2021年中考物理重点难点专练31电热计算含解析.docx

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1、专项七计算专题重难点31电热计算【知识梳理】1.串联式加热模型：如上图所示，对于两个电阻串联后组成的加热装置，都可以等效为这种模型。当S闭合时，R1被短路，只有R2工作，这时处于加热状态，R2为一个阻值较小的电阻。当S断开后，R1、R2串联，电路处于“保温”状态，R1是一个阻值较大的电阻。对这类问题涉及的主要计算公式为：（1）R2=U2/P加热；（2）R=R1+R2=U2/P保温；（3）P=PR1+PR2；（4）W=Pt。2.并联式加热模型：如上图所示，对于将电阻并联后的加热装置原理，都可以等效为这个模式。当S闭合时，只有R2工作，处于低温档（或保温档），当S、S0同时闭合时，处于加热状态，或

2、者“高温档”。这里R2的阻值一般比R1大，用作保温加热。计算该类题目的常见公式：（1）P保温=U2/R2；（2）R=R1R2R1+R2；（3）P=PR1+PR2。【易混淆点】1.对电热器处于什么档位是“保温”还是“加热”区分不清：一般电路中电加热丝处于串联状态（串联式）或并联式中一个支路工作时为“保温”状态。2.对公式记忆或推导易出错。平时多加公式变式及推导的能力学习。【典例分析】【例1】(2020齐齐哈尔30)如图甲所示是某品牌电饭煲，图乙是该电饭煲的原理图。它有高温和保温两档，通过开关S进行调节，R0与R为阻值不同的电热丝。现在将该电饭煲接在220V的电源上，用高温档工作时，电路的总功率为

3、1000W；用保温档工作时，电路的总功率为440W已知c水4.2103J/（kg）。求：（1）电饭煲在高温档时，开关S应（选填“闭合”或“断开”）。（2）电热丝R0的阻值是多少？（3）当电饭煲处于保温档时，电路中的电流是多少？（4）用电饭煲将质量为2kg的水加热，使其温度升高30，则水吸收的热量是多少？【答案】（1）闭合 （2）48.4 （3）2A （4）2.52105J【分析】（1）由公式PU2/R可知：电压一定时，P与R成反比，开关S应闭合时，电阻R被短路电路中的电阻最小，电路的电功率最大。所以电饭煲在高温档时，开关S应闭合。（2）由公式PU2/R电热丝R0的阻值是：R0= U2P高 =

4、（220V）21000W =48.4。（3）由题意分析可知：开关S断开时，电路串联，电路的总电阻最大，电路的总功率最小，电路处于保温状态。由公式PUI得当电饭煲处于保温档时，电路中的电流是：I保P保/U=440W/220V=2A。（4）水吸收的热量：Qcmt4.2103J/（kg）2kg302.52105J。【思路小结】巧妙利用公式PU2/R可以解决很多问题：求灯泡或电阻丝的电阻；求实际功率；求实际电压等。注意将热学计算与电学相关计算有机结合，是解好电热计算的关键。【例2】（2019宿迁市）某电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，该火锅产品铭牌和电路图如图所示：额定电压220V额定

5、功率高温档中温档低温档880W440W220W（1）当开关S1断开，S2接a时，该电火锅选用_档工作（选填“高温”、“中温“或“低温”）。（2）当电火锅使用中温档正常工作时，电路中电流是多大？接入电路的电热丝的阻值是多少？（3）用电火锅高温档在额定电压下烧水7分钟，电流做了多少功？若电热丝产生的热量全部被水吸收，在1个标准大气压下，能使1kg初温为20的水升高多少（c水=4.2103J/（kg）？【答案】（1）低温（2）2A 110（3）3.696105J80【分析】（1）由图知，当S1断开，S2接a端，R1和R2串联，此时电路的总电阻最大，由P=U2/R可知，此时总功率最小，该电火锅选用的是

6、低温档工作。（2）由表可知，中文档工作时的电功率为P中温=440W。所以此时电路中的电流：I中温=P中温/U=440W/220V=2A。接入电路的电热丝的阻值：R中温=U/I中温=220V/2A=110。（3）查表可知：用电火锅高温档在额定电压下工作的电功率为P高温=880W,t=7min=420s.所以电流做的功：W=P高温t=880W420s=3.696105J。因电热丝产生的热量全部被水吸收，则有Q吸=W。1个标准大气压下，水的沸点为100，水的初温t初温=20。由Q吸=cmt可得：t= Q吸cm = Wcm = 3.696105J4.2103J/（kg.）1kg = 88。 t末温=t

