专题03 电能与内能转化的电、热效率计算问题 -【常考必刷】 2022中考物理常考计算题之经典模型培优练习

专题03 电能与内能的转化模型 1．某款电热饮水机具有加热和保温两挡，额定电压为220V，热水箱容量为1kg。如图甲是其电路原理图，S0为温控开关，R1、R2为电热丝（阻值不变）。某次饮水机在额定电压下工作的电功率P与时间t的关系图象如图乙所示，求： （1）饮水机处于保温挡时，通过R1的电流； （2）饮水机处于加热挡阶段消耗的电能与R2的阻值； （3）若将水箱内装满20℃的水，加热5min温度升高到86℃。求该电热饮水机的加热效率。[c水=4.2×103J/(kg·℃)] 【答案】（1）0.5A；（2）2.97×105J，55Ω；（3）93.3% 【详解】 解：（1）当开关S、S0闭合时，R1与R2并联，电路中的总电阻较小，当只闭合开关S时，电路为R1的简单电路，电路中的总电阻较大，根据可知，当开关S、S0闭合时，电路为加热状态，只闭合开关S时，电路为保温状态。根据图乙知保温挡的功率为110W，由P=UI可知，保温挡时通过R1的电流 （2）由图乙知，加热挡的功率为990W，加热时间为5min，即300s，由可得，饮水机处于加热挡阶段消耗的电能 W=P加热t=990W×5×60s=2.97×105J 因并联电路各支路可独立工作、互不影响，加热时电阻丝R2的电功率 P2=P加热-P1=P加热-P保温=990W-110W=880W 因并联电路中各支路两端的电压相等，由可得，电阻R2的阻值 （3）水箱内装满20℃的水，加热5min温度升高到86℃，水吸收的热量 Q吸=c水m∆t=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(86℃-20℃)=2.772×105J 饮水机加热效率 答：（1）饮水机处于保温挡时，通过R1的电流为0.5A； （2）饮水机处于加热挡阶段消耗的电能为2.97×105J，R2的阻值为55Ω； （3）电热饮水机的加热效率为93.3%。 2．我国三峡水电站有“照亮半个中国”的美誉，2020年累计发电量超过1千亿度，如果就按1千亿度(kW·h)计算，相当于一座年消耗6×1010kg标准煤的火力发电站所发的电量。 （1）假设标准煤的热值为3×107J/kg，完全燃烧6×1010kg标准煤能放出多少热量？ （2）以三峡水力发电代替同等的火力发电，每年会少排7.5×1010m3的二氧化碳气体，这些气体的质量是多少kg？（通常情况下CO2气体的密度为2kg/m3） （3）请你根据本题中的数据，计算火力发电的效率（用符号E表示电能）？ 【答案】（1）1.8×1018J；（2）1.5×1011kg；（3）20% 【详解】 解：（1）m=6×1010kg标准煤完全燃烧放出的热量为 （2）由可知这些气体的质量为 （3）已知m=6×1010kg标准煤的火力发电站所发的电量为1千亿度，即 则火力发电的效率为 答：（1）完全燃烧6×1010kg标准煤能放出1.8×1018J热量； （2）这些气体的质量是1.5×1011kg； （3）火力发电的效率为20%。 3．图甲是某款具有高温、低温两挡的电热饭盒，图乙为其内部简化电路的一部分，R1、R2均是加热电阻，且R2＝3R1。请你解答： （1）在图乙合适的虚线框内分别填入加热电阻R1、R2和导线的元件符号，使开关S接2时电路的电功率为接1时的4倍； （2）若电路中只使用该电热饭盒，加热1kg面条使其温度升高40oC。如图丙所示，电能表的脉冲指示灯闪烁了125次，则这个电热饭盒加热的效率是多少？[c面条＝2.5×103J/(kg℃)] 【答案】（1）；（2）80% 【详解】 解：（1）由可知，电源电压不变时电功率为4倍则电阻为原来的，因R2＝3R1，若使R1、R2串联且接1接线柱，且左侧方框为R1时，可使开关接1时电路中总电阻为 R总=R1+R2=4R1 开关接2时电路中总电阻为R1，则开关置于1时电路的电功率为 开关接2时电路总功率为 即开关S接2时电路的电功率为接1时的4倍，如图所示： （2）面条的质量m=1kg，温度的变化量为∆t=40℃，则面条吸收的热量为 Q＝cm∆t＝2.5×103J/(kg℃)×1kg×40℃＝1×105J 脉冲指示灯闪烁了125次，则电热饭盒消耗的电能 电热饭盒的加热效率 答：（1）见解析； （2）这个电热饭盒加热的效率是80%。 4．如图甲所示，汽车的玻璃上结了厚厚的一层霜。为此汽车挡风玻璃内安装了可加热的电热丝，通电后可将玻璃升温去霜。如图乙是其简化的电路图，电源电压为12V，R1、R2为加热电阻丝，R2=2.4Ω。电路有加热和保温两个挡位，其加热挡功率为120W。已知汽车后挡风玻璃的质量为10kg，用加热挡给玻璃加热时，1000s可以使玻璃的温度从℃升高到5℃。【】求： （1）1000s内玻璃吸收的热量； （2）给玻璃加热过程中，电能转化为玻璃的内能的效率； （