多档位问题与力、电、热综合计算-2021年中考物理34个典型突破1

专题30多档位问题与力、电、热综合计算

1.家用普通压力锅因为设计缺陷存在很大的安全隐患，最新推向市场的电热安全压力锅彻底解决了困扰

了消费者多年的安全问题：省时省电(比普通电饭锅节电30%以上)又便捷安全。如图所示是某款电压

力锅及铭牌，请回答下列问题：

额定电压220V额定容量5L

额定功率1000W工作压力50〜80kPa

工作频率50Hz型号M50

(1)你认为该电压力锅应该选用两孔插座还是三孔插座，为什么？

(2)该电压力锅正常工作时电流多大？(小数点后保留两位)

(3)在该电压力锅中装入3kg初温为30C的水，当加热到120℃时刚好沸腾，水吸收了多少热量？(已

知水的比热容c水=4.2X1()3J/(kg.°C))

(4)小丽发现使用电压力锅炖肉时锅内温度很高，但导线处温度没有升高，请你帮他分析产生这种现

象的原因是什么？

【解析】(1)该电压力锅应该选用三孔插座，是为了防止压力锅的金属外壳因漏电而发生触电事故，故

使用比两孔插座中多出的一个接地孔的三孔插座；

(2)己知：U额=220V,Ps(=1000W；

则由P=UI可得电压力锅正常工作时电流为：

I=E=驷I%.55A；

U220V

(3)水吸收的热量为：

Q吸=C4;m(t-to)=4.2X103J/(kg«℃)X3kgX(120℃-30℃)=1.134X106J：

(4)导线与电压力锅串联，通过的电流和通电时间均相同，电压力锅的电阻大于导线的电阻，由、=

产田可知电压力锅产生的热量多、温度很高，而导线处温度却不太高。

答：(1)三孔插座，将电压力锅的金属外壳接地，防止金属外壳漏电时发生触电事故；

(2)该电压力锅正常工作时电流为4.55A；

(3)在该电压力锅中装入3kg初温为300c的水，当加热到120℃时刚好沸腾，水吸收了1.134Xl()6j

的热量；

(4)导线与电压力锅串联，通过的电流和通电时间均相同，电压力锅的电阻大于导线的电阻，由、=

pRt可知电压力锅产生的热量多、温度很高，而导线处温度却不太高。

2.汽车是我们出行的重要交通工具，普通汽车一般用汽油机提供动力。

(1)汽油机需要靠电动机启动，启动电机的工作电压为12V,工作时电流为300A,启动持续时间为

5so则启动一次汽油机需耗电多少焦？

(2)某汽车进行测试时分别以不同的速度匀速行驶0.3h,得到了耗油量与速度关系如图甲，产生的牵

引力与速度关系如图乙。当汽车以30km/h的速度行驶时，汽油机的效率是25%.则这段时间内消耗的

汽油是多少千克？(汽油的热值是4.5Xl()7j/kg)

(3)请根据题中的数据和信息，计算说明该汽车以多大速度行驶更节能。

【解析】(1)启动一次汽油机需要消耗的电能亚电=3=12丫*300Ax5s=1.8义10小

(2)由图乙可知：汽车的速度v=30km/h=81m/s,行驶的动力F=1600N,

3

则功率p=Fv=1600NX82m/s=颂儿)。w,

33

动力所做的功w=Pt=^22MwX0.3X3600s=l.44X107J,

3

根据《=_1_可得：

Q放

7

汽油需要放出的能量Q放=W1.44X1°J=576XIO7J,

T]25%

根据Q=mq可得：

这段时间内消耗的汽油m=%=5.76><]0b=i.28kg;

q4.5X107J/kg

（3）由图甲可知1：以120km/h的速度匀速行驶0.3h通过的路程为标准；则：

当以120km/h的速度行驶时消耗的汽油为：6.4kg；

当以90km/h的速度行驶时消耗的汽油为：120km/hXQ.3hX3kg=4kg.

90kln/hX0.3h

当以30km/h的速度行驶时消耗的汽油为：120km/h><0.311*i.28kg=5.12kg；

30km/hX0.3h

所以，以90km/h的速度行驶时更节能。

答：⑴启动一次汽油机需耗电1.8X10打；

（2）这段时间内消耗的汽油是1.28kg；

（3）该汽车以90km/h的速度行驶时更节能。

XX型号地铁机车地铁电力机车功率平均速度60km/h牵引力5X10^额定载客量500人

106W

XX型号公交汽车燃油热值4Xl()7]/kg平均速度15kmTh牵引力3000N额定载客最40人

(1)甲、乙两地铁站相距1.2km,地铁运行需要多长时间？

(2)公交汽车每千米消耗燃油0.3kg,行驶1.2km路程所消耗的燃油完全燃烧放出多少热量？公交汽车

的效率是多少？

(3)根据题中获得的信息，从物理学角度谈一谈地铁作为交通工具的优点。(写出两条即可)

