综合05 电磁学和热学综合计算突破培优（竞赛精练）-2024-2025学年初中物理竞赛能力培优精练（九年级）

综合05 电磁学和热学综合计算突破培优 全国初中物理竞赛试题精编 一、计算题 1．如图甲所示是某款3D打印笔，3D打印课程已经走进了郑州市的部分中学。3D打印笔通过加热，挤出热熔的塑胶，然后在空气中迅速冷却，最后固化成稳定的形状。此打印笔有快慢两挡，其内部简化电路图如图乙所示。将该3D打印笔单独接入装有如图丙所示电能表的家庭电路中正常工作，快挡打印225秒，电能表指示灯闪烁15次，刚好将30g的塑胶从20℃加热到270℃。已知该3D打印笔慢挡打印功率为22W，R1、R2是用于发热的定值电阻，塑胶的比热容为。 （1）接通电源，3D打印笔能使塑胶熔化，这利用了___________； （2）求3D打印笔快挡打印时的电功率； （3）求3D打印笔快挡打印时的热效率；（计算结果保留整数） （4）求R1的阻值。    2．某创新小组设计了如图所示的水温自动控制装置。控制电路中，电压恒为18V，定值电阻为，R为热敏电阻，其阻值随温度的变化情况如下表所示。工作电路中，电源电压恒为220V，发热电阻为24.2Ω。发热电阻和热敏电阻均处于水箱中，电磁继电器线圈电阻忽略不计。当控制电路中的电流为时，电磁铁恰好能将衔铁吸下。 温度 10 20 30 40 50 60 70 电阻R/Ω 1000 700 450 250 200 100 50 （1）电磁铁的工作原理是利用 工作的；控制电路通电后，电磁铁上方为 极； （2）发热电阻正常工作时的功率为多少？ （3）水箱中水的温度最高可达多少摄氏度？ （4）若想降低水箱中加热水的最高温度，请写出一种简便可行的方法。 3．如图甲为某一款家用即热型多挡位电热水器，内部简化电路如图乙所示，R1＜R2（电阻值不变），调节开关时电热水器分为低温、中温、高温三挡，功率如丙表。求： 额定电压 220V 额定功率 低温：2200W 中温：4400W 高温： (1)当只有S1闭合时，电热水器正常工作时的电流是多少？ (2)R2的阻值是多少？ (3)冬天水初温是12℃，设定出水温度为45℃，用高温挡工作7min，流出热水的质量为多少？[] 4．小明用家中的刻度尺.电子秤.温度计.秒表，对标有“220V  1500W”字样的电水壶进行了有关力.电.热及效率多方面的探究。通过实测他发现：壶身和底座的总质量是0.8kg，底座面积为。在壶内质量1.5kg的水后，水面距离壶底部15cm。电水壶通电加热5min40s后，温控开关自动断开。加热前后测量水温温度计示数如图。【，】 请结合小明收集的信息，解决下列问题： (1)水对壶底的压强； (2)水壶对水平桌面的压强； (3)水吸收的热量； (4)加热电阻的阻值；（结果保留一位小数） (5)忽略指示灯耗电.壶体吸热及热量散失，电水壶的加热效率； (6)事后他发现壶底部的电热盘很热，而传输电能的导线却不怎么热？请你解释其中的原因？ 5．某家用速热式电热水器的铭牌标明：加热功率，保温功率，水箱容积；其内部结构如图所示：、是水箱中加热盘内的电热丝，水箱放满水后闭合开关开始加热，当水温升高到40℃时，温控开关自动切换到保温状态。 （1）的阻值是多少？ （2）如果热水器每天平均保温，则这台电热水器正常工作时每天因保温要消耗的电能是多少？ （3）善于观察的张林发现，当只有热水器工作时，将一箱冷水加热，热水器显示屏显示水温由20℃上升到22℃，同时电能表（如图乙）指示灯闪烁了80次，则该电热水器的效率多大？（，不考虑电阻随温度变化） 6．如图甲所示，是某款自动控温电热水器的电路图，热水的温度可以设置。其中控制电路电压恒为9V，为热敏电阻，置于水箱中，产生的热量对水箱中水温的影响忽略不计，阻值随温度变化的关系如图乙所示；为可调电阻，用来设定电热水器的水温；电磁铁线圈电阻忽略不计；当通过电磁铁的电流≧360mA时，衔铁被吸合；当电磁铁的电流≦300mA时，衔铁被释放。工作电路中电热丝均置于水箱中，，保温功率为880W，在加热状态时，热水器的加热效率为80%。工作过程中，电源电压均保持不变。 （1）的阻值为多大？ （2）如果电热水器储有60kg的水，电路处于加热状态，正常工作1小时，能使水温升高多少【结果保留1位小数】 （3）若将的阻值调为15Ω，则电热水器中的水温可以控制在哪个范围？ （4）为了将热水器内水的温度调低一些，应对电路进行怎样的调节？请写出你的调节办法（不需要分析理由） 7．某太阳能热水器公司研制出一种新的太阳能、电能两用热水器。天气晴朗时使用太阳能；在阳光不足时，用电热丝辅助加热。