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[ 原题呈现]
例(2020·本溪、铁岭、辽阳·第27题)图1是一款家用电热水器的简化电路图,它有高温和低温两个挡位,高温挡功率为3 300 W。R1、R2均为加热电阻丝,R1的阻值为55 Ω。[c水=4.2 × 103 J/(kg·℃)]
求:(1)低温挡时通过R1的电流。
(2)R2的阻值。
(3)如果不计热量损失,用高温挡把50 kg的水,从27 ℃加热到60 ℃,需要的时间。
[考点分析]
本题考查了多挡位电路的识别、欧姆定律、电功率、焦耳定律、电能转化为内能以及热传递过程中物体吸热的计算,考查同学们的分析综合能力。
[试题解析]
(1)由电路图可知,开关S接a时R1与R2并联,开关S接b时电路为R1单独连入的简单电路,比较两种情况下总电阻的关系,根据P = UI = U2/R可知,电路的总电阻越小,总功率越大,因此开关S接a时电热水器处于高温挡,S接b时电热水器处于低温挡,此时只有R1连入,根据欧姆定律可求出通过R1的电流;(2)开关S接a时,R1与R2并联,电热水器处于高温挡,可先求出此时R1的功率,再由总功率和R1的功率求出R2的功率,再求出R2的电阻;(3)知道水的质量和比热容以及初温、末温,根据Q吸= cm(t - t0)求出水吸收的热量,不计热量损失时,消耗的电能等于水吸收的热量,则根据P = W/t即可求出需要的加热时间。
[方法归纳]
电热综合计算是中考经常出现的计算题,解决这类问题通常采用拆解的方法,一般将问题拆解为三部分:
(1)解决电路的問题:通常需要看懂电路的不同挡位,由于改变电路连接方式后电源电压不变,因此电阻小的连接情况对应高温挡,电阻大的连接情况对应低温挡。
(2)热量计算的问题:注意已知中的一些条件,如已知液体的质量还是体积;温度是“升高”还是“升高到”。
(3)消耗的电能W与热传递过程的吸热Q吸的关系:可能Q吸 = W,也可能Q吸 = W × [η]。
[拓展训练]
1. 某品牌电热水壶上标有“220 V 1 400 W”的字样,小明发现烧水过程