江西省2022年中考物理总复习课后强化训练-微专题三　电功、电热的相关计算

微专题三电功、电热的相关计算1．电热水袋(俗称电暖宝)是冬季暖手、暖足的理想用品．(1)电热水袋的工作原理是利用了电流的________．电热水袋充水做加热物质，是利用了水的________大的特性．(2)如图所示是某电热水袋的主要参数，若使电热水袋内水温升高30℃，则水需要吸收的热量为________J．电热水袋正常工作，不考虑其外壳吸收的热量及其他热量损失，电热水袋初温为20℃，通电8min后将处于__________(选填“通电加热”或“自动断电”)状态．[已知c水＝4.2×103J/(kg·℃)]解析：(1)电热器的工作原理是电流的热效应，故电热水袋的工作原理是利用了电流的热效应；因为水的比热容较大，根据Q＝cmΔt可知，降低相同的温度，水放出的热量多，所以电热暖手宝里面用水作为加热物质．(2)水需要吸收的热量为Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×1kg×30℃＝1.26×105J；通电8min消耗的电能W＝Pt＝450W×8×60s＝2.16×105J；由题意知，水吸收的热量Q吸＝W＝2.16×105J，由Q吸＝cm(t－t0)可得，此时水的末温t＝eq\f(Q吸,c水m)＋t0＝eq\f(2.16×105J,4.2×103J/kg·℃×1kg)＋20℃≈71.4℃，由于水的温度升高到65℃时就自动断电，故暖手宝通电8min后将处于自动断开状态．答案：(1)热效应比热容(2)1.26×105自动断电2．电热水器是生活中常见的加热水的电器，下表是某电热水器的部分参数．张凯将该电热水器中盛满的初温为20℃的水加热至50℃用于洗澡，则这个过程中水吸收的热量为[已知c水＝4.2×103J/(kg·℃)，ρ水＝1.0×103kg/m3]()容量功率加热时间恒温模式60L3500W10min全自动智能恒温A.8.4×106J B．7.56×106JC．8.4×103J D．7.56×103J解析：水的体积V＝60L＝60dm3＝0.06m3，由ρ＝eq\f(m,V)得水的质量m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×0.06m3＝60kg，水吸收的热量Q吸＝cmΔt＝cm(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×60kg×(50℃－20℃)＝7.56×106J.答案：B3．家庭常用电热水壶的铭牌数据如表所示，若加热电阻的阻值不随温度的变化而改变，下列选项正确的是[c水＝4.2×103J/(kg·℃)]()额定电压220V额定加热功率1100W最大盛水量1kgA.电热水壶装满水时，水的体积是10LB．电热水壶和其他用电器串联在电路中C．将1kg、20℃的水在1标准大气压下烧开，需要吸收的热量为3.36×105JD．将1kg、20℃的水在1标准大气压下烧开，电热水壶需正常工作5.5分钟，此电热水壶的效率为50%解析：由ρ＝eq\f(m,V)可得，水的体积V＝eq\f(m,ρ)＝eq\f(1kg,1×103kg/m3)＝1×10－3m3＝1dm3＝1L，故A错误；电热水壶和其他用电器工作时互不影响，则电热水壶和其他用电器并联在电路中，故B错误；水吸收的热量Q＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃－20℃)＝3.36×105J，故C正确；工作时间t＝5.5min＝5.5×60s＝330s，由P＝eq\f(W,t)可得，电热水壶正常工作5.5min消耗的电能W＝Pt＝1100W×330s＝3.63×105J；电热水壶的效率η＝eq\f(Q,W)×100%＝eq\f(3.36×105J,3.63×105J)×100%≈92.6%，故D错误．答案：C4．如图所示的电路，电源电压保持不变，小灯泡额定电压为8V(小灯泡电阻不随温度变化)．闭合开关S1，断开开关S2，当滑动变阻器的滑片在a、b端之间移动的过程中，电压表示数变化范围是0～8V，电流表示数变化范围是0.8～2.4A；闭合开关S2，断开开关S1，当滑动变阻器的滑片在中点时小灯泡正常发光．在保证电路安全的前提下，下列说法正确的是()A．R2的阻值为10ΩB．闭合开关S1，断开开关S2，滑动变阻器R1消耗的最大电功率为6.4WC．