试卷 2021浙教版科学“中考第一轮复习”考点过关（四十三）：电热器计算【word，含答案】

这是一份试卷 2021浙教版科学“中考第一轮复习”考点过关（四十三）：电热器计算【word，含答案】，共12页。


1．发光二极管是一种发展前景非常好的高亮度节能照明灯具，并在2010年上海世博会上得到了大量的使用．学校电子制作兴趣小组用“2.5V，10mA”的发光二极管制作一个可以调节亮度的手电筒，电源电压是4.5V，电路如图所示：
（1）发光二极管正常发光时消耗的电功率是多少？此时，变阻器连入电路的阻值是多少？
（2）实验发现，3只发光二极管正常发光的亮度与1只“2.5V，0.3A”的小灯泡正常发光时的亮度相当，试计算在正常发光的情况下，小灯泡和发光二极管亮度相当时，小灯泡的电功率是发光二极管电功率的几倍？
2.某品牌电热水壶如图所示，铭牌如右表。烧水时，当壶内的水温达到设定温度后会自动切换到保温状态。若某次烧水，电热水壶正常工作，在1标准大气压下，经过15min将1.5L初温为20℃的水烧
至沸腾，然后持续保温。水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），求该电热水壶:
（1）处于保温状态时的电阻是多少?
（2）将水烧至沸腾的过程中消耗的电能是多少?
（3）将水烧至沸腾的过程中的平均效率是多大?
3. 如图是小红和父母去商场购买电热水壶时，售货员给她的一份推销某品牌电热水壶的宣传广告，根据宣传广告中提供的信息求：
(1)电热水壶正常工作时的电流；
(2)当电热水壶装满水正常工作时，将温度为20 ℃的水烧开(标准大气压下)需要吸收的热量；[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)此电热水壶正常工作时的热效率为84%，则实际烧开一壶水需要多长时间？根据计算结果，请你对上述宣传广告中的有关内容作出评价．
4. 如图所示为一款迷你型电热器，与传统的热水器相比，它的优点在于：一次仅加热一杯200 mL的水，即“烧”即饮，每一杯都是新鲜的，避免水被反复加热，既省电，又可以方便、卫生、安全的提供饮用水．部分参数如表一．温度调控范围40 ℃～100 ℃七挡，每挡加热时间对应如表二所示．热水器正常工作，可以将一杯200 mL的常温(20 ℃)水在20 s加热到40 ℃，可以用来冲奶粉．试计算：
表一
表二
(1)热水器的加热电阻丝的电阻值；
(2)将一杯200 mL的常温(20 ℃)水加热到40℃，水需要吸收的热量；[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，ρ水＝1×103 kg/m3]
(3)热水器在“40 ℃”挡时的加热效率(百分号前保留整数)．
5. 小明的爸爸给自家的小汽车安装了电加热座椅垫如图甲．小明研究发现该座椅垫有“高温”、“低温”和“关”三个挡位，其电路示意图如图乙，电源电压为12 V，高温功率为20 W，低温功率为9 W．求：
(1)座椅垫处于“低温”挡时，电路中的电流是多少？
(2)加热片R1的阻值是多少？
(3)座椅垫处于“高温”挡时，5 min就可以将质量为0.5 kg的加热片从10 ℃加热到35 ℃.若不计热量损失，加热片材料的比热容是多少？
6.越来越多的家庭采用“水地暖”进行取暖。其原理是：在房间地面装饰层下铺设散热管道，通过管道内的热水散热提高室温。当供水温度为45 ℃时，单位面积的散热功率与地面装饰层材料、散热管材料的对应关系见下表：
（1）若该地暖系统的总水量为2×103 kg，将全部的水从5℃加热至45℃，水至少需要吸收多少热量？[c水＝4.2×103J/(kg·℃)]
（2）某家庭木地板的面积为80m2，散热管材料为聚丁烯(PB)，供水温度为45℃，则该供暖系统每小时的散热量为多少焦耳？
（3）“水地暖”散热量除与散热时间、面积有关外，你认为还与哪些因素有关？请至少写出两点。
7．图示的陶瓷电热水壶的工作电路如图甲所示，R0恒为10Ω，RT是热敏电阻，它的电阻值与温度的关系如图乙所示。
（1）用此电热水壶将2kg的水从20℃加热到100℃，水需要吸收多少热量？[水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）]