7、初温+t=20+88=108。因为在1个标准大气压下，水的沸点是100，且水的初温为20，所以只能使水升高80。【思路小结】1.根据加热模式和具体电路，认真分析当前所处的状态。2.灵和选用和变形公式。3.注意是在“一个标准大气压下对水加热”，所以水的末温最高是水的沸点100。【真题操练】1.（2020淮安22）如图所示为某养生壶的电路原理图，其中R1和R2，都是发热电阻。该壶有“加热”和“保温”两种工作状态。该壶铭牌上提供的部分信息如下表所示：（1）该壶允许装入水的最大质量是多少kg？（水的密度水1.0103kg/m3）（2）S1、S2闭合后，该壶在额定电压下工作时的发热功率是多少W？结合表格

8、数据判断电路处于哪一种工作状态？（3）R2阻值是多少？（4）用该壶加热2L的水，温度由50升高到100，水需要吸收多少J热量？该壶消耗的电能80%被水吸收，该过程需要消耗多少J电能？（水的比热容c水4.2103J/（kg）【答案】（1）2kg （2）加热状态 （3）42 （4）4.2105J 5.25105J【解析】（1）由表格数据可知，该壶允许装入水的最大体积：V2L2dm32103m3；由m/v可得:壶允许装入水的最大质量：m水V1.0103kg/m32103m32kg。（2）由电路图可知：S1、S2闭合后，电路为R1的简单电路，由表格数据可知，R144，该壶在额定电压下工作时的发热功率：

9、P1= U2R1 = （220V）244 = 1100W。由1100W大于保温功率200W可知：电路处于加热状态。（3）由电路图可知，S1闭合、S2断开时，R1与R2串联，养生壶处于低温档，此时电路的总电阻：R= U2P低 = （220V）2200W =242，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，R2阻值：R2RR124220042。（4）用该壶加热2L的水，温度由50升高到100，水需要吸收的热量：Q吸c水m（tt0）4.2103J/（kg）2kg（10050）4.2105J；由Q吸/W100%可得:该过程需要消耗的电能：W= Q吸 = 4.2105J80% = 5.25105J。答：

10、（1）该壶允许装人水的最大质量是2kg；（2）S1、S2闭合后，该壶在额定电压下工作时的发热功率是1100W，电路处于加热状态；（3）R2阻值是42；（4）用该壶加热2L的水，温度由50升高到100，水需要吸收4.2105J的热量，该壶消耗的电能80%被水吸收，该过程需要消耗5.25105J的电能。2.(2019益阳市)某居民家安装了一台电热水器，其铭牌标示如下表所示。加满20的水后加热至70，已知水的比热容c水=4.2103J/(kg)，干木材的热值q=1.2107J/ kg。（1）水需要吸收多少热量？（2）电热水器正常工作时至少需要多长时间？（3）如果用干木材替代电热水器烧水，效率为14%

11、，需要多少干木材？型电热水器额定加热功率2400W加热方式电加热器额定电压220V安全等级防触电保护一类温度设定范围2090净重20kg容量40L整机外形尺寸530mm400mm400mm出厂日期2019年5月15日【答案】（1）8.4106J （2）3500s （3）5kg 【解析】（1）由表中的参数可知：加满水后水的体积V=40L=410-2m3,水的质量为m=V=1.0103kg/m3410-2m3=40kg。题设中水的初温t初温=20，末温t末温=70，所以水吸收的热量Q吸=cm（t末温-t初温）=4.2103J/(kg)40kg（70-20）=8.4106J。（2）产生这些热量，所需

12、的电能的最低量就是电能全部转化完成内能，而且没有热量损失的情形。此时W=Q吸。查铭牌表可知：电热水器正常工作时的额定加热功率为P=2400W。所以需要的加热时间t=W/P=Q吸/P=8.4106J/2400W=3500s。（3）由= Q吸/Q放100%，可得需要干木柴放出的热量为Q放= Q吸 = 8.4106J14% = 6107J。需要感木柴的质量m柴=Q放/q=6107J/1.2107J/ kg=5kg。答：（1）水需要吸收8.4106J热量；（2）电热水器正常工作时至少需要3500s；（3）如果用干木材替代电热水器烧水，效率为14%，需要5kg干木材。3.（2019天津市）某电热水壶铭牌

