19-电功率和电热的综合应用(超级课堂).doc

【全能晋级热身】1.如图191所示是一只自制电热水杯的电路R为电热丝，R0为一定值电阻，R=10，R0=2，电源电压U=12V，当开关S_(填“断开”或“闭合”)时，电热水杯处于低温挡，此时电热水杯的电热丝1min产生的热量为_J2.如图192是某电热器内部电路结构图，R1、R2是两根完全相同的电热丝当电热器处于高温挡时应闭合的开关是_，应断开的开关是_；当电热器处于低温挡时应闭合的开关是_，应断开的开关是_该电热器最多能实现_个不同的加热挡位 3.有一电饭煲的加热功率为500W，保温功率为50W它在加热状态下工作15min将饭煮熟，之后又在保温状态下工作了5min，这整个过程中电流产生的热量是_J 【培优超级讲堂】例1 如图193是一个电热器的工作原理图，电热器内有两个阻值分别为R1=60和R2=120的电热丝；旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有0，1，2，9，共10个金属触点；可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接如旋钮上的箭头指向图中位置D时，金属滑片将2、3触点接通，同时同一端将7、8触点接通用这个旋转开关可以实现电热器有多挡位工作的要求请回答：(1)这个电热器可有几个不同加热挡位?并指出每个加热挡位旋转开关的箭头指向的位置(2)将此电热器接入家庭电路中，电热器在正常工作时每个挡位的功率各是多大? 【学找切入点】 图中两个阻值不同的电阻通过旋转开关或分别单独接到电源上，或串联接到电源上，或并联接到电源上，实现四种不同功率的加热此题由于电路较为复杂，因而要细致耐心地利用“电流法”看清旋转开关在不同位置时的电路连接情况 【答案】 (1)有五个挡位：A挡：当旋钮上的箭头指向图中位置A或F时；B挡：当旋钮上的箭头指向图中位置B或G时；C挡：当旋钮上的箭头指向图中位置C或H时；D挡：当旋钮上的箭头指向图中位置D或I时；E挡：当旋钮上的箭头指向图中位置E或J时 (2)A挡：R1、R2并联连入电路，电路的总电阻最小，为最大功率挡 B挡：只有R1接入电路，为较大功率挡 C挡：R1、R2串联连入电路，电路的总电阻最大，为最小功率挡 R=R1+R2=60+120=180，D挡：只有R2接入电路，为较小功率挡 E挡：空挡，接此挡时功率为零 【培优拓展题】1.小红家买了一台电烤箱，有高、中、低三个挡位的发热功率如图194是其内部简化电路图，开关S1可分别与触点a、b接触已知R1=60.5，R2=121，电源电压保持不变当开关S1置于b端，S2断开时，电烤箱处于_挡位；电烤箱在中挡位工作时，应是S1接_，S2_；电烤箱在高挡位工作时，对食物加热5min，消耗的电能是_J例2 如图195是一种电熨斗的电路图，R1、R2为相同的电阻丝，其阻值不受温度影响，S为挡位开关，使用时接入正常的照明电路若使用低温挡时，电熨斗的额定功率为121W(1)说明分别使用低温、高温挡时，S的通断情况 (2)若使用高温挡时，电熨斗由于环境温度较低，电熨斗每分钟散热1.2104J，为保持这一温度恒定，应在电路中串联多大的分压电阻为保证各挡正常使用，怎样设计这部分电路最简单? 【学找切入点】 (1)确定高温挡和低温挡，关键是看发热体的总功率的大小图中R1、R2都为电熨斗的电热丝，高温挡是R1、R2发热总功率最大的状态由知，U一定，R越小，P越大，所以，高温挡应为S闭合的状态。(2)为保持电熨斗恒温，要让电熨斗在相同时间内产生的热量与电熨斗的散热相等，由此可以确定电熨斗所需的总电阻，进而确定要接入的分压电阻的大小【答案】 (1)根据可知，当电压一定时，功率与电阻成反比显然，使用低温档时S应断开，使用高温挡时S应闭合(2)根据(1)中分析可求R. 