内容正文:
九全·第十八章 117
17 电热综合相关计算
1.某家庭用的电热水器将质量为60kg、温度为
20℃的自来水加热到50℃,则水吸收的热量
为 7.56×106 J。若电热水器的功率为
2000W,用时5000s,该过程消耗的电能为
1×107 J,则该电热水器的效率为 75.6% 。
[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
2.电脑的中央处理器(CPU)只有半张扑克牌大
小,工作时发热显著,常采用散热片与风扇组
合冷却。某电脑 CPU的功率为 100W,其中
发热功率占8%,铜质散热器的质量是0.8kg。
若工作半小时,CPU消耗电能为 1.8×105 J,
产生热量为 14400 J,这些热量可使散热
器温度升高 45 ℃。[铜的比热容为
0.4×103J/(kg·℃)]
3.如图甲是某款插座,它能即时显示接在该插座
上的用电器的工作电压和所耗电费等。小明
将装有质量为2kg、初温为10℃水的电热水
壶插在该插座上。这时插座屏幕上的显示如
图乙所示,当水烧开至100℃时,插座屏幕上
的显示如图丙所示,则电热水壶的实际功率为
2 kW,电热水壶在烧水过程中的效率为
52.5 %;电能表常数为3200imp/(kW·h),
则这段时间内电能表指示灯闪烁 1280 次。
[已知电费单价:0.5元/(kW·h);c水=4.2×
103J/(kg·℃)]
4.小强关闭家中其他用电器,只用一个电热水壶
烧水,将质量为1.5kg、初温为20℃的水烧开
(1个标准大气压下),用时6min,如图所示的
电能表刚好转过 450r。则水吸收的热量是
5.04×105 J,电热水壶的实际功率为
1500 W,此时电热水壶的效率是 93.3%
(结果保留到 0.1%)。[水的比热容为 4.2×
103J/(kg·℃)]
5.密闭的房间里有一台规格为“220V 800W”
的取暖器,闭合开关使其正常工作30min。该
取暖器消耗的电能为 1.44×106 J,若房间
里空气质量为 45kg,取暖器放出热量的15%
被空气吸收,则房间里空气温度升高 4.8 ℃;
若取暖器放出的热量全部由天然气来提供,
需要消耗 0.036 m3的天然气。[空气的比
热容为 1×103J/(kg·℃),天然气的热值为
4×107J/m3]
6.如图为即热式电热水龙头,打开水龙头开关,
几秒就可以流出热水。已知某品牌电热水龙
头的额定功率是4000W,额定电压是220V,
则该电热水龙头正常工作时的电阻是
12.1 Ω;不计热量损失,该水龙头正常工作
8.4s,可使0.4kg的水从21℃升高到 41 ℃。
[水的比热容c水=4.2×10
3J/(kg·℃)]
7.某品牌电炖锅的铭牌上标有“220V 1000W”
字样,电炖锅正常工作时,10min可将2kg食
材从40℃加热到100℃。若食材的比热容为
4×103J/(kg·℃),则食材吸收的热量为
4.8×105 J;电炖锅的热效率为 80% 。
118 广西物理(RJ)
8.人体像热机一样,也需要消耗能量。假如一个
成人跑步时身体消耗的能量为8.7×106J。
(1)这些能量相当于完全燃烧多少 kg的标准
煤(标准煤的热值为 2.9×107J/kg)放出的
热量?
(2)这些能量如果全部由电水壶加热来提供,
忽略能量损失,这些能量能把多少 kg的水从
温度为20℃加热至100℃?(结果保留1位
小数)
(3)用电水壶加热这些水,会消耗多少度电?
