2024年中考物理重點(diǎn)難點(diǎn)專練31電熱計(jì)算含解析

Page1專項(xiàng)七計(jì)算專題重難點(diǎn)31電熱計(jì)算【學(xué)問梳理】1.串聯(lián)式加熱模型：如上圖所示，對于兩個電阻串聯(lián)后組成的加熱裝置，都可以等效為這種模型。當(dāng)S閉合時，R1被短路，只有R2工作，這時處于加熱狀態(tài)，R2為一個阻值較小的電阻。當(dāng)S斷開后，R1、R2串聯(lián)，電路處于“保溫”狀態(tài)，R1是一個阻值較大的電阻。對這類問題涉及的主要計(jì)算公式為：（1）R2=U2/P加熱；（2）R=R1+R2=U2/P保溫；（3）P=PR1+PR2；（4）W=Pt。2.并聯(lián)式加熱模型：如上圖所示，對于將電阻并聯(lián)后的加熱裝置原理，都可以等效為這個模式。當(dāng)S閉合時，只有R2工作，處于低溫檔（或保溫檔），當(dāng)S、S0同時閉合時，處于加熱狀態(tài)，或者“高溫檔”。這里R2的阻值一般比R1大，用作保溫加熱。計(jì)算該類題目的常見公式：（1）P保溫=U2/R2；（2）R=R1R2R1+R2；（3）P=PR1+PR2【易混淆點(diǎn)】1.對電熱器處于什么檔位是“保溫”還是“加熱”區(qū)分不清：一般電路中電加熱絲處于串聯(lián)狀態(tài)（串聯(lián)式）或并聯(lián)式中一個支路工作時為“保溫”狀態(tài)。2.對公式記憶或推導(dǎo)易出錯。平常多加公式變式及推導(dǎo)的實(shí)力學(xué)習(xí)?！镜淅治觥俊纠?】(2024齊齊哈爾30)如圖甲所示是某品牌電飯煲，圖乙是該電飯煲的原理圖。它有高溫柔保溫兩檔，通過開關(guān)S進(jìn)行調(diào)整，R0與R為阻值不同的電熱絲。現(xiàn)在將該電飯煲接在220V的電源上，用高溫檔工作時，電路的總功率為1000W；用保溫檔工作時，電路的總功率為440W．已知c水＝4.2×103J/（kg℃）。求：（1）電飯煲在高溫檔時，開關(guān)S應(yīng)（選填“閉合”或“斷開”）。（2）電熱絲R0的阻值是多少？（3）當(dāng)電飯煲處于保溫檔時，電路中的電流是多少？（4）用電飯煲將質(zhì)量為2kg的水加熱，使其溫度上升30℃，則水汲取的熱量是多少？【答案】（1）閉合（2）48.4Ω（3）2A（4）2.52×105J【分析】（1）由公式P＝U2/R可知：電壓肯定時，P與R成反比，開關(guān)S應(yīng)閉合時，電阻R被短路電路中的電阻最小，電路的電功率最大。所以電飯煲在高溫檔時，開關(guān)S應(yīng)閉合。（2）由公式P＝U2/R電熱絲R0的阻值是：R0=U2P高=（220V（3）由題意分析可知：開關(guān)S斷開時，電路串聯(lián)，電路的總電阻最大，電路的總功率最小，電路處于保溫狀態(tài)。由公式P＝UI得當(dāng)電飯煲處于保溫檔時，電路中的電流是：I保＝P保/U=440W/220V=2A。（4）水汲取的熱量：Q＝cm△t＝4.2×103J/（kg℃）×2kg×30℃＝2.52×105J。【思路小結(jié)】奇妙利用公式P＝U2/R可以解決許多問題：求燈泡或電阻絲的電阻；求實(shí)際功率；求實(shí)際電壓等。留意將熱學(xué)計(jì)算與電學(xué)相關(guān)計(jì)算有機(jī)結(jié)合，是解好電熱計(jì)算的關(guān)鍵?！纠?】（2024宿遷市）某電器廠設(shè)計(jì)了一種具有高、中、低溫三擋的家用電火鍋，該火鍋產(chǎn)品銘牌和電路圖如圖所示：額定電壓220V額定功率高溫檔中溫檔低溫檔880W440W220W（1）當(dāng)開關(guān)S1斷開，S2接a時，該電火鍋選用______檔工作（選填“高溫”、“中溫“或“低溫”）。（2）當(dāng)電火鍋運(yùn)用中溫檔正常工作時，電路中電流是多大？接入電路的電熱絲的阻值是多少？（3）用電火鍋高溫檔在額定電壓下燒水7分鐘，電流做了多少功？若電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被水汲取，在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，能使1kg初溫為20℃的水上升多少℃（c水=4.2×103J/（kg?℃））？【答案】（1）低溫（2）2A110Ω（3）3.696×105J80℃【分析】（1）由圖知，當(dāng)S1斷開，S2接a端，R1和R2串聯(lián)，此時電路的總電阻最大，由P=U2/R可知，此時總功率最小，該電火鍋選用的是低溫檔工作。