得，所以R=200 方案一：使用高温挡时仅R2产生热量要保持恒温，应使R2产生的热量刚好等于电熨斗对外散热，设R2允许电压为U，由得所以U=200V，由于照明电路电压为220V，应在分压电阻上分压20V，因分压电阻R与R2串联，所以分压电阻 为保证低温、高温、恒温挡正常工作，应在分压电阻上并联一个开关S，如图196所示 方案二：使用高温挡时，为保持恒温，应使R2及串联的分压电阻R共同产生的热量刚好等于电熨斗对外散热由得得R=42，电路同方案一 方案三：为保证各挡正常使用时，设计电路最简单，同时考虑到“物尽其用，使用方便”的原则，只要将R1换成如图197所示的滑动变阻器，使R1和R2的部分电阻R共同产生的热量刚好等于电熨斗对外散热. (P在a端为低温，P在b端为高温，P在R处为恒温) 同理，解得R=42【培优拓展题】2.如图198所示是一电熨斗内部的电路图，R为电热丝，R1、R2为已知阻值的定值电阻R1=1，R2=2，R=3，电源电压为12V，S为一旋转开关，可以分别接到1、2、3、4各位置，使其实现高温、中温、低温、停4个挡位求：(1)电熨斗处于高温挡时，电热丝的功率多大?(2)电熨斗处于低温挡时，电热丝工作5min产生的热量 (3)电熨斗处于中温挡时，电路工作1min消耗的总电能是多少?例3 如图199(a)所示是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图其中S为一激光源，R1为光敏电阻(有光照射时，阻值较小；无光照射时，阻值较大)，R2为定值保护电阻，a、b间接一“示波器”(示波器的接入不影响电路)光敏电阻两端的电压随时间变化的图象，可由示波器显示出来水平传送带匀速前进，每当产品从传送带上通过S与R1之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住，示波器显示的电压随时间变化的图象如图199(b)所示已知计数器电路的电源电压恒为6V，保护电阻R2的阻值为20，则光敏电阻在有光照和光被挡住两种状态下的电阻值之比为_；光敏电阻在1小时内消耗的电能为_焦 例4 【学找切入点】 由于光敏电阻有光照时，阻值较小，分压较小；无光照时，电阻较大，分压较大因而有光照时的电压应为3V，无光照时的电压应为4V，电路总电压为6V，所以有光照时的电阻R1=R2，无光照时的电阻R1=2R2 有光照时，电路中的电流 无光照时，电路中的电流 所以，有光照时，光敏电阻的功率 无光照时，光敏电阻消耗的功率 1小时通过工件的个数为个=6000个 1h光敏电阻消耗的电能【答案】1：2；1560 【培优拓展题】3.如图1910(甲)所示是一种家用蒸汽电熨斗的实物图，表格为其铭牌，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 额定电压220V功能汽烫、干烫额定频率50Hz蒸汽方式滴下式额定功率1000W质量1.3kg底板面积160cm2放置方式自立式汽烫时，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(乙)所示的规律变化，则12min熨烫一件衣服共消耗多少电能? 例5 某同学做“测定小灯泡的功率”实验，小灯泡的铭牌模糊不清，额定电压可能为2.2V、2.5V或3.8V，电源电压是1.5V的整数倍(即电源由几节干电池串联组成)，滑动变阻器标有“5 3A”字样，所用小灯泡的额定功率在1.2W以内，该同学正确连接电路，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现滑片在中点附近某位置时，小灯泡正常发光此时电流表的示数如图1911所示求：(1)小灯泡正常发光时的电流，并简要说明理由(2)小灯泡的额定电压，并简要说明理由(3)小灯泡的额定功率【学找切入点】 