实物如图所示，热水器铭牌如表，求： **牌热水器 型号-18A 集热管数28支 额定频率50Hz 水箱体积100L 集热管管长180cm 额定电压220V 防水等级A 系统压强3.0MPa 额定功率2200W （1）电热水器正常工作时，电热丝的电阻和电流； （2）太阳能热水器贮满水，水温从20℃加热到50℃时吸收的热量； （3）若通过完全燃烧天然气加热一满箱水，使其温度从20℃升高到50℃时，不考虑热量的损失，需要多少立方天然气？（天然气的热值为4.0×107J/m3） （4）由于天气不好，太阳能热水器只将水加热到35℃，再用电热丝辅助加热，热水器正常工作4000s，才能将水加到50℃使用，求热水器的电能转化为内能的效率？（百分号前保留一位小数） 8．图甲是公共厕所常用的一种感应干手器，洗手后将双手放在干手器的出风口下，干手器就会自动送出温度适宜的风，将手吹干，当手离开出风口时，它又会自动停风关机。图乙是干手器的简化电路图，其中R是加热电阻丝，M是吹风的电动机，S2是温控开关，会根据环境温度自动断开或闭合来控制加热电阻丝。下表是干手器的部分参数。 额定电压 220V 出风速度 95m/s 加热功率 1100W 干手时间 8-12s 电动机功率 550W 感应距离 12cm （1）加热电阻丝R的阻值多少Ω? （2）热风干手时，通过感应开关S1的电流是多少A? （3）环境温度较高，即温控开关S2断开时，干手器工作10s消耗的电能是多少J？ （4）小明取下干手器中的电阻丝R，用二节干电池用伏安法测出电阻为4Ω，这是为什么？ （5）小明再将该电阻丝R与另一电阻R0串联接在某一电池组下，测出总功率为9W，后又将该电阻丝R与R0并联接在同一电源下，测出总功率为48W，求该电源电压（已知该电源电压为1.5V的整数倍且R阻值视为定值）。 9．小华家买了一个家用电吹风及其简化电路如图所示，主要技术参数如下表，电吹风在额定电压下工作，求： 热风温度 额定功率 热风时： 冷风时： 额定电压 质量 （1）当电吹风吹冷风时，正常工作消耗的电能是多少? （2）当电吹风吹热风时，电热丝的电阻是多大? （3）当电吹风吹冷风正常工作，若电吹风内电动机的电阻是，则电动机效率为多少? 10．相比于油炸或者油煎的方式，空气炸锅的烹饪方式更好，对于身体健康更有利。如图1所示是科技小组设计的空气炸锅理念图，其原理是利用热空气流加热食物。工作电路图如图2所示，工作时定时开关闭合，当电烤箱内温度高于预设温度时，温控开关自动断开，电热管停止加热，当电烤箱内温度低于预设温度时，温控开关自动闭合，电热管重新开始加热，循环工作保障箱内温度为预设温度。在一次焙烤鸡翅的过程中，定时开关设定为20分钟，电热管正常循环工作时，P-t图像如图3所示，通过电风扇的电动机电流为0.2A。求： （1）电风扇正常工作时，焙烤鸡翅过程中消耗的电能？此时，电风扇的电功率是多少？ （2）本次烤鸡翅共消耗多少电能？ （3）电热管正常工作时的电阻电阻是多少？本次焙烤的鸡翅里面有点“柴”，询问家长后得知，电热功率太小加热时间太长导致的，科技小组打算将电热功率调高到1000W，用替代，的电阻是多大？ 11．随着科技创新教育在全市广泛开展，市教研室决定筹办2024年首届科技节暨“大科学”实验创新竞赛活动，某学校科技社团积极响应，网购了如图甲所示的3D打印笔，这是一支能在空气中书写的笔，似乎与神笔马良有点接近。3D打印笔通过加热，挤出热熔的PLA塑料丝，然后在空气中迅速冷却，最后固化成稳定的形状，帮你把二维的画面变成三维的物体，赋予您无尽的创造力。此打印笔有快慢两挡，其内部简化电路如图乙所示，将该3D打印笔单独接入装有如图丙所示电能表的家庭电路中正常工作。快挡打印90s，电能表指示灯闪烁6次，刚好将12g的塑料丝从20℃加热到260℃。已知该3D打印笔慢挡打印功率为20W，、是用于发热的定值电阻，塑料丝的比热容为。求： （1）3D打印笔快挡打印90s所消耗的电能； （2）3D打印笔快挡打印时的热效率； （3）的阻值。 12．小明家的豆浆机的简化电路如图所示，铭牌中部分参数如表所示。豆浆机工作时加热器先加热，待水温达到时温控开关闭合，电动机开始打磨且加热器继续加热，直到产出豆浆成品，电源开关自动断开。小明用初温的水和少量豆子制作豆浆。水和少量豆子的总质量为1kg。[水和豆子的比热容取] （1）求加热器单独工作时电路中的电流； （2）求温控开关闭合前水和豆子吸收的热量； （3）本次制作豆浆共计用了的时间，若在温控开关闭合前加热器正常工作生产的热量被水和豆子吸收，求本次制作豆浆共消耗的电能。 豆浆机铭牌 最大容积V/L 2 加热器功率P热/W 880 额定电压U/V 220 电动机功率P动/W 1120 13．如图甲所示，是物理老师放在办公室的泡茶机，其加热部分的电路简化结构如图乙所示。R1、R2和R3均为加热电阻；改变双触点开关的接触位置，可以实现快热挡、慢热挡和功率可调的保温挡功能。其铭牌参数如表格所示。加热电阻R1的规格为“605Ω  0.5A”。 快热挡 180W 慢热挡 ？