专题突破6 类型3 力、电、热综合计算（课件PPT）-【中考导学案】2024年中考物理讲义（武汉专用）

专题突破六　计算题 类型3　力、电、热综合计算 ——武汉物理 2024《中考导学案》 图甲是某种电动出水的电热水瓶的结构剖面图，图乙是它的电路示意图，其中电源板的作用是将220 V的交流电变成低压直流电，供出水电动机和出水定位灯使用。 甲 乙 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (1)出水定位灯的作用是方便夜间判断出水的位置，避免烫伤。出水定位灯是由小凸透镜、刻有图案“ ”的透明胶片和小灯泡组成。出水定位灯发光时，会在放置电热水瓶的桌面上留下一个清晰明亮的像，相对于定位灯里透明胶片上的图案“ ”，桌面上所成的像是_____(选填“ ”“ ”“ ”或“ ”)，而且这个像是______(选填“放大”“缩小”或“等大”)的。 放大 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (2)该电热水瓶的说明书上标注着“12分钟快速沸腾的条件：水温——25 ℃，水量——4 kg，沸腾温度——100 ℃，电压——220 V”。若加热管的电阻为24.2 Ω，则在此快速沸腾的条件下，该电热水瓶的加热效率为多少？[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] 解：将25 ℃、4 kg的水加热至沸腾(100 ℃)时所吸收的热量： Q吸＝c水m(t1－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×4 kg×(100 ℃－25 ℃)＝1.26×106 J， 加热过程中消耗的电能：W＝Pt＝ ×12×60 s＝1.44×106 J， 则该电热水瓶的加热效率：η＝ ＝87.5%； 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (3)已知圆柱形内胆的底面积为250 cm2，出水口比最高水位高3 cm。当内胆中装有2 L水时，按住出水开关20 s，出水电动机恰好能抽出1 L的水。若不计出水管的体积和水的流速，则出水电动机的输出功率约为多少瓦？(ρ水＝1．0×103 kg/m3，g＝10 N/kg) 解：最高水位离内胆底部的高度：h1＝ ＝0.16 m， 1 L水被提升的高度：h2＝0.16 m× ＋3×10－2 m＝0.13 m， 抽水过程中出水电动机所做的功：W′＝G水h2＝m水gh2＝ρ水Vgh2＝1．0×103 kg/m3×1×10－3 m3×10 N/kg×0.13 m＝1.3 J， 抽水过程中出水电动的机输出功率：P′＝ ＝0．065 W。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (1)凸透镜成倒立的实像时即跟物体相比，上下、左右都相反，根据这个规律将像画出来。“WH”倒立的形状应该是“HM”。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (2)电热水瓶的热效率η＝ ，Q＝cmΔt，W＝Pt＝ t。 当内胆中装有2 L水时，抽出1 L水后，剩下1 L水，电动机就是对上面1 L水做功，即将上面1 L水提升到出水口克服水的重力做功，由于这1 L水每部分升高的高度不同，所以提升的高度应该取这1 L水的重心到达出水口的距离，或者用这1 L水上表面和下表面到达出水口距离之和除以2得到平均高度，再由W＝Gh求出抽水机克服水的重力做的功，从而求出功率。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 如图所示是一种用来煎烤食物的双面电饼铛，它的上、下盘既可以同时加热，也可以在把手A处掀起上盘(O是上盘转轴所在的位置)，使用下盘单独加热。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (1)图甲中，若要用最小的力掀起电饼铛的上盘，请画出这个最小的力的示意图。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (2)若电饼铛的上盘可以近似地看成是一个质地均匀的圆盘，其直径为24 cm，质量为1.2 kg，则将上盘由图甲所示的位置掀起至图乙所示的竖直位置，人手克服上盘重力所做的功约是多少焦？(g＝10 N/kg) 解：上盘的重力：G＝mg＝1.2 kg×10 N/kg＝12 N， 上盘上升高度：h＝24 cm×0.5＝12 cm＝0.12 m， 人手克服上盘重力所做的功：W＝Gh＝12 N×0.12 m＝1.44 J； 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (3)电饼铛简化的内部电路如图丙所示。闭合电源开关S1，当温控开关S2接接线柱“2”时，下盘开始加热，再闭合开关S3，上盘也开始加热；当温度超过设定温度时，温控开关S2自动转接接线柱“1”，进入保温状态。电饼铛的部分参数如图丁所示，若某次煎烤食物时发现指示灯L1、L2和L3发光的时间分别为12 min、10 min和5 min，则此次煎烤食物的过程中，电饼铛消耗的电能是多少焦？(不计电路中指示灯消耗的电能) 丙 额定电压 220 V 单盘额定加热功率 800 W 双盘额定加热功率 1 600 W 额定保温功率 300 W 额定频率 50 Hz 丁 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 解：R1消耗的电能：W1＝P1t1＝800 W×12×60 s＝5．