(结果保留1位小数)
解:(1)根据题意可知,标准煤完全燃烧放出
的热量Q放=8.7×10
6J,
由Q放=mq可知,标准煤的质量
m煤=
Q放
q
= 8.7
×106J
2.9×107J/kg
=0.3kg (2分)…
(2)根据题意可知,水吸收的热量 Q吸=8.7×
106J,由Q吸=c水 m水 t-t0( )可知,
水 的 质 量 m水 =
Q吸
c水(t-t0)
=
8.7×106J
4.2×103J/(kg·℃)×(100℃-20℃)
≈
25.9kg (2分)………………………………
(3)消耗的电能
W=8.7×106J=
8.7×106
3.6×106
kW·h≈2.4kW·h
(2分)…………………………………………
9.插电式电热饭盒(如图甲),其内部电路原理
如图乙所示。R1、R2均为阻值不变的加热电
阻,S2是能分别与 a、b两触点相连的单刀双
掷开关,通过改变开关 S1、S2的状态可实现
“高温挡”“中温挡”和“低温挡”三个挡位的
自由切换。已知电热饭盒工作时的额定电压为
220V,中温挡功率为 484W,低温挡功率为
242W,求:
(1)利用中温挡加热时电流的大小。
(2)高温挡的电功率大小。
(3)小开在午间用电高峰期时用电热饭盒的
高温挡对冷粥进行加热,将质量为0.5kg的
冷粥从10℃加热到60℃,实际用时2min,已
知粥的比热容 c粥=3.84×10
3J/(kg·℃),不
计热量损失,午间用电高峰期电路中的实际
电压大小。
解:(1)由P=UI可知,电热饭盒中温挡加热时,
电路中的电流I中=
P中
U
=484W
220V
=2.2A
(2分)
……
……………………………………
(2)由图乙可知,当断开 S1、S2接 b时,R1和
R2串联,根据P=
U2
R
可知总功率最小,是低温
挡;同理当闭合S1、S2接a时,R1和R2并联,
此时为高温挡;当S1闭合、S2接b时,只有R1
工作,是中温挡 (1分)………………………
根据 P=
U2
R
可知,中温挡时的电阻 R1=
U2
P中
=
(220V)2
484W
=100Ω (1分)……………………
低温挡时的总电阻 R低 =
U2
P低
=(220V)
2
242W
=
200Ω (1分)…………………………………
即R1和R2串联后的总电阻
R低=R1+R2=200Ω,
所以R2的电阻R2=200Ω-100Ω=100Ω,
高温挡时的电阻
R高=
R1R2
R1+R2
=100Ω
×100Ω
100Ω+100Ω
=50Ω,
高温挡的电功率P高=
U2
R高
=(220V)
2
50Ω
=968W
(2分)……………………………………
(3)质量为 0.5kg的冷粥从 10℃加热到
60℃吸收的热量
九全·第十八章 119
10.电动汽车作为新能源汽车的主力军,将逐步
取代现在的燃油汽车。如图所示为国内某
品牌高性能电动汽车,该电动汽车的电动机
效率为90%,电池电压为500V,充满电可储
存50kW·h的电能,电动机的功率为10kW。
(新型燃油的热值为q=5×107J/kg)
(1)该车电动机正常工作时的电流是多少?
(2)充满电后该车最多可输出多少机械能?
(3)若上述机械能用效率为25%的新型燃油
汽车提供,则需要消耗多少新型燃油?
解:(1)由 P=UI可得电动机正常工作时的
电流
I=
P
U
=10
×1000W
500V
=20A (2分)…………
(2)充满电可储存 50kW·h的电能,电动
机效率为90%,则最多输出的机械能
W机=η1W电=90%×50×3.6×10
6J=1.62×108J
(2分)……………………………………
(3)若上述机械能用效率为25%的新型燃油
汽车提供,根据 η=
W机
Q放
×100%可得,新型燃
油完全燃烧放出的热量
Q放=
W机
η2
=1.62
×108J
25%
=6.48×108J
(2分)
………
……………………………………
根据 Q放 =mq可得,需要消耗新型燃油的
质量
m燃油=
Q放
q
=6.48
×108J
5×107J/kg
=12.96kg
(2分)
………
……………………………………
11.图甲是具有高、低温两挡加热功率的多功能
电饼锅,图乙是其内部简化电路图,R1和 R2
均是发热电阻,R2的阻值是 R1的 1.5倍。
