專題59 電學(xué)與熱學(xué)綜合計算類問題（原卷版+解析版）--【奪分寶典】中考物理力熱電綜合體系必考重難點（專練）-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

專題59 電學(xué)與熱學(xué)綜合計算類問題
1. （2023湖南懷化）甲圖是一款恒溫箱的內(nèi)部原理電路圖，工作電壓220V，電熱絲的阻值為44Ω；控制電路電源電壓為8V，繼電器線圈的電阻，滑動變阻器（調(diào)溫電阻）的最大阻值為130Ω；熱敏電阻的阻值隨溫度t變化的關(guān)系如乙圖所示。和均置于恒溫箱中，當(dāng)繼電器線圈中電流達到50mA，繼電器的銜鐵會把彈簧片吸到左邊，右邊工作電路斷電停止加熱。求：
（1）加熱時，經(jīng)過的電流?
（2）當(dāng)最高控溫設(shè)置在時，滑動變阻器接人電路中的阻值應(yīng)為多少?
（3）利用恒溫箱把1kg的牛奶從加熱到，牛奶吸收多少熱量?（牛奶的比熱容（））
（4）把1kg的牛奶從加熱到需要2min，則該恒溫箱的加熱效率為多少?（結(jié)果精確到0.1%）

【答案】（1）；（2）；（3）；（4）
【解析】（1）如圖，恒溫箱加熱時，經(jīng)過的電流為
（2）如圖乙所示，當(dāng)最高控溫設(shè)置在時，熱敏電阻，繼電器線圈中電流達到50mA，則圖甲中三個電阻串聯(lián)的總電阻為
則滑動變阻器接人電路中的阻值應(yīng)為
（3）利用恒溫箱把1kg的牛奶從加熱到，牛奶吸收多少熱量為
（4）如圖甲，恒溫箱將牛奶加熱這2min需要消耗的電能為
則該恒溫箱的加熱效率為
答：（1）加熱時，經(jīng)過的電流為；
（2）當(dāng)最高控溫設(shè)置在時，滑動變阻器接人電路中的阻值應(yīng)為；
（3）恒溫箱把1kg的牛奶從加熱到，牛奶吸收熱量為；
（4）該恒溫箱的加熱效率為。
2. （2023湖南岳陽）小明同學(xué)設(shè)計了一款自動控溫?zé)畨兀潆娐吩砣鐖D甲所示。S1為溫控開關(guān)，當(dāng)溫度低于98℃時自動閉合，當(dāng)溫度達到100℃時自動斷開。電源電壓恒為220V，S為總開關(guān)。R為水壺的電熱絲，其阻值是44Ω。
（1）求R工作時的電流；
（2）求R工作時的電功率；
（3）某次燒水過程中，壺的加熱效率恒為75%，水的初溫為20℃，質(zhì)量視為不變。從開關(guān)S閉合到溫控開關(guān)S1第一次斷開水吸收的熱量為2.64×105J，S1每次斷開的時間均為48s。將S1第一次斷開時作為計時起點，作出此后水的溫度—時間圖像如圖乙。求S1第一次斷開后220s內(nèi)電路消耗的總電能。

