(练习)25 核心素养提升(九) 电热综合计算 -【提分教练】2022-2023学年九年级物理全一册同步(沪科版)

核心素养提升(九) (电热综合计算) 学完焦耳定律后，老师要求同学们放学回家后找一下家中有哪些电热器。小明回到家后到厨房找了一下，还真有不少的电热器：饮水机、电饼铛、电饭锅、电水壶等。小明还发现有一些电热器上有好几个按钮开关，这有什么作用呢？小明上网查了一下明白了，原来这是挡位变换开关呀。同学们，你们知道电热器挡位变换的原理吗？ 探究1　电热器是靠什么原理工作的？ 答案：电流的热效应。 探究2　电热器的效率能达到100%吗？为什么？ 答案：不能，电热器放出的热量会散失掉一部分，不可能完全被吸收。 探究3　多挡位电热器靠改变什么来改变挡位？ 答案：由公式P＝可知，电源电压不变，当电阻小时，电热器功率大，为高温挡。反之，为低温挡。 探究4　多挡位电热器里面的电路连接主要有几种形式？ 答案：主要有串联和并联两种形式。有些复杂的既有串联也有并联。 【类型一】　无挡位电热器 1. 小红家新购买了一台电热水壶，用它烧水时发现水烧开了，而导线却几乎不热，这是由于电热水壶内部电热丝的 电阻 比导线的大。查看铭牌，小红了解到电热水壶的额定功率为1 500 W。若加热效率为90%，1个标准大气压下，电热水壶正常工作7 min，可将质量为 1.8 kg、初温为25 ℃ 的水烧开。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] 2. 常见的家用热水器有太阳能热水器、电热水器、燃气热水器等。若使用太阳能热水器将12 L的水由20 ℃ 加热到45 ℃，则水需要吸收太阳能 1.26×106 J；若改用功率为“220 V　1 000 W”的电热水器正常加热，则需要加热 1 260 s；若用燃气热水器加热，则需要完全燃烧 0.03 m3的燃气。[已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q燃气＝4.2×107 J/m3，不考虑能量转换过程中的损失] 3. 标有“220 V　2 000 W”字样的电热水器的容量为50 L，当电热水器装满水时，水温升高1 ℃ 吸收的热量是 2.1×105 J；若电热水器的效率为87.5%，电热水器正常工作时水温升高1 ℃ 需加热的时间是 2 min。[ρ水＝1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] 4. 学习了电功率的知识后，小亮想利用家中的电能表测量电水壶的电功率和热效率。他把质量为1 kg、温度为20 ℃ 的水倒入电水壶中，然后把家中的用电器都与电源断开，仅让电水壶工作，用时5 min将这壶水烧开(在1个标准大气压下)，他通过观察电能表转盘的转数测出消耗的电能是4.2×105 J。c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，则： (1)将这壶水烧开，水吸收的热量是多少？ (2)电水壶的电功率为多少？ (3)电水壶的热效率为多少？ 解：(1)在1个标准大气压下水的沸点为100 ℃，则水吸收的热量 Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃－20 ℃)＝3.36×105 J。 (2)电水壶的电功率 P＝＝＝1 400 W。 (3)电水壶的热效率 η＝×100%＝×100%＝80%。 【类型二】　串联型多挡位电热器 5. 某电饭煲设有“加热”和“保温”两挡，其内部简化电路如图所示。当开关闭合时，电饭煲处于 加热 (选填“加热”或“保温”)状态，若R1∶R2＝1∶24，则电饭煲保温和加热各5 min时产生的热量之比为 1∶25 。 第5题图 6. 下表为一台饮水机的铭牌，其内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝且阻值不变。 第6题图 (1)该饮水机处于加热状态时，正常工作3 min，在1个标准大气压下能否把0.5 kg的水从20 ℃ 加热至沸腾？[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] (2)保温功率是指S断开时电路消耗的总功率。该饮水机正常保温时，R1实际消耗的电功率是多少？ ××牌饮水机 额定电压 220 V 额定功率 加热 1 000 W 保温 22 W 加热效率 80% 解：(1)0.5 kg的水从20 ℃ 加热至沸腾吸收的热量 Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×(100 ℃－20 ℃)＝1.68×105 J， 由η＝×100%可得，饮水机需产生的热量 W＝＝＝2.1×105 J， 由P＝可得，饮水机需要加热的时间 t＝＝＝210 s＝3.5 min>3 min。 所以，该饮水机正常加热3 min不能把1个标准大气压下0.5 kg的水从20 ℃ 加热至沸腾。 (2)由题图可知，开关S闭合时，电路为R1的简单电路，电路的总电阻最小，饮水机的功率最大，处于加热状态。 由P＝UI＝可得，R1的阻值 R1＝＝＝48.4 Ω， 由题意