W 保温挡 ？W~？W （1）求泡茶机在快热挡正常工作5min消耗的电能； （2）求加热电阻R2的阻值； （3）老师查看泡茶机的说明书，发现保温挡的最大功率和最小功率的比值为5∶2，求电阻R3的阻值。 14．如图甲所示，空气炸锅利用热空气流高效快速烹制食物，以烹制食物的外酥里嫩、味美可口而广受大众的认可和欢迎。如图乙所示是某品牌空气炸锅加热部分的简化电路图，其额定电压为220V，定值电阻.和为发热体，其中，通过开关S1的通断和单刀双掷开关S2在A、B间的连接转换可实现高、中、低三个档位的调节。已知中温档的额定功率为800W。求： （1）当开关S1 （选填“断开”或“闭合”）、S2 （选填“接A”或“接B”）时，空气炸锅为低温挡； （2）的阻值 ； （3）当空气炸锅处于高温档时，正常工作5min消耗的电能 。 15．如图甲所示为一台电热足浴器，图乙是其内部电路工作原理简图，R1、R2均为阻值不变的加热电阻，电热足浴器的部分技术参数如表，问： 额定电压 220V 高温挡 660W 中温挡 440W 低温挡 ※※W （1）电热足浴器工作时是利用了电流的 效应。 （2）求电热足浴器低温挡的额定功率是多少？ （3）用电热足浴器加热4kg、初温为20℃的水到45℃时，水吸收的热量为多少？ （4）用电热足浴器的高温挡加热一定质量的水，当水温加热至45℃时切断电源，当水温降至40℃自动接通高温挡加热电路，小林在水温第一次加热至45℃时开始足浴，水温随时间变化的图像如图丙所示，共用时55min，若加热过程电热足浴器正常工作，求这次足浴消耗的电能是多少？    试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 综合05 电磁学和热学综合计算突破培优 全国初中物理竞赛试题精编 一、计算题 1．如图甲所示是某款3D打印笔，3D打印课程已经走进了郑州市的部分中学。3D打印笔通过加热，挤出热熔的塑胶，然后在空气中迅速冷却，最后固化成稳定的形状。此打印笔有快慢两挡，其内部简化电路图如图乙所示。将该3D打印笔单独接入装有如图丙所示电能表的家庭电路中正常工作，快挡打印225秒，电能表指示灯闪烁15次，刚好将30g的塑胶从20℃加热到270℃。已知该3D打印笔慢挡打印功率为22W，R1、R2是用于发热的定值电阻，塑胶的比热容为。 （1）接通电源，3D打印笔能使塑胶熔化，这利用了___________； （2）求3D打印笔快挡打印时的电功率； （3）求3D打印笔快挡打印时的热效率；（计算结果保留整数） （4）求R1的阻值。    【答案】（1）电流的热效应；（2）80W；（3）83%；（4）1595Ω 【知识点】热机效率的计算、计算物体温度变化时的吸放热、电功率的多挡位问题、电功率P=UI及推导式的简单计算、利用电能表的主要参数计算电能 【详解】解：（1）接通电源，3D打印笔通有电流，电流会产生热量，将电能转化为内能，使使塑胶熔化，这里利用了电流的热效应。 （2）根据电路图可知，当开关接1、2时，R1与R2串联，电路中电阻较大；当开关接2、3时，电路为R2的简单电路，电路中电阻较小，根据可知，总电阻越大，功率越小，故开关接1、2时为低温挡，接2、3时为高温挡。指示灯闪烁15次，3D打印笔消耗的电能为 3D打印笔快挡打印时的电功率为 （3）30g的塑胶从20℃加热到270℃吸收的热量为 由可知，3D打印笔快挡打印时的热效率为 （4）由可知，当开关接2、3时，电路为R2的简单电路，此时电路中R2的电阻 当开关接1、2时，R1与R2串联，此时电路中的总电阻 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以 答：（1）电流的热效应。 （2）3D打印笔快挡打印时的电功率为80W； （3）3D打印笔快挡打印时的热效率为83%； （4）R1的阻值为1595Ω。 2．某创新小组设计了如图所示的水温自动控制装置。控制电路中，电压恒为18V，定值电阻为，R为热敏电阻，其阻值随温度的变化情况如下表所示。工作电路中，电源电压恒为220V，发热电阻为24.2Ω。发热电阻和热敏电阻均处于水箱中，电磁继电器线圈电阻忽略不计。当控制电路中的电流为时，电磁铁恰好能将衔铁吸下。 温度 10 20 30 40 50 60 70 电阻R/Ω 1000 700 450 250 200 100 50 （1）电磁铁的工作原理是利用 工作的；控制电路通电后，电磁铁上方为 极； （2）发热电阻正常工作时的功率为多少？ （3）水箱中水的温度最高可达多少摄氏度？ （4）若想降低水箱中加热水的最高温度，请写出一种简便可行的方法。 