期末复习：专题十七 电热器的多挡位问题及电热效率计算 2024-2025学年沪科版九年级全一册物理

专题十七 电热器的多挡位问题及电热效率的计算 类型一 串联型 1.如图为一种家用调温式电熨斗工作电路。电熨斗金属底板质量为500 g，发热部分由调温电阻R和定值电阻R0组成（阻值均不受温度影响），调温电阻最大阻值为110 Ω。预热时电熨斗以最大功率正常工作100 s，假设电熨斗发热体放出的热量全部被金属底板吸收，可使金属底板的温度由20 ℃升高到820 ℃。[金属底板的比热容为0.44×103 J/（kg•℃）] （1）预热时金属底板吸收的热量是多少？ （2）定值电阻R0的阻值是多少？ （3）电熨斗以最小功率工作时电路中的电流是多少？ 类型二 并联型 2.某款带保温功能的电水壶，其简化电路图如图所示，S为总开关，S1为自动控制开关，R1和R2为阻值不变的发热电阻，电水壶的加热功率为1 100 W，R2阻值为220 Ω。电水壶将质量为1.1 kg、初温20 ℃的水烧开，加热效率为84%。[c水=4.2×103 J/（kg•℃），在1个标准大气压下] （1）求水吸收的热量。 （2）把水烧开需要多长时间？ （3）求保温功率和R1的阻值。 类型三 多触点开关型 3.如图甲所示为一款养生壶，有加热和保温两个挡位，其工作简易电路图如图乙所示。已知该养生壶的额定电压为220 V，R1、R2均为发热电阻，R2=193.6 Ω。当家庭电路中只有养生壶工作且处于加热状态正常工作时，1 min内电能表（如图丙所示）铝制圆盘转过50转。求： （1）养生壶处于加热状态正常工作时的电功率。 （2）养生壶处于保温状态正常工作30 min消耗的电能。 （3）当用电高峰期，家庭电路的电压降为176 V时，假设养生壶内发热电阻产生的热量完全被水吸收，则将2 kg 初温为20 ℃ 的水加热到沸腾需要的时间为多少秒？[当地气压为1个标准大气压下，水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃）] 电热效率的计算 类型一 电热转换 4.小红家中有一台老式挂烫机，可以通过调挡开关调节高、低温挡，工作原理是通过电热丝加热水箱中的水，利用产生的水蒸气来熨烫衣服。已知电路中有两根阻值相同的电热丝，高温挡工作时只有一根电热丝连入电路，高温挡标有 “220 V ？W”的字样。某次加热过程中，高温挡正常工作70 s将0.3 L水从45 ℃加热到了100 ℃，加热效率为90%。[c水=4.2×103J/（kg•℃），ρ水=1.0×103 kg/m3，忽略温度对电阻的影响]求： （1）此次加热过程中水吸收的热量。 （2）一根电热丝的阻值。 （3）使用一段时间后，挂烫机的其中一根电热丝断了，小红找来一个旧的电位器RP（其规格为“176 Ω 4.5 A”）替换断了的电热丝串联接入电路，并去掉调挡开关，请计算改装之后的挂烫机实际加热功率的变化范围。 5.小明妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆，内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压为220 V，额定功率为880 W，求： （1）电热足浴盆加热系统正常工作时电流是多大？ （2）小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入11 kg初温为20 ℃的水，加热系统的加热电阻正常工作10 min将水加热到30 ℃，此加热过程中水吸收的热量是多少？加热的效率是多少？[c水=4.2×103 J/（kg•℃）] （3）当小明家的实际电压是200 V时，加热电阻工作的实际功率是多少？（结果保留整数） （4）足浴盆按摩系统中的电动机工作电压是12 V，工作电流为4 A，其电阻为0.5 Ω，电动机工作中因发热损失的功率是多少？ 类型二 光电转换 6.某公司正在设计一款太阳能无人驾驶“汽车”，其设计方案中有如下一段描述： ◆整车质量为500 kg，最高速度10 m/s。当该车在平直公路上以最高速度匀速行驶时，所受阻力为车重的。 ◆所铺设太阳能电池板面积为8 m2，该太阳能电池的能量转化效率为20 %，太阳能电池可直接给电机供电，也可将产生的电能全部充入蓄电池中。 ◆电机可将输入电功率的80% 转化为汽车行驶所需的机械功率。当该车在晴好的白天以最高速度在平直公路上匀速行驶1 h时，求：（g取10 N/kg） （1）该车所受的阻力。 （2）维持该车以最高速度行驶所需的机械功率。 （3）若在此次行驶过程中，太阳能电池板每平方米面积上接收的太阳辐射平均功率为1 000 W，则可向蓄电池充入多少电能？ 参考答案 1.解：（1）金属底板吸收的热量 Q吸=cm（t2－t1）=0.44×103 J/（kg•℃）×500×10-3 kg×（820 ℃－20 ℃）=1.76×105J。 （2）由题意可知，电熨斗消耗的电能W=Q吸=1.76×105J， 则电熨斗的最大功率P最大===1 760 W。 当调温电阻接入电路中的电阻为零时，只有定值电阻R0连入电路，电熨斗的功率最大。由P=UI=可知，定值电阻R0的阻值R0===27.5Ω。 （3）当调温电阻接入电路中的电阻为最大值R=110 Ω 时，电熨斗的功率最小。此时电路中的总电值R总=R+R0=110 Ω+27.5 Ω=137.5 Ω，电路中的电流 I最小===1.6A。 2.解：（1）水吸收的热量 Q吸=c水m（t2－t1）=4.2×103 J/（kg•℃）×1.1 kg×（100 ℃－20 ℃）=3.696×105 J。 （2）由η=×100%可知，电水壶消耗的电能W===4.4×105J， 由P=可知，把水烧开需要的时间t===400 s。 （3）由图可知，当开关S、S1都闭合时，R1、R2并联，电路中的总功率最大，电水壶处于加热状态。当开关S闭合、S1断开时，只有R2工作，总功率最小，电水壶处于保温状态。电水壶保温状态的电功率P保温===220 W。 R1的电功率P1=P加热－P保温=1 100 W－220 W=880 W， 由P=可知，R1的阻值R1===55 Ω。 3.解：（1）“3 000 r/（kW•h）”表示家庭电路中的用电器消耗1 kW•h电能，电能表的铝制圆盘转过3 000转。电能表的铝制圆盘1 min内转了50转，消耗的电能W=kW•h=kW•h， 则养生壶处于加热状态正常工作时的电功率 P加热===1 kW=1 000 W。 （2）开关置于“1”，只有电阻R1工作；而开关置于“2”，两个电阻串联。串联的总电阻比任何一个分电阻大，由P=知，串联时即开关置于“2”时电功率较小，为保温挡；开关置于“1”时为加热挡。 由P=可知，R1的阻值R1===48.4Ω。 养生壶处于保温挡时，R1、R2串联，此时电路中的总电阻 R总=R1+R2=48.4 Ω+193.6 Ω=242Ω， 则养生壶处于保温状态正常工作时的电功率P保===200 W， 正常工作30 min消耗的电能W′=P保t′=200 W×30×60 s=3.6×105 J。 （3）当用电高峰期，家庭电路的电压降为198 V时，加热状态的实际功率 P实===640 W， 烧水时水吸收的热量 Q吸=c水m（t2－t1）=4.2×103 J/（kg•℃）×2 kg×（100 ℃－20 ℃）=6.72×105J， 养生壶内发热电阻产生的热量完全被水吸收，则消耗的电能W实=Q吸=6.72×105 J， 则加热所需要的时间t实===1 050 s。 4.解：（1）水的质量m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×0.3×10-3 m3=0.3 kg， 水吸收的热量Q吸=c水m（t2－t1）=4.2×103 J/（kg•℃）×0.3 kg×（100 ℃－45 ℃）= 6.93×104 J。 （2）由η=×100% 可知，高温挡加热消耗的电能 W===7.7×104J， 则高温挡的电功率P===1 100 W， 由P=UI=可知，一根电热丝的阻值R===44 Ω。 （3）由P=UI可知，高温挡正常工作时的电流 I高温===5 A，即一个电热丝允许通过的最大电流为5 A， 由题意知，电位器允许通过的最大电流为4.5 A，由串联电路的电流特点知，电路中的最大电流为4.5 A，则实际加热功率最大值P最大=UI最大=220 V×4.5 A=990 W。 当电位器接入电路的阻值最大时，电路中的总电阻最大，实际加热功率最小， 由串联电路的电阻特点和P=UI=可知， 实际加热功率的最小值P最小===220 W， 则改装之后的挂烫机实际加热功率的变化范围为220～990 W。 5.解：（1）由P=UI可知，加热系统正常工作时的电流I===4 A。 （2）将11 kg的水从20 ℃加热到30 ℃，水吸收的热量 Q吸=c水m（t2-t1）=4.2×103 J/（kg•℃）×11 kg×（30 ℃-20 ℃）=4.62×105 J。 由P=可知，加热系统消耗的电能W=P加热t=880 W×10×60 s=5.28×105 J。 由η=×100% 可知，加热效率η=×100%=×100%=87.5%。 （3）由P=UI=可知，加热电阻R===55Ω， 则实际电压是200 V时，加热电阻工作的实际功率P'==≈727 W。 （4）电动机工作中因发热损失的功率P损=I2R'=(4 A)2×0.5Ω=8 W。 6.解：（1）由题意知，该车在平直公路上以最高时速匀速行驶时，所受阻力为车重的，则阻力f=G=mg=×500 kg×10 N/kg=100 N. （2）因为该车匀速直线行驶，由二力平衡可知，牵牵引力F=f=100 N， 维持该车以最高速度行驶所需的机械功率 P机===Fv=100 N×10 m/s=1 000 W。 （3）已知太阳能电池板面积为8 m2，该太阳能电池的能量转化效率为20 %， 则发电总功率P总=1 000 W×8×20 %=1 600 W。 已知电机可将输入电功率的80% 转化为汽车行驶所需的机械功率，该车以最高速度行驶时电机输出的机械功率为1 000 W，则电机消耗的电功率 P电机===1 250 W， 向蓄电池充电的电功率P电池=P总－P电机=1 600 W－1 250 W=350 W， 向蓄电池充入的电能W充电=P电池t充电=350 W×3 600 s=1.26×106 J。 学科网（北京）股份有限公司 $$