选用2200W的高温挡功率,可在 0.5min
内将200g的面饼温度升高 80℃。已知面
饼的比热容为3.3×103J/(kg·℃)。求:
(1)R1的阻值;
(2)电饼锅低温挡的功率;
(3)电饼锅高温挡的加热效率。
解:(1)由图乙知,开关 S接 1时,两电阻串
联,由P=UI=
U2
R
可得,开关 S接 1时,电路
的功率最小,电饼锅为低温挡,同理开关 S
接2时为高温挡,
已知高温挡电功率为2200W,故R1的阻值
R1=
U2
P高
=(220V)
2
2200W
=22Ω (2分)…………
(2)由题意可得R2的阻值
R2=1.5R1=1.5×22Ω=33Ω,
低温挡时电路的总电阻 R=R1+R2=22Ω+
33Ω=55Ω (1分)…………………………
电饼锅低温挡的功率
P低=
U2
R
=(220V)
2
55Ω
=880W (2分)………
(3)根据题意可知,200g面饼温度升高
80℃,吸收的热量
Q吸=cmΔt=3.3×10
3J/(kg·℃)×200×
10-3kg×80℃=52800J (1分)…………
高温挡工作0.5min消耗的电能
W=P高 t=2200W×0.5×60s=66000J
(1分)
…
……………………………………
电饼锅高温挡的加热效率
η=
Q吸
W
×100%=
52800J
66000J
×100%=80%
(1分)
……
……………………………………
31
R2的电功率P2=
U2
R2大
=(15V)
2
30Ω
=7.5W (2分)……………
则整个电路消耗的最小功率
P=P1+P2=15W+7.5W=22.5W (2分)…………………
8.解:(1)由 P=UI可知,小灯泡正常发光时的电流 IL=
PL
UL
=
3W
6V
=0.5A (2分)…………………………………………
(2)当S、S1、S2都闭合时,L被短路,R和 R0并联,电流表测
干路的电流;
滑动变阻器的滑片滑到 b端时,其接入电路的阻值最大为
R=20Ω,
此时电路总电阻
R并=
R×R0
R+R0
=20Ω
×8Ω
20Ω+8Ω
=40
7Ω
(1分)………………………
已知电流表示数为 1.4A,即干路电流 I=1.4A,由 I=
U
R
可知,
电源电压U=IR并=1.4A×
40
7Ω
=8V (1分)………………
(3)当S闭合,S1、S2断开时,L和R串联,电流表测电路中的
电流;
已知IL=0.5A,结合题意可知,
在保证电路安全的前提下,电路中的最大电流
I大=IL=0.5A (1分)…………………………………………
则电路消耗的总功率的最大值
P大=I大 U=0.5A×8V=4W (1分)………………………
由I=
U
R
可知,小灯泡的电阻
RL=
UL
IL
=6V
0.5A
=12Ω
滑动变阻器的滑片滑到 b端时,其接入电路的阻值最大,此
时电路消耗的功率最小值为
P小=
U2
RL+R
= (8V)
2
12Ω+20Ω
=2W (1分)………………………
即电路消耗总功率的范围为2~4W (1分)………………
小专题培优16 多挡位家用
电器相关判断及计算
1.C
2.低温 不能
3.冷风 热风
4.高 2640
5.低温 中温 高温
6.解:(1)由题意可知当S、S1闭合时,电路处于高温挡;当S闭
合、S1断开时,电路处于低温挡,故低温挡的电流 I低 =
U
R1
=
5V
10Ω
=0.5A (2分)…………………………………………
(2)根据题意,当开关S、S1都闭合时,电路处于高温挡,此时
电路中的总电流为1.5A,
故
R1×R2
R1+R2
=U
I高
,即
5V
1.5A
=
10Ω×R2
10Ω+R2
,
解得R2=5Ω (2分)…………………………………………
(3)高温挡的功率
P高=UI高=5V×1.5A=7.5W (2分)………………………
7.解:(1)由电路图可知,开关 S接触 b、c两个触点时,总电阻
大,由P=
U2
R
可知,电热器处于低温挡,同理开关 S接触 c、d
两个触点时电热器处于高温挡,则R1的阻值
R1=
U2
P低
=(220V)
2
440W
=110Ω (2分)…………………………
因为R1=2R2,所以R2的电阻值
R2=
1
2
R1=
1
2
×110Ω=55Ω (1分)…………………………
(2)R2的电功率
P2=
U2