【答案】 电流的磁效应 N 2000W 60℃ 若想降低水箱中加热水的最高温度，可以适当增大控制电路电源电压 【知识点】电功率P=UI及推导式的简单计算、含有敏感电阻的动态分析、欧姆定律的简单计算 【详解】解：（1）[1]奥斯特最早发现了电流的磁效应，即通电导线周围存在磁场，人们利用此原理制成了电磁铁。 [2]由图可知，闭合开关后，电流从电磁铁下端流入，根据安培定则，四指顺着电流方向，则大拇指向电磁铁的上端，所以电磁铁的上端为N极； （2）[3]电路工作时，衔铁接上方，发热电阻接入电路，加热功率 （3）[4]当控制电路中的电流为时，电磁铁恰好能将衔铁吸下，根据欧姆定律，控制电路中的总电阻 热敏电阻 R=R总－R0=300Ω－200Ω=100Ω 分析表格可知热敏电阻100Ω，对应温度为60℃。 （4）[5]由表格可知，当水温的最高温度降低时，热敏电阻接入电路的阻值变大，根据串联电路电阻规律可知，电路总电阻变大，而通过控制电路的电流不变，根据欧姆定律可知，控制电路电源电压增大，由此可知，若要降低浴室中的最高温度，可适当增大控制电路电源电压。 答：（1）电磁铁的工作原理是利用电流的磁效应工作的；控制电路通电后，电磁铁上方为N极； （2）发热电阻正常工作时的功率为2000W； （3）水箱中水的温度最高可达60℃； （4）若想降低水箱中加热水的最高温度，可以适当增大控制电路电源电压。 3．如图甲为某一款家用即热型多挡位电热水器，内部简化电路如图乙所示，R1＜R2（电阻值不变），调节开关时电热水器分为低温、中温、高温三挡，功率如丙表。求： 额定电压 220V 额定功率 低温：2200W 中温：4400W 高温： (1)当只有S1闭合时，电热水器正常工作时的电流是多少？ (2)R2的阻值是多少？ (3)冬天水初温是12℃，设定出水温度为45℃，用高温挡工作7min，流出热水的质量为多少？[] 【答案】(1)20A (2)22Ω (3)20kg 【知识点】电功率P=W/t的简单计算、电功率P=UI及推导式的简单计算、计算物体温度变化时的吸放热 【详解】（1）由图可知，只闭合开关S1，电路等效为R1接在电源上的简单电路，由可得，此时电路消耗的电功率为，只闭合开关S2，电路等效为R2接在电源上的简单电路，此时电路消耗的电功率为，同时闭合开关S1、S2，电路为R1、R2并联，此时电路消耗的电功率 根据，所以，，因此，只闭合开关S2时，热水器为低温挡，功率2200W，只闭合开关S1时，热水器为中温挡，功率4400W，同时闭合开关S1、S2时，热水器为高温挡，功率 由可得，当只有S1闭合时，电热水器正常工作时的电流 （2）由可得，R2的阻值 （3）根据可得，电热水高温挡工作 消耗的电能 不计热散失，水吸收的热量 由可得，水的质量 4．小明用家中的刻度尺.电子秤.温度计.秒表，对标有“220V  1500W”字样的电水壶进行了有关力.电.热及效率多方面的探究。通过实测他发现：壶身和底座的总质量是0.8kg，底座面积为。在壶内质量1.5kg的水后，水面距离壶底部15cm。电水壶通电加热5min40s后，温控开关自动断开。加热前后测量水温温度计示数如图。【，】 请结合小明收集的信息，解决下列问题： (1)水对壶底的压强； (2)水壶对水平桌面的压强； (3)水吸收的热量； (4)加热电阻的阻值；（结果保留一位小数） (5)忽略指示灯耗电.壶体吸热及热量散失，电水壶的加热效率； (6)事后他发现壶底部的电热盘很热，而传输电能的导线却不怎么热？请你解释其中的原因？ 【答案】(1)1500Pa (2)1150Pa (3)4.725×105J (4)32.27Ω (5)5.1×105J (6)见解析 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、电功率P=UI及推导式的简单计算、液体压强公式的简单应用、压强公式的简单应用 【详解】（1）水对壶底的压强 （2）因为地面水平，所以压力 压强 （3）水吸收的热量 （4）由知道，加热电阻的阻值 （5）忽略指示灯耗电、壶体吸热及热量散失，由 知道，消耗电能 加热效率 （6）导线和电热盘的电流和通电时间相同，因为电热盘的电阻大由焦耳定律可知电热盘发热多。 5．某家用速热式电热水器的铭牌标明：加热功率，保温功率，水箱容积；其内部结构如图所示：、是水箱中加热盘内的电热丝，水箱放满水后闭合开关开始加热，当水温升高到40℃时，温控开关自动切换到保温状态。 （1）的阻值是多少？ （2）如果热水器每天平均保温，则这台电热水器正常工作时每天因保温要消耗的电能是多少？ （3）善于观察的张林发现，当只有热水器工作时，将一箱冷水加热，热水器显示屏显示水温由20℃上升到22℃，同时电能表（如图乙）指示灯闪烁了80次，则该电热水器的效率多大？