闭合开关S2，断开开关S1，灯泡两端电压变化范围为4～8VD．闭合开关S2，断开开关S1，整个电路消耗的电功率范围为7.2～9.6W解析：闭合开关S1、断开开关S2时，滑动变阻器R1和定值电阻R2串联，电压表测R1两端电压，电流表测电路中的电流，当滑片位于b端时，接入电路中的电阻为零，此时电路中的电流最大，由I＝eq\f(U,R)可得，电源的电压U＝I大R2＝2.4A×R2①，当滑片位于a端时，接入电路中的电阻最大，此时电路中的电流最小，电压表的示数最大，电源的电压U＝U1＋I小R2＝8V＋0.8A×R2②；由①②可得U＝12V、R2＝5Ω，故A错误；闭合开关S1、断开开关S2时，滑动变阻器R1和定值电阻R2串联，滑动变阻器R1消耗的电功率P1＝(U－IR2)I＝(12V－I×5Ω)I＝5eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(12V,5)×I－I2×1Ω))＝5eq\b\lc\[\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(12V,5)×I－I2×1Ω－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(12V,10)))2))＋eq\b\lc\\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(12V,10)))2))＝7.2W－5(I－1.2A)2×1Ω，当I＝1.2A时，滑动变阻器R1消耗的电功率最大，最大为7.2W，故B错误；滑动变阻器的最大阻值R1＝eq\f(U1,I小)＝eq\f(8V,0.8A)＝10Ω，闭合开关S2，断开开关S1时，滑动变阻器R1和灯泡L串联，电压表测R1两端电压，当滑动变阻器的滑片在中点时小灯泡正常发光，此时滑动变阻器两端的电压U1′＝U－UL＝12V－8V＝4V，则电路中的最大电流I大′＝eq\f(U1′,\f(1,2)R1)＝eq\f(4V,\f(1,2)×10Ω)＝0.8A，此时灯泡两端的电压最大，整个电路消耗的电功率最大，则P大＝UI大′＝12V×0.8A＝9.6W；灯泡的电阻RL＝eq\f(UL,I大′)＝eq\f(8V,0.8A)＝10Ω，当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，灯泡两端的电压最小，电路消耗的电功率最小，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电路中的最小电流I小′＝eq\f(U,R1＋RL)＝eq\f(12V,10Ω＋10Ω)＝0.6A，则灯泡两端的最小电压UL′＝I小′RL＝0.6A×10Ω＝6V，所以，灯泡两端电压变化范围为6～8V，故C错误；电路消耗的最小电功率P小＝UI小′＝12V×0.6A＝7.2W，所以，整个电路消耗的电功率范围为7.2～9.6W，故D正确．答案：D5．如图所示，电源电压不变，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器(a、b为其两端点)．闭合开关S、当滑片P在某一端点时，电流表示数为0.1A，R2消耗的电动率为1W；当滑片P移动到某一位置时，电流表示数为0.3A，R2消耗的电功率为1.8W，则在滑片P从a端移到b端的过程中，求：(1)滑动变阻器的最大阻值；(2)电流表和电压表示数的变化范围；(3)R1消耗功率的变化量．解析：由电路图可知，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流．(1)因当滑片P在某一端点时电流表示数为0.1A，当滑片P移动至某一位置时电流表示数为0.3A，因此当P在b点时，变阻器消耗的功率为1W，电流表示数为Ib＝0.1A，由P＝I2R可得，滑动变阻器的最大阻值为R2最大＝eq\f(P,I\o\al(2,b))＝eq\f(1W,0.1A2)＝100Ω；(2)当P在某一位置时，变阻器接入的电阻为R2＝eq\f(P′,I′2)＝eq\f(1.8W,0.3A2)＝20Ω，电源电压U＝I′R总＝0.3A×(R1＋20Ω)①P在b点时，电源电压U＝IbR＝0.1A×(R1＋100Ω)②联立①②可得U＝12V，R1＝20Ω；当P在a点时，电流表的示数为Ia＝eq\f(U,R1)＝eq\f(12V,20Ω)＝0.6A，则电流表的示数变化范围为0.1～0.6A；当P在a点时，电压表的示数为0V；当P在b点时，电压表的示数为U2＝IbR2最大＝0.1A×100Ω＝10V，则电压表的示数变化范围为0～10V；(3)当P在a点时，R1消耗的功率为P1a＝UIa＝12V×0.6A＝7.2W；当P在b点时，R1消耗的功率为P1b＝Ieq\o\al(2,b)R1＝(0.1A)2×20Ω＝0.2W；故R1消耗的功率变化量为ΔP＝P1a－P1b＝7.2W－0.2W＝7W.