R2
=(220V)
2
55Ω
=880W (2分)…………………………
高温挡时的总功率
P高=P低+P2=440W+880W=1320W (1分)……………
(3)高温挡下工作7min产生的热量
Q=W=P
高
t=1320W×7×60s=5.544×105J (1分)…………
若产生的热量全部被水吸收,则水吸收的热量
Q吸=Q=5.544×10
5J,
根据Q吸=cmΔt可知,水升高的温度
Δt=
Q吸
cm
= 5.544
×105J
4.2×103J/(kg·℃)×2kg
=66℃ (2分)…………
理论上水的末温为40℃+66℃=106℃;
因为在标准大气压下水的沸点是100℃,所以水升高的温度
Δt′=100℃-40℃=60℃ (1分)……………………………
8.解:(1)由图丙可知,电路中最大电流为3A,根据P=UI可知,
最大电功率Pmax=UI=220V×3A=660W (2分)…………
(2)由图乙可知,当只闭合开关 S时,此时电路中电阻最大,
电流最小,据图丙可知I1=2A;当开关S、S1都闭合时,R1、R2
并联,此时电路中电流最大,根据图丙可知I=3A,则通过R2
的电流I2=I-I1=3A-2A=1A (1分)……………………
由欧姆定律可知,R2的阻值
R2=
U
I2
=220V
1A
=220Ω (2分)………………………………
(3)根据图丙可知,电流为3A时工作的时间为15min,电流为
2A时工作的时间为15min,则30min内电饭锅产生的热量
Q=W=W1+W2=UIt1+UI1t2=220V×3A×15×60s+220V×2A×
15×60s=9.9×105J (2分)…………………………………
9.解:(1)从电能表的参数和工作情况可知,1min内闪烁 10
次,电热丝产生的电热
Q=W=
n
N
=10
600
kW·h=6×104J (2分)……………………
(2)该电热丝工作时的功率P=
W
t
=6
×104J
60s
=1000W
(1分)
……
……………………………………………………
则炉腔内电热丝的电阻R=
U2
P
=(220V)
2
1000W
=48.4Ω
(2分)
………
……………………………………………………
(3)可能的改装方案有四种,等效电路图如图所示
考虑到使用安全,改装后的发热丝在炉腔外的方案②和④不
予考虑。
方案①:炉腔内总电阻大于 R,故发热功率低于原发热功率
P=1000W,因此改装后该方案只能作为低温挡,
由题意知P′=
4
9
P,则有
R总
R
=
U2
P′
U2
P
=P
P′
=9
4
(2分)…………
则炉腔内的电热丝阻值为R1=R总-R=
5
4
R>R,
由于备用电热丝的阻值不能达到
5
4
R,故该方案舍去
(1分)
……
……………………………………………………
方案③:炉腔内总电阻小于 R,故发热功率高于原发热功率
P=1000W,因此改装后该方案只能作为高温挡,
由题意知P″=
9
4
P,又因为此时P″=P+P1,
故有P1=
5
4
P,由
R1′
R
=
U2
P1
U2
P
=4
5
(2分)………………………
需要并联入炉腔的电热丝R1′=
4
5
R<R,
将备用电热丝剪短为原长度的
4
5
即可实现,该方案可行
(1分)
…
……………………………………………………
小专题培优17 电热综合相关计算
1.7.56×106 1×107 75.6%
2.1.8×105 14400 45
3.2 52.5 1280
4.5.04×105 1500 93.3%
5.1.44×106 4.8 0.036
6.12.1 41
7.4.8×105 80%
8.解:(1)根据题意可知,标准煤完全燃烧放出的热量
Q放=8.7×10
6J,
由Q放=mq可知,标准煤的质量
m煤=
Q放
q
= 8.7
×106J
2.9×107J/kg
=0.3kg (2分)……………………
(2)根据题意可知,水吸收的热量 Q吸=8.7×10
6J,由 Q吸=
c水 m水 t-t0( ) 可知,
水的质量m水=
Q吸
c水(t-t0)
= 8.7
×106J
4.2×103J/(kg·℃)×(100℃-20℃)
≈25.9kg (2分)………………………………………………
(3)消耗的电能
W=8.7×106J=