【答案】（1）5A；（2）1100W；（3）35200J
【解析】（1）電源電壓恒為220V，水壺的電熱絲的阻值是44Ω，則工作時的電流為
（2）電熱絲電阻的電功率為
（3）根據(jù)從開關(guān)S閉合到溫控開關(guān)S1第一次斷開水吸收的熱量為2.64×105J，可求水的質(zhì)量為
當(dāng)把水從98℃加熱至100℃，吸收的熱量為
則消耗的電能為
那么需要加熱的時間為
所以當(dāng)溫控開關(guān)S1閉合到自動斷開，所需要的時間為
所以根據(jù)計算，可知S1第一次斷開后220s內(nèi)，電路中一共加熱4次，由上述計算可知，加熱一次需要消耗的電能為8800J，那么該次加熱需要消耗的總電能為
3. 如圖甲是某電熱水壺的電路圖，銘牌如圖乙。R為加熱器，溫控器S是一個雙金屬片溫控開關(guān)，當(dāng)溫度較低時，其處于閉合狀態(tài)，加熱器加熱。當(dāng)水沸騰后，S會自動斷開進入保溫狀態(tài)，從而實現(xiàn)了自動溫度開關(guān)控制（設(shè)加熱器電阻阻值一定）。[已知:水的比熱容c=4.2103J/（kg·℃），1L=10-3m3]。求：
（1）該電熱水壺正常加熱工作時，其加熱器的阻值是多少？
（2）該電熱水壺正常加熱工作時，對加熱器通電10s產(chǎn)生的熱量是多少？
（3）將電熱水壺裝滿初溫為25℃的水加熱到75℃，水吸收的熱量是多少?
（4）用如圖丙所示的電能表單獨測量該電熱水壺消耗的電能，實際加熱時。3min電能表中間的鋁質(zhì)圓盤轉(zhuǎn)動了24轉(zhuǎn)，此時電路消耗的實際功率是多少?
【答案】（1）48.4Ω；（2）10000J；（3）525000J；（4）0.8kW
【解析】（1）當(dāng)溫度較低時，溫控器S處于閉合狀態(tài)，而R0短路，電路為R的簡單電路，電路電阻較小，根據(jù)P=可知，電水壺處于加熱狀態(tài)，由表中數(shù)據(jù)知加熱功率為1000W，由P=UI=得，加熱電阻的阻值為
R====48.4Ω
即加熱器的阻值是48.4Ω。
（2）若正常工作時，對加熱器通電10s產(chǎn)生的熱量
Q=W=P加熱t(yī)=1000W×10s=10000J
即加熱器通電10s產(chǎn)生的熱量是10000J。
（3）一滿壺水的質(zhì)量
m=V=1.0×103kg/m3×2.5×10-3m3=2.5kg
水吸收的熱量
Q吸=cmΔt=4.2103J/（kg·℃）×2.5kg×(75℃-25℃)=525000J
即水吸收的熱量是525000J。
（4）電熱水壺消耗的電能
W= kWh=0.04 kWh
電熱水壺的實際功率
P===0.8 kW
即電路消耗的實際功率是0.8 kW。
4.康康家有一臺家用電水壺如圖甲，他發(fā)現(xiàn)電水壺有加熱和保溫兩種功能。如圖乙所示是其內(nèi)部電路的簡圖，、均為加熱電阻，通過旋轉(zhuǎn)旋鈕開關(guān)可以實現(xiàn)加熱和保溫兩種功能的切換。電水壺加熱功率為，保溫功率為。[，]求：
(1)把的水從40℃加熱到100℃，水需要吸收的熱量；
(2)不計熱量損失，使用電水壺的加熱擋完成問題(1)中的加熱過程需要的時間；
(3)忽略溫度對電阻阻值的影響，加熱電阻的阻值。
【答案】(1)1.26×105J；(2)126s；(3)1051.6Ω
【解析】(1)水的質(zhì)量為
水需要吸收的熱量為
(2)由于不計熱量損失，所以電水壺的加熱擋消耗的電能為
由得，電水壺加熱過程需要的時間為
(3)當(dāng)旋鈕開關(guān)接2時，只有接入電路，此時為加熱狀態(tài)
由，得
已知家庭電路的電壓是，所以R2的阻值為
當(dāng)旋鈕開關(guān)接1時，與串聯(lián)，此時為保溫狀態(tài)，電路中的總電阻為
根據(jù)歐姆定律及串聯(lián)電路電流、電壓規(guī)律得R1的阻值為
5. （2023黑龍江大慶）圖甲為某品牌飲水機及其銘牌，圖乙為其內(nèi)部簡化電路圖，該飲水機有加熱和保溫兩個擋位。R1、R2均為電熱絲，當(dāng)熱水箱中水溫降至70℃時通過自動開關(guān)S2切換到加熱擋，當(dāng)溫度達到100℃時自動切換到保溫擋，飲水機始終在額定電壓下工作，已知c水=4.2×103J/（kg·℃）。求：
（1）電熱絲R1的阻值；
（2）熱水箱中的水由70℃加熱到 100℃所吸收的熱量；
（3）飲水機處于保溫擋工作22s時間內(nèi)電熱絲R1產(chǎn)生的熱量。

