专题二十 电功率挡位类计算（作业课件）-【原创新课堂】2023-2024学年九年级物理下册（人教版 广东专用）

专题二十　电功率挡位类计算 物理 九年级全册 人教版 原创新课堂 类型一　电热丝串联型 1．(2022·罗湖区期末)如图甲是某电热饮水机的电路图，铭牌如表。R为加热器，温控器S是一个双金属片温控开关，当温度较低时，其处于闭合状态，加热器加热。当水沸腾后，S会自动断开进入保温状态，从而实现了自动温度开关控制(设加热器电阻阻值一定)。[已知：水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)]。求： (1)将电热饮水机壶里装上1 L初温为25 ℃的水，在一标准大气压下加热至沸腾，这一过程中水吸收的热量是多少？ (2)R0的阻值是多少？ (3)用如图乙所示的电能表单独测量该电热饮水机加热时消耗的电能(电能表在实际电压下也正常工作)。3 min电能表中间的铝质圆盘转动了30转，此时电路的实际电压是多少？ 解：(1)由密度公式可知，水的质量为m＝ρV＝1.0×103 kg/m3×1×10－3 m3＝1 kg；根据Q吸＝cm(t－t0)可知水吸收的热量为Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃－25 ℃)＝3.15×105 J (2)由P＝ eq \f(U2,R) 可知，电热饮水机加热时的电阻R加热＝ eq \f(U2,P加热) ＝ eq \f(（220 V）2,1210 W) ＝40 Ω；由P＝ eq \f(U2,R) 可知，电热饮水机保温时的总电阻R保温＝ eq \f(U2,P保温) ＝ eq \f(（220 V）2,40 W) ＝1210 Ω；温控器S闭合时，电热饮水机处于加热状态，此时电路为R的简单电路，故加热电阻R＝R加热＝40 Ω，温控器S断开时，电热饮水机处于保温状态，此时两电阻串联，由串联电路的电阻特点可知，电阻R0的阻值R0＝R保温－R＝1210 Ω－40 Ω＝1170 Ω　 (3)圆盘转30转，电热饮水机加热时消耗的电能为 eq \f(30 r,600 r/（kW·h）) ＝0.05 kW·h＝0.05×3.6×106 J＝1.8×105 J；根据P＝ eq \f(W,t) 可知，电热饮水机实际功率为P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(1.8×105 J,3×60 s) ＝1000 W，由P＝ eq \f(U2,R) 可知，电路的实际电压U＝ eq \r(PR) ＝ eq \r(1000 W×40 Ω) ＝200 V 2．(2022·顺德区模拟)如图甲所示，是小明的家用酸奶机的简化电路图，R1与R2为发热电阻，R2的阻值为450 Ω，酸奶机的加热功率为88 W。当酸奶被加热到40 ℃时，温控开关S2会自动断开进入保温发酵状态。小明在一次用该酸奶机给一定质量的酸奶加热时，加热和保温过程中酸奶温度随时间变化的图象如图乙所示，该酸奶机的加热效率为80%。[酸奶的比热容为2.5×103J/(kg·℃)]求： (1)R1的阻值。 (2)酸奶机的保温功率。 (3)在这次酸奶机加热酸奶时，被加热酸奶的质量。 解：(1)两开关都闭合时，电路为R1的简单电路，总电阻较小，根据P＝ eq \f(U2,R) 可知总功率较大，酸奶机处于加热状态，根据P＝UI可知，加热过程中通过R1的电流为I＝ eq \f(P加热,U) ＝ eq \f(88 W,220 V) ＝0.4 A，根据欧姆定律可知R1的阻值为R1＝ eq \f(U,I) ＝ eq \f(220 V,0.4 A) ＝550 Ω　 (2)当酸奶被加热到40 ℃时，温控开关S2会自动断开进入保温发酵状态，此时电路中两电阻串联，故酸奶机的保温功率为P保温＝ eq \f(U2,R总) ＝ eq \f(（220 V）2,550 Ω＋450 Ω) ＝48.4 W　 (3)从图乙中可知，酸奶机加热酸奶所用时间为10 min，根据W＝Pt可知电路中消耗的电能W＝P加热t＝88 W×10×60 s＝5.28×104 J，酸奶吸收的热量为Q吸＝ηW＝80%×5.28×104 J＝4.224×104 J，由Q吸＝cmΔt得，被加热酸奶的质量为m＝ eq \f(Q吸,cΔt) ＝ eq \f(4.224×104 J,2.5×103 J/（kg·℃）×（40 ℃－20 ℃）) ＝0.8448 kg＝844.8 g 类型二　电热丝并联型 3．(2022·高要区模拟)如图是某电蒸锅的内部简化电路图，R1、R2均为发热电阻，R1的阻值为484 Ω，加热挡功率为1200 W。