18.4 焦耳定律（档位问题计算题）（含答案word版）

18.4 焦耳定律（档位问题）
1、如图（甲）所示是生活中常见的自动加热、保温的电水壶，它的铭牌如下面表格．现将它接在220V的电压下工作．
额定电压 220V
频率 50Hz
容积 6L
加热功率 1000W
保温功率 40W
（1）如图（乙）所示为电水壶的电路图，其中R0是电热水壶中的电热管，R是与电热水壶的电热管串联的电阻，S是一个自动切换的温控开关，此热水壶是在热胆中储水，由电热管加热工作的，请根据电路图判断：当温控开关闭合还是断开时，电水壶处于加热状态．
（2）按铭牌上所标电水壶的加热功率、保温功率，计算R0和R的阻值分别是多少？
（3）当它处于加热状态时，如果消耗的电能全部用来加热水，使热胆中2kg、20℃的水温度升高到90℃至少需要多少时间？
2、学习了电学知识之后，小亮研究家中具有保温功能的电饭锅，画出电饭锅的电路原理图如图所示，电饭锅的铭牌上部分内容如下表．
额定电压 220V
加热功率 1100W
保温功率 44W
最大容积 3L
（1）R1、R2中哪个是加热电阻？要使电饭锅加热，开关S闭合还是断开？
（2）电饭锅正常加热时，电路的电流是多大？
（3）电路中电阻R1、R2的阻值各是多大？保温时，R1、R2产生的电热之比是多少？
3、小明同学家里新买了一台电热饮水机，该电热饮水机有加热和保温两种功能，铭牌的部分参数如下表所示．经分析得知，当开关S闭合时，饮水机处于加热状态；S断开时，饮水机处于保温状态，其工作电路图如图所示．为了测定其加热时的实际功率，小明断开家中其它所有的用电器，只将饮水机接入电路中，闭合开关S，测得热水箱中初温为20℃的水烧开，共用了7.5min（在标准大气压下），同时观察到家中标有“1200r/kW h”电能表转盘转过120转．根据以上信息．求：
（1）热水箱中的水从20℃烧开所吸收的热量．[已知c=4.2×103J/（kg ℃）]
（2）饮水机加热时的实际电功率．
（3）饮水机加热过程中的热效率．
水箱容量 1L
额定电压 220V
加热时额定功率 880W
4、如图甲所示是一种用于养生保健的可以烹饮的容器，类似于电热水壶，装满水时，水的质量是，有加热和保温两挡，简化的工作电路如图乙所示，某次该养生壶装满初温为的水，接在家庭电路中，它正常工作时的功率和时间关系如图丙所示（外界大气压为个标准大气压，电阻不随温度发生改变）．求：

