专题03 家用电器不同档位电功率电学综合计算模型-【压轴必刷】2022中考物理压轴电学计算题和实验题之经典模型培优练习

专题03 家用电器不同档位电功率电学综合计算模型 一．计算题（共12小题） 1．如图甲多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图，其中R1、R2为电热丝，R1＝R2且电阻值不变，如表为其铭牌，其中高温挡的额定功率已模糊不清。 项目 参数 电源电压（V） 220 低温挡功率（W） 220 中温挡功率（W） 440 高温挡功率（W） 容积（L） 2 （1）在1标准大气压下，使用高温挡将初温是45℃的一满壶水烧开，水吸收多少热量？ （2）若养生壶高温挡加热效率为75%，烧开这一壶水需要多长时间？ 【答案】（1）在1标准大气压下，使用高温挡将初温是45℃的一满壶水烧开，水吸收的热量为4.62×105J； （2）若养生壶高温挡加热效率为75%，烧开这一壶水需要700s。 【解答】解：（1）一满壶水的体积： V＝2L＝2dm3＝2×10﹣3m3， 由ρ＝可得，水的质量： m＝ρV＝1.0×103kg/m3×2×10﹣3m3＝2kg， 在1标准大气压下水的沸点为100℃，水吸收的热量： Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（100℃﹣45℃）＝4.62×105J； （2）当开关S2接A、S1断开时，两电阻串联；当开关S2接A、S1闭合时，电路为R1的简单电路；当开关S2接B、S1闭合时，两电阻并联； 因串联电路中总电阻大于任何一个分电阻，并联电路中总电阻小于任何一个分电阻， 所以，当开关S2接A、S1断开时电路的总电阻最大，当开关S2接B、S1闭合时电路中的总电阻最小， 由P＝UI＝可知，电源的电压一定时，电路的总电阻越大，总功率越小，反之越大， 则当开关S2接B、S1闭合时养生壶处于高温挡，当开关S2接A、S1断开时养生壶处于低温挡，当开关S2接A、S1闭合时养生壶处于中温挡， 因并联电路中各支路独立工作、互不影响，且R1＝R2， 所以，由P＝UI＝可知：P1＝P2＝P中， 养生壶高温挡的功率： P高＝P1+P2＝2P中＝2×440W＝880W， 由η＝×100%可得，消耗的电能： W＝＝＝6.16×105J， 由P＝可得，需要的加热时间： t′＝＝＝700s。 2．康康家里有一台电火锅，部分技术参数如表，图甲是其内部电路的工作原理简图，R1、R2均为阻值不变的加热电阻，通过开关S、S1、S2的通断可实现三个挡位功能的切换，其中S2是能分别与a、b两掷点相连的单刀双掷开关。（水的比热容：4.2×103J/（kg•℃）） 额定电压 220V 高温挡 1100W 低温挡 880W 保温挡 ×××W （1）电火锅正常工作时，锅内水温随时间变化的图象如图乙所示。若用高温挡把质量为4kg、初温为50℃的水加热到60℃，求此过程中水吸收的热量和电火锅的热效率； （2）若改用低温挡给（1）问中的水加热，请比较使用高温挡还是低温挡更节能； （3）求电火锅正常工作时保温挡的电功率。 【答案】（1）用高温挡把质量为4kg、初温为50℃的水加热到60℃，水吸收的热量为1.68×105J，电火锅的热效率为84.8%； （2）用高温挡和低温挡给质量为4kg、初温为50℃的水加热到60℃，使用高温挡更节能； （3）电火锅正常工作时保温挡的电功率为176W。 【解答】解：（1）若用高温挡把质量为4kg、初温为50℃的水加热到60℃，吸收的热量为： Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×4kg×（60℃﹣50℃）＝1.68×105J， 由图乙可知，用高温挡把质量为4kg、初温为50℃的水加热到60℃，所用时间为t1＝3min＝180s， 消耗的电能为：W1＝P高t1＝1100W×180s＝1.98×105J， 所以电火锅的热效率为：η1＝＝×100%≈84.8%； （2）若用低温挡给（1）问中的水加热，由图乙可知，所用时间为t2＝5min＝300s， 消耗的电能为：W2＝P低t2＝880W×300s＝2.64×105J， 所以W1＜W2，故使用高温挡更节能； （3）由公式P＝可知，在电压不变时，电阻越小，电功率越大； 在图甲中，当闭合S、S1时，只有电阻R1工作，为低温挡， 由P＝可知，R1的电阻为： R1＝＝＝55Ω， 当闭合S、S1，S2接a，电阻R1和R2并联，为高温挡，则电阻R2的电功率为： P2＝P高﹣P低＝1100W﹣880W＝220W， 所以R2的电阻为： R2＝＝＝220Ω， 当S闭合，S1断开，S2接b，电阻R1和R2串联，电火锅处于“保温挡”，则电火锅正常工作时保温挡的电功率为： P保＝＝＝176W。 3．随着我国经济社会发展，人们生活更加美好。我国农村地区也广泛使用了多挡位电热水器，如图甲为某一款多挡位电热水器，内部简化