图中的电流表给出了电流表指针的位置但不知量程，可以通过估计小灯泡中的电流的大小来确定电流表的量程和示数，此时的电流就是小灯泡的额定电流要确定小灯泡的额定电压，可以根据提供的额定电压的可能值，反推出电源电压，找出符合与1.5V整数倍条件的电源电压相应的额定电压，即为小灯泡的额定电压最后，由额定电流和额定电压计算出额定功率【答案】 (1)估计小灯泡额定电流的最大可能值在额定功率最大时，额定电压最小，则额定电流最大，所以 所以，电流表的量程只可能是00.6 A，不可能为03A，读得电流表的示数，即小灯泡正常发光的电流I=0.3 A(2)当小灯泡正常发光时，滑动变阻器的滑片在正中央位置，接入电路中的电阻R滑=2.5，滑动变阻器分得的电压U滑=I滑R=0.3A2.5=0.75V电源电压 U=UL额+U滑 若UL额=2.2 V，U=2.2V+0.7 5V=2.95V，约为3V，为1.5V的两倍，符合题目条件，故有可能； 若UL额=2.5V，U=2.5V+0.75V=3.25V，不为1.5V的整数倍，故不可能； 若UL额=3.8V，U=3.8V+0.75V=4.55V，约为1.5V的三倍，也符合题目条件，故也有可能 综上所述，小灯泡的额定电压为2.2 V或3.8V(3)当小灯泡的额定电压为2.2 V时， 灯泡的额定功率 P额=I额UL额=0.3 A2.2V=0.66W； 当小灯泡的额定电压为3.8V时， 灯泡的额定功率 P额=I额UL额=0.3A3.8V=1.14W【培优拓展题】4.小明同学在“测定小灯泡的功率”实验中，所用电源电压不变，滑动变阻器上标有“50 2A”字样，小灯泡上标有 “0.3 A”字样，估计小灯泡的额定功率在1.2W以上他正确连接电路，闭合电键，移动滑动变阻器的滑片，当观察到电流表的示数为_A时，小灯泡正常发光此时电压表的示数如图1912所示，变阻器的滑片恰好在中点上(即它接入电路的电阻为25)小灯泡的额定电压为_V，额定功率为_W，所用的电源电压为_V例5(2009，黄冈)热熔胶在室温下为固体，加热到一定程度时变为较强黏性的流体，冷却后，可将物体牢牢地黏在一起如图1913(甲)是热熔胶枪的外形，其内部有2只相同的PTC加热元件，电路如图(乙)所示单只PTC元件的电阻与温度的变化如图(丙)所示扣动扳机能使固体胶条向前挤压，联动开关S同时倒向A、B，枪门冒出胶液，松开扳机S同时倒向B、C.(1)松开扳机时为预热状态，当温度为80时，电路中的电流是多少? (2)当温度为180时，胶液有最佳黏性，已知一根胶条的质量为40克，若熔化1千克胶需要吸收6.0105J热量，试计算在正常情况下使用完一根胶条至少要多长时间? (3)试根据PTC特性定性分析该装置能使温度稳定在180附近的道理 【学找切入点】松开扳机，S同时倒向B、C，电阻R1与R2串联. 由知，两PTC总的发热功率较小，加热速度较慢；扣动扳机时，S同时倒向A、B，R1、R2并联由知，两PTC总的发热功率较大，加热速度较快，为高温挡由和可求加热时间 【答案】(1)80时，PTC元件的电阻为880 此时两只PTC元件串联，电路中电流 (2)熔化一根胶条要吸热 Q吸=61054010-3J=24000J.加热到180时PTC元件的电阻为1210，两只PTC元件并联，总电阻为605，加热功率要使加热时间最短，PTC元件放出的热量必须全部被胶条吸收，则加热时间 (3)由题图可知，当PTC元件的温度达到180时，如果温度升高，电阻增大由可知，在电压不变时，它的发热功率减小，升温速度小于散热速度，温度降低反之，温度降低，电阻减小，发热功率增大，升温速度大于散热速度，温度升高这样，它的温度会在180附近稳定下来。 【培优拓展题】5.如图19一14(甲)所示是常用的家庭饮水机，它的铭牌上标有：额定电压220V，频率50Hz，加热功率350W将它接在220V的电压下 (1)当它处于保温状态时，饮水机中的电流为0.1A，这时饮水机消耗的电功率是多大?(2)当它处于加热状态时，如果消耗的电能全部用来加热水，水在7分钟内吸收的热量是多少?