（，不考虑电阻随温度变化） 【答案】（1）473Ω；（2）7.2×106J；（3）87.5% 【知识点】热机效率的计算、计算物体温度变化时的吸放热、电功率P=UI及推导式的简单计算、电功率P=W/t的简单计算 【详解】解：（1）当开关闭合，接a时，电阻丝R1与R2串联，总电阻较大，根据可知，此时电热水器处于保温状态，由可得 当开关闭合，接b时，电路中只有电阻丝R2，总电阻较小，根据可知，此时电热水器处于加热状态，由可得 则电阻丝R1的阻值 R1=R总-R2=484Ω-11Ω=473Ω （2）这台电热水器正常工作时每天因保温要消耗的电能 W保温=P保温t=100W×20×3600s=7.2×106J （3）一箱水的质量 m水=ρ水V=1.0×103kg/m3×25×10-3m3=25kg 水吸收的热量 Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×25kg×(22℃-20℃)=2.1×105J 指示灯闪烁了80次，则该电热水器消耗的电能      该电热水器的效率 答：（1）的阻值是473Ω； （2）这台电热水器正常工作时每天因保温要消耗的电能是7.2×106J； （3）该电热水器的效率为87.5%。 6．如图甲所示，是某款自动控温电热水器的电路图，热水的温度可以设置。其中控制电路电压恒为9V，为热敏电阻，置于水箱中，产生的热量对水箱中水温的影响忽略不计，阻值随温度变化的关系如图乙所示；为可调电阻，用来设定电热水器的水温；电磁铁线圈电阻忽略不计；当通过电磁铁的电流≧360mA时，衔铁被吸合；当电磁铁的电流≦300mA时，衔铁被释放。工作电路中电热丝均置于水箱中，，保温功率为880W，在加热状态时，热水器的加热效率为80%。工作过程中，电源电压均保持不变。 （1）的阻值为多大？ （2）如果电热水器储有60kg的水，电路处于加热状态，正常工作1小时，能使水温升高多少【结果保留1位小数】 （3）若将的阻值调为15Ω，则电热水器中的水温可以控制在哪个范围？ （4）为了将热水器内水的温度调低一些，应对电路进行怎样的调节？请写出你的调节办法（不需要分析理由） 【答案】（1）33Ω；（2）25℃；（3）40℃~60℃；（4）见解析 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、电功率P=UI及推导式的简单计算、欧姆定律的简单计算 【详解】解：（1）分析甲图可知，当衔铁与上方触点接通时，电路中只有R3工作，为加热状态；当衔铁与下方触点接通时，电路中R3与R4串联，一起工作，为保温状态，此时电路的总电阻 R4的阻值为 R4=R-R3=55Ω-22Ω=33Ω （2）加热时电热丝R3的功率为 电路处于加热状态，正常工作1小时，产生的热量 Q=W=Pt=2200W×3600s=7.92×106J 产生的热量80%被水吸收，水吸收的热量 Q吸=80%Q=80%×7.92×106J=6.336×106J 水升高的温度 （3）当通过电磁铁的电流为 360mA=0.36A 衔铁被吸合，电路总电阻 R1的阻值 R1=R总-R2=25Ω-15Ω=10Ω 由图乙可知，对应的水温为60℃，当通过电磁铁的电流为 300mA=0.3A 衔铁被吸合，电路总电阻 R1的阻值 R′1=R′总-R2=30Ω-15Ω=15Ω 由图乙可知，对应的水温为40℃，电热水器中的水温可以控制在40℃~60℃。 （4）由图乙可知，要降低热水器的设定温度，就要增大热敏电阻的阻值；但为了使衔铁吸合工作电流即线圈中的电流仍为0.36A，根据欧姆定律可知，应减小滑动变阻器连入的电阻值或增大电源电压。 答：（1）的阻值为33Ω； （2）如果电热水器储有60kg的水，电路处于加热状态，正常工作1小时，能使水温升高25℃； （3）若将的阻值调为15Ω，则电热水器中的水温可以控制在40℃~60℃； （4）见解析。 7．某太阳能热水器公司研制出一种新的太阳能、电能两用热水器。天气晴朗时使用太阳能；在阳光不足时，用电热丝辅助加热。实物如图所示，热水器铭牌如表，求： **牌热水器 型号-18A 集热管数28支 额定频率50Hz 水箱体积100L 集热管管长180cm 额定电压220V 防水等级A 系统压强3.0MPa 额定功率2200W （1）电热水器正常工作时，电热丝的电阻和电流； （2）太阳能热水器贮满水，水温从20℃加热到50℃时吸收的热量； （3）若通过完全燃烧天然气加热一满箱水，使其温度从20℃升高到50℃时，不考虑热量的损失，需要多少立方天然气？（天然气的热值为4.0×107J/m3） （4）由于天气不好，太阳能热水器只将水加热到35℃，再用电热丝辅助加热，热水器正常工作4000s，才能将水加到50℃使用，求热水器的电能转化为内能的效率？（百分号前保留一位小数） 【答案】（1）22Ω， 10A；（2）1.26×107J；（3）0.315m3；（4）71.6%。 