【答案】（1）440Ω；（2）；（3）2000J
【解析】（1）由圖乙可知，當(dāng)開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2接b時，電路中只有R2，由可知，飲水機處于加熱狀態(tài)，則R2的阻值為
當(dāng)開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2接a時，R1和R2串聯(lián)，總電阻最大，由可知，飲水機處于保溫狀態(tài)，則此時電路的總電阻為
則電熱絲R1的阻值為
（2）根據(jù)可得，熱水箱中的水由70℃加熱到 100℃所吸收的熱量為
（3）當(dāng)飲水機處于保溫擋工作時，由歐姆定律可得，電路中電流為
根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點和可得，飲水機處于保溫擋工作22s時間內(nèi)電熱絲R1產(chǎn)生的熱量為
答：（1）電熱絲R1的阻值為440Ω；
（2）熱水箱中的水由70℃加熱到 100℃所吸收的熱量為；
（3）飲水機處于保溫擋工作22s時間內(nèi)電熱絲R1產(chǎn)生的熱量為2000J。
6. 如圖為小明家的電壓力鍋，圖是它的銘牌，在鍋內(nèi)裝入2.5kg初溫為15℃的食材，加熱至 95℃，已知，問：
（1）電壓力鍋加熱時，電流為______A，電阻為______Ω；
（2）此過程中，食材吸熱______J；這些熱量相當(dāng)于完全燃燒______m3天然氣放出的熱量；
（3）若該壓力鍋的加熱效率為 80%，此加熱過程需要多長時間？

【答案】（1） 5 44 （2）6.6×105 0.015 （3） 750s
【解析】（1）由圖可知，電壓力鍋加熱功率為1100W，額定電壓為220V，由可得電壓力鍋加熱時的電流
由可得電阻
（2）食材吸收熱量
根據(jù)題意，由可得這些熱量相當(dāng)于天然氣完全燃燒所需的體積，即
（3）若該壓力鍋的加熱效率為 80%，根據(jù)可得加熱這些食材所需要的電能
由可得加熱過程所需時間
答：（1）電壓力鍋加熱時，電流為5A，電阻為44Ω；
（2）食材吸熱6.6×105J；這些熱量相當(dāng)于完全燃燒0.015m3天然氣放出的熱量；
（3）若該壓力鍋的加熱效率為 80%，此加熱過程需要750s。
7. （2023山東濰坊）恒溫箱廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、科研、化工等行業(yè)部門，圖示為某恒溫箱的工作原理圖。S為電源開關(guān)，通過控制溫控開關(guān)可實現(xiàn)“保溫”“加熱”兩個擋位間的切換。電源電壓，、是電熱絲，，“加熱”時恒溫箱的電功率。將恒溫箱兩氣孔封閉，閉合開關(guān)S，置于“加熱”擋位，箱內(nèi)溫度從升至設(shè)定的恒溫溫度，用時130s，該段時間內(nèi)的加熱效率。恒溫箱的容積，箱內(nèi)空氣密度，箱內(nèi)空氣的比熱容。求：
（1）“保溫”時恒溫箱的電功率；
（2）電熱絲的阻值；
（3）恒溫箱的恒溫溫度。

【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）由圖可知，當(dāng)閉合開關(guān)S，溫控開關(guān)S1置于右邊兩個觸點時，R1和R2并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電阻特點可知，此時電路中的總電阻最小，由可知，電路中的總功率最大，恒溫箱處于加熱擋，當(dāng)閉合開關(guān)S，溫控開關(guān)S1置于左邊觸點時，只有R1工作，電路中的總電阻最大，總功率最小，恒溫箱處于保溫擋，“恒溫”時恒溫箱的電功率為
（2）由于并聯(lián)電路中各用電器的電功率之和等于電路的總功率，則加熱擋工作時R2的電功率為
由可知，R2阻值為
（3）由可知，恒溫箱消耗的電能為
由可知，恒溫箱內(nèi)氣體吸收的熱量為
由可知，恒溫箱內(nèi)氣體的質(zhì)量為
由可知，恒溫箱的恒溫溫度為
（1）“保溫”時恒溫箱的電功率為；
（2）電熱絲的阻值為；
（3）恒溫箱的恒溫溫度為。
8. （2023遼寧營口）某款帶保溫功能的電水壺，其簡化電路圖如圖所示，S為總開關(guān)， S1為自動控制開關(guān)， R1和R2為阻值不變的發(fā)熱電阻，R2=840Ω，加熱功率為 1210W，電水壺將質(zhì)量1kg、初溫20℃的水燒開，加熱效率為84%。[c 水=4.2×103J/(kg?℃)，標準大氣壓]求：
（1）水吸收的熱量；
（2）把水燒開需要多長時間（結(jié)果保留整數(shù)）；
（3）電水壺的保溫功率。

