2020年中考物理计算题解题方法全攻略(综合)专题4.5初中力热电综合计算题2577.pdf

专题 4.5 初中力热电综合计算题 解决力热电综合计算题一般涉及到的物理公式包括速度公式、密度公式、重力公式、压强公式、浮力公式、机械功和功率、机械效率公式、电功公式、电功率公式、物体吸热放热公式、热值公式、热效率公式等；涉及到的物理规律有二力平衡条件、液体压强规律、阿基米德原理、杠杆平衡条件、欧姆定律、焦耳定律、热平衡方程等。【例题 1】（2019 苏州）某款电热水壶的相关信息如表所示现在该水壶内装入质量为 1kg、初温为 20的水放置在水平桌面上接通电源使其正常工作，在标准大气压下将水烧开（不计热量损失），（c水=4.2103J/（kg），g=10N/kg）求：（1）装入水后水壶对桌面的压强p；（2）水吸收的热量Q；（3）将水烧开所需时间t。【答案】（1）装入水后水壶对桌面的压强为 750Pa；（2）水吸收的热量是 3.36105J；（3）电热水壶把这壶水烧开需要 336s。【解析】（1）壶内装入质量为 1kg的水，重力为：G水=mg=1kg10N/kg=10N，装入水后水壶对桌面的压力：F=10N+5N=15N；装入水后水壶对桌面的压强：典例突破 知识回顾 p=152001042=750Pa；（2）水壶装了质量为 1kg，初温为 20的水，标准大气压下水的沸点是 100，则水吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）=4.2103J（kg）1kg（100-20）=3.36105J；（3）不计热损失，W=Q吸，由P=额定可得电热水壶工作时间：t=额定=吸额定=3.361051000=336s。【例题 2】图甲是小明家安装的即热式热水器，其具有高、低温两档加热功能，低温档功率为 5500W，内部等效电路如图乙所示，R1和R2是两个电热丝。某次小眀用高温档淋浴时，水的初温是 20，淋浴头的出水温度为 40C，淋浴 20min 共用水 100L假设热水器电热丝正常工作且产生的热量全部被水吸收【c水=4.2103J/（kgC）】求：（1）电热丝R1的阻值。（2）该热水器高温档功率。【答案】（1）电热丝R1的阻值为 8.8；（2）该热水器高温档功率为 7000W。【解析】（1）由图知，两开关同时闭合时，两电阻并联，只闭合S1时，为R1的简单电路；因为并联的总电阻小于其中任一分电阻，根据P=2可知，只闭合S1时，电阻较大，功率较小，为低温档，电热丝R1的阻值：R1=2低=(220)25500=8.8；（2）用高温档淋浴时，淋浴 20min 共用水 100L，水的质量：m=V=1.0103kg/m310010-3m3=100kg；水从初温 20升高到 40C吸收的热量：Q=cmt=4.2103J/（kgC）100kg（40C-20C）=8.4106J；由题知，假设热水器电热丝正常工作且产生的热量全部被水吸收，则消耗的电能：W=Q=8.4106J；该热水器高温档功率：P高=8.41062060=7000W。1.（2019 陕西省）图甲是一个豆浆机的实物图，豆浆机的中间部位是一个电动机，电动机通过金属杆带动其下部的刀片旋转，从而将原料粉碎打浆；刀片外部是一个环状加热管（电热丝），用来对豆浆加热，该豆浆机的部分参数如表所示。制作豆浆的过程是加热和打浆交替进行，图乙是该豆浆机做好一次豆浆的P-t图象。求：额定电压 220V 频率 50Hz 电动机输入功率 110W 加热功率 1000W（1）加热管正常工作时电阻丝的阻值是多少？（2）在 811 分钟的时间内，设豆浆质量为 1.5kg，比热恒为 4103J/（kg），加热管产生的热量全被豆浆吸收，到第 11 分钟时豆浆温度恰好为 100，则第 8 分钟时豆浆温度为多少？（3）豆浆机在粉碎打浆时，电动机的内阻为 40，则电动机输出的机械功率是多少？【答案】（1）加热管正常工作时电阻丝的阻值是 48.4；（2）第 8 分钟时豆浆温度为 70。（3）豆浆机在粉碎打浆时，电动机的内阻为 40，则电动机输出的机械功率是 100W。【答案】（1）由P=2可得，豆浆机正常加热时电热管的电阻：中考达标训练题 R1=21=(220)21000=48.4；（2）由P=可得，加热管产生的热量Q=W=Pt=1000W360s=1.8105J，加热管产生的热量全被豆浆吸收，Q吸=W=1.8105J，由Q吸=cm（t-t0）可得，1.8105J=4103J/（kg）1.5kg（100-t0）解得t0=70。