（2）当温度为100℃时，图甲电路消耗的总功率是多少？
（3）该电热水壶在水烧干后，未切断电路的情况下，不会过热的原因是什么？
8. 小明寒假到农村的爷爷家探亲，他发现原来爷爷家冬天用煤球炉取暖，而现在改用电暖器取暖．该电暖器上下各有一根中空的金属管，在管道中充满绝缘、导热性良好的导热油．如图是其工作原理图，有低温、中温、高温三挡，其中发热电阻R1＞R2.其铭牌如表所示，导热油质量为6 kg，导热油的比热容c油＝1.8×103 J/(kg·℃)．
(1)求R1的阻值．
(2)求电暖器在高温挡正常工作时，5 min内产生的热量．
(3)不考虑电暖器的热散失，求(2)中产生的热量最多可使6 kg导热油温度升高多少摄氏度．(计算结果保留一位小数)
(4)假如(2)中产生的热量由原来效率为30%的煤球炉提供，需要烧煤多少千克？请你谈一谈使用电暖器取暖比使用煤球炉好的理由．(q煤＝3×107 J/kg)

9. 某品牌智能滚筒洗衣机可设定洗涤温度，方便安全，其简化等效电路如图所示，此时处于空挡位置．闭合开关S，旋钮绕P转动，实现挡位转换，旋至1挡时R1、R2同时工作，洗衣机处于加热状态；旋至2挡时R2和电动机同时工作，洗衣机处于保温洗涤状态．R1和R2均为电热丝，其阻值不受温度影响，R1＝22 Ω，主要参数如下表．求：[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)洗衣机处于保温洗涤状态时干路电流；
(2)R2阻值；
(3)洗衣机内注入10 L的水，在额定电压下连续加热17.5 min，水温由20 ℃上升到50 ℃，此过程中的加热效率．
10.某电热砂锅的简化电路如图甲．R1、R2为发热电阻，S为旋转型开关，a、b、c、d为触点，通过旋转开关S可实现“关”、“低挡”、“高挡”之间的转换，工作时先用高挡加热锅内汤料到沸腾，再用低挡持续加热食物，使食物“汤浓味鲜”．
(1)某次烹饪一共用时6小时，电功率与加热时间的关系如图乙所示，则本次烹饪共消耗多少电能？
(2)发热电阻R1和R2的阻值分别为多少？
(3)生活中，有时也会选择电压力锅烹饪，因为电压力锅煮熟相同质量的同种食物，通常比电热砂锅更省电．请你从能量利用率的角度，结合所学知识对电压力锅能省电作出简要的解释．
参考答案
1．（1）正常发光时消耗的电功率为PLED=ULEDI=2.5V×0.01A=0.025W，
变阻器两端的电压为U′=U-ULED=4.5V-2.5V=2V，
电路的总电阻为R=U′I=2V0.01A=200Ω；
（2）小灯泡的电功率为P灯=U灯I灯=2.5V×0.3A=0.75W，
3只发光二极管正常发光电功率为P总=3PLED=3×0.025W=0.075W
所以P总P灯=，
即小灯泡的电功率是发光二极管电功率的10倍．
答：（1）发光二极管正常发光时消耗的电功率为0.025W，变阻器连入电路的阻值为200Ω；
（2）小灯泡的电功率是发光二极管电功率的10倍．
2.（1）由 得
（2）消耗电能：
（3）水的质量：
水吸收的热量：
效率：
3. 解：(1)由P＝UI得，电热水壶正常工作时的电流I＝eq \f(P额,U额)＝eq \f(2 000 W,220 V)≈9.09 A
(2)由ρ＝eq \f(m,V)得，水的质量m＝ρV＝1×103 kg/m3×3×10－3 m3＝3 kg
水吸收的热量Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×3 kg×(100 ℃－20 ℃)＝1.008×106 J
(3)由η＝eq \f(Q吸,W)×100%得，电热水壶烧开一壶水实际消耗的电能W电＝eq \f(Q吸,η)＝eq \f(1.008×106 J,84%)＝1.2×106 J
由P＝eq \f(W,t)得，烧开一壶水的实际时间t＝eq \f(W电,P额)＝eq \f(1.2×106 J,2 000 W)＝600 s＝10 min
而广告宣传中称5分钟能将一壶水烧开，此宣传广告不可信．