（2）由表可知，中文檔工作時的電功率為P中溫=440W。所以此時電路中的電流：I中溫=P中溫/U=440W/220V=2A。接入電路的電熱絲的阻值：R中溫=U/I中溫=220V/2A=110Ω。

（3）查表可知：用電火鍋高溫檔在額定電壓下工作的電功率為P高溫=880W,t=7min=420s.所以電流做的功：W=P高溫t=880W×420s=3.696×105J。因電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被水汲取，則有Q吸=W。1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點(diǎn)為100℃，水的初溫t初溫=20℃。由Q吸=cm△t可得：△t=Q吸c(diǎn)m=Wcm=3.696×105J4.2×103J/（kg.℃）×1kg=88℃。t末溫=t初溫+△t=20℃+88℃=108℃。因?yàn)樵?個標(biāo)準(zhǔn)大氣【思路小結(jié)】1.依據(jù)加熱模式和詳細(xì)電路，仔細(xì)分析當(dāng)前所處的狀態(tài)。2.靈和選用和變形公式。3.留意是在“一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下對水加熱”，所以水的末溫最高是水的沸點(diǎn)100℃?！菊骖}操練】1.（2024淮安22）如圖所示為某養(yǎng)生壺的電路原理圖，其中R1和R2，都是發(fā)熱電阻。該壺有“加熱”和“保溫”兩種工作狀態(tài)。該壺銘牌上供應(yīng)的部分信息如下表所示：（1）該壺允許裝入水的最大質(zhì)量是多少kg？（水的密度ρ水＝1.0×103kg/m3）（2）S1、S2閉合后，該壺在額定電壓下工作時的發(fā)熱功率是多少W？結(jié)合表格數(shù)據(jù)推斷電路處于哪一種工作狀態(tài)？（3）R2阻值是多少Ω？（4）用該壺加熱2L的水，溫度由50℃上升到100℃，水須要汲取多少J熱量？該壺消耗的電能80%被水汲取，該過程須要消耗多少J電能？（水的比熱容c水＝4.2×103J/（kg?℃）【答案】（1）2kg（2）加熱狀態(tài)（3）42Ω（4）4.2×105J5.25×105J【解析】（1）由表格數(shù)據(jù)可知，該壺允許裝入水的最大體積：V＝2L＝2dm3＝2×10﹣3m3；由ρ＝m/v可得:壺允許裝入水的最大質(zhì)量：m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×2×10﹣3m3＝2kg。（2）由電路圖可知：S1、S2閉合后，電路為R1的簡潔電路，由表格數(shù)據(jù)可知，R1＝44Ω，該壺在額定電壓下工作時的發(fā)熱功率：P1=U2R1=（3）由電路圖可知，S1閉合、S2斷開時，R1與R2串聯(lián)，養(yǎng)生壺處于低溫檔，此時電路的總電阻：R=U2P低=（220V）2R2＝R﹣R1＝242Ω﹣200Ω＝42Ω。（4）用該壺加熱2L的水，溫度由50℃上升到100℃，水須要汲取的熱量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg?℃）×2kg×（100℃﹣50℃）＝4.2×105J；由η＝Q吸/W×100%可得:該過程須要消耗的電能：W=Q吸η=4.2×105J答：（1）該壺允許裝人水的最大質(zhì)量是2kg；（2）S1、S2閉合后，該壺在額定電壓下工作時的發(fā)熱功率是1100W，電路處于加熱狀態(tài)；（3）R2阻值是42Ω；（4）用該壺加熱2L的水，溫度由50℃上升到100℃，水須要汲取4.2×105J的熱量，該壺消耗的電能80%被水汲取，該過程須要消耗5.25×105J的電能。2.(2024益陽市)某居民家安裝了一臺電熱水器，其銘牌標(biāo)示如下表所示。加滿20℃的水后加熱至70℃，已知水的比熱容c水=4.2×103J/(kg·℃)，干木材的熱值q=1.2×107J/kg