（3）电动机转动时，其电流I=输入=110220=0.5A，热功率为：P热=I2r=（0.5A）240=10W；其输入的电功率为：P入=110W，消耗的电能转化为内能和机械能，故电动机的机械功率为：P出=P入-P热=110W-10W=100W 2.（2019 大连模拟题）图甲为新型风暖浴霸，因其安全性能好、发热柔和，深受大家喜爱。它是利用电动机鼓动空气流动，通过加热元件加热冷空气带动室内升温。图乙是某型号风暖浴霸的简化电路图，其发热元件是两根阻值不变的电热丝 R1、R2主要参数如下表。项目 参数 额定电压（V）220 R1额定功率（W）1936 R2额定功率（W）968 电动机功率（W）44 适用面积（m2）10（1）开关均闭合，求浴霸正常工作时的干路电流是多少？（2）正常工作时，求 R1的阻值是多少？（3）实际电压为 200V 时，求 R2的实际功率是多少？（4）浴霸正常工作时，使容积为 20m3的房间空气温度升高 20，求室内空气吸收的热量是多少？（空气取 1.2kg/m3，c空气取 1.0103J/（kg），不考虑其他因素影响）【答案】（1）开关均闭合，浴霸正常工作时的干路电流是 13.4A。（2）正常工作时，R1的阻值是 25。（3）实际电压为 200V 时，R2的实际功率是 800W。（4）室内空气吸收的热量是 4.8105J。【解析】（1）开关均闭合时，R1、R2和电动机同时工作，电路总功率为：PP1+P2+P31936W+968W+44W2948W，由 PUI 可得，浴霸正常工作时的干路电流：I13.4A；（2）由 P可得 R1的阻值为：R125；（3）由 P可得 R2的阻值为：R250，实际电压为 200V 时，R2的实际功率为：P2800W；（4）室内空气的质量为：m空气V1.2kg/m320m324kg，空气吸收的热量为：Q吸c空气mt1.0103J/（kg）24kg204.8105J。3（2019 黑龙江大庆）某电热水壶及其铭牌如图所示，小明为了测量该电热水壶的实际功率和加热效率，进行了如下实验：关掉家里所有用电器，将该电热水壶装满水，接通电热水壶，测得壶中水温度从 25上升到 35所用的时间为 50s，同时观察到家中“220V10（40）A3200imp/kWh”的电子式电能表的指示灯闪烁了 80imp，水的比热容 c4.2103J/（kg）。请结合本次实验记录的数据，回答以下问题：（1）除电子式电能表外，小明还需下列哪些器材完成上述两个测量 （选填器材前面的序号）刻度尺温度计电压表秒表弹簧测力计（2）若小明利用水升温吸热计算消耗的电能，计算出电热水壶的功率和实际功率相比 （选填“偏大”、“偏小”或“相等”），主要原因是 。（3）电热水壶的实际功率是 W。（4）电热水壶的加热效率是 。【答案】（1）；（2）消耗的电能不可能完成转化成水的内能；偏小；（3）1800；（4）84%。【解析】（1）根据 P，测量该电热水壶的实际功率要测量时间，故用到秒表；根据 计算加热效率，在计算 Q 时要测量温度，故用到温度计；还需完成上述两个测量；（2）若小明利用水升温吸热计算消耗的电能，因消耗的电能不可能完成转化成水的内能，根据 P，故计算出电热水壶的功率和实际功率相比偏大。（3）220V10（40）A3200imp/KWh”的电子式电能表的指示灯闪烁了 80imp，则消耗的电能为：W80kWh3.6106J9104J；电热水壶的实际功率是：P1800W（4）由题意知，水的体积为 1.8L，水的质量：mV1.0103kg/m31.8103m31.8kg；壶中水温度从 25上升到 35吸收的热量：Qcmt4.2103J/（kg）1.8kg（3525）7.56104J；电热水壶的加热效率是：100%84%。4（2017东营）进入三月份以来，东营街头出现了一种共享电动汽车。下表是这种汽车的主要参数。（g取 10N/kg）空车质量 800kg 每个轮胎与地面接触面积 50cm2 电池容量 44kWh 标准承载 200kg 最大续航（充满电最大行驶路程）200km 所受阻力与汽车总重的比值 0.09（1）电动机是电动汽车的核心部分，电动机工作时能量的转化是 。