18.4 焦耳定律（2）电热的综合计算 课件 2024-2025学年 人教版九年级全一册物理

第十八章　电功率 18.4 焦耳定律（2）电热的综合计算　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　 第1题 返回目录 第1题 返回目录 第1题 返回目录 返回目录 第2题 图放大 5 返回目录 第2题 图还原 6 返回目录 第2题 7 返回目录 第2题 8 返回目录 第2题 9 第3题 返回目录 图放大 甲 乙 返回目录 第3题 图还原 甲 乙 11 第3题 返回目录 第3题 返回目录 第3题 返回目录 第4题 返回目录 第4题 返回目录 第4题 返回目录 第4题 返回目录 第5题 返回目录 第5题 返回目录 1．小丽家新买了一台电热水器，如表是该热水器的一些技术参数．现将水箱中装满水，通电后正常工作40 min，水温从25 ℃上升到45 ℃，已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，求： 型号 FED­H50 额定电压 220 V 最大水量 50 kg 额定功率 2000 W （1）此过程中水所吸收的热量． 解：（1）水吸收的热量 Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(45 ℃－25 ℃)＝4.2×106 J. （2）热水器的效率． 解：（2）由P＝ eq \f(W,t)可知，电热水器消耗的电能 W＝Pt＝2000 W×40×60 s＝4.8×106 J； 热水器的效率 η＝ eq \f(Q吸,W)×100%＝ eq \f(4.2×106 J,4.8×106 J)×100%＝87.5%. 2．(2023·丹东)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＝110 Ω，中温挡功率为880 W.求： （1）电热锅低温挡工作时的电功率． 解：（1）R1独立工作时的电功率P1＝ eq \f(U2,R1)＝ eq \f((220 V)2,110 Ω)＝440 W， 由于P1＜P中温＝880 W，所以电热锅低温挡工作时的电功率P低温＝P1＝440 W. （2）电热锅中温挡工作时的电流． 解：（2）根据P＝UI得电热锅中温挡工作时的电流 I＝ eq \f(P中温,U)＝ eq \f(880 W,220 V)＝4 A. （3）使用电热锅高温挡将质量为2 kg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＝4.2×103 J/(kg·℃)] 解：（3）由题图知当S1闭合、S2断开时，电路为R1的简单电路，为低温挡；当S2闭合、S1断开时，电路为R2的简单电路，为中温挡；当S1、S2都闭合时，R1、R2并联，为高温挡，则高温挡的功率P高温＝P低温＋P中温＝440 W＋880 W＝1320 W； 水吸收的热量 Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(75 ℃－20 ℃)＝4.62×105 J， 若不计热量损失，消耗的电能W＝Q吸＝4.62×105 J， 所需时间t＝ eq \f(W,P高温)＝ eq \f(4.62×105 J,1320 W)＝350 s. 3.(2022·毕节)如图甲所示为某茶具上煮茶器的电路原理图，R1是加热电阻，R2是保温时的分压电阻，S为电源开关，S1为自动温控开关．S、S1都闭合时，煮茶器处于加热状态；当水沸腾后，S1会自动断开，转为保温状态．煮茶器工作过程中的P­t图象如图乙所示，不计电阻值随温度的变化．求： （1）电阻R1的阻值． 解：（1）由图甲可知，S、S1都闭合时，R2被短路、电路中只有R1工作，此时煮茶器处于加热状态，根据图乙可知，加热时的电功率P加＝1100 W，根据P＝ eq \f(U2,R)可知， 电阻R1的阻值R1＝ eq \f(U2,P加)＝ eq \f((220 V)2,1100 W)＝44 Ω. （2）当煮茶器处于保温状态时，R1的电功率． 解：（2）当S闭合、S1断开时，R1、R2串联，此时为保温状态，由图乙可知，保温功率P保＝44 W，由P＝UI可知，保温状态时的电流I保＝ eq \f(P保,U)＝ eq \f(44 W,220 V)＝0.2 A；根据串联电路的电流特点可知，通过R1的电流I1＝I2＝I保＝0.2 A，当煮茶器处于保温状态时，R1的电功率P＝I12R1＝(0.2 A)2×44 Ω＝1.76 W. （3）当煮茶器处于保温状态时，电阻R2在100 s内消耗的电能． 解：（3）由欧姆定律可知，保温状态时R1两端的电压U1＝I1R1＝0.2 A×44 Ω＝8.8 V；根据串联分压的特点可知，R2两端的电压U2＝U－U1＝220 V－8.8 V＝211.2 V；当煮茶器处于保温状态时，电阻R2在100 s内消耗的电能W2＝U2I2t＝211.2 V×0.2 A×100 s＝4224 J. 4．如表所示的是一台三挡调节电热水器的铭牌(有一项内容模糊不清)，电热水器的内部简化电路如图所示，R1和R2为电热丝，通过开关S1和单刀双掷开关S2的调节实现高、中、低三个挡位的转换． （1）电热水器低温挡工作时，开关S1、S2应处于什么状态，说明判断依据． 解：（1）电热水器低温挡工作时，开关S1断开，S2接A；理由是：此时R1、R2串联，电路的总电阻最大，电流最小，根据公式P＝UI可知，电路的功率最小． （2）求电热丝R1、R2的阻值． 解：（2）因为闭合S1，S2接A时，热水器处于中温档， 且：I中＝5 A，则R1＝ eq \f(U,I中)＝ eq \f(220 V,5 A)＝44 Ω； 低温挡时的电流I低＝2.5 A， 低温挡时的总电阻R低＝ eq \f(U,I低)＝ eq \f(220 V,2.5 A)＝88 Ω； 根据串联电路的电阻关系可知， R2的阻值R2＝R低－R1＝88 Ω－44 Ω＝44 Ω. （3）求电热水器在高温挡工作时的电流及额定功率． 解：（3）当S1闭合，S2接B时，两电阻并联， 热水器处于高温挡， 根据欧姆定律和并联电路的电流规律可知， 干路电流I＝ eq \f(U,R1)＋ eq \f(U,R2)＝ eq \f(220 V,44 Ω)＋ eq \f(220 V,44 Ω)＝10 A； 高温挡工作时的额定功率 P高＝UI＝220 V×10 A＝2200 W. 5．在某电压下用两个不同的电热丝烧开水，不计热量损失，单独用第一个烧，用时t1，单独用第二个烧同样的水，用时t2.如果把两电热丝并联使用，接在相同电压下一起烧同样的水，所用时间为(　　) A． eq \f(t1t2,t1＋t2) B． eq \f(t1＋t2,2) C．t1＋t2 D．|t1－t2| A 点拨：单独用第一个电热丝把水烧开需要的热量Q1＝W1＝ eq \f(U2,R1)t1， 单独用第二个烧同样的水，需要的热量Q2＝W2＝ eq \f(U2,R2)t2， Q1＝Q2，即： eq \f(U2,R1)t1＝ eq \f(U2,R2)t2，所以R1＝ eq \f(t1R2,t2)， 把两电热丝并联使用，接在相同电压下一起烧同样的水，所用时间为t，需要的热量Q＝ eq \f(U2,R1)t＋ eq \f(U2,R2)t，且Q＝Q1，即： eq \f(U2,R1)t＋ eq \f(U2,R2)t＝ eq \f(U2,R1)t1，所以：t＝ eq \f(t1R2,R1＋R2)， 将R1＝ eq \f(t1R2,t2)代入上式中，t＝ eq \f(t1R2,\f(t1R2,t2)＋R2)＝ eq \f(t1,\f(t1,t2)＋1)＝ eq \f(t1t2,t1＋t2). $$