专项突破四 实践应用类
类型一 挡位类
1.如图甲所示是一款利用高温水蒸气熨烫衣服的家用便携式挂烫机,它正常工作的电压为220 V。有高温、低温两个加热挡位,其内部简化电路如图乙所示,当双触点开关S接触1和2时为关机状态。R1、R2是两个阻值不变的电热丝,R1=R2=
48.4 Ω,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。
(1)挂烫机使用低温挡位正常工作时的电功率为多少
(2)若某次使用时,用高温挡位正常工作,将0.2 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,水吸收的热量是多少
(3)若(2)问中用高温挡位正常工作,加热过程共用时80 s,则此次加热过程,该挂烫机的加热效率是多少
解:(1)当开关接触2和3时,R1与R2串联接入电路,挂烫机使用低温挡位工作,R1与R2串联的总电阻为
R总=R1+R2=48.4 Ω+48.4 Ω=96.8 Ω
使用低温挡位正常工作时的电功率:
P低===500 W
(2)水吸收的热量是:Q吸=c水m水(t-t0)
=4.2×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×(100 ℃-20 ℃)=6.72×104 J
(3)当开关接触3和4时,只有R2工作,用高温挡位加热,挂烫机高温挡位的电功率
P高===1 000 W
挂烫机高温挡位加热消耗的电能
W=P高t=1 000 W×80 s=8×104 J
该挂烫机的加热效率
η===84%
2.(2025·重庆三模)为了缓解现代人的视觉疲劳达到放松眼睛的效果,某公司研发制造了一款可充电的两挡可调式电加热眼罩(如图甲),图乙为其内部电路图。已知电源电压U为6 V,电热丝R1阻值为6 Ω,电热丝R2阻值为9 Ω,电路由一个三掷开关S控制,其他相关参数如表。求:
型号 017两挡式
额定充电(放电)电压 6 V
充电电流 600 mA
电池容量 1 200 mAh
(1)在额定充电电压下,眼罩从电量为零到充满电需要多长时间;
(2)眼罩充满电后,在低温挡下最多能工作多长时间;
(3)为了佩戴舒适,眼罩内装有一层质量为100 g的胶垫,若高温挡开启10分钟,有50%的热量被胶垫吸收,则胶垫温度会升高多少摄氏度 [已知c胶垫=2×
103 J/(kg·℃)]
解:(1)在额定充电电压下,眼罩从电量为零到充满电需要的时间
t===2 h。
(2)根据P=可知,电源电压一定时,总电阻越大,总功率越小;当开关只接3时,只有R1接入,为低温挡,当开关接3、4时,两电阻并联,总电阻最小,总功率最大,为高温挡;眼罩充满电后,所储存的电能为W=UIt=6 V×1 200×10-3 A×3 600 s=25 920 J,
低温挡工作的功率为
P=UI===6 W,
眼罩充满电后,在低温挡下最多能工作的时间为t===4 320 s=1.2 h。
(3)若高温挡开启10分钟,产生的热量为
Q放=t+t=×10×60 s+×10×60 s=6 000 J,
有50%的热量被胶垫吸收,胶垫吸收的热量为Q吸=ηQ放=50%×6 000 J=3 000 J,
胶垫升高的温度为Δt===15 ℃。
3.如图甲所示为一种加热桌垫,寒冷的冬天可以给办公人员提供温暖。内部装有2根电阻丝,设置有2个挡位,高温挡功率为88 W,低温挡功率为22 W,电路图如图乙所示。
(1)桌垫以高温挡工作10 min,消耗的电能是多少
(2)电阻丝R1阻值的大小;
(3)小明想利用电路图中的器材设计一个有高、中、低三个挡位加热桌垫,请你帮他在虚线框内设计电路图,并写出中温挡对应的开关状态。
解:(1)由P=得,桌垫以高温挡工作10 min 消耗的电能为W=P高t=88 W×10×
60 s=52 800 J
(2)当S1、S2都闭合时,电路中只有R1工作,此时电阻较小,电路电功率较大,为高温挡,则电阻丝R1的阻值为
R1===550 Ω
(3)因为电路中有两个电阻和两个开关,设计成并联电路,可以单独闭合一个开关,也能同时闭合两个开关,电路图如图所示:
当只闭合开关S1时,电路为R1接在电源两端的简单电路,电路中的电阻为R1,电路消耗的功率为P1=;当只闭合开关S2时,电路为R2接在电源两端的简单电路,电路中的电阻为R2,电路消耗的功率为P2=;当同时闭合开关S1、S2时,R1与R2并联,电路的总电阻为R总,电路消耗的功率为P=;
R1与R2的总阻值为
R1+R2===2 200 Ω
所以R2的阻值为
R2=2 200 Ω-550 Ω=1 650 Ω
由并联电路电阻规律可得,
R总P1>P2,