【答案】（1）3.36×105J；（2）331s；（3）55W
【解析】
（1）在一個標準大氣壓下，將1kg、20℃的水燒開即為100℃，溫度升高了80℃，則水吸收的熱量為
（2）加熱器加熱過程中將電能轉(zhuǎn)化內(nèi)能，加熱器加熱效率為84%，根據(jù)熱平衡方程可得
即把水燒開所需時間
（3）電源電壓為220V，R1和R2為阻值不變的發(fā)熱電阻，當(dāng)閉合開關(guān)S、S1時，只有電阻R1接入電路，此時為高溫檔，由公式
可得
當(dāng)只閉合開關(guān)S時，R1和R2串聯(lián)，電阻最大，電水壺為保溫檔，電路中總電阻為
R總= R1+R2=40Ω+840Ω=880Ω
保溫功率為
答：（1）電水壺將質(zhì)量1kg、初溫20℃的水燒開，水吸收的熱量3.36×105J；
（2）電熱水壺把水燒開需要的時間約為331s；
（3）電水壺的保溫功率為55W。
9. （2023山東東營）小明家購置了一款多功能電暖器。如圖甲所示，其內(nèi)裝有4kg導(dǎo)熱油，轉(zhuǎn)動旋鈕可實現(xiàn)高、中、低不同擋位之間的切換，圖乙是其內(nèi)部電路原理圖，其中四個發(fā)熱電阻阻值相同。
（1）電暖器低溫擋工作時，開關(guān)應(yīng)處于_____位置（選填“1”“2”或“3”）。
（2）已知中溫擋額定功率為1000W，求電阻R的阻值和高溫擋的額定功率。
（3）使用高溫擋正常工作5min，導(dǎo)熱油溫度由15℃升高到75℃，若消耗的電能有84%被導(dǎo)熱油吸收，求導(dǎo)熱油的比熱容。
（4）根據(jù)所學(xué)的電學(xué)知識，請你提出一條安全使用電暖器的建議。
【答案】（1）1 （2） 48.4Ω 2000W （3） 2.1×103J/(kg·℃) （4）大功率電器要接地線（合理即可）
【解析】（1）由電路圖可知，開關(guān)處于1位置時，兩個R串聯(lián)，總電阻為2R，開關(guān)處于2位置時，是一個R的簡單電路，開關(guān)處于3位置時，兩個R并聯(lián)，總電阻為。根據(jù)可知，當(dāng)開關(guān)處于1位置時，為低溫擋，當(dāng)開關(guān)處于2位置時，為中溫擋，當(dāng)開關(guān)處于3位置時，為高溫擋。
（2）中溫擋時，根據(jù)可知
高溫擋功率為
（3）高溫擋正常工作5min產(chǎn)生的熱量為
導(dǎo)熱油吸收的熱量為
導(dǎo)熱油的比熱容為
為了安全，大功率用電器應(yīng)接地線，以防觸電。
10.（2023江蘇泰州）小華查看家中電燉鍋的說明書后發(fā)現(xiàn)：電燉鍋有低溫、中溫、高溫三擋；電阻，，該電燉鍋的原理圖如圖所示。請解答：
（1）閉合開關(guān)S、S1，電燉鍋處于______擋；
（2）電燉鍋高溫擋的額定功率為多大？
（3）正常工作時，使用電燉鍋高溫擋加熱10min，可將一鍋1.5kg的湯從20℃加熱到100℃，電燉鍋的加熱效率是多少？（湯的比熱容取4×103J/(kg·℃)）