电动机的工作原理是 。（2）标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是多少？（3）图 2 是电动汽车行驶在某路段的路程与时间图象，标准承载下，电动汽车以速度匀速行驶 1 分钟的耗电量为 0.4kWh，电动机的效率是多少？（4）若某燃油汽车百公里耗油 6 升，每升油 5.5 元，电动汽车充电每度 0.8 元，通过计算比较使用燃油汽车与电动汽车哪种更经济？【答案】（1）电能转化为机械能；通电线圈在磁场中受力转动；（2）标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是 5105Pa；（3）电动机的效率是 75%；（4）使用电动汽车更经济。【解析】（1）电动机正常工作时，将电能转化为机械能，是利用通电线圈在磁场中受力转动原理工作的；（2）乘客与车的总质量：m=m1+m2=800kg+200kg=1000kg，汽车对水平地面的压力：F=G=mg=1000kg10N/kg=104N，汽车与水平地面的总接触面积：S=4S0=450cm2=200cm2=2102m2，汽车对水平地面的压强：p=5105Pa；（3）由图可知，电动汽车做匀速直线运动，当 t1=3s 时，s1=60m，则电动汽车行驶的速度：v=20m/s，电动汽车以速度匀速行驶 1 分钟的路程：s=vt=20m60s=1200m，电动汽车的牵引力：F1=f=0.09G=0.09104N=900N，电动汽车牵引力做的功：W有=F1s=600N1200m=1.08106J，电动汽车发动机的效率：=100%=100%=75%；（4）燃油汽车 100km 费用：6L5.5 元/L=33 元，电动汽车 100km 费用：22kWh0.8 元/kWh=17.6 元，因为 17.6 元小于 33 元，所以使用电动汽车费用少，更经济。5.（能力题）如图是家庭常用的电热水壶，其铭牌数据如表所示若加热电阻的阻值不随温度变化而改变，且此时的大气压为 1 标准大气压则：（1）电热水壶正常工作时，其加热电阻的阻值是多少？（2）装满水后，壶中水的质量是多少 kg？（1L=110-3m3）（3）将一满壶 20的水在 1 标准大气压下烧开，需要吸收多少热量？c水=4.2103J/（kg）（4）不考虑热量损失，烧开这壶水，需要多长时间？【答案】（1）24.2（2）1.5（3）5.04105J（4）252s【解析】（1）方法一：加热电阻的阻值R=U2/P=（220V）2/2000W=24.2 方法二：I=P/U=2000W/220V=（100/11）A R=U/I=220V/（100/11）A=24.2（2）装满水后，壶中的水的质量 m=V=1103kg/m31.510-3m3=1.5kg（3）水的末温：t=100 水吸收的热量：Q吸cm（tt0）=4.2103J/（kg）1.5kg（100-20）=5.04105J（4）消耗的电能：W=Q吸=5.04105J 所需要的时间：t=W/P=5.04105J/2000W=252s=4.2min 6.（2018 河南）如图，甲是电子秤的原理图（图中压力表是用电流表改装的）。已知电源电压为 24V，电阻 R0=60，压力传感器 Rx的阻值随所受压力 F 变化的图象如图乙，压力传感器表面能承受的最大压力为400N，压杆与压力传感器的接触面积是 2104m2（取 g=10N/kg，托盘和压杆的质量忽略不计）。求：甲 乙（1）托盘里的物体质量越大，压力传感器的阻值如何变化？（2）当通过压力表电流为 0.2A 时，压力传感器上方托盘里物体的质量是多少 kg？（3）当压力为 200N 时，通电 700s，R0产生的焦耳热能使质量为 0.1kg 的水温升高多少？【答案】（1）2106（2）40（3）1【解析】本题考查学生对串联电路电流和电阻特点、电功率和压强知识的掌握，同时结合欧姆定律分析实际问题得出正确结论，要学会灵活运用欧姆定律。根据公式 p=F/S 求出传感器能够承受的最大压强；根据图乙分析压力为 200N 时，传感器的阻值；根据公式I=U/R 计算出通过电路中的电流；由公式 P=UI=I2R 计算出 R0的电功率。（1）称量时，托盘里的物体质量越大，物体的重力越大。