。（1）水須要汲取多少熱量？（2）電熱水器正常工作時至少須要多長時間？（3）假如用干木材替代電熱水器燒水，效率為14%，須要多少干木材？

××型電熱水器額定加熱功率2400W加熱方式電加熱器額定電壓220V平安等級防觸電愛護(hù)一類溫度設(shè)定范圍20℃~90℃凈重20kg容量40L整機(jī)外形尺寸530mm×400mm×400mm出廠日期2024年5月15日【答案】（1）8.4×106J（2）3500s（3）5kg【解析】（1）由表中的參數(shù)可知：加滿水后水的體積V=40L=4×10-2m3,水的質(zhì)量為m=ρV=1.0×103kg/m3×4×10-2m3=40kg。題設(shè)中水的初溫t初溫=20℃，末溫t末溫=70℃，所以水汲取的熱量Q吸=cm（t末溫-t初溫）=4.2×103J/(kg·℃)×40kg×（70℃-20℃）=8.4×106J。（2）產(chǎn)生這些熱量，所需的電能的最低量就是電能全部轉(zhuǎn)化完成內(nèi)能，而且沒有熱量損失的情形。此時W=Q吸。查銘牌表可知：電熱水器正常工作時的額定加熱功率為P=2400W。所以須要的加熱時間t=W/P=Q吸/P=8.4×106J/2400W=3500s。（3）由η=Q吸/Q放×100%，可得須要干木柴放出的熱量為Q放=Q吸η=8.4×106J須要感木柴的質(zhì)量m柴=Q放/q=6×107J/1.2×107J/kg=5kg。答：（1）水須要汲取8.4×106J熱量；（2）電熱水器正常工作時至少須要3500s；（3）假如用干木材替代電熱水器燒水，效率為14%，須要5kg干木材。

3.（2024天津市）某電熱水壺銘牌的部分信息如下表所示。該電熱水壺正常工作時，把1kg水從20℃加熱到100℃用時7min，已知c水=4.2×103J/（kg?℃），求：（1）水汲取的熱量；

（2）電熱水壺的熱效率。型號xx額定電壓220V額定功率1000W頻率50Hz【答案】（1）3.36×105J（2）為80%

【解析】（1）水汲取的熱量：Q吸=c水m（t末溫-t初溫）=4.2×103J/（kg?℃）×1kg×（100℃-20℃）=3.36×105J。

（2）查表可知：電熱水壺正常工作時的功率P=1000W,工作時間t=7min=420s。電熱水壺消耗的電能：W=Pt=1000W×420s=4.2×105J。電熱水壺的熱效率：η=Q吸W×100%=答：（1）水汲取的熱量為3.36×105J（2）電熱水壺的熱效率為80%。

4.（2024重慶A20）水燒開后持續(xù)沸騰段時間用于飲用更利于人體健康，為了滿意這個要求，小羅設(shè)計(jì)了多檔位節(jié)能電燒水壺，電路原理如圖20甲。其中開關(guān)s為防干燒溫控開關(guān)，通常狀況閉合定值電阻R1、R2為加熱電阻,且R1為48.4Ω,R2阻值為R1的2倍。通過滑動金屬滑軒上的滑塊P,使它在不同的位置接觸觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多檔位改變(圖20乙)。他測得燒水壺用中功率檔給熱水保溫時，正常工作24s,將1kg的水從750C加熱到800C。[已知c水=4.