【答案】（1）低溫（2）1000W （3） 80%
【解析】（1）閉合開關(guān)S、S1時，只有電阻R1接入電路；閉合開關(guān)S、S2時，只有電阻R2接入電路；閉合開關(guān)S、S1、S2時，倆電阻并聯(lián)接入電路，有由并聯(lián)電路中總電阻小于任一分電阻，此時電路電阻最小；且R1=4R2，根據(jù)可知閉合開關(guān)S、S1時，電路電阻最大，功率最小，為低溫擋；根據(jù)可知閉合開關(guān)S、S1、S2時，電路電阻最小，功率最大，為高溫擋；閉合開關(guān)S、S2時，為中溫擋。
（2）已知閉合開關(guān)S、S1、S2時，為高溫擋；且R1=4R2，則高溫擋時電路電阻
故電燉鍋高溫擋的額定功率
（3）由可得，正常工作時，使用電燉鍋高溫擋加熱10min消耗的電能
1.5kg的湯從20℃加熱到100℃吸收的熱量
則電燉鍋的加熱效率
11. 某品牌家用電熱水器的簡化電路如圖所示，熱水器有快加熱、慢加熱和保溫三個工作狀態(tài)。熱水器內(nèi)裝有40kg的水，慢加熱額定功率為1210W，保溫額定功率為605W，R1、R2均為加熱電阻（溫度對電阻的影響忽略不計）。（水的比熱c=4.2×103J/（kg?℃））求：
(1)熱水器把水從20℃加熱到70℃時，水吸收的熱量是多少J？
(2)開關(guān)S1閉合，S2接b點時，電熱水器處于慢加熱工作狀態(tài)，電阻R1的阻值是多少Ω？
(3)電熱水器在快加熱工作狀態(tài)下正常工作，要產(chǎn)生2.42×106J的熱量，需要多少s？
【答案】(1)；(2)；(3)1000s
【解析】(1)熱水器把水從20℃加熱到70℃時，水吸收的熱量為
(2)根據(jù)
所以電阻R1的阻值是
(3)當(dāng)開關(guān)S1斷開，S2接b點時，電熱水器處于保溫工作狀態(tài)，此時
解得
當(dāng)開關(guān)S1閉合，S2接a點時，電熱水器處于快加熱工作狀態(tài)，此時的加熱功率為
根據(jù)
解得加熱時間為
12. 下表是小李家部分用電器的參數(shù)。
(1)表中所有用電器同時正常工作的總功率是多少千瓦？
(2)電飯鍋正常工作時的電流是多少？
(3)電烙鐵正常工作時的電阻是多少？
(4)小李家有一款電熱水壺、加熱效率是75%正常工作時，將質(zhì)量是3.63kg，初溫是20℃的水加熱至30℃，需要2.8min。小李在某次燒水時，發(fā)現(xiàn)這個電熱水壺的實際功率只有1000W，則這次燒水時，小李家的實際電壓是多少？（設(shè)電熱水壺電阻不受溫度影響）
【答案】(1)1.36kW；(2)5A；(3)484Ω；(4)200V
【解析】(1)表中所有用電器同時正常工作的總功率
P總=P鍋+P烙+P燈=1100W+100W+16W×10=1360W=1.36kW
(2)電飯鍋正常工作時的電流
I鍋=
(3)電烙鐵正常工作時的電阻
R烙=
(4)水吸收的熱量
Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×3.63kg×(30℃-20℃)=1.5246×105J
電熱水壺消耗的電能
W=
電熱水壺的額定功率
P額=
電熱水壺的電阻
R壺=
實際電壓
答：(1)表中所有用電器同時正常工作的總功率是1.36千瓦；
(2)電飯鍋正常工作時的電流是5A；
(3)電烙鐵正常工作時的電阻是484Ω；
(4)小李家的實際電壓是200V。
用電器
額定電壓/V
額定功率/W
數(shù)量/個
電飯鍋
220
1100
1
電烙鐵
100
1
節(jié)能燈
16
10

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