内容正文:
保密★启用前
电学综合计算题(多挡位电器类)
注意事项:
1.答题前,填写好自己的姓名、班级、考号等信息,请写在规定的位置上。
2.答题时要求字迹清楚,书写工整,保持卷面清洁,不要折叠,不要破损。
3.有作图的请用2B铅笔,并且注意力度;请按照题号顺序在各题目的答题区内作答,超出答题区域书写的答案无效。
4.请仔细审题,认真作答。
1.图甲为3D打印笔。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凝固成稳定的形状。此打印笔有快、慢两挡,其内部简化电路如图乙所示,将该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2 min,电能表指示灯闪烁8次,刚好将15 g的塑胶从20 ℃加热到260 ℃,已知该3D打印笔慢挡打印功率为22 W。R1、R2是用于发热的定值电阻,塑胶的比热容为2×103 J/(kg·℃)且保持不变。求:
(1)3D打印笔快挡的电功率;
(2)3D打印笔快挡打印时的热效率;
(3)R1的阻值。
2.图1是某款电饭锅的简化电路,R1、R2为阻值一定的电热丝。该电饭锅开始烧米饭时,开关S和S1同时闭合,电饭锅处于高功率加热状态;经过一段时间后,开关S1自动断开,电饭锅处于低功率保温状态;再经过一段时间后,米饭完全成熟。图2为用该电饭锅焖熟一锅米饭的全过程中功率随时间变化的图像。已知电阻R1的阻值是88 Ω,家庭电路的电压U是220 V。当该电饭锅正常工作时,求:
(1)保温时的电流;
(2)加热时电阻R1的功率;
(3)焖熟一锅米饭的全过程消耗的电能。
3.图甲为新型电饭锅,它能智能化地控制食物在不同时间段的温度,以得到最佳的营养和口感。小明了解到电饭锅的简化电路如图乙所示,R1和R2均为电热丝,S1和S2为温控开关,其中S2有A、B两个触点,可实现“高温”、“中温”和“低温”三挡的转换。当S1闭合,S2连接触点A时,处于“高温”挡,高温功率1100 W。已知R1=55 Ω,求:
(1)处于“高温”挡时,电饭锅正常工作时电路中的总电流;
(2)当S1断开,S2连接触点B时,处于“低温”挡,此时电路的总功率;
(3)图丙是在一次煮饭过程中电饭锅功率与时间的关系图像,本次煮饭过程中电饭锅消耗的电能。
4.题图甲是用某款3D打印第进行立体绘画时的场景,打印笔通电后,笔内电阻丝发热使笔内绘画材料熔化;加热电路简化后如图所示,电源电压恒为6V,R1和R2为发热电阻丝,只闭合S1时低温挡工作,S1、S2都闭合时高温挡工作,高温挡和低温挡的功率比为4∶3,R1=4Ω,忽略电阻丝阻值随温度变化,求
(1)低温档工作时,通过R1的电流;
(2)低温挡的功率;
(3)R2的电阻值。
5.商业街移动摊位使用可显示电费的新型插座(如图甲所示)计费,某摊位使用空气炸锅(如图乙所示)烹制食物,如图丙所示是该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。开关S1、S2、S3的通断可实现高、中、低三个档位的调节(S1、S2不会同时闭合),只闭合S3时为中温档,额定功率为440W。求:
(1)的电阻;
(2)高温档正常工作100s,电流通过产生的电热;
(3)只有空气炸锅单独工作,表盘示数使用前后如图甲、丁所示,通过表盘显示的数据估算该空气炸锅消耗的电功率(已知商用电费单价为0.75元/kW·h)。
6.图甲是某电饭锅的简化电路原理图,R1和R2是阻值不变的加热电阻,R1=50Ω,S为温控开关,1、2是开关连接的触点。某次煮饭时,只将电饭锅接入220V的电路中,在加热状态下工作了一段时间后,开关S自动切换到保温状态。在保温状态下,电能表(如图乙)的转盘在1min内转动了5r。求:
(1)保温状态下该电饭锅的发热功率。
(2)R2阻值的大小。
(3)用电高峰时,该电饭锅在加热状态下,14min内将2kg初温为20℃的水加热至沸腾(1个标准大气压),若不计热损失,电饭锅的实际电压。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
7.如图甲为一款电饭锅的简化电路,其中R1和R2,均为电热丝,煮饭时闭合开关S1、S2,饭熟后温控开关S2自动断开,电饭锅处于保温状态。图乙为电饭锅某次煮饭全过程功率随时间变化的图象。已知电饭锅保温挡的功率P1为110W。电阻R2的阻值为88Ω,家庭电路的电压U为220V。当电饭锅正常工作时,求:
(1)保温时的电流I;
(2)加热时电饭锅的功率P;
(3)这次煮饭全过程电饭锅消耗的电能W。
8.为实现自动控制,小明同学利用电磁继电器(电磁铁线圈电阻不计)制作了具有加热、保温功能的恒温器。控制电路中电压U1=3V,定值电阻R0=50Ω,热敏电阻R的阻值随温度变化的图像如图乙所示;工作电路中U2=220V,R1=836Ω,R2=44Ω。
(1)当衔铁被电磁铁吸下时,衔铁与 接通(填“a”“b”),电路处于 状态;(填“加热”“保温”)
(2)恒温器内温度达到80℃时衔铁会跳起,此时通过电磁铁线圈的电流多大 ?