【解析】(1)由丫=且可得地铁运行时间：

t

t」二二L「km=0.o2h=1.2min；

t60km/h

(2)公交汽车行驶1.2km,消耗燃油：

m=0.3kg/kmX1.2km=0.36kg,

燃油完全燃烧放热:

Q®=mq=0.36kgX4X107J/kg=1.44X107J,

牵引力做的有用功：

6

Wflffl=Fs=3000NX1200m=3.6X10J,

公交汽车效率：

g=.W有用=3.6Xx100%=25%

Q放1.44Xio7j

(3)地铁作为交通工具的优点：①地铁速度快，节省乘车时间；②无废气污染、环保；③运量大。

答：(1)甲、乙两地铁站相距1.2km,地铁运行需要1.2min；

(2)行驶1.2km路程所消耗的燃油完全燃烧放出1.44X1()7J的热量；公交汽车的效率是25%；

(3)地铁作为交通工具的优点：①地铁速度快，节省乘车时间；②无废气污染、环保；③运量大。

4.如图所示是某型号的爆米花机的电路图，闭合开关S时，R加热，电动机搅拌，开始制作爆米花；爆

米花机的铭牌如表所示。[c玉米=1.2Xdj/(kg.。。)]

(1)将ioog、2(rc的玉米加热到32(rc成为爆米花时，求玉米粒需要吸收的热量;

额定电压220V

加热功率200W

电动机功率44W

【解析】(1)玉米吸收的热量:

Q吸=c玉米m(t-to)=L2XIO3J/(kg«℃)XO.lkgX(320℃-20℃)=3.6XI04J；

(2)由题知，电阻R发热，加工时给玉米加热的功率P加热=200W,

由P=_l可得，电阻R加热5min消耗的电能为:

t

W=P加热t=200WX5X60s=6X104J,

R的加热效率:

4

IQQ%^3.6X10Jx100%=60%.

W6X1Q4J

答：(1)玉米粒需要吸收的热量为3.6Xl()4j；

(2)R的加热效率为60%。

主要器材电热水壶电能表

相关资料额定电压220V22010(20)A

频率50Hz50Hz3000imp/(kW・h)

活动记录①电热水壶装2kg的水，水的初温为20℃；

②该电热水壶的额定功率为1200W

③关闭家中其他用电器，让电热水壶单独工作

④电热水壶加热水12min,水的末温为100℃

⑤电能表的指示灯在这12min内闪烁了600次

(1)水吸收热量；C*=4.2X103J/(kg«℃),n^=1.0Xl^kg/m3

(2)电热水壶实际消耗的电能;

(3)计算电热水壶的实际功率，判断电热水壶是否正常工作；

(4)电热水壶给水加热的效率。(计算结果精确到1%)

【解析】(1)水吸收的热量Q“&=cm(t-to)=4.2X103J/(kg«℃)X2kgX(100℃-20℃)=6.72乂

105J；

(2)电热水壶消耗电能W=——60°iirp——=0.2kW«h=0.2X3.6X106J=7.2X105J；

3000inip/kV-h

(3)电热水壶的实际功率P=V=a■缪a=lkW=1000W,

tJ

60

已知该电热水壶的额定功率为1200W>1000W,

所以电热水壶不能正常工作；

15

(4)电热水壶给水加热的效率9=-100%=6-72XQJX100%七37%。

W1.8X106J

答：⑴水吸收的热量为6.72X1()5J：

(2)电热水壶实际消耗的电能为0.2kW・h。

(3)电热水壶的实际功率为IkW,不能正常工作。

(4)电热水壶给水加热的效率为37%。

6.如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220V

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。出水定位灯发光时，会在放置电热水瓶的

桌面上留下明亮的光环，方便夜间判断出水位置，避免烫伤。

出

出

水

水

电

定

位

动

灯

机

板

甲z

(1)电热水瓶装有4kg、初温为25℃的水时，在220V的电压下正常工作12min可以将水加热到100℃,

则水吸收的热量是多少？

(2)若电热水瓶的加热管电阻为24.20,在上述过程中，这个电热水瓶的加热效率是多少？

(3)已知圆柱形电热水瓶的出水口比内胆底高19cm,当内胆装有2L水时，水面离内胆底8cm,此时,

按住出水开关20s,出水电动机恰好能抽出1L的水，若不计出水管的体积和水的流速，不计能量损失,

则出水电动机消耗的电能为多少？

【解析】(1)水吸收的热量:

36

Q«ft=cmAt=4.2X10J/(kg«℃)X4kgX(100℃-25℃)=1.26X10J；

(2)加热管工作时一，电能全部转化为内能，电热管消耗的电能:

W=UIt=(t=.肾喘k12X60S=I-44XI06J-

电热水瓶的加热效率为

尸Q吸」26XI()6j

XI00%=87.5%；

W1.44X1()6j

(3)出水电动机对1L水做功时，水的重心升高的距离为:

h=0.19m-0.08mxl_5L=0.13m,

2L

出水电动机对IL水所做的功:

W=Gh=m*gh=nVgh=1.0X103kg/m3XIX103m3XWN/kgX0.13m=1.3J,

由题知，出水电动机抽水时消耗的电能等于对水所做的功,

所以消耗的电能：

W，H=W=1.3J。

答：⑴水吸收的热量是1.26X106J：

(2)这个电热水瓶的加热效率是87.5%；

(3)出水电动机消耗的电能为L3J。

额定电压(V)220

高挡发热功率(W)400

注水仓最大注水量(kg)3

(1)计算电热加湿器中Ri的阻值；

(2)在加湿器注水仓中加注冷水到最大注水量，如果加湿器在“高挡”正常工作lOmin产生的热量全

部被水吸收，可以使注水仓中冷水的温度升高多少。C?(水的比热容为4.2X1()3J/(kg「c))(计算结果

保留整数)；

(3)某一天，小明断开家中其他所有用电器，只接通加湿器在低挡加热，发现家中标有“3OOOrevs/

(kW・h)”的电能表转盘在400s内转了27圈，计算此时加湿器两端的电压。

电源4…

Q■34

S

1s

【解析】（1）当开关S接2、3触点时，电阻R|、R2串联，总电阻较大，由P=U_可知，电功率较小,

R

所以为低挡；当开关S接3、4触点时，电阻R2被短路，电路为电阻Ri的简单电路，此时电阻较

小，电功率较大，为高挡，己知高档发热功率为400W,所以电热加湿器中，

R尸止=丝包=122

P=rsi400W

（2）在加湿器注水仓中加注冷水到最大注水量，如果加湿器在“高挡”正常工作10min=600s产生的

热量全部被水吸收，根据Q=cmZ\t&W=Pt,可以使注水仓中冷水的温度升高：

△t=Q_=.W=「高+=400WX600s

cmcmcm4.2X103J/(kg-DX3kg

(3)“3O()Orevs/(kW・h)”表示电能表转盘转3000圈消耗lkW«h的电能，故在400s=_^Lh=Lh内

36009

转了27圈，消耗的电能：W'=.2'''-XlkW«h=0.009kW«h,

3000

则实际的电功率为:

0.009kV-h

P实上=0.081kW=81W,

tih

已知R2=3RI，由电阻的串联规律，低温挡的总电阻为：R=RI+R2=4RI=4X1210=484。,

TT2________________

由P=$，可知实际电压：U'1WX484Q=198V。

答：（1）电热加湿器中的Ri的阻值是121（1；

（2）在加湿器注水仓中加注冷水到最大注水量，如果加湿器在“高挡”正常工作lOmin产生的热量全

部被水吸收，可以使注水仓中冷水的温度升高约19℃；

（3）此时加湿器两端的实际电压为198V。

额定电压/V高温挡功率/W蒸煮类别食物分量加水量/mL通电时间/min

220240热饭菜满盒1005

蒸煮米饭150g12025

180g14030

(1)该电热饭盒低温挡的功率是多少？

(2)在某次用高温挡热满盒饭菜的过程中，电加热片将水从20℃加热到100℃,此过程中水吸收的热

量是多少？水的比热容取4.2X1()3J/(kg.c),水的密度为Ig/cn?。

(3)此次热饭菜的过程中加热水的效率是多少？(保留一位小数的百分数)

【解析】（1）由电路图可知，当S、S1均闭合时，Ri与R2并联，电路的总电阻最小，根据P=UI=U：

可知，电源的电压一定时，电路的总功率最大，电热饭盒处于高温挡；当只闭合S时，电路为Ri的简

单电路，电路的总电阻较大，根据P=UI=比可知，电源的电压一定时，电路的总功率较小，电热饭

R

22

盒处于低温挡，低温挡的功率为：P低=叱=（220Q=4ow；

Ri12100

（2）电热饭盒内水的体积：

V=100mL=100cm3,

由宜=要可得，水的质量：

V

m=niV=lg/cni3X100cm3=100g=0.Ikg,

水吸收的热量：

3

Q«s=c（t-to）=4.2X10J/（kg«℃）XO.lkgX（100℃-20℃）=3.36X104

（3）由P=旦可得，电热饭盒高温加热时消耗的电能：

t

,4

W=Pfst=240WX5X60S=7.2X10J,

此过程中电热饭盒的加热效率：

q=Q吸xIQQ%^3-36X104J^46.7%o

w7.2Xio4j

答：（1）该电热饭盒低温挡的功率是40W；

（2）水吸收的热量是3.36X10勺；

（3）此次热饭菜的过程中加热水的效率是46.7%。

9.如图甲为某一型号家用电吹风，主要技术参数如下表，其简化电路如图乙所示。

型号SHZ2010-624额定功率热风时：1000W额定电压220V

热风温度50℃~75℃冷风时：120W质量0.5kg

(1)计算当电吹风吹冷风时，正常工作5min所消耗的电能；

(2)正常工作条件下，计算电吹风功率最大时电路中的总电流；

(3)当电路供电电压为110V时，用两种方法计算该电吹风电热丝的实际电功率。(电热丝电阻保持不

变)