【知识点】密度公式的简单应用、电功率P=UI及推导式的简单计算、计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】解：（1）因为电热水器正常工作，所以根据可得：电热水器正常工作时的电流为 由得，热水器电热丝的电阻 （2）由得，水的质量为 水吸收太阳的热量为 （3）由题知，所以需要天然气的体积为 =0.315m3 （4）水从35℃加热到50℃吸收的热量 由得，消耗的电能为 热水器的效率为 答：（1）电热丝的电阻22Ω，电流10A； （2）水温从20℃加热到50℃时吸收了1.26×107J的热量； （3）需要0.315m3的天然气； （4）热水器的电能转化为内能的效率约为71.6%。 8．图甲是公共厕所常用的一种感应干手器，洗手后将双手放在干手器的出风口下，干手器就会自动送出温度适宜的风，将手吹干，当手离开出风口时，它又会自动停风关机。图乙是干手器的简化电路图，其中R是加热电阻丝，M是吹风的电动机，S2是温控开关，会根据环境温度自动断开或闭合来控制加热电阻丝。下表是干手器的部分参数。 额定电压 220V 出风速度 95m/s 加热功率 1100W 干手时间 8-12s 电动机功率 550W 感应距离 12cm （1）加热电阻丝R的阻值多少Ω? （2）热风干手时，通过感应开关S1的电流是多少A? （3）环境温度较高，即温控开关S2断开时，干手器工作10s消耗的电能是多少J？ （4）小明取下干手器中的电阻丝R，用二节干电池用伏安法测出电阻为4Ω，这是为什么？ （5）小明再将该电阻丝R与另一电阻R0串联接在某一电池组下，测出总功率为9W，后又将该电阻丝R与R0并联接在同一电源下，测出总功率为48W，求该电源电压（已知该电源电压为1.5V的整数倍且R阻值视为定值）。 【答案】（1）44Ω；（2）7.5A；（3）5500J；（4）见解析（5）12V 【知识点】电功率P=W/t的简单计算、电功率P=UI及推导式的简单计算 【详解】解：（1）已知电阻丝加热功率为1100W，加热电阻丝R的阻值 （2）如图所示，当开关S1和S2都闭合时，电阻R和电动机M并联接入电路；电路中的总功率为 P=PM+PR=550W+1100W=1650W 通过感应开关S1的电流 （3）环境温度较高，温控开关S2断开，只有电动机工作，干手器工作10s消耗的电能 W=PMt=550W×10s=5500J （4）电阻随温度的升高而增大，小明取下干手器中的电阻丝R，电阻丝的温度降低，电阻减小，所以用二节干电池用伏安法测出电阻为4Ω。 （5）将该电阻丝R与另一电阻R0串联接在某一电池组下，测出总功率为9W，则 ① 将该电阻丝R与R0并联接在同一电源下，测出总功率为48W，则 ② 由①和②得到 R0=12Ω，U=12V ，U≈7V 已知该电源电压为1.5V的整数倍，所以电源电压是12V。 答：（1）加热电阻丝R的阻值44Ω； （2）热风干手时，通过感应开关S1的电流是7.5A； （3）环境温度较高，即温控开关S2断开时，干手器工作10s消耗的电能是5500J； （4）见解析 （5）该电源电压是12V。 9．小华家买了一个家用电吹风及其简化电路如图所示，主要技术参数如下表，电吹风在额定电压下工作，求： 热风温度 额定功率 热风时： 冷风时： 额定电压 质量 （1）当电吹风吹冷风时，正常工作消耗的电能是多少? （2）当电吹风吹热风时，电热丝的电阻是多大? （3）当电吹风吹冷风正常工作，若电吹风内电动机的电阻是，则电动机效率为多少? 【答案】（1）1.32×104J；（2）55Ω；（3）90% 【知识点】电功率P=W/t的简单计算、电功率P=UI及推导式的简单计算、焦耳定律的公式及简单应用、热机效率的计算 【详解】解：（1）电吹风吹冷风，消耗的电能 W冷=P冷t=110W×2×60s=1.32×104J （2）电动机与电热丝并联，电吹风吹热风，此时电热丝的电功率为 P电热丝=P热-P冷=990W-110W=880W 电热丝的电阻为 （3）电吹风吹冷风，此时通过电动机的电流 电吹风吹冷风2 min产生的热量为 Q=I冷2RMt=(0.5A)2×44Ω×2×60s=1320J 产生的机械能 W机=W-Q=13200J-1320J=11880J 所以此时电吹风的效率 答：（1）当电吹风吹冷风时，正常工作2min消耗的电能是1.32×104J； （2）当电吹风吹热风时，电热丝的电阻是55Ω； （3）当电吹风吹冷风正常工作2min，若电吹风内电动机的电阻是44Ω，则电动机效率为90%。 10．相比于油炸或者油煎的方式，空气炸锅的烹饪方式更好，对于身体健康更有利。如图1所示是科技小组设计的空气炸锅理念图，其原理是利用热空气流加热食物。工作电路图如图2所示，工作时定时开关闭合，当电烤箱内温度高于预设温度时，温控开关自动断开，电热管停止加热，当电烤箱内温度低于预设温度时，温控开关自动闭合，电热管重新开始加热，循环工作保障箱内温度为预设温度。