2x103J/(kg.℃),不計(jì)溫度對電阻的影響]求:(1)此加熱過程中熱水所汲取的熱量Q；

(2)此加熱過程中燒水壺的熱效率η(η=Q/W，W為所消耗的電能)；(3)用電高峰時，他請父母斷開家中除燒水壺外的全部用電器，用燒水壺高功率檔加熱一段時間后起先計(jì)時經(jīng)過30s。后水沸騰，再以低功率檔持續(xù)加熱30s,視察到電能表轉(zhuǎn)盤在這60s內(nèi)轉(zhuǎn)了27轉(zhuǎn)(電能表盤如圖20丙)，燒水壺工作的際電壓U實(shí)是多少。

【答案】（1）2.1×104J（2）87.5%（3）198V【解析】（1）水汲取的熱量：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg.℃）×1kg×（80℃-70℃）=2.1×104J。（2）此加熱方式為中功率檔：P中=U2R1=（220V）2η=Q吸W×100%=（3)由電能表數(shù)據(jù)可得：W實(shí)=nN=27r2000r（KW.h）=0.0135KW.h=4.86×104J。R2=2R1=2×48.4Ω=96.8Ω。由于W實(shí)為高功率與低功率共同消耗的電能；由圖可得：處于高功率擋時，R1與R2并聯(lián)，P高=U實(shí)2R1W實(shí)=W高+W低=P高t高+P低t低=（U實(shí)2R1+U實(shí)2R4.86×104J=（U實(shí)248.4Ω+U實(shí)答：（1）此加熱過程中熱水所汲取的熱量為2.1×104J；（2）此加熱過程中燒水壺的熱效率為87.5%；（3）燒水壺工作的際電壓U實(shí)是198V。5.（2024黔西南22）如圖是一款可以設(shè)定不同出水溫度的電熱飲水器原理示意圖，R是加熱電阻絲，阻值為44Ω，Rt是熱敏電阻，其阻值與溫度的關(guān)系式為Rt＝5+0.5t（式中Rt單位是Ω，t的單位是℃），R0是設(shè)定溫度的變阻器。限制電路中，電源電壓為3V，當(dāng)電磁繼電器線圈中的電流小于等于10mA時，銜鐵片會彈起，觸點(diǎn)分別，熱水器停止加熱。[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]（1）假如將水只加熱到80℃，閉合開關(guān)，則滑動變阻器的阻值要調(diào)到多大？（電磁鐵線圈電阻忽視不計(jì)）（2）容器內(nèi)裝有700mL、初溫為20℃的水，將其加熱到100℃，用時4min，則該飲水器正常工作時加熱效率是多少？【答案】（1）255Ω（2）89.1%【解析】（1）由題意可知，當(dāng)設(shè)定的溫度為80℃時，停止加熱時限制電路的電流I＝10mA＝0.01A，限制電路的總電阻：R總＝U/I=3V/0.01A＝300Ω，由Rt＝5+0.5t可得:此時熱敏電阻的阻值為45Ω。因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以，滑動變阻器的阻值要調(diào)到的大?。篟0＝R總﹣Rt＝300Ω﹣45Ω＝255Ω。（2）容器內(nèi)水的體積：V＝700mL＝700cm3，容器內(nèi)水的質(zhì)量：m＝ρV＝1.0g/cm3×700cm3＝700g＝0.7kg；水汲取的熱量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg?℃）×0.7kg×（100℃﹣20℃）＝2.352×105J，該飲水器正常工作4min消耗的電能：W=U工作2R×t=該飲水器正常工作時加熱效率：η=Q吸W×100%=答：（1）滑動變阻器的阻值要調(diào)到255Ω；（2）該飲水器正常工作時加熱效率約為89.1%。