第18章 小专题培优17 电热综合相关计算-【众相原创】2025-2026学年九年级全一册物理分层练(人教版2024)广西专版

2025-09-11
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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

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