＝1.26×106J（1分）
电压力锅从开始运行到水温刚达125℃时的热效率：
9．（1）解：由题意可知，当只闭合开关S1，将变阻器滑片P移到中点时，L与0.5R2串联，电流表A1测电路中的电流，此时电压表被短路，示数为0V。由P=I2R可得，灯泡的电阻
为40欧姆，由于串联电路中总电阻等于各分电阻之和，故由欧姆定律可得，电源的电压
U=IL (RL+0.5R2)=0.2A×(40Ω+0.5×40Ω)=12V
（2）解：同时闭合开关S1、S2，且将变阻器滑片P移到a端时，L与R1并联，电流表A1测干路电流，电流表A2测R1支路的电流，由于并联电路中各支路两端的电压相等，故通过L的电流 为0.3A
由于并联电路中干路电流等于各支路电流之和，故电流表A1的示数
I′=IL′+I1=0.3A+0.1A=0.4A
因灯正常发光，故灯泡的电功率即为额定功率
P灯=U灯I灯=12V×0.3A=3.6W
10．（1）火线
（2）解：R=U2/P=(220伏)2/1300瓦-37.23欧
（3）解：t=1.5分=90秒
W=Pt=2600瓦x90秒=2.34X105焦
答：R1的电阻值为37.23欧。烙一只油饼消耗的电能为2.34x105焦。
11．（1）中温档
（2）S1闭合，S接b时，R1、R2并联，
通过R2的电流：；
（3）当开关S1闭合，开关S接b端时，R1、R2并联，空气炸锅处于高温挡，
根据并联电路的特点可知，
空气炸锅处于高温挡正常工作时的功率：。
12．（1）B
（2）已知tA=0.5s，tB=1.5s，U=6V，R0=3Ω，R=9Ω，
那么完成一个周期消耗的电能：
WAB=WA+WB=； 1min完成周期数：，
则W总=30×WAB=30×7.5J=225J。
（3）当木头飘在水面上，它受到的浮力等于重力
即：F浮=G木=ρ木V木g=0.5×103kg/m3×103×10-6m3×10N/kg=5N；
此时木块排开水的体积；
则木块浸入水的高度；
刚开始报警时水面距池底的高度H=h0+h+h排=12cm+20cm+5cm=37cm。
13．（1）12
（2）解：当电流表示数为0.4A时，R0两端的电压为U0＝I2R0=0.4A×10Ω=4V
则R两端电压为UR＝U U0=12V-4V=8V
此时R的电阻为
根据乙图图像可知，当R=20Ω时，FB=30N，物体重力等于A处的压力，根据杠杆平衡得到物体的重力
（3）解：为保护电路安全，最大电流为0.6A，此时电路中电功率最大。R0两端电压为
U' 0=I3R0=0.6A×10Ω=6V
R两端电压为U'R=U-U'0=12V-6V=6V
压力传感器R消耗的功率P=U'RI3=6V×0.6A=3.6W
14．（1）高温
（2）当两个开关都闭合时，电路中只有R2，
此时电路的最大功率：；
（3）闭合
（4）图丙中，只闭合S1时，电路中只有R1，为低温挡，
10分钟内产生的热量是：。
15．（1）10
（2）解：R1与R2串联时，x=35cm，I=0.3A，U总=IR1=0.3A×20Ω=6V
X=25cm，I=0.2A，R总=U总/I=6V/0.2A=30Ω，
则REF=R总-R1=30Ω-20Ω=10Ω
x=0cm，I=0.1A，R总=U总/I=6V/0.1A=60Ω，
则RGH=R总-R1-REF=60Ω-20Ω-10Ω=30Ω
GH每厘米的电阻值=30Ω/15=2Ω
（3）解：灯与R2串联，x=25cm时，REF=10Ω
I=U总/R总=6V/(10Ω+10Ω)=0.3A
Q2=I2REFt=(0.3A)2×10Ω×10s=9J