(3)工作电路在保温状态下的电功率多大 ?
(4)当恒温器处于加热状态时,加热器正常工作500s消耗的电能是多少 ?
9.王聪是班里有名的“科学迷”,他爱观察,勤思考。一天,妈妈到超市购买了一台家用豆浆机,他仔细观察了豆浆机的构造铭牌和制作豆浆的过程,发现其中用到了许多科学知识。
(1)机座底部安装有三个小橡皮碗,相当于“吸盘”,可以防止豆浆机在打浆时位置发生移动。“吸盘”是利用 起固定作用的;
(2)豆浆机电源线的插头有三个脚,如图1所示,其中稍长些的脚是把豆浆机的金属部分与 相连接;
(3)豆浆机的机头主要由一个电热器(电热丝)和一个电动机带动的打浆器构成。制作豆浆的过程是先加热,再打浆,再加热煮熟,即加热和打浆是交替进行的。由此可知,豆浆机中的电动机和电热器的连接方式是 ;
(4)当香喷喷的豆浆打好后,王聪打开豆浆机,如图2所示,他只闻到香味却看不清楚豆浆。请你用学过的科学知识解释其中的原因;
(5)豆浆机铭牌上的部分技术参数如表。豆浆机在额定电压下打浆时,通过电动机的电流是多少 ?
额定电压
220V
额定频率
50Hz
电动机额定功率
180W
电热器额定功率
850W
(6)王聪想比较一下豆浆的密度与水的密度那个大,但手中没有密度计,也没有天平和量筒,请你用家中的物品较简单的比较出二者密度的大小 。
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答案
1.(1)80 W (2)75% (3)1595 Ω
2.(1)0.5 A (2)550 W (3)1.0296×106 J
3.(1)5 A (2)176 W (3)1.5048×106 J
4.(1)1.5A;(2)9W;(3)12Ω
解:(1)由题意可知,电源电压恒为6V,只闭合S1时,电路中只有R1一个用电器,则R1两端电压为6V,R1=4Ω,根据欧姆定律可得
(2)只闭合S1时低温挡工作,电压为6V,则低温档的电功率为
(3)S1、S2都闭合时高温挡工作,R1和R2并联,高温挡和低温挡的功率比为4∶3,即
则高温档的功率为
电路并联,总功率等于各支路功率之和,即
则R2的电功率为
根据
可得,R2的电阻值为
答:(1)低温挡工作时,通过R1的电流为1.5A;
(2)低温挡的功率为9W;
(3)R2的电阻值为12Ω。
5.(1)110Ω;(2)1.21×105J;(3)320W
解:(1)当开关S1、S3闭合、S2断开时,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;只闭合S3时,电路为R2的简单电路,总电阻较小,根据可知,此时总功率较大,为中温档;当开关S1、S3断开、S2闭合时,两电阻串联,总电阻最大,根据可知此时总功率最小,为低温挡。则R2的电阻
(2)高温挡时R1功率为
电流通过R1产生的电热
Q1=W1=P1t1=1210W×100s=1.21×105J
(3)空气炸锅消耗的电能
空气炸锅工作的时间
t=9∶25-9∶10=15min=0.25h
空气炸锅的电功率
答:(1) R2 的电阻为110Ω;
(2)高温档正常工作100s,电流通过 R1 产生的电热为1.21×105J;
(3)空气炸锅消耗的电功率为320W。
6.(1)100W;(2)434Ω;(3)200V
解:(1)3000r/(kW·h)表示电路中每消耗1 kW·h的电能,电能表的转盘转3000转,在保温状态下,电能表(如图乙)的转盘在1min内转动了5r,电饭锅消耗的电能为