(3)它的工作原理比较简单：整个电路由一个电热元件R1、一个限流电阻R2和一个温控开关S组成如图(乙)所示当S接a时，电热元件R1被接入电路中，饮水机开始将水加热；当水温达到一定温度时，温控开关自动切换到b处，饮水机处于保温状态请你按上述原理完成图(乙)中的电路图。【学力轻松亮剑】【培优训练】1.(2009，贵阳)如图所示，将滑动变阻器滑片P从某一位置移动到另一位置，则电压表的示数由8V变为6V，电流表示数相应由0.4A变为0.6A，那么定值电阻R0的电功率改变量为(不计温度对电阻的影响，电源电压保持不变) ( )A.12W B.4W C.8W D.2W 2.(2009，北京)电位器和滑动变阻器都是变阻器，它们的原理都是通过改变导体的长度从而改变接入电路中的电阻大小如图是某电位器的结构示意图，电阻片R的两端分别与接线端A、C相连，滑动片P的一端通过转轴O与接线端B相连，另一端与电阻片R接触良好，并能绕转轴O在电阻片R上滑动已知电阻片R的总阻值为10，将电位器A、B两个接线端分别接在电压为2.4V的电源两端当滑动片P位于如图所示的位置时，接线端B、C间的电阻为6则下列说法中正确的是( )A.接线端B、C间的电压为2.4VB.电位器消耗的电功率为1.44WC.通过A、B间的电阻的电流为0.4AD.滑动片P逆时针向C端滑动的过程中，接入电路中的电阻变小 3.如图所示是小明在网上查阅的一幅“220V 40W”白炽灯泡电流与电压关系的图象该灯泡正常发光时的电阻是_，结合图象可以分析出灯泡的电阻随着温度的升高而_，这只灯泡在220V电路中，1分钟内消耗的电能是_J，若把两只这样的灯泡串联接在220V电路中，电路的总功率为_W. 4.小吴同学自制了一个简易“电热驱蚊器”，它是利用电流的_效应工作的，发热元件是一个阻值为1.0104的电阻，当发热元件两端的电压为220V时，流过该元件的电流为_mA；当它的温度上升到工作温度后，为保持温度恒定不变，发热元件的功率应较_ (填“大”或“小”)，以补充向外界的散热即可，此时发热元件的电阻比开始加热时_ (填“大”或“小”)。5.(2009，恩施)如图所示为某电器厂生产的一款电吹风原理图，图中标有“M”的元件是一个带有风扇的电动机， “R1、R2”是电热丝，通过插头接入220V家庭电路请仿照示例填写开关分别在1、2、3号功能位时电动机M、电热丝R1和R2的工作状态(“工作”或“不工作”)，以及对应的电吹风的功能状态(“吹高热风”、“吹热风”或“停”) 示例1：1号位：M、R1和R2都不工作；功能状态为“停”2号位：_.3号位：_.6.(2009，江苏)下表为一台电烤箱的铭牌，其内部简化电路表中图所示，R1和R2均为电热丝牌电烤箱额定电压220V额定功率高温挡1100W低温挡440W电源频率50Hz求：(1)电烤箱在高温挡正常工作10min所消耗的电能； (2)电路中R1的阻值； (3)电烤箱在低温挡正常工作时，电路中的电流和R1的功率。7.(2009，金华)如图所示的电饭煲，内部有两条电阻丝，每条电阻丝的阻值都为110(电阻丝的阻值恒定不变).电饭煲的额定功率从大到小有高、中、低三挡，额定电压是220V把电饭煲接在220V的电源上，求：(1)把电饭煲的额定功率打到中挡时，内部是一条电阻丝接入电路，通过它的电流多大? (2)把电饭煲的额定功率打到低挡时，内部是两条电阻丝串联接入电路，电饭煲的电功率多大? 8.(2009，广东)家庭电路的电压是220V，某空调器处于制冷状态时的功率P1是2.20kW，送风状态时的功率P2是0.22kW，它们是交替运行的，现测得此空调器在某时段内的电功率随时间变化的关系如图所示 (1)空调器在前5min内处于什么状态？此时通过它的电流是多少? (2)在1h内，空调器消耗的电能是多少度? 9.(2009，咸宁)下表是某全自动洗衣机电动机的工作参数：该洗衣机在额定电压下工作时，求：名称额定电压(V)频率(Hz)额定电流(A)电阻()转速(转/分)洗涤电动机220500.5201370脱水电动机220500.8181370(1)若洗涤电动机和脱水电动机同时转动时，通过洗衣机电源线的电流是多大?