答案：(1)滑动变阻器的最大阻值为100Ω；(2)电流表的示数变化范围为0.6～0.1A；电压表的示数变化范围为0～10V；(3)R1消耗的功率变化了7W.6．如图所示，电源电压恒为12V，灯泡L上标有“12V9.6W”字样(灯丝电阻不随温度变化)，滑动变阻器的最大电阻为30Ω.(1)求灯泡L正常发光时的电阻．(2)当S1和S2都闭合，且滑片移到最右端时，电流表示数为1.2A，定值电阻R0阻值为多少？(3)若要整个电路消耗的电功率最小，则最小功率为多少？解析：(1)灯泡L正常发光时的电阻RL＝eq\f(U\o\al(2,L),PL)＝eq\f(12V2,9.6W)＝15Ω；(2)当S1和S2都闭合，且滑片移到最右端时，R0与L并联，电流表测干路电流，由I＝eq\f(U,R)可得，电路的总电阻R＝eq\f(U,I)＝eq\f(12V,1.2A)＝10Ω，eq\f(1,R)＝eq\f(1,RL)＋eq\f(1,R0)，即eq\f(1,10Ω)＝eq\f(1,15Ω)＋eq\f(1,R0)，解得R0＝30Ω；(3)由R0>RL可知，当只闭合S1且滑片位于左端时，电路的总电阻最大，电路的总功率最小，则P小＝eq\f(U2,R＋R0)＝eq\f(12V2,30Ω＋30Ω)＝2.4W.答案：(1)灯泡L正常发光时的电阻为15Ω；(2)定值电阻R0阻值为30Ω；(3)当只闭合S1且滑片位于左端时，电路消耗的电功率最小，最小电功率为2.4W.7．如图所示是某电热器的原理图，电热器的相关参数如表所示.额定电压220V加热功率1000W保温功率44W(1)请分析当该电热器处于加热状态时开关S1和S2的状态，写出分析过程；(2)求出电阻R1和R2的阻值．解析：(1)由电路图可知，开关S1、S2均闭合时电路为R1的简单电路，开关S1闭合、S2断开时R1与R2串联．开关S1、S2均闭合时，电路的总电阻最小，电源的电压一定时，由P＝UI＝eq\f(U2,R)可知，电路的总功率最大，电热器处于加热状态．(2)开关S1、S2均闭合时，电路为R1的简单电路，电热器处于加热状态，R1的阻值R1＝eq\f(U2,P加热)＝eq\f(220V2,1000W)＝48.4Ω，开关S1闭合、S2断开时，R1与R2串联，电热器处于保温状态，此时电路中的总电阻R＝eq\f(U2,P保温)＝eq\f(220V2,44W)＝1100Ω，R2的阻值R2＝R－R1＝1100Ω－48.4Ω＝1051.6Ω.答案：(1)开关S1、S2均闭合时，该电热器处于加热状态；分析过程：开关S1、S2均闭合时电路为R1的简单电路，开关S1闭合、S2断开时R1与R2串联，由电阻的串联可知，开关S1、S2均闭合时电路的总电阻最小，根据P＝UI＝eq\f(U2,R)可知，电源的电压一定时，电路的总功率最大，该电热器处于加热状态；(2)电阻R1和R2的阻值依次为48.4Ω、1051.6Ω.8．如图甲所示是小明家安装的即热式热水器，其具有高、低温两挡加热功能，低温挡功率为5500W，内部等效电路如图乙所示，R1和R2是两个电热丝．某次小明用高温挡淋浴时，水的初温是20℃，淋浴头的出水温度40℃，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＝4.2×103J/(kg·℃)]，求：(1)电热丝R1的阻值；(2)水吸收的热量；(3)该热水器高温挡功率．