6.(2024黔東南州24)小明媽媽為奶奶買了一個電熱足浴盆（如圖所示）內(nèi)部加熱系統(tǒng)和按摩系統(tǒng)兩部分組成。加熱系統(tǒng)的加熱電阻額定電壓為220V，額定功率為605W，問：(1)小明幫奶奶泡腳時，向足浴盆中加入6kg初溫為20℃的水，加熱系統(tǒng)的加熱電阻正常工作16min將水加熱到40°C，此加熱過程中汲取的熱量是多少？（c水=4.2×103J/(kg·°C)）(2)加熱系統(tǒng)加熱時熱效率是多少？（結(jié)果精確到0.1%）(3)當(dāng)小明家實(shí)際電壓是200V，加熱電阻工作的實(shí)際功率是多少？（加熱電阻阻值不隨溫度改變而改變）(4)足浴盆按摩系統(tǒng)中的電動機(jī)工作電壓是12V（按摩系統(tǒng)將溝通電壓轉(zhuǎn)換為12V），工作電流為4A，其電阻為0.5Ω，電動機(jī)工作中因發(fā)熱損失的功率是多少？【答案】(1)5.04×105J(2)86.8%(3)500W(4)8W【解析】(1)加熱過程中水汲取的熱量：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg.℃）×6kg×（40℃-20℃）=5.04×105J。(2)加熱系統(tǒng)加熱時消耗的電能：W=Pt=605W×16×60s=5.808×105J。則熱效率：η=Q吸W×100%=(3)加熱電阻的阻值：R=U額2P額=（220V）2605W=80Ω；當(dāng)小明家的實(shí)際電壓是200V，加熱電阻工作的實(shí)際功率(4)電動機(jī)工作過程中要發(fā)熱，損失功率：P損=I2R電動機(jī)=（4A）2×0.5Ω=8W。答：(1)加熱過程中水汲取的熱量是5.04×105J；(2)加熱系統(tǒng)加熱時的熱效率是86.8%；(3)當(dāng)小明家實(shí)際電壓是200V，加熱電阻工作的實(shí)際功率是500W；(4)電動機(jī)工作中因發(fā)熱損失的功率是8W。7.（2024婁底市）小明家某型號電熱加濕器的原理圖如圖甲，R1、R2都是發(fā)熱電阻，不考慮溫度對電阻的影響，且R2=3R1；S為旋轉(zhuǎn)型開關(guān)，1、2、3、4為觸點(diǎn)，通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)S可實(shí)現(xiàn)“關(guān)”、“低擋”、“高擋”之間的切換（低擋為小功率加熱，高擋為大功率加熱），其部分技術(shù)參數(shù)如下表。額定電壓（V）220高檔發(fā)熱功率（W）400注水倉最大注水量（kg）3（1）開關(guān)處于圖示位置，電熱加濕器的狀態(tài)是_____（選填“關(guān)”“低檔”或“高檔”）

（2）求電熱加濕器中R1的阻值；

（3）某次運(yùn)用加濕器在額定電壓下工作，加濕器注水倉中加注冷水已達(dá)到最大注水量，其工作30min的功率與時間圖象如圖乙所示，假如電阻R1在此次高擋加熱時產(chǎn)生的熱量全部被水汲取，可以使注水倉中冷水的溫度上升多少℃？[計(jì)算結(jié)果保留整數(shù)，水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃）]

（4）某一天，小明斷開家中其他全部用電器，只接通加濕器在低檔加熱，發(fā)覺家中3000revs/（kW?h）的電能表轉(zhuǎn)盤在400s內(nèi)轉(zhuǎn)了27圈，求此時電阻R2的實(shí)際功率是多少？【答案】