在一次焙烤鸡翅的过程中，定时开关设定为20分钟，电热管正常循环工作时，P-t图像如图3所示，通过电风扇的电动机电流为0.2A。求： （1）电风扇正常工作时，焙烤鸡翅过程中消耗的电能？此时，电风扇的电功率是多少？ （2）本次烤鸡翅共消耗多少电能？ （3）电热管正常工作时的电阻电阻是多少？本次焙烤的鸡翅里面有点“柴”，询问家长后得知，电热功率太小加热时间太长导致的，科技小组打算将电热功率调高到1000W，用替代，的电阻是多大？ 【答案】（1），44W；（2）；（3）96.8Ω，48.4Ω 【知识点】电功的公式及简单应用、电功率P=W/t的简单计算、电功率P=UI及推导式的简单计算 【详解】解：（1）由图2可知两开关闭合时电动机和电热管并联，由并联电路的电压特点可知，电动机两端的电压 电风扇正常工作时消耗的电能 电风扇的电功率 （2）由图3 可知本次烤鸡翅过程中，电热管工作的时间 由可知，电热管消耗的电能 则本次烤鸡翅共消耗的电能 （3）由可知，电热管正常工作时的电阻 将电热功率调高到1000W 时，的电阻 答：（1）电风扇正常工作时消耗的电能为；电动机的电功率为44W； （2）本次烤鸡翅共消耗的电能为； （3）电热管正常工作时的电阻电阻是96.8Ω；用替代，的电阻是48.4Ω。 11．随着科技创新教育在全市广泛开展，市教研室决定筹办2024年首届科技节暨“大科学”实验创新竞赛活动，某学校科技社团积极响应，网购了如图甲所示的3D打印笔，这是一支能在空气中书写的笔，似乎与神笔马良有点接近。3D打印笔通过加热，挤出热熔的PLA塑料丝，然后在空气中迅速冷却，最后固化成稳定的形状，帮你把二维的画面变成三维的物体，赋予您无尽的创造力。此打印笔有快慢两挡，其内部简化电路如图乙所示，将该3D打印笔单独接入装有如图丙所示电能表的家庭电路中正常工作。快挡打印90s，电能表指示灯闪烁6次，刚好将12g的塑料丝从20℃加热到260℃。已知该3D打印笔慢挡打印功率为20W，、是用于发热的定值电阻，塑料丝的比热容为。求： （1）3D打印笔快挡打印90s所消耗的电能； （2）3D打印笔快挡打印时的热效率； （3）的阻值。 【答案】（1）7.2×103J ；（2）80% ；（3）605Ω 【知识点】热机效率的计算、计算物体温度变化时的吸放热、电功率P=W/t的简单计算 【详解】解：（1）由题意可得快挡打印90s，电能表指示灯闪烁6次，则快挡打印90s所消耗的电能为 （2）由题意可得，快挡打印90s时，塑料吸收的热量为 则3D打印笔快挡打印时的热效率为 （3）由题意及电路可得，当开关接1、2时，两个电阻串联，电路中电阻较大，开关接2、3时，电路中R2接入电路，电路中电阻较小，由可得，电阻越大，功率越小，电阻越小，功率越大，则开关接2、3时为快挡，有 由可得 答：（1）消耗的电能为7.2×103J； （2）热效率为80%； （3）电阻阻值为605Ω。 12．小明家的豆浆机的简化电路如图所示，铭牌中部分参数如表所示。豆浆机工作时加热器先加热，待水温达到时温控开关闭合，电动机开始打磨且加热器继续加热，直到产出豆浆成品，电源开关自动断开。小明用初温的水和少量豆子制作豆浆。水和少量豆子的总质量为1kg。[水和豆子的比热容取] （1）求加热器单独工作时电路中的电流； （2）求温控开关闭合前水和豆子吸收的热量； （3）本次制作豆浆共计用了的时间，若在温控开关闭合前加热器正常工作生产的热量被水和豆子吸收，求本次制作豆浆共消耗的电能。 豆浆机铭牌 最大容积V/L 2 加热器功率P热/W 880 额定电压U/V 220 电动机功率P动/W 1120 【答案】（1）4A；（2）1.848×105J；（3）7.44×105J 【知识点】热机效率的计算、电功率P=UI及推导式的简单计算、电功率P=W/t的简单计算 【详解】解：（1）由P=UI知道，加热器单独工作时电路中的电流 （2）温控开关闭合前水和豆子吸收的热量 （3）由知道，在温控开关闭合前加热器正常工作消耗的电能 由 知道，在温控开关闭合前加热器正常工作的时间 则电动机工作的时间 电动机消耗的电能 加热消耗的总电能 则本次制作豆浆共消耗的电能 答：（1）加热器单独工作时电路中的电流为4A； （2）温控开关闭合前水和豆子吸收的热量为1.848×105J； （3）本次制作豆浆共消耗的电能为7.44×105J。 13．如图甲所示，是物理老师放在办公室的泡茶机，其加热部分的电路简化结构如图乙所示。R1、R2和R3均为加热电阻；改变双触点开关的接触位置，可以实现快热挡、慢热挡和功率可调的保温挡功能。其铭牌参数如表格所示。加热电阻R1的规格为“605Ω  0.5A”。 快热挡 180W 慢热挡 ？W 保温挡 ？W~？