因为在水平面上物体的压力和自身的重力相等，所以压力传感器所受的压力越大，由乙图象可知，压力传感器的阻值越小。所以托盘里的物体质量越大，压力传感器的阻值越小。（2）当通过压力表电流为 0.2A 时，由 I=U/R 得电路总电阻为 R总=U/I=24V/0.2A=120 根据串联电路的总电阻等于各电阻之和可得：Rx=R总R0=12060=60 根据图象可知当 Rx=60 时，传感器受到的压力为 F0=400N 由于托盘和压杆的质量忽略不计，设托盘里物体的质量为 m,则 F0=G=mg m=F0/g=400N/10N/kg=40kg（3）由图甲知，R0与 Rx串联，由图乙知，当压力为 200N 时，由乙图可知压力传感器 Rx的阻值是 180 则通过 R0的电流：I0=I=24V/(180+60)=0.1A R0产生的焦耳热：Q=I02R0t=（0.1A）260700s=420J Q吸=Q 根据物体吸热公式 Q吸=cm(t-to)得到 t=(t-to)=Q吸/cm=Q/cm=420J/4.2103J/（kg）0.1kg=1 7.（2018 陕西）地铁可以缓解城市公交运输压力，某学校综合实践活动小组的同学们收集到地铁 机车和公交汽车在某段运行区间内的相关数据如下：型号 地铁机车 地铁电力机车 功率 106W 平均速度 60 kmh 牵引力 5104 N 额定载客量 500人 型号 公交汽车 燃油热值 4x107 Jkg 平均速度 15 kmh 牵引力 3000 N 额定载客量40人（1）甲、乙两地铁站相距 1.8 km，地铁运行需要多长时间？消耗多少电能？（2）公交汽车每千米消耗燃油 0.3kg，行驶 1.8 km 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）【答案】（1）0.03h（或 108s）.1.08108J。（2）2.16107J，25。（3）乘客人均消耗能量较少(或节能)；无废气污染(或环保)【解析】（1）运行时间：t=sv=1.8km60km/h=0.03h（或 108s）消耗电能：W=Pt=10610-3kW0.03h=30kWh（或 1.08108J）（2）燃油放热：Q=mq=0.3kg/km1.8km4107J/kg=2.16107J 汽车效率：=FsQ=3000N1.8103m2.16107J=5.4106J2.16107J=25（3）速度快(或节省运行时间)；能量转化效率高；乘客人均消耗能量较少(或节能)；无废气污染(或环保)8.（2019 安徽模拟题）如表为现在家庭、宾馆常用的无线电水壶（一种在倒水时导线脱离，用电加热的方便水壶）的铭牌，某同学用这种电水壶烧开水，他将水放至最大容量，测得水的初温是 20通电 5 分 50 秒，水烧开（在一个标准大气压下），试通过计算，回答下列问题：额定电压 220V 额定功率 10W 最大容量 1L（1）算一算此电水壶啊正常工作时的电流。（2）该电水壶正常工作时电热丝的电阻多大？（3）水从 20烧开所吸收的热量是多少？（4）现测得电源电压为 210 伏，算一算此电水壶工作的效率【答案】（1）5.5A。（2）40。（3）3.444105J。（4）89.3%【解析】由表中数据可知：（1）电水壶正常工作时的功率为 P=1210W，电压为 U=220V，则此电水壶正常工作时的电流：I=P/U=1210W/220V=5.5A；（2）电热水壶的电阻：R=U2/P=（220V）2/1210W=40；（3）水的体积为 V=1L=0.001m3，密度为=1.0103kg/m3，比热容 c=4.2103J/（kg）升高的温度t=10018=82，则水的质量为 m=V=1.0103kg/m30.001m3=1kg，烧开时吸收的热量：Q吸=cmt=4.2103J/（kg）1kg82=3.444105J（4）U实=210V，电水壶的加热时间：t=5min50s=560s+50s=350s 则消耗的电能：W=(U实2/R)t=(210V)2/40 350s=385875J 此时电水壶工作的效率：Q吸/W=3.444105J/385875J=0.893=89.3%9.（能力题）如图所示的电路中，电源电压为 8V，R2是阻值为 40 的定值电阻，压敏电阻R1的阻值随压力的变化情况如图乙所示。