【解析】(1)当电吹风吹冷风时，由P=y•可得正常工作5min所消耗的电能：

t

W=P冷t=120WX5X60s=3.6Xl()4j；

(2)电吹风吹热风时，电吹风的电功率最大，

由P=UI得电路中的总电流：I=.P1.=10。。虫44.5人；

U220V

(3)方法一：电热丝的额定功率P飘=P=P冷=1()00W-120W=880W,

222

由p=卫一可得电热丝的电阻：R=-IL=^22oy)=55fJ(

RP额880V

当电路供电电压为UOV时，电热丝的实际功率：P实=?岂=红噢」_=220W。

R55。

方法二：电热丝的额定功率P额=P黑-P泠=1000W-120W=880W,

实际电压U实际=110V=1_U,

2

2

由P=U-可知电热丝的实际功率：P实=1_PH@=」X880W=220W。

R44

答：(1)计算当电吹风吹冷风时，正常工作5min所消耗的电能为3.6X1()4J；

(2)电吹风功率最大时电路中的总电流为4.5A；

(3)电吹风电热丝的实际电功率为220W。

10.如图是某温室大棚模拟日光和调温系统的电路，该电路可以对大棚进行照明、保温和加热。冬季白天,

该系统关闭照明功能，开启保温功能；晚上同时开启照明和加热功能。电路中电源电压恒为220V,灯

泡L标有“220V100W"字样(不考虑温度对电阻的影响)，Ri和R2是两个电热丝，R2=70U«已知冬

季白天电路中电流为2A,求：

(1)灯泡工作时的电阻；

(2)电热丝Ri的阻值；

(3)晚上电路消耗的总功率。

【解析】(1)灯泡工作时的电阻为：R=_E1_=(220.)2=48©

P额loov

(2)冬季白天，该系统关闭照明功能，开启保温功能，此时开关S闭合，Si、S2断开，两个电热丝Ri

和R2串联,

电路中总电阻为：R总=卫=丝支•=110(1,

I2A

电热丝R1的阻值为:Ri=R,e-R2=110U-70U=40U；

(3)晚上同时开启照明和加热功能，此时S、Si、S2都闭合，

加热功率为：P加=乜_=丝吗11=1210\¥,

%400

照明功率为：P灯=100W,

晚上电路消耗的总功率为：P=P加+P灯=121OW+1OOW=131OW。

答：(1)灯泡工作时的电阻为484。；

(2)电热丝Ri的阻值为40U；

(3)晚上电路消耗的总功率为1310W。

II.如图甲所示，某款电热饼铛，图乙为其工作原理电路图，Ri、R2分别为上盘和下盘的发热电阻，已知

R1=55U.某次烙饼加热和保温时的功率随时间变化关系如图丙，电热饼铛刚开始工作时，电路中的开

关都闭合，当温度达到200℃时，Si自动断开，再保温2min后，开关S断开。求：

(1)该电热饼铛正常加热时的总电流。

(2)R2的电阻值。

(3)本次烙饼共消耗的电能。

【解析】(1)由图丙可知，电饼铛加热时的功率P加=L32kW=1320W,

由P=UI可得，该电饼铛正常加热时的总电流：

—力口热=1320W=6A.

U220V

(2)由图丙可知，电饼铛保温时的功率P保=0.44kW=440W,

由题意可知，开关S闭合、Si断开时，电路为R2的简单电路，电饼铛处于保温状态,

由P=U1=乜一可得，

R

R2的电阻:

R-M=(220V)2

11OU；

'P保温440W

（3）由图丙可知，本次烙饼加热的时间t加=4min=240s,保温时间t保=2min=120s,

由P=此可得，本次烙饼共消耗的电能：

t

5

W=PSut）jn+P«tw=1320WX240s+440WX120s=3.696X10J»

答：（l）该电饼铛正常加热时的总电流为6A；

（2）R2的电阻为110U；

（3）本次烙饼共消耗的电能为3.696Xl（）5j。

0电源220V50Hz额定加热功率16.0kW

内胆尺寸420X700mm水箱容积120L

设计压力0.29MPa