W （1）求泡茶机在快热挡正常工作5min消耗的电能； （2）求加热电阻R2的阻值； （3）老师查看泡茶机的说明书，发现保温挡的最大功率和最小功率的比值为5∶2，求电阻R3的阻值。 【答案】（1）5.4×104J；（2）484Ω；（3）403Ω 【知识点】电功率P=W/t的简单计算、电功率P=UI及推导式的简单计算 【详解】解：由可知，当电压一定时，电阻最大，功率P最小，是保温挡，电阻最小，功率P最大，是加热挡。由电路图可知，当开关接1、2时，R1、R2并联，电阻最小，为快热挡；当开关接2、3时，只有R1接入电路，为慢热挡；当开关接3、4时，R3与R1串联，当R1滑动时，功率可调，为保温挡。 （1）泡茶机在快热挡正常工作的电功率为180W，5min消耗的电能为 W=P快t=180W×5×60s=5.4×104J （2）加热挡的功率为 解得R2=484Ω。 （3）当开关接3、4时，R3与R1串联，当R1滑动到最左端时，保温功率最大，只有R3接入电路；当滑片移到最右端时，R1、R3串联，保温功率最小。由于保温挡的最大功率和最小功率的比值为5∶2，所以得 将R1=605Ω带入上式，解得R3≈403Ω。 答：（1）泡茶机在快热挡正常工作5min消耗的电能为5.4×104J； （2）加热电阻R2的阻值为484Ω； （3）电阻R3的阻值为403Ω。 14．如图甲所示，空气炸锅利用热空气流高效快速烹制食物，以烹制食物的外酥里嫩、味美可口而广受大众的认可和欢迎。如图乙所示是某品牌空气炸锅加热部分的简化电路图，其额定电压为220V，定值电阻.和为发热体，其中，通过开关S1的通断和单刀双掷开关S2在A、B间的连接转换可实现高、中、低三个档位的调节。已知中温档的额定功率为800W。求： （1）当开关S1 （选填“断开”或“闭合”）、S2 （选填“接A”或“接B”）时，空气炸锅为低温挡； （2）的阻值 ； （3）当空气炸锅处于高温档时，正常工作5min消耗的电能 。 【答案】 断开 接A 【知识点】电功率P=W/t的简单计算、电功率P=UI及推导式的简单计算、电功率的多挡位问题 【详解】解：（1）[1][2]当开关S1断开，S₂接A时，两电阻串联，总电阻最大，根据可知，此时 功率最小，为低温挡。 （2）[3]当开关S1闭合，S2接A，电路为R1的简单电路，总电阻较大，根据可知，此时总功率较小，为中温挡，的阻值 （3）[4]当开关S1闭合，S2接B时，两电阻并联，总电阻最小，根据可知，此时总功率 最大，为高温挡；高温当时，电阻R2的功率 高温档的总功率 正常工作10min消耗的电能 答：（1）当开关S1断开，S2接A时，空气炸锅为低温挡； （2）的阻值60.5Ω； （3）当空气炸锅处于高温档时，正常工作5min消耗的电能为。 15．如图甲所示为一台电热足浴器，图乙是其内部电路工作原理简图，R1、R2均为阻值不变的加热电阻，电热足浴器的部分技术参数如表，问： 额定电压 220V 高温挡 660W 中温挡 440W 低温挡 ※※W （1）电热足浴器工作时是利用了电流的 效应。 （2）求电热足浴器低温挡的额定功率是多少？ （3）用电热足浴器加热4kg、初温为20℃的水到45℃时，水吸收的热量为多少？ （4）用电热足浴器的高温挡加热一定质量的水，当水温加热至45℃时切断电源，当水温降至40℃自动接通高温挡加热电路，小林在水温第一次加热至45℃时开始足浴，水温随时间变化的图像如图丙所示，共用时55min，若加热过程电热足浴器正常工作，求这次足浴消耗的电能是多少？    【答案】 热 146.7W 4.2×105J 1.11×106J 【知识点】电功的公式及简单应用、电功率的多挡位问题、利用电流的热效应工作的用电器、计算物体温度变化时的吸放热 【详解】（1）[1]电热足浴器工作时把电能转化为内能，所以电热足浴器工作时是利用了电流的热效应。 （2）[2]由图乙可知，当开关S、S1闭合，S2接a时，R1、R2并联，当S、S1闭合，S2接b时，只有R1工作；当S闭合，S1断开，S2接b时，R1、R2串联；根据串并联电路的电阻特点可知，串联电路的总电阻大于任一分电阻，并联电路的总电阻小于任一分电阻，所以，当开关S、S1闭合，S2接a时，R1、R2并联电路中的总电阻最小，根据可知，电路中的总功率最大，足浴器处于高温挡；当S闭合，S1断开，S2接b时，R1、R2串联，电路中的总电阻最大，总功率最小，足浴器处于低温挡；当S、S1闭合，S2接b时，只有R1工作，足浴器处于中温挡；由可知，R1的阻值 R2的电功率 由可知，R2的阻值 则，电热足浴器低温挡的额定功率是 （3）[3]水吸收的热量 （4）[4]由图丙可知，这次足浴加热的总时间 由可知，这次足浴消耗的电能 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$