4. 解：(1)由P＝eq \f(U2,R)得，热水器的加热电阻丝的电阻值R＝eq \f(U2,P)＝eq \f(（220 V）2,2 200 W)＝22 Ω
(2)根据ρ＝eq \f(m,V)得，200 mL水的质量m＝ρ水V＝1×103 kg/m3×200×10－6 m3＝0.2 kg
水吸收的热量Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×(40 ℃－20 ℃)＝1.68×104 J
(3)由P＝eq \f(W,t)得，此过程中热水器消耗的电能W＝Pt＝2 200 W×20 s＝4.4×104 J
热水器在“40 ℃”挡时的加热效率η＝eq \f(Q吸,W)×100%＝eq \f(1.68×104 J,4.4×104 J)×100%≈38%
5. 解：(1)座椅垫处于“低温”挡时，由P＝UI可得，电路中的电流I低＝eq \f(P低,U)＝eq \f(9 W,12 V)＝0.75 A
(2)座椅垫处于“高温”挡时，电路中只有R2接入．
由P＝eq \f(U2,R)可得，R2＝eq \f(U2,P高)＝eq \f(（12 V）2,20 W)＝7.2 Ω
座椅垫处于“低温”挡时，R1与R2串联．
R串＝eq \f(U2,P低)＝eq \f(（12 V）2,9 W)＝16 Ω
故加热片R1的阻值R1＝R串－R2＝16 Ω－7.2 Ω＝8.8 Ω
(3)座椅垫处于“高温”挡时，5 min消耗的电能W＝P高t＝20 W×5×60 s＝6×103 J
由题可知，若不计热量损失，则Q吸＝W＝6×103 J
由Q＝cmΔt可得，加热片材料的比热容c＝eq \f(Q吸,mΔt)＝eq \f(6×103 J,0.5 kg×（35 ℃－10 ℃）)＝0.48×103 J/(kg·℃)
6.（1）Q＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2×103 kg×(45 ℃－5 ℃)＝3.36×108 J
（2）由题意可知，该家庭地面单位面积上的散热功率为90.0 W/m2，
散热量Q＝Pt＝(90.0 W/m2×80 m2)×3.6×103 s＝2.592×107 J
（3）地面装饰层材料、散热管材料、装饰层厚度、供水温度、管间距离等。(只要写出其中的两点即可)
7．（1） Q＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×(100℃－20℃)＝6.72×105J
（2）由图可知，RT＝34Ω，R总＝RT + R0 ＝34Ω+10Ω＝44Ω
P总=U2/R总＝(220V)2/44Ω=1100W
（3）水烧干后，水壶温度升高，导致RT的电阻急剧变大。由于电源电压一定，电路总功率急剧变小，产生热量变慢，从而温度不会升得很高，所以水壶不会过热。
8. 解：(1)由题图知，S1、S2都闭合时，两电阻并联，此时总电阻最小，由P＝eq \f(U2,R)可知此时功率最大，为高温挡；只闭合S1时，为只有R1的简单电路，只闭合S2时，为只有R2的简单电路，因发热电阻R1＞R2，则由P＝eq \f(U2,R)可知只闭合S1时为低温挡，只闭合S2时为中温挡．
根据P＝eq \f(U2,R)可得，R1＝eq \f(U2,P低)＝eq \f(（220 V）2,550 W)＝88 Ω
(2)电暖器在高温挡正常工作时，两个电阻都工作，则高温挡的总功率P高＝P1＋P2＝P低＋P中＝550 W＋1 100 W＝1 650 W
电暖器在高温挡正常工作时，5 min内产生的热量
Q＝W＝P高t＝1 650 W×5×60 s＝4.95×105 J
(3)不考虑热散失，则有Q吸＝Q＝4.95×105 J
根据Q吸＝cmΔt可得6 kg导热油升高的温度
Δt＝eq \f(Q吸,c油m)＝eq \f(4.95×105 J,1.8×103 J/（kg·℃）×6 kg)≈45.8 ℃
(4)假如(2)中产生的热量由原来效率为30%的煤球炉提供，
根据η＝eq \f(Q,Q放)×100%可得，煤球燃烧放出的热量Q放＝eq \f(Q,η)＝eq \f(4.95×105 J,30%)＝1.65×106 J