8.7×106
3.6×106
kW·h≈2.4kW·h (2分)………
9.解:(1)由P=UI可知,电热饭盒中温挡加热时,
电路中的电流I中=
P中
U
=484W
220V
=2.2A (2分)……………
(2)由图乙可知,当断开 S1、S2接 b时,R1和 R2串联,根据
P=
U2
R
可知总功率最小,是低温挡;同理当闭合 S1、S2接 a
时,R1和R2并联,此时为高温挡;当S1闭合、S2接b时,只有
R1工作,是中温挡 (1分)……………………………………
根据P=
U2
R
可知,中温挡时的电阻
R1=
U2
P中
=(220V)
2
484W
=100Ω (1分)…………………………
低温挡时的总电阻R低=
U2
P低
=(220V)
2
242W
=200Ω (1分)……
即R1和R2串联后的总电阻R低=R1+R2=200Ω,
所以R2的电阻R2=200Ω-100Ω=100Ω,
高温挡时的电阻R高=
R1R2
R1+R2
=100Ω
×100Ω
100Ω+100Ω
=50Ω,
高温挡的电功率P高=
U2
R高
=(220V)
2
50Ω
=968W (2分)……
(3)质量为0.5kg的冷粥从10℃加热到60℃吸收的热量
Q吸=c粥 m粥 Δt=3.84×10
3J/(kg·℃)×0.5kg×(60℃-
10℃)=9.6×104J (2分)……………………………………
电热饭盒的实际电功率P实=
W实
t
=
Q吸
t
=9.6
×104J
2×60s
=800W,
根据P=
U2
R
可得,午间用电高峰期电路中的实际电压
U实= P实 R槡 高 = 800W×50槡 Ω=200V (2分)……………
10.解:(1)由P=UI可得电动机正常工作时的电流
I=
P
U
=10
×1000W
500V
=20A (2分)…………………………
(2)充满电可储存50kW·h的电能,电动机效率为 90%,
则最多输出的机械能
W机=η1W电=90%×50×3.6×10
6J=1.62×108J (2分)………
(3)若上述机械能用效率为 25%的新型燃油汽车提供,根
据η=
W机
Q放
×100%可得,新型燃油完全燃烧放出的热量
Q放=
W机
η2
=1.62
×108J
25%
=6.48×108J (2分)………………
根据Q放=mq可得,需要消耗新型燃油的质量
m燃油=
Q放
q
=6.48
×108J
5×107J/kg
=12.96kg (2分)…………………
11.解:(1)由图乙知,开关S接1时,两电阻串联;由P=UI=
U2
R
可得,开关S接1时,电路的功率最小,电饼锅为低温挡,同
理开关S接2时为高温挡,
已知高温挡电功率为2200W,故R1的阻值
R1=
U2
P高
=(220V)
2
2200W
=22Ω (2分)…………………………
(2)由题意可得R2的阻值
R2=1.5R1=1.5×22Ω=33Ω,
低温挡时电路的总电阻R=R1+R2=22Ω+33Ω=55Ω
(1分)
…
……………………………………………………
电饼锅低温挡的功率
P低=
U2
R
=(220V)
2
55Ω
=880W (2分)………………………
(3)根据题意可知,200g面饼温度升高80℃,吸收的热量
Q吸=cmΔt=3.3×10
3J/(kg·℃)×200×10-3kg×80℃=
52800J (1分)……………………………………………
高温挡工作0.5min消耗的电能
W=P高 t=2200W×0.5×60s=66000J (1分)…………
电饼锅高温挡的加热效率
η=
Q吸
W
×100%=
52800J
66000J
×100%=80% (1分)……………
第十八章 复习与提高
思维导图构建体系
①做功 ②3.6×106 ③
U2t
R
④电流做功快慢 ⑤所用时间
⑥106 ⑦
U2
R
⑧< ⑨= ⑩> 瑏瑡电 瑏瑢内 瑏瑣二次方
广西中考对点攻克
1.B
2.能 5.76×104
3.2 0.7 24
4.C
5.A
6.A
7.加热 3.3×105
8.(1)b 断路 (2)1.2 6.25 1 (3)增大 (4)选电压表,
理由是:待测物体温度越高,电压表示数越大(或选电流表,
理由是:待测物体温度越高,电流表示数越小)
9.B 10.B
11.C 12.C
13.A
参考答案 参考答案 参考答案