76×105 J， R2消耗的电能：W2＝P2t2＝(1 600 W－800 W)×10×60 s＝4.8×105 J， 保温时R3消耗的电能：W3＝P3t3＝300 W×5×60 s＝9×104 J， 此次煎烤食物消耗的总电能：W＝W1＋W2＋W3＝5.76×105 J＋4.8×105 J＋9×104 J＝1.146×106 J。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (1)掀起电饼铛的上盘时，上盘可以看作一个杠杆，画杠杆最小力的方法：①定点：在杠杆上找离支点最远的位置作为力的作用点；②连线：以支点和该力作用点的连线为力臂；③作垂：过力的作用点作该力臂的垂线段；④定向：根据阻力的方向确定最小动力的方向，即二力的方向使杠杆转动方向相反。 (2)掀起电饼铛的上盘时，上盘每部分上升的高度不同，所以克服上盘重力做功时，应该取上盘重心上升的竖直高度作为平均高度计算做功，即h＝12 cm。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (3)分析电路图，S1闭合，S2接2，R1工作，即单盘加热，R1的功率为800 W。再闭合S3，R1、R2并联，双盘加热功率为1 600 W，R2的功率也为800 W。保温时R3的功率为300 W，指示灯的工作时间就是R1、R2、R3分别工作时间，依据W＝Pt可以求出各自消耗的电能。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 1．随着经济的发展，汽车已进入了普通百姓的家庭。据统计，武汉市2023年汽车的保有量约480万辆。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (1)假设每辆汽车全年平均耗油1．8 t，内燃机的效率平均值取29%，燃油的热值取4．5×107 J/kg。若能把内燃机的效率提高1%，则2023年全市的汽车节约的燃油完全燃烧大约能释放出多少J的热量？ 解：汽车提高效率后，所做的有用功相等，每辆汽车全年节约燃油的质量：Δm＝1.8 t－ ×1.8 t＝0.06 t， 480万辆汽车全年节省的燃油完全燃烧释放的热量：Q＝Δmq＝0.06×103 kg×4.8×106×4.5×107 J/kg＝1.296×1016 J； 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (2)如图所示是国产某品牌汽车的后窗及后视镜的除雾器电路示意图，R1、R2分别表示左、右后视镜内的电热膜，其规格均为“12 V　12 W”，R3表示后窗内的电热线。汽车发动机运转时，闭合除雾开关，除雾器中的电热膜和电热线就会发热，除去后窗及后视镜上的雾、霜及薄冰等。 ①后窗中的电热线具有正温度系数的电阻特性，即当温度越低时，电热线的电阻越小。选取具有这种特性的电热线的好处是环境温度越低时，电热线的发热功率______； 越大 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 ②已知电源电压为12 V，若某次闭合除雾开关后，流过除雾开关处的电流为26 A，则此时后窗内的电热线的阻值为多少Ω？ 解：通过R1和R2的电流：I1＝I2＝ ＝1 A， 通过R3的电流：I3＝I－(I1＋I2)＝26 A－(1 A＋1 A)＝24 A， 电热线的阻值：R3＝ ＝0.5 Ω。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 2．某电热加湿器具有防干烧功能，可在水量不足时自动停止工作，其工作原理如图所示。水箱中的加热器具有高、低两挡功率调节功能，其内部电路(未画出)由开关S和阻值分别为121 Ω和48.4 Ω的电阻丝R1、R2组成。轻弹簧的下端固定在水箱底部，上端与一立方体浮块相连，浮块内有水平放置的磁铁。该加湿器为防干烧已设定：仅当浮块处于图中虚线位置时，固定在水箱侧壁处的磁控开关方能闭合而接通电路。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (1)当处于高功率挡时，加热器工作2．5 min所产生的热量全部被1 kg的水吸收后，水温升高了50 ℃。已知加热器处于低功率挡时的功率为400 W，电压U＝220 V，水的比热容c水＝4．2×103 J/(kg·℃)。 ①求加热器处于高功率挡时的功率； 解：水吸收的热量：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×50 ℃＝2.1×105 J， 由于高功率挡加热时产生的热量全部被水吸收，即W＝Q吸＝2.1×105 J， 所以加热器处于高功率挡时的功率：P高＝ ＝1 400 W， 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 ②请画出加热器内部电路。 所以，低功率挡时电路中只有R1工作， 则电路R1、R2并联，开关S控制R2，如图所示； 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (2)当向水箱内缓慢加水使浮块上升至图中虚线位置时，浮块下表面距水箱底部的高度为20 cm，弹簧对浮块的弹力大小为6 N，浮块(含磁铁)的质量为0.4 kg，g＝10 N/kg，ρ水＝1.0×103 kg/m3。