（1）当开关、均闭合时，养生壶处于________状态，电阻的阻值是________．
（2）若通电恰好将一壶水烧开，养生壶的加热效率是多少？（保留位小数）[水的比热容是]
（3）当养生壶处于保温状态时，电路的总电阻是多少？
（4）若关闭家里其他用电器，只让“保温”状态的养生壶工作，发现电能表（如图丁所示）的转盘在内转了转，则的实际功率为多少？
5、下表是某款两挡位电火锅的有关参数，如图甲是其简化电路图，R1和R2为阻值不变的电热丝，单刀双掷开关S可接1或2，实现不同挡位的变换。
（1）求R1电热丝的阻值。
（2）电火锅正常工作时，用低温挡将2kg的水从60℃加热到70℃，求此过程中水吸收的热量[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]。
（3）电火锅正常工作时，分别用低温挡和高温挡将质量2kg的水加热，绘制的水温随时间变化的图象如乙图所示。请通过计算比较使用高温挡还是低温挡更节能。
额定电压U/V 电火锅挡位 额定功率P/W
220 低温 250
高温 880
6、图甲为某品牌空气炸锅，其发热元件为两个电阻，R1＝48.4Ω，R2＝484Ω，额定工作电压为220V，通过开关S、S1，可实现高温挡、中温挡和低温挡三个挡位的切换，其内部电路可简化为图乙所示电路。
（1）空气炸锅在工作时会通过电动机向内部吹风，借助循环风，达到炸锅内部迅速升温的目的，炸锅中电动机的工作原理为 　。
（2）开关S1闭合，开关S接a端时为 　 　（选填“高温挡”、“中温挡”或“低温挡”），求此时通过电阻R2的电流？（结果保留两位小数）
（3）若不计热量损失，用此空气炸锅高温挡加工薯条，原料薯条温度为20℃，炸熟至少需要达到170℃，求一次炸熟200g薯条需要多少时间？[c薯条取3.63×103J/（kg ℃）]
7、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、中温挡的额定功率为22W和44W。利用所学的电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？
8、图甲是一种新型家用电器——电压力锅．图乙是某型号电压力锅工作电路简图，表中数据是其部分参数．其中R是主加热器，R0是保压加热器．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105 ℃，开关S自动与a、b断开，开始保压，此时锅内水温不变，且未沸腾．现将5 kg初温为25 ℃的水加入电压力锅中，接通电路使其正常工作30 min.热量损耗不计，已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)．求：
(1)电压力锅在加热状态时主加热器R的电阻；
(2)电压力锅多少分钟后开始保压；
(3)电压力锅在此30 min内保压时所消耗的电能．
额定电压(V) 220
主加热器额定功率(W) 880
保压加热器额定功率(W) 120
保压温度(℃) 105
最大盛水量(kg) 6
9、图甲是某品牌家用蛋糕机，该蛋糕机配有很多卡通模型，可以做出多种多样的创意小蛋糕，图乙是该蛋糕机的简化电路图，可以实现蛋糕机的低、中、高三档加热功能。单独闭合开关S1时，蛋糕机处于440W的低温档加热状态；单独闭合开关S2时，阻值为55Ω的电阻R2让蛋糕机处于中温档加热状态。求蛋糕机正常工作时：
(1)低温档加热电流；
(2)中温档加热功率；
(3)高温档加热5min消耗的电能。
10、图甲是一款紫砂电饭锅，其简化电路如图乙所示，R1、R2是电热丝，R1的阻值为110Ω，通过单独或同时闭合S1、S2实现低温、中温、高温三个挡位间的切换，其铭牌如图丙所示，求：
加热效率 80%
额定电压 220V
电功率 低温挡 440W
中温挡 880W
高温挡
(1)低温挡加热时电流的大小；
(2)电热丝R2的阻值；
(3)已知粥的比热容c粥=4.0×103J/(kg·℃)，将2.2kg的粥用高温挡从20℃加热到74℃需要的时间。
11、在这次新冠肺炎抗疫战中，中医药为诊疗发挥了积极作用，成为抗疫“中国方法”的重要组成部分。小明对家里的电中药壶进行观察，并用水替代中药进行了相关研究。收集和记录数据如下表。请你结合他的调查研究，完成下列问题。
观察对象 观察记录 研究记录
电中药壶 成分：紫砂 电源：220V/50Hz 容积：2L 档位：高温（1100W） 低温 ①水的质量m＝2kg，水的初温t＝20℃ ②用高温档加热5min，水的末温t＝50℃ ③壶内加热体由两个相同的发热电阻组成 ④c水＝4.2×103J/（kg ℃）
（1）请在虚线框内画出电中药壶内部的电路图；
（2）求电中药壶内部一个发热电阻的阻值；
（3）求高温加热时，电中药壶的加热效率。
12、如图甲所示是某品牌电饭煲，图乙是该电饭煲的原理图。它有高温和保温两档，通过开关S进行调节，R0与R为阻值不同的电热丝。现在将该电饭煲接在220V的电源上，用高温档工作时，电路的总功率为1000W；用保温档工作时，电路的总功率为440W．已知c水＝4.2×103J/（kg℃）。求：
（1）电饭煲在高温档时，开关S应　 　（选填“闭合”或“断开”）。
（2）电热丝R0的阻值是多少？
（3）当电饭煲处于保温档时，电路中的电流是多少？
（4）用电饭煲将质量为2kg的水加热，使其温度升高30℃，则水吸收的热量是多少？
13、小明家的电饭锅，额定电压220V，简化电路如图甲。发热电阻R1、R2阻值不随温度变化，操作开关S1、S2、S3的通断（S1、S2不会同时闭合），可实现煮饭、煲汤、保温三个挡位调节，只闭合S3时，为煲汤档，额定功率为440W。求：
（1）电饭锅在煲汤挡正常工作时，电路中的电流；
（2）某天用电高峰，小明关闭其它用电器，只让电饭锅在煮饭挡工作，发现电能表（如图乙）指示灯30s内闪烁11次，电饭锅煮饭挡的实际功率；
（3）若电阻R1在保温挡和煮饭挡时，消耗的功率之比是1：9，电阻R1的阻值。
14、如图所示是某品牌电热锅的简化电路，R1、R2均为发热电阻。电热锅工作时，通过开关S1和S2实现低温、中温和高温的挡位控制，已知低温挡电阻R1=110Ω，中温挡功率为880W；求：
（1）电热锅低温挡工作时的电功率；
（2）电热锅中温挡工作时的电流；
（3）使用电热锅高温挡将质量为2kg的水从20℃加热到75℃所用的时间。[不计热量损失，水的比热容c=4.2×103J/（kg ℃）]