13、的部分信息如下表所示。该电热水壶正常工作时，把1kg水从20加热到100用时7min，已知c水=4.2103J/（kg），求：（1）水吸收的热量；（2）电热水壶的热效率。型号xx额定电压220V额定功率1000W频率50Hz【答案】（1）3.36105J（2）为80%【解析】（1）水吸收的热量：Q吸=c水m（t末温-t初温）=4.2103J/（kg）1kg（100-20）=3.36105J。（2）查表可知：电热水壶正常工作时的功率P=1000W,工作时间t=7min=420s。电热水壶消耗的电能：W=Pt=1000W420s=4.2105J。电热水壶的热效率：=Q吸W 100% = 3.361

14、05J4.2105J 100%=80%。答：（1）水吸收的热量为3.36105J（2）电热水壶的热效率为80%。4.（2020重庆A20）水烧开后持续沸腾段时间用于饮用更利于人体健康，为了满足这个要求，小罗设计了多档位节能电烧水壶，电路原理如图20甲。其中开关s为防干烧温控开关，通常情况闭合定值电阻R1、R2为加热电阻,且R1为48.4,R2阻值为R1的2倍。通过滑动金属滑轩上的滑块P,使它在不同的位置接触触点，实现多档位变化(图20乙)。他测得烧水壶用中功率档给热水保温时，正常工作24s,将1kg的水从750C加热到800C。已知c水=4.2x103J/(kg.),不计温度对电阻的影响求:(

15、1)此加热过程中热水所吸收的热量Q；(2)此加热过程中烧水壶的热效率(=Q/W，W为所消耗的电能)；(3)用电高峰时，他请父母断开家中除烧水壶外的全部用电器，用烧水壶高功率档加热一段时间后开始计时经过30s。后水沸腾，再以低功率档持续加热30s,观察到电能表转盘在这60s内转了27转(电能表盘如图20丙)，烧水壶工作的际电压U实是多少。【答案】（1）2.1104J （2）87.5% （3）198V【解析】（1）水吸收的热量：Q吸=cmt=4.2103J/（kg.）1kg（80-70）=2.1104J。（2）此加热方式为中功率档：P中= U2R1 = （220V）248.4 = 1000W；W=

16、P中t=1000W24s=2.4104J；= Q吸W 100% = 2.1105J2.4105J 100%=87.5%。（3)由电能表数据可得：W实= nN = 27r2000r（KW.h） = 0.0135KW.h=4.86104J。R2=2R1=248.4=96.8。由于W实为高功率与低功率共同消耗的电能；由图可得：处于高功率挡时，R1与R2并联，P高= U实2R1 + U实2R2；处于低功率挡时，R2工作：P低= U实2R2。W实=W高+W低=P高t高+P低t低= （U实2R1 + U实2R2）t高+（ U实2R2）t低，代入数据可得：4.86104J= （U实248.4 + U实296

17、.8）30s+（ U实296.8）30s；解得U实=198V。答：（1）此加热过程中热水所吸收的热量为2.1104J；（2）此加热过程中烧水壶的热效率为87.5%；（3）烧水壶工作的际电压U实是198V。5.（2020黔西南22）如图是一款可以设定不同出水温度的电热饮水器原理示意图，R是加热电阻丝，阻值为44，Rt是热敏电阻，其阻值与温度的关系式为Rt5+0.5t（式中Rt单位是，t的单位是），R0是设定温度的变阻器。控制电路中，电源电压为3V，当电磁继电器线圈中的电流小于等于10mA时，衔铁片会弹起，触点分离，热水器停止加热。c水4.2103J/（kg）（1）如果将水只加热到80，闭合开关，

18、则滑动变阻器的阻值要调到多大？（电磁铁线圈电阻忽略不计）（2）容器内装有700mL、初温为20的水，将其加热到100，用时4min，则该饮水器正常工作时加热效率是多少？【答案】（1）255 （2）89.1%【解析】（1）由题意可知，当设定的温度为80时，停止加热时控制电路的电流I10mA0.01A，控制电路的总电阻：R总U/I=3V/0.01A300，由Rt5+0.5t可得:此时热敏电阻的阻值为45。因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，滑动变阻器的阻值要调到的大小：R0R总Rt30045255。（2）容器内水的体积：V700mL700cm3，容器内水的质量：mV1.0g/cm3700cm

19、3700g0.7kg；水吸收的热量：Q吸c水m（tt0）4.2103J/（kg）0.7kg（10020）2.352105J，该饮水器正常工作4min消耗的电能：W= U工作2Rt = （220V）244 240s=2.64105J 。该饮水器正常工作时加热效率：= Q吸W 100%= 2.352105J2.64105J 100%89.1%。答：（1）滑动变阻器的阻值要调到255；（2）该饮水器正常工作时加热效率约为89.1%。6.(2020黔东南州24)小明妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆（如图所示）内部加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压为220V，额定功率为605W，问：(