求： (1)电蒸锅正常加热375 s消耗的电能。 (2)保温挡的功率。 (3)电阻R2的阻值。 解：(1)电蒸锅正常加热375 s消耗的电能W＝P加热t＝1200 W×375 s＝4.5×105 J　 (2)闭合开关S1，断开开关S2，电路中只有R1接入电路，总电阻较大(大于并联时的总电阻)，电源电压不变，根据P＝ eq \f(U2,R) 可知总功率较小，此时电路处于保温挡，则保温挡的功率P保温＝ eq \f(U2,R1) ＝ eq \f(（220 V）2,484 Ω) ＝100 W　 (3)闭合开关S1、S2，R1、R2并联接入电路，总电阻较小，电源电压不变，根据P＝ eq \f(U2,R) 可知总功率较大，电路处于加热挡，此时R2的功率P2＝P加热－P保温＝1200 W－100 W＝1100 W，由P＝ eq \f(U2,R) 可知R2的阻值R2＝ eq \f(U2,P2) ＝ eq \f(（220 V）2,1100 W) ＝44 Ω 类型三　串、并联转换型 4．(2022·潮阳区模拟)为了缓解用眼疲劳，妈妈购买了一款如图甲所示的电加热眼罩，如图乙所示是电热眼罩的工作原理图，可以通过手动调节高、中、低三挡加热。其相关数据如表所示。R1、R2都是电热丝，S3为单刀双掷开关(即S3只能接在触点a或b)。求： (1)R1的阻值。 (2)当眼罩在低温挡正常工作时电功率。(结果保留两位小数) (3)若眼罩在高温挡正常工作10 min产生的热量。 解：(1)由图乙可知，当S1、S2闭合，S3接b时，两电阻并联总电阻最小，根据P＝ eq \f(U2,R) 可知，此时为高温挡；当S1、S2闭合，S3接a时，只有R1工作，总电阻较小，为中温挡，当S1闭合，S2断开，S3接a时，R1、R2两电阻串联，总电阻最大，为低温挡。由表可知，中温挡时功率为5 W，则R1的阻值为R1＝ eq \f(U2,P中) ＝ eq \f(（5 V）2,5 W) ＝5 Ω (2)当S1闭合，S2断开，S3接a时，R1、R2两电阻串联，为低温挡，当眼罩在低温挡正常工作时电功率为P低＝ eq \f(U2,R1＋R2) ＝ eq \f(（5 V）2,5 Ω＋10 Ω) ≈1.67 W　 (3)眼罩在高温挡正常工作10 min产生的热量为W＝Pt＝(P1＋P2)t＝( eq \f(U2,R1) ＋ eq \f(U2,R2) )t＝[ eq \f(（5 V）2,5 Ω) ＋ eq \f(（5 V）2,10 Ω) ]×10×60 s＝4500 J 类型四　自动控制型 5．(2022·禅城区模拟)如图甲为某品牌空气炸锅，其发热元件为两个电阻。R1＝48.4 Ω，R2＝484 Ω。额定工作电压为220 V。通过开关S、S1可实现高温挡、中温挡和低温挡三个挡位的切换，其内部电路可简化为如图乙所示电路。在工作时会通过电动机向内部吹风，借助循环风，达到炸锅内部迅速升温目的。 (1)开关S1闭合，开关S接a端时挡位状态是什么？此时空气炸锅的功率是多少？ (2)若不计热量损失，用此空气炸锅高温挡加工薯条，原料薯条温度为20 ℃，炸熟至少需要达到170 ℃，求一次炸熟200 g薯条需要多长时间？[c薯条＝3.63×103 J/(kg·℃)] 解：(1)开关S1闭合，开关S接a端时，电路中只有R2连入电路，开关S1闭合，开关S接b端时，两电阻并联，当开关S1断开，开关S接a端时，两电阻串联，根据电阻的串并联特点可知：开关S1闭合，开关S接b端时总电阻最小，开关S1闭合，开关S接a端时总电阻较大，开关S1断开，开关S接a端时，总电阻最大，则根据P＝ eq \f(U2,R) 可知开关S1闭合，开关S接a端时为中温挡；此时空气炸锅的功率P2＝ eq \f(U2,R2) ＝ eq \f(（220 V）2,484 Ω) ＝100 W (2)薯条质量m＝200 g＝0.2 kg，薯条吸收的热量Q吸＝c薯条m(t－t0)＝3.63×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×(170 ℃－20 ℃)＝1.089×105 J；若不计热量损失，则需要消耗的电能为W＝Q吸＝1.089×105 J；高温挡正常工作时，开关S1闭合，开关S接b端，R1、R2并联，则R1的功率为P1＝ eq \f(U2,R1) ＝ eq \f(（220 V）2,48.4 Ω) ＝1000 W；高温挡的总功率为P＝P1＋P2＝1000 W＋100 W＝1100 W；一次炸熟200 g薯条需要的时间t＝ eq \f(W,P) ＝ eq \f(1.089×105 J,1100 W) ＝99 s $$