15、如图甲所示是一款小型电火锅，通过挡位开关实现高、中、低三挡控温功能。图乙是它的简化电路图，R1、R2、R3均为加热电阻（阻值保持不变）。已知R1的阻值为176Ω，电火锅的部分参数如下表所示。求：
额定电压 220V
低温挡功率
中温挡功率 440W
高温挡功率 1100W
（1）R2的阻值是多少？
（2）电火锅在低温挡工作时的功率是多少？
（3）某次使用时，用高温挡将1kg水从20℃加热到100℃用时5.6min，该电火锅的实际功率是多少？（不计热损失）

16、作为四大国粹之一的中药能有效抑制病毒在人体内的传播。如图甲所示为一款电热中药壶，其简化电路图如图乙所示，它有急火和文火两种工作状态，由温控开关S1自动控制，文火时的电功率为220W。R1和R2均为发热电阻，且R2的阻值为123.2Ω。【c中药取4.0×103J/(kg·℃)】求：
（1）中药壶在文火状态下的电流；
（2）将3kg中药从20℃加热至100℃，中药吸收的热量；
（3）若不计热量损失，用急火完成（2）中的加热过程所用的时间。

答案
1、（1）温控开关闭合时，电水壶处于加热状态．
（2）电阻R0的阻值为44Ω；电阻R的阻值为1166Ω；
（3）电热壶的加热时间为588s。
2、（1）R1是加热电阻；要使电饭锅加热，开关S闭合；
（2）电饭锅正常加热时，电路的电流是5A；
（3）电路中电阻R1、R2的阻值各是44Ω、1056Ω；保温时，R1、R2产生的电热之比是1：24。
3、（1）热水箱中的水从20℃烧开所吸收的热量为3.36×105J；
（2）饮水机加热时的实际电功率为800W；
（3）饮水机加热过程中的热效率约为93.3%。
4、（1）加热,
（2）养生壶的加热效率是．
（3）当养生壶处于保温状态时，电路的总电阻是．
（4）的实际功率为。
5、（1） （2）8.4×104J （3）高温挡更节能
6、（1）通电线圈在磁场中受力而转动
（2）中温档 0.45A
（3）99s
7、（1）0.1A （2）0.22度 （3）88W
8、55Ω 1.68×103s 1.44×104J
9、2A 880W 3.96×105J
10、2A 55Ω 360s
11、（1）略；
（2）求电中药壶内部发热电阻的阻值为88Ω；
（3）高温加热时电中药壶的加热效率为75.4%。
12、（1）电饭煲在高温档时，开关S应闭合；
（2）电热丝R0的阻值是48.4Ω；
（3）当电饭煲处于保温档时，电路中的电流是2A；
（4）水吸收的热量是2.52×105J。
13、（1）电饭锅在煲汤挡正常工作时，电路中的电流是2A；
（2）某天用电高峰，小明关闭其它用电器，只让电饭锅在煮饭挡工作，发现电能表（如图乙）指示灯30s内闪烁11次，电饭锅煮饭挡的实际功率是1100W；
（3）电阻R1的阻值是55Ω。
14、（1）440W；（2）4A；（3）350s
15、（1）66Ω；（2）220W；（3）1000W
16、（1）1A；（2）9.6×105J；（3）1920s