保温功率为
(2)由图甲可知,当开关S与触点1连接时,电路中只有R1,电路中电阻较小;当开关S与触点2连接时,电路中R1、R2串联,电路中电阻较大;电源电压一定,由可知,当开关S与触点1连接时,电路电功率较大、电饭锅处于加热状态;当开关S与触点2连接时,电路电功率较小、电饭锅处于保温状态;由可得保温时电路总电阻为
R2的阻值为
R2=R串-R1=484Ω-50Ω=434Ω
(3)标准大气压下水的沸点为100℃,电饭锅将2kg初温为20℃的水加热至沸腾时,水吸收的热量
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J
不计热量损失,则W=Q吸,则电饭锅的实际加热功率为
根据可得,加热状态下的实际电压为
答:(1)保温状态下该电饭锅的发热功率为100W;
(2)R2阻值的大小为434Ω;
(3)电饭锅的实际电压为200V。
7.(1)0.5A;(2)660W;(3)0.286 kW∙h
解:(1)由图甲知,两个开关都闭合时,两电阻并联连接,处于加热状态;只断开S2,电路中只有R1工作,处于保温状态。此时,电路中的电流
(2)加热状态时,通过R2的电流
则电路的总电流
I总=I+I2=0.5A+2.5A=3A
加热时,电饭锅的功率
P=UI总=220V×3V=660W
(3)由图乙知,此次煮饭全过程加热所用时为0.4h,保温所用时为0.2h,则全程消耗的电能
W=Pt1+P1t2=660×10-3kW×0.4h+110×10-3kW×0.2h=0.286kW⋅h
答:(1)保温时的电流I为0.5A;
(2)加热时电饭锅的功率P为660W;
(3)这次煮饭全过程电饭锅消耗的电能W为0.286kW⋅h。
8. b 加热 0.02A 55W 5.5×105J
[1][2]由电路图可知,当电磁铁把衔铁吸下,使衔铁与b触点接通,R2接入工作电路,处于加热状态。
[3]由图可知当温度为80℃时,热敏电阻的阻值为100Ω,所以控制电路的总电阻为
R控=R+R0=100Ω+50Ω=150Ω
衔铁刚弹起时,通过电磁铁线圈的电流为
[4]根据可知,保温功率为
[5]恒温器加热状态下的电功率为
500s内消耗的电能为
W=Pt=1100W×500s=5.5×105J
9. 大气压 大地 并联 只闻到香味,是因为豆浆的分子在做无规则运动,看不清豆浆是因为豆浆机内的水蒸气遇到冷的镜片液化成小水滴附着在镜片上 0.82A 用同一支筷子,下端绕上铁丝,使其分别直立地漂浮在水和豆浆中,筷子露出液面多的密度大
(1)[1]当把豆浆机放在平整的桌面上时,把橡皮碗内的空气排出,大气压将皮碗紧紧的压在桌面上,防止豆浆机在打浆时位置发生移动。
(2)[2]稍长些的脚与豆浆机的金属外壳相连,当插入三孔插座时,就将豆浆机的金属外壳与大地相连,以防触电。
(3)[3]因为豆浆机中的电动机和电热器能单独工作,所以是并联的。
(4)[4]因为豆浆的分子在做无规则热运动,所以能闻到香味;因为王聪戴着眼镜,豆浆机内的水蒸气遇到冷的镜片液化成小水滴附着在镜片上,所以看不清豆浆。
(5)[5]由P=UI可得电动机工作的电流
(6)[6]用同一支筷子,下端绕上铁丝,使其分别直立地漂浮在水和豆浆中,筷子露出液面多的密度大。
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