20、1)小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入6kg 初温为20的水，加热系统的加热电阻正常工作16min将水加热到40C，此加热过程中吸收的热量是多少？（c水=4.2103J/(kgC)）(2)加热系统加热时热效率是多少？ （结果精确到 0.1%）(3)当小明家实际电压是200V，加热电阻工作的实际功率是多少？（加热电阻阻值不随温度变化而变化）(4)足浴盆按摩系统中的电动机工作电压是12V（按摩系统将交流电压转换为12V），工作电流为4A，其电阻为0.5，电动机工作中因发热损失的功率是多少？【答案】(1)5.04105J(2)86.8%(3)500W(4)8W【解析】(1)加热过程中水吸收的热量：Q吸

21、=cmt=4.2103J/（kg.）6kg（40-20）=5.04105J。(2)加热系统加热时消耗的电能：W=Pt=605W1660s=5.808105J。则热效率：= Q吸W 100% = 5.04105J5.808105J 100% 86.8%。(3)加热电阻的阻值：R= U额2P额 = （220V）2605W =80；当小明家的实际电压是200V，加热电阻工作的实际功率：P实= U实2R = （200V）280 =500W。 (4)电动机工作过程中要发热，损失功率：P损=I2R电动机=（4A）20.5=8W。答：(1)加热过程中水吸收的热量是5.04105J；(2)加热系统加热时的热效

22、率是86.8%；(3)当小明家实际电压是200V，加热电阻工作的实际功率是500W；(4)电动机工作中因发热损失的功率是8W。7.（2019娄底市）小明家某型号电热加湿器的原理图如图甲，R1、R2都是发热电阻，不考虑温度对电阻的影响，且R2=3R1；S为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关S可实现“关”、“低挡”、“高挡”之间的切换（低挡为小功率加热，高挡为大功率加热），其部分技术参数如下表。额定电压（V）220高档发热功率（W）400注水仓最大注水量（kg）3（1）开关处于图示位置，电热加湿器的状态是_（选填“关”“低档”或“高档”）（2）求电热加湿器中R1的阻值；（3）某次使用加

23、湿器在额定电压下工作，加湿器注水仓中加注冷水已达到最大注水量，其工作30min的功率与时间图象如图乙所示，如果电阻R1在此次高挡加热时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？计算结果保留整数，水的比热容为4.2103J/（kg）（4）某一天，小明断开家中其他所有用电器，只接通加湿器在低档加热，发现家中3000revs/（kWh）的电能表转盘在400s内转了27圈，求此时电阻R2的实际功率是多少？【答案】（1）关 （2）121 （3）19 （4）60.75W【解析】（1）如图甲所示，开关S接“1、2”触点时，电路断路，电热加湿器的状态是关。（2）由图甲可知，当开关S接“3、4”

24、触点时，电路中只有R1工作，电路的总电阻最小，电源的电压一定，由PU2/R可知，电热加湿器的功率最大，处于高温挡。电热加湿器中R1的阻值：R1=U2/P高温=（220V）2/400W=121。（3）由图乙知，加热工作t=30min时，其中高温档工作时间为t高温=10min=600s，高温档正常工作时消耗的电能：W高P高t高400W1060s2.4105J。如果电阻R1在此次高档加热时产生的热量全部被水吸收，则Q吸W高2.4105J，由Q吸cmt可得，水升高的温度：t= Q吸cm = Wcm = 2.4105J4.2103J/（kg.）3kg 19。（4）3000revs/（kWh）表示：每消耗

25、1kWh的电能，电能表的转盘就转过3000r。当电能表的转盘转过27r时，加湿器在400s内消耗的电能：W= nN = 27r2000r（KW.h） = 0.009KW.h=3.24104J,加湿器在低挡加热的实际功率：P低W/t=3.24104J/400s=81W。由图甲知，开关S接“2、3”触点时，R1、R2串联，电路的总电阻最大，电热加湿器的功率最小，处于抵温挡。R=R1+R2=R1+3R1=4R1=4121=484，由PI2R可得，电路中的电流：I= P低R = 81W484 = 922A，此时电阻R2的实际功率：P2I2R2I23R1（922A）2312160.75W。答：（1）开关处于图示位置，电热加湿器的状态是关闭状态；（2）电热加湿器中R1的阻值为121； （3）可以使注水仓中冷水的温度升高19；（4）此时电阻R2的实际功率是60.75W。9