根据Q放＝mq可得，需要烧煤的质量m′＝eq \f(Q放,q煤)＝eq \f(1.65×106 J,3×107 J/kg)＝0.055 kg
使用电暖器的能量利用率高，且清洁、无污染，所以使用电暖器取暖比使用煤球炉好．
9. 某品牌智能滚筒洗衣机可设定洗涤温度，方便安全，其简化等效电路如图所示，此时处于空挡位置．闭合开关S，旋钮绕P转动，实现挡位转换，旋至1挡时R1、R2同时工作，洗衣机处于加热状态；旋至2挡时R2和电动机同时工作，洗衣机处于保温洗涤状态．R1和R2均为电热丝，其阻值不受温度影响，R1＝22 Ω，主要参数如下表．求：[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)洗衣机处于保温洗涤状态时干路电流；
(2)R2阻值；
(3)洗衣机内注入10 L的水，在额定电压下连续加热17.5 min，水温由20 ℃上升到50 ℃，此过程中的加热效率．
解：(1)由电路图可知，S闭合，当旋钮旋至1挡时，电热丝R1与R2并联，洗衣机处于加热状态，由P＝eq \f(U2,R)得，电热丝R1的加热功率P1＝eq \f(U2,R1)＝eq \f(（220 V）2,22 Ω)＝2 200 W
电热丝R2 的加热功率P2＝P－P1＝2 400 W－2 200 W＝200 W
洗衣机处于保温洗涤状态时，电热丝R2与电动机并联，则电热丝R2和电动机的总功率
P总＝P2＋P电动＝200 W＋240 W＝440 W
保温洗涤的干路电流I＝eq \f(P总,U)＝eq \f(440 W,220 V)＝2 A
(2)由P＝eq \f(U2,R)可得，电热丝R2的阻值R2＝eq \f(U2,P2)＝eq \f(（220 V）2,200 W)＝242 Ω
(3)由ρ＝eq \f(m,V)可得，水的质量m＝ρV＝1.0×103 kg/m3×10×10－3 m3＝10 kg
水吸收的热量Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(50 ℃－20 ℃)＝1.26×106 J
由P＝eq \f(W,t)可得，洗衣机加热消耗的电能W＝Pt＝2 400 W×17.5×60 s＝2.52×106 J
此过程中的加热效率η＝eq \f(Q吸,W)×100%＝eq \f(1.26×106 J,2.52×106 J)×100%＝50%
10. 解：(1)高挡消耗的电能：W1＝P1t1＝0.44 kW×1 h＝0.44 kW·h
低挡消耗的电能：W2＝P2t2＝0.1 kW×5 h＝0.5 kW·h
本次烹饪共消耗的电能：W＝W1＋W2＝0.44 kW·h＋0.5 kW·h＝0.94 kW·h
(2)高挡加热时：R1＝eq \f(U2,P高)＝eq \f(（220 V）2,440 W)＝110 Ω
低挡加热时：R1＋R2＝eq \f(U2,P低)＝eq \f(（220 V）2,100 W)＝484 Ω
故R2的阻值R2＝484 Ω－110 Ω＝374 Ω
电压力锅锅内气压大，所以水的沸点高，食物在高温下容易熟，可以减少用电时间；加热时间短，散失到空气中的热量少，能量利用率高，所以更省电．




××牌电热水壶
额定电压
220 V
额定功率
2 000 W
容积
3 L
超温保护器
熔断温度110 ℃
额定电压
220 V
额定功率
2 200 W
水箱容量
2.6 L
温度选择
40 ℃～100 ℃
温度选择
40 ℃
50 ℃
60 ℃
70 ℃
80 ℃
90 ℃
沸腾
完成时间
20 s
25 s
29 s
35 s
40 s
45 s
55 s
地面装饰层材料
散热管材料
陶瓷
塑料
木地板
聚乙烯(PE－RT)
136.6 W/m2
103.5 W/m2
93.5 W/m2
聚丁烯(PB)
125.7 W/m2
96.9 W/m2
90.0 W/m2
××牌电暖器
额定电压
220 V
额定功率
低温挡
550 W
中温挡
1 100 W
高温挡
频率
50 Hz
额定电压
220 V
加热功率
2 400 W
电动机功率
240 W
设定温度范围
30 ℃～90 ℃
额定电压
220 V
加热功率
2 400 W
电动机功率
240 W
设定温度范围
30 ℃～90 ℃