求： 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 ①浮块上升至虚线位置时排开水的体积； 解：当浮块上升到虚线位置时，受重力、浮力和弹簧向下的拉力的作用而平衡， 则浮块所受重力：G＝mg＝0.4 kg×10 N/kg＝4 N， 所以，浮块所受浮力：F浮＝G＋F＝4 N＋6 N＝10 N， 由F浮＝ρ液gV排可得，浮块上升至虚线位置时排开水的体积： V排＝ ＝1×10－3 m3， 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 ②该加湿器所设定的防干烧最低水面距水箱底部的高度并说明理由。 解：由于仅当浮块对准磁控开关时才能通电，因而水位上升时也要保持浮块位置不变，则浮块此时必须是浸没的，即浮块的体积等于排开水的体积，则浮块的边长为0.1 m＝10 cm，因而此时最低的水位：h＝20 cm＋10 cm＝30 cm； 理由：当浮块对准磁控开关时才能通电，因而水位上升时也要保持浮块位置不变，则浮块此时必须是浸没的，即浮块的体积等于排开水的体积。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 3．小明家购买了一台电热水器，铭牌显示：容量是50 L，额定电压是220 V，额定功率是2 000 W。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，ρ水＝1.0×103 kg/m3] (1)该电热水器正常工作时的电阻是多少？ 解：由P＝ 可得，电热水器正常工作时的电阻：R＝ ＝24.2 Ω； 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (2)某次洗浴时，水箱装满初温为20 ℃的水，正常工作加热到60 ℃，若热水器的加热效率是84%，则此次加热消耗了多少电能？ 解：水箱装满水时水的质量：m水＝ρ水V水＝1.0×103 kg/m3×50×10－3 m3＝50 kg， 水吸收的热量：Q吸＝c水m水(t2－t1)＝4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(60 ℃－20 ℃)＝8.4×106 J， 此次加热消耗电能：W＝ ＝1×107 J； 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (3)一天，小明家只有该热水器和额定功率为700 W的电饭锅接入电路，它们都正常工作，则标有2 000 r/(kW·h)字样的电能表的铝盘4 min转了多少转？ 解：4 min电路消耗电能：W总＝W1＋W2＝(P1＋P2)t＝(2 kW＋0.7 kW)× h＝0.18 kW·h， 电能表的铝盘转的圈数：n＝0.18 kW·h×2 000 r/(kW·h)＝360 r。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 4．小李同学家购置一台电热油汀取暖器简称电热油汀，它是一种安全可靠的空间加热器，外观及铭牌如图甲、乙所示。据了解，该电热油汀的工作物质是一种油，这种油的密度ρ＝0.8×103 kg/m3，比热容约为c＝2.0×103 J/(kg·℃)。请你分析并解答： 甲 ××电热油汀 额定电压 220 V 额定功率 1 100 W 液体质量 20 kg 乙 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (1)该电热油汀正常工作10 min，油汀中油升高的温度(不考虑热量损失)； 解：消耗的电能：W＝Pt＝1 100 W×10×60 s＝6.6×105 J， 油汀中油升高的温度：Δt＝ ＝16.5 ℃； (2)电热油汀电热丝的阻值大小； 解：电热丝的阻值：R1＝ ＝44 Ω； 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (3)为了使电热油汀的实际加热功率可以调节，他找来一个旧的电位器(滑动变阻器)，只能看清上面有“6 A”字样，经测试最大阻值只能调到176 Ω，将它串联在电路中对电热油汀进行改装，改装后的简化电路图如图丙所示。请你计算改装后电热油汀的实际加热功率变化范围； 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 解：当闭合开关S，滑片滑至最上端时，R1与R2最大阻值串联，电热油汀加热功率最小，此时电路中的电流：I＝ ＝1 A， 最小的电功率：P最小＝I2R1＝(1 A)2×44 Ω＝44 W， 当闭合开关S，滑片P滑至最下端时，只有R1接入电路，电热油汀加热功率最大，最大的电功率：P最大＝P额＝1 100 W， 所以，改装后该电热油汀实际加热功率的变化范围是44～1 100 W； 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 (4)该同学了解到此电热油汀的工作物质是一种油后，对此他产生了疑问，为什么不使用水呢？除油的密度较小外，请从物质性质的其他方面找出一条使用该油的好处。 解：当质量相等的油与水吸收相同的热量时，因为油的比热容较小，升温较快；除油的密度较小外，油还具有导热性好、绝缘性好等优点。 返回首页 专题突破六 类型3　力、电、热综合计算 首页 总目录 本讲内容结束 t＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ 解：由P＝可得，高功率挡正常工作时电路中的总电阻：R高＝＝≈34.6 Ω，则：R高＜R1、R高＜R2， 所以，根据电阻的串并联特点可知：处于高功率挡时，电路是R1、R2并联； 由P＝可得，低功率挡时电路中的电阻：R低＝＝＝121 Ω， ＝ ＝ ＝ ＝＝ ＝ ＝ $$