(2)分别求出洗涤电动机和脱水电动机工作时的电功率(3)某次洗衣服时，洗涤时间是11min，脱水时间是2min，在洗涤时间内，洗涤电动机按如图所示的程序进行工作求本次洗衣服共消耗了多少电能?10.电脑的中央运算器简称CPU是电脑的心脏，决定着电脑的运算速度，它由主板供电，运算速度可认为由电流大小决定，同时自己要发热。电脑爱好者喜欢“超频”来提高CPU的运算速度，“超频”方法之一就是通过改变主板上“跳线”来提高CPU的核心电压(1)如图为主板上一跳线装置，其中CPU正常工作时应短接“2、3”，某人超频需要改接这一跳线，则应短接哪两个接线柱?(2)现有一CPU正常工作时电压为1.5V，电流为2mA超频后电压提高到2V，若把CPU看做纯电阻电路. “超频”后CPU每分钟多产生多少热量?11.办公室里有个自动电热水瓶，图和表格是它的原理及参数A为自动温控开关，当水的温度达到设定温度时自动断开电路；低于设定温度时，自动接通电路 (1)电热水瓶放出的热量90%被这些水吸收，当水吸热6.72105J时，电热水瓶应正常工作多长时间?(2)黄灯亮时电热水瓶处于保温状态还是加热状态?保温元件R工作时的电阻是多大?(注：指示灯消耗的功率可以忽略保温功率是指整个电路消耗的功率)型号P2L22B电源AC220V 50Hz加热功率800W保温功率40W水容量2.0L12.为了节约用电，小强利用两个单刀双掷开关设计了一个改进地下通道照明电路的方案：每晚7:0011:00将两盏灯并联后接在家用电源线路上，晚上11:00至次日凌晨6:00将两盏灯串联后接在同一电源上，如图所示。(1)处于节能方式时，两开关应同时掷向_(填“左”或“右”)边，此时两灯是_ (填“串”或“并”)联的(2)若每只灯均为“220V 40W”，按照小强的分段改变电路状态方案，每月(30天)可节省多少电能?13.某物理兴趣小组设计并制作了一台恒温箱。设计要求箱内安装一根电热丝，在采用220V恒定电压供电的情况下，电热丝每秒向箱内提供1000J的热量(设电能全部转化为内能)恒温箱组装好后，经测量发现该电热丝实际每秒钟供热1210J(设电热丝的电阻不随温度改变) 问：(1)电热丝的阻值是多少? (2)为了使电热丝供热达到设计要求，在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下，应在箱外怎样连接一个电阻元件? (3)所连接的电阻元件的阻值是多少? 【竞赛训练】 14.家庭电熨斗为了适应各种不同布料的整烫需要，设计了三个不同的温度挡：“高温”、“中温”、“低温”及“停”使用时可使电熨斗的温度达到所需要求，如图(甲)所示是其原理图图(乙)是各挡位时，开关所处的状态，则高温挡时开关所处的状态应是乙中的( )15.有一种双温电炉，其电路图如图所示，由两段阻值相同的电阻丝组成的发热体，A，B，C为三根引出线，其中A为低温挡，B为高温挡，且高温挡每秒产生的热量是低温挡每秒产生热量的2倍，试在方框内画出两段电阻的连接图，并说明设计的理由16.(全国竞赛题)李明得到一个国外生产的电热暖手器，铭牌上表示额定值的字样中，能看清楚的只有“24W”这几个字为了能正确使用该用电器，他把一只标有“600 0.4A”的定值电阻与电热暖手器和开关串联起来，连接到家庭照明电路中，然后进行如下实验观察：将开关接通后，电能表转盘转动137r恰好用了100s；断开开关后，电能表转盘在1min内恰好转了80r；观察电能表上标有3000r/kWh的字样。他在做实验的时间内，家中其他用电器的使用情况没有变化请根据以上数据，计算电热暖手器的额定电压是多少?你在计算过程中忽略了什么因素的影响?由此导致的计算结果是偏大还是偏小?17.(全国竞赛题)课外活动小组的同学设计制作了一个电热孵卵器，他们用两根额定电压和额定功率都相同的电热丝作热源，再连入一个电