北师大版初中九年级物理专项素养综合练(十)电热的综合计算课件

第十三章电功和电功率专项素养综合全练(十)电热的综合计算类型一电功率、电热以及欧姆定律的应用1.(2023安徽中考)为估测一个电热水壶烧水时的电功率,小林在壶中装入质量为1kg的水,接入家庭电路中,通电加热210s,水温从20℃上升到70℃。已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。(1)求该过程中水吸收的热量;(2)若电流产生的热量全部被水吸收,请通过计算估测该热水

壶的电功率;(3)用上述方案估测出的电功率与实际功率相比,偏大还是偏

小?简要说明原因。答案

(1)2.1×105J

(2)1000W

(3)偏小,由于加热过程中

存在热量的损失,水吸收的热量会小于电热水壶消耗的电

能。解析

(1)水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×

(70℃-20℃)=2.1×105J;(2)若电流产生的热量全部被水吸收,

则电热水壶消耗的电能:W=Q吸=2.1×105J,电热水壶的电功

率:P=

=

=1000W;(3)加热过程中,由于存在热量的损失,水吸收的热量会小于电热水壶消耗的电能,根据P=

可知,估测的电功率会小于电热水壶的实际功率。2.(新考向·项目式学习)(2024河南卫辉期末)如图1是陈老师

办公室电热水壶的照片,如图2是其内部电路的简化图。电

路主要由并联的两个支路组成:一支路是由指示灯(2V0.1

W)和“限流电阻”串联而成;另一支路接有发热盘(发热电

阻)。已知电源电压为220V,水的比热容为4.2×103J·(kg·℃)-

1。

(1)判断“限流电阻”是“大电阻”还是“小电阻”(小于10

Ω为“小电阻”,大于100Ω为“大电阻”)。(直接写出你判

断的结论,无需证明和说明理由)

。(2)用该电热水壶给壶内1kg、20℃的水加热,已知加热功率

为1000W,加热时80%的热量被壶内的水吸收,求多长时间

可以将水烧开(一下标准大气压下)。大电阻答案

420s解析

(1)由图2可知,指示灯与限流电阻串联后再与发热盘

并联;根据并联电路的电压特点可知,指示灯和限流电阻两端

的电压之和等于电源电压220V,由P=UI可知,通过指示灯的

电流:IL=

=

=0.05A,根据串联电路的电流特点可知,通过限流电阻的电流:I限=IL=0.05A,根据串联电路的电压特点

可知,限流电阻两端的电压:U限=U-UL=220V-2V=218V,根据

I=

可知,限流电阻的阻值:R限=

=

=4360Ω>100Ω,所以限流电阻是大电阻;(2)一个标准大气压下,水的沸点是100℃,水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J·(kg·℃)-1×1kg×(10

0℃-20℃)=3.36×105J,由η=

可知,发热盘消耗的电能:W=

=

=4.2×105J,由P=

可知,将水烧开需要的时间:t'=

=

=420s。类型二电加热器多挡位计算3.(新考向·项目式学习)(2023青海中考改编)如图所示,是一款

家用电热水壶的电路图,该电热水壶有保温和加热两个挡

位。当闭合S和S1时,电热水壶处于加热状态;当闭合S,断开S1

时,电热水壶处于保温状态。求:容量:5L额定电压:220V加热功率:880W保温功率:110W(1)R2的阻值是多少;(2)电热水壶装满初温为32℃的水,加热至沸腾需要多长时

间(结果保留整数)。[当地水的沸点约为92℃,水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃),加

热效率η=90%,水的密度ρ=1.0×103kg/m3]

解析

(1)当闭合S和S1时,电热水壶处于加热状态,由图可知,

此时电路中只有R2工作,根据P=

可知,R2的阻值:R2=

=

=55Ω;(2)电热水壶中满壶水的体积V=5L=5dm3=5×10-3m3,由ρ=

可知,水的质量:m=ρV=1.0×103kg/m3×5×10-3m3=5kg,水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(92

℃-32℃)=1.26×106J,由η=

可知,电热水壶消耗的电能W=

=

=1.4×106J,由P=

可知,加热需要的时间:t'=

=

≈1591s。4.(新课标·模型建构)(2024陕西西安外国语学校月考)某种带

保温功能的电热水壶,其发热部分电路如图所示。已知电源

电压U=220V保持不变,电阻丝R1=110Ω、R2=88Ω。通过调

节开关S1、S2可以实现低温、中温、高温三挡的切换;当水

温降到60℃时,电路自动切换成低温挡进行保温。已知c水=

4.2×103J/(kg·℃)。(1)当电热水壶处于中温挡时,求电热水壶消耗的电功率;(2)当电热水壶分别处于高温挡与低温挡时,求通过电阻丝R1

的电流之比;(3)用电热水壶高温挡把m=2kg的水从t1=28℃加热到t2=100

℃,自动断电,其中电热水壶加热效率η=84%。当电热水壶中

水温降到60℃时,继续保温t=1.8h,电热水壶这次加热和保温

一共消耗多少度电?

解析

(1)当S1闭合,S2拨到B时,R1、R2并联;当S1断开,S2拨到A

时,R1、R2串联;当S1闭合,S2拨到A时,电路为R1的简单电路;因

为并联电路的总电阻小于各支路的电阻,串联电路中的总电

阻大于各串联导体的电阻,所以由P=UI=

可知,R1、R2并联时,电路中的电阻最小,电功率最大,电热水壶为高温挡;R1、R

2串联时,电路中的电阻最大,电功率最小,电热水壶为低温挡;

电路为R1的简单电路时,为中温挡;则中温挡电热水壶消耗的

电功率:P中温=

=

=440W;(2)高温挡通过电阻丝R1的电流:I1=

=

=2A,由串联电路的电阻特点和欧姆定律可知,低温挡通过电阻丝R1的电流:I1低温=I低温=

=

=

=

A,则电热水壶分别处于高温挡与低温挡时通过电阻丝R1的电流之比:

=

=

;(3)低温挡时,R1、R2串联,由串联电路的特点可知,此时电路的总电阻:R低温=R1+R2=1

10Ω+88Ω=198Ω,则低温挡的电功率:P低温=

=

=

W,由P=

可知,电热水壶保温消耗的电能:W保温=P低温t=

W×1.8×3600s=1.584×106J,水吸收的热量:Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-28℃)=6.04