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电阻，根据P＝eq\f(U2,R)可知，只闭合S1时，电阻较大，功率较小，为低温挡，电热丝R1的阻值R1＝eq\f(U2,P低)＝eq\f(220V2,5500W)＝8.8Ω；(2)用高温挡淋浴时，淋浴20min共用水100L，水的质量m＝ρV＝1.0×103kg/m3×100×10－3m3＝100kg；水从初温20℃升高到40℃吸收的热量Q＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×100kg×(40℃－20℃)＝8.4×106J；(3)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＝8.4×106J，该热水器高温挡功率P高＝eq\f(W,t)＝eq\f(8.4×106J,20×60s)＝7000W.答案：(1)电热丝R1的阻值为8.8Ω；(2)水吸收的热量为8.4×106J；(3)该热水器高温挡功率为7000W.9．小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如下表，请解答如下问题．型号SHZ2010­624热风温度50℃～75℃额定功率热风时：1000W冷风时：120W额定电压220V质量0.5kg(1)当电吹风吹冷风时，正常工作5min消耗的电能是多少？(2)当选择开关旋至何处时，电吹风正常工作的功率最大？此时电路中的总电流是多大？(计算结果保留一位小数，下同)(3)当电路供电电压为200V时，电吹风电热丝的实际电功率为多大？(电热丝电阻保持不变)解析：(1)当电吹风吹冷风时，由P＝eq\f(W,t)可得，正常工作5min消耗的电能W＝P冷t＝120W×5×60s＝3.6×104J；(2)开关旋至AB处时，电动机和电热丝同时工作，电吹风吹热风，此时功率最大，由P＝UI可得，此时电路中的总电流I＝eq\f(P热,U)＝eq\f(1000W,220V)≈4.5A；(3)电吹风吹热风时，电热丝的电功率PR＝P热－P冷＝1000W－120W＝880W，电阻丝的电阻R＝eq\f(U2,PR)＝eq\f(220V2,880W)＝55Ω，当电路供电电压为200V时，电吹风电热丝的实际电功率：PR′＝eq\f(U\o\al(2,实),R)＝eq\f(200V2,55Ω)≈727.3W.答案：(1)当电吹风吹冷风时，正常工作5min消耗的电能是3.6×104J；(2)当选择开关旋至AB处时，电吹风正常工作的功率最大，此时电路中的总电流是4.5A；(3)当电路供电电压为200V时，电吹风电热丝的实际电功率为727.3W.10．某型号电热水壶具有加热、保温、电动出水以及干烧断电功能，其简化电路如图所示．S1是壶底温控开关，通常闭合，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开；S2是壶壁温控开关，按下时对水加热，水烧开后自动断开，电热水壶处于保温状态；S3是电动出水开关，按下时闭合，电磁泵将水抽出．已知R1＝48.4Ω，R2＝484Ω，R3＝196Ω.(1)求电热水壶保温功率；(2)闭合S1、S3，电磁泵两端电压为24V，求电磁泵的电功率；(3)若水烧开后S2没有自动断开，则壶里的水烧干后经过多长时间S1才会断开？[已知发热盘质量为0.66kg，比热容为0.5×103J/(kg·℃)．设水烧干瞬间，发热盘的温度为110℃，不计热损失]．解析：由图和题意可知，闭合开关S1和S2，电阻R1和R2并联，处于加热状态；只闭合开关S1时，只有电阻R2工作，处于保温状态；只闭合开关S1和S3时，电动机和电阻R3串联，电磁泵将水抽出，电动机工作．(1)电热水壶处于保温状态且不抽水时，只有电阻R2工作，电热水壶保温功率P保温＝eq\f(U2,R2)＝eq\f(220V2,484Ω)＝100W；(2)闭合S1、S3时，电动机和电阻R3串联，已知此时电磁泵两端电压为24V，则由串联电路电压的规律可得，电阻R3两端的电压U3＝U－U泵＝220V－24V＝196V，这一支路的电流为I＝eq\f(U3,R3)＝eq\f(196V,196Ω)＝1A，则电磁泵的电功率P泵＝U泵I＝24V×1A＝24W；(3)由图和题意可知，闭合开关S1和S2，电阻R1和R2并联，处于加热状态则加热功率P加热＝P1＋P2＝eq\f(U2,R1)＋eq\f(U2,R2)＝eq\f(220V2,48.4Ω)＋eq\f(220V2,484Ω)＝1100W，瓶里的水烧干到开关S1自动断开，发热盘吸收的热量Q吸＝cmΔt＝0.5×103J/(kg·℃)×0.66kg×(120℃－110℃)＝3300J；瓶里的水烧干后，S2没有自动断开(仍然是加热状态)，不计热损失，电流