所以,当同时闭合开关S1、S2时为高温挡;当只闭合开关S1时为中温挡,当只闭合开关S2时为低温挡。
4.如图甲是家庭使用的某款紫砂电炖锅,深受消费者的认可和青睐。图乙是其工作原理图,它能够实现高温炖、中温煮和低温熬三种加热功能。其中温挡工作时功率为880 W,高温挡工作时功率为1 100 W[c水=4.2×103J/(kg·℃)]。求:
(1)R1的阻值;
(2)低温挡的电功率;
(3)在标准大气压下,使用高温挡将质量为2 kg、初温是23 ℃的水烧开,如果电炖锅高温挡加热效率为70%,烧开2 kg水需要的时间。
解:(1)由P=可知,U一定,R越大,P越小,当开关S1闭合,S2接A端时,电路为R1的简单电路,此时电路为中温挡,则R1电阻
R1===55 Ω。
(2)当开关S1闭合,S2接B端时,R1与R2并联,此时电路为高温挡
则R2的电功率
P2=P高-P中=1 100 W-880 W=220 W,
根据P=可得R2的电阻
R2===220 Ω,
当开关S1断开,S2接A端时,R1与R2串联,此时电炖锅处于低温挡,则低温挡功率
P低===176 W。
(3)使用高温挡将水烧开吸收的热量
Q吸=c水mΔt,根据η=可得,电炖锅高温挡加热时消耗的电能W=,根据P=可得,烧开一锅水需要的时间
t===
==840 s。
类型二 生活应用类
5.(2025·桂林二模)课外实践小组设计了如图所示的检测水流冲击力的装置。其中电源电压为3 V,MN是阻值为10 Ω的粗细均匀的电阻丝,其长度为10 cm,AB为水平光滑杆,弹簧左端固定,右端连接绝缘滑块,绝缘滑块与滑片P、物体Q通过滑杆相连,水流冲击力为零时,滑片P刚好与电阻丝的M端接触,此时电流表示数为
0.5 A,水流冲击物体Q带动绝缘滑块滑至B点时,滑片P刚好与N端相连。滑片P与电阻丝MN始终保持良好接触,弹簧始终在弹性限度内,弹簧所受拉力与弹簧长度的关系如表所示。求:
弹簧长度/cm 10 12 14 16 18 20
弹簧拉力/N 0 2 4 6 8 10
(1)定值电阻R0的阻值;
(2)当电流表示数为0.25 A时,水流冲击力;
(3)当水流冲击力为4 N时,R0的电功率。
解:(1)据图可知,电路是串联的,水流冲击力为零时,滑片P刚好与电阻丝的M端接触,此时电路为R0的简单电路,电流表示数为0.5 A,则定值电阻R0的阻值为R0===6 Ω。
(2)当电流表示数为0.25 A时,电路中的总电阻为R===12 Ω,
变阻器接入电路中的阻值为RP=R-R0=12 Ω-6 Ω=6 Ω,
由于MN是阻值为10 Ω的粗细均匀的电阻丝,其长度为10 cm,则此时弹簧的长度为10 cm+6 cm=16 cm,
据表可知弹簧拉力为6 N,即水流冲击力为6 N。
(3)当水流冲击力为4 N时,据表可知,弹簧的长度为14 cm,弹簧的伸长量为4 cm,变阻器接入电路中的阻值为4 Ω,此时电路中的总电阻为R'=R0+RP'=6 Ω+4 Ω=
10 Ω,
电路中的电流为I'===0.3 A,
R0的电功率为
P0=I'2R0=(0.3 A)2×6 Ω=0.54 W。
6.某种“烟雾报警器”的简化原理图如图所示。电源电压保持不变,R0为定值电阻,R为光敏电阻(其阻值与光照强度的关系如表格所示)。当烟雾进入烟室后,激光被烟雾遮挡,使得射向光敏电阻的光照强度等级减小;当烟雾浓度大于或等于某一临界值(即电路中电流小于或等于300 mA时),烟雾报警器报警。已知光照强度为5级时,测试电压表示数为12 V;光照强度为1级时,测试电压表示数为16 V。
光照强度 1级 2级 3级 4级 5级 6级
光敏电阻R/Ω 80 50 30 24 20 18
(1)光照强度为5级时,求电路中的电流;
(2)光照强度为1级时,通过计算判断烟雾报警器是否报警。并求出此时R0的阻值;
(3)由于长时间工作,导致电源电压降低了1.5 V,烟雾报警器误报警。在不更换此电源的情况下,要使该烟雾报警器在达到原烟雾浓度临界值时正常报警,可以通过更换R0来实现,求更换后的R0的阻值。
解:(1)闭合开关,定值电阻和光敏电阻串联,电压表测量光敏电阻两端的电压,电流表测量电路中的电流。当光照强度为5级时,光敏电阻R的阻值为20 Ω,测试电压表示数为12 V,根据欧姆定律可知,电路中的电流I0===0.6 A。
(2)光照强度为1级时,光敏电阻R的阻值为80 Ω,测试电压表示数为16 V,根据欧姆定律可知,电路中的电流I'0===0.2 A=200 mA<300 mA,烟雾报警器报警;
定值电阻的阻值R0== ①
当光照强度为5级时,
R0== ②
联立①②得:U=18 V,R0=10 Ω。