当开关 S 闭合后，问：（1）当压敏电阻R1受到的压力从 0 增加到 3N 的过程中，电流表示数的变化是_（填“增大”“减少”）？（2）当电流表示数为 0.4A 时，压敏电阻受到的压力为多少？（3）当电路连续工作 10mim，电阻R2产生的热量为多少？（4）若此热量的 84%给 20g 的水加热，则水温升高多少？【答案】（1）增大（2）2N（3）960J（4）9.6【解析】（1）由图甲所示电路图可知，两电阻并联接在电源两端，电流表测干路电流；由图乙所示可知，压力 F 由 0 增大到 3N 时，R1的阻值由 100 欧减小到 30 欧，则：当 F=0 时，I=I1+I2=U/R1+U/R2=0.28A；当 F=3N 时，I=I1+I2=0.47A；所以，电流表示数变大（2）通过定值电阻的电流：I2=0.2A，电流表示数为 0.4A 时，通过压敏电阻的电流：I1=I-I2=0.4A-0.2A=0.20A，此时压敏电阻阻值：R1=40，由图乙所示可知，R1=40 时，F=2N，则压力为 2N；（3）电阻 R2产生的电热：Q2=W2=UIt=8V0.2A1060s=960J；（4）由 Q吸=cmt，可得 t=9.6 10.（经典题）如图所示是一种家用蒸汽电熨斗的实物图和铭牌，使用时水箱中的水滴入被加热的底板汽室，迅速汽化产生向下的蒸汽 （1）蒸汽电熨斗正常工作时电阻丝的电阻；（2）在熨斗水箱中注入 0.3kg 的水，将它平放在水平桌面上，求：熨斗对衣服的压强；（3）用熨斗汽烫前先预热，使金属底板的温度从 20升 高到 220，温控开关自动断开，已知金属的质量为 1kg，金属底板的比热容为 0.46103J/（kg）问蒸汽熨斗预热的过程中金属底板吸收多少热量？（4）汽烫时，水滴入汽室，由于水升温汽化而带走热量，当金属底板温度降到 190时，温控开关自动闭合，电熨斗正常工作，当加热到 220时，温控开关自动断开，停止加热，如此反复，若蒸汽电熨斗工作情况按如图所示的规律变化时，则 12min 熨烫一件衣服共消耗多少电能？【答案】（1）48.4；（2）1000Pa（3）9.2104J；（4）5.4105J【解析】（1）蒸汽电熨斗正常工作时电阻丝的电阻：R=48.4；（2）电熨斗对衣服的压力：F=G=mg=（1.3kg+0.3kg）10N/kg=16N 对衣服的压强：P=1000Pa（3）蒸汽电熨斗预热过程中金属底板吸收的热量：Q=cmt=0.46103J/（kg）1kg（220-20）=9.2104J；（4）由图知工作时间为：t=720s=540s，则消耗的电能为：W=Pt=1000W540s=5.4105J 11.（经典题）如图甲所示，是一则公益广告，浓浓的孝心透着社会主义核心价值观小明的爷爷网购了一台电热足浴器，其铭牌的部分参数如图乙（甲部分）所示，电热足浴器某次正常工作时控制面板显示如图乙（乙部分）所示，求：（1）此时足浴器的工作电流（计算结果保留一位小数）（2）足浴器装入最大容量初温为 22的水，当水温达到控制面板上显示的温度时水所吸收的热量（3）上述加热过程耗时 16min，该足浴器的热电效率 【答案】（1）此时足浴器的工作电流为 2.3A；（2）当水温达到控制面板上显示的温度时水所吸收的热量为 4.2105J；（3）上述加热过程耗时 16min，该足浴器的热电效率为 87.5%【解析】知道电热足浴器的加热功率和额定电压，根据 P=UI 的变形公式 I=P/U 求出此时足浴器的工作电流；根据=m/v 的变形公式 m=V 求出水的质量，再利用 Q吸=cm（tt0）求出水所吸收的热量；根据 W=Pt 求出电热足浴器消耗的电能，然后根据=100%求出该足浴器的热电效率（1）由图 2 可知，此时电热足浴器的电功率 P=500W，由 P=UI 得，此时足浴器的工作电流：I=P/U=500W/220V2.3A；（2）足浴器装入最大容量时水的体积 V=5L=5dm3=5103m3，由=m/v 得，水的质量：m=V=1.0103kg/m35103m3=5kg，则水所吸收的热量：Q吸=cm（tt0）=4.2103J/（kg）5kg（4222）=4.2105J；（3）加热时间 t=16min=960s，由 P=W/t 得，电热足浴器消耗的电能：W=Pt=500W960s=4.8105J，则该足浴器的热电效率：=100%=100%=87.5%