(3)图示电路是R与R0的串联电路,电源电压降低,而报警时电路中的电流I不变,根据题意,报警器开始报警时电路中的电流为300 mA=0.3 A,根据电阻的串联特点可得,开始报警时光敏电阻为R=-R0=-10 Ω=50 Ω
当电源电压降低了1.5 V时,电源电压为U'=U-ΔU=18 V-1.5 V=16.5 V,正常报警时电路需满足I=,即0.3 A=,解得:R0'=5 Ω。专项突破四 实践应用类
类型一 挡位类
1.如图甲所示是一款利用高温水蒸气熨烫衣服的家用便携式挂烫机,它正常工作的电压为220 V。有高温、低温两个加热挡位,其内部简化电路如图乙所示,当双触点开关S接触1和2时为关机状态。R1、R2是两个阻值不变的电热丝,R1=R2=
48.4 Ω,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。
(1)挂烫机使用低温挡位正常工作时的电功率为多少
(2)若某次使用时,用高温挡位正常工作,将0.2 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,水吸收的热量是多少
(3)若(2)问中用高温挡位正常工作,加热过程共用时80 s,则此次加热过程,该挂烫机的加热效率是多少
2.(2025·重庆三模)为了缓解现代人的视觉疲劳达到放松眼睛的效果,某公司研发制造了一款可充电的两挡可调式电加热眼罩(如图甲),图乙为其内部电路图。已知电源电压U为6 V,电热丝R1阻值为6 Ω,电热丝R2阻值为9 Ω,电路由一个三掷开关S控制,其他相关参数如表。求:
型号 017两挡式
额定充电(放电)电压 6 V
充电电流 600 mA
电池容量 1 200 mAh
(1)在额定充电电压下,眼罩从电量为零到充满电需要多长时间;
(2)眼罩充满电后,在低温挡下最多能工作多长时间;
(3)为了佩戴舒适,眼罩内装有一层质量为100 g的胶垫,若高温挡开启10分钟,有50%的热量被胶垫吸收,则胶垫温度会升高多少摄氏度 [已知c胶垫=2×
103 J/(kg·℃)]
3.如图甲所示为一种加热桌垫,寒冷的冬天可以给办公人员提供温暖。内部装有2根电阻丝,设置有2个挡位,高温挡功率为88 W,低温挡功率为22 W,电路图如图乙所示。
(1)桌垫以高温挡工作10 min,消耗的电能是多少
(2)电阻丝R1阻值的大小;
(3)小明想利用电路图中的器材设计一个有高、中、低三个挡位加热桌垫,请你帮他在虚线框内设计电路图,并写出中温挡对应的开关状态。
4.如图甲是家庭使用的某款紫砂电炖锅,深受消费者的认可和青睐。图乙是其工作原理图,它能够实现高温炖、中温煮和低温熬三种加热功能。其中温挡工作时功率为880 W,高温挡工作时功率为1 100 W[c水=4.2×103J/(kg·℃)]。求:
(1)R1的阻值;
(2)低温挡的电功率;
(3)在标准大气压下,使用高温挡将质量为2 kg、初温是23 ℃的水烧开,如果电炖锅高温挡加热效率为70%,烧开2 kg水需要的时间。
类型二 生活应用类
5.(2025·桂林二模)课外实践小组设计了如图所示的检测水流冲击力的装置。其中电源电压为3 V,MN是阻值为10 Ω的粗细均匀的电阻丝,其长度为10 cm,AB为水平光滑杆,弹簧左端固定,右端连接绝缘滑块,绝缘滑块与滑片P、物体Q通过滑杆相连,水流冲击力为零时,滑片P刚好与电阻丝的M端接触,此时电流表示数为
0.5 A,水流冲击物体Q带动绝缘滑块滑至B点时,滑片P刚好与N端相连。滑片P与电阻丝MN始终保持良好接触,弹簧始终在弹性限度内,弹簧所受拉力与弹簧长度的关系如表所示。求:
弹簧长度/cm 10 12 14 16 18 20
弹簧拉力/N 0 2 4 6 8 10
(1)定值电阻R0的阻值;
(2)当电流表示数为0.25 A时,水流冲击力;
(3)当水流冲击力为4 N时,R0的电功率。
6.某种“烟雾报警器”的简化原理图如图所示。电源电压保持不变,R0为定值电阻,R为光敏电阻(其阻值与光照强度的关系如表格所示)。当烟雾进入烟室后,激光被烟雾遮挡,使得射向光敏电阻的光照强度等级减小;当烟雾浓度大于或等于某一临界值(即电路中电流小于或等于300 mA时),烟雾报警器报警。已知光照强度为5级时,测试电压表示数为12 V;光照强度为1级时,测试电压表示数为16 V。
光照强度 1级 2级 3级 4级 5级 6级
光敏电阻R/Ω 80 50 30 24 20 18
(1)光照强度为5级时,求电路中的电流;
(2)光照强度为1级时,通过计算判断烟雾报警器是否报警。并求出此时R0的阻值;
(3)由于长时间工作,导致电源电压降低了1.5 V,烟雾报警器误报警。在不更换此电源的情况下,要使该烟雾报警器在达到原烟雾浓度临界值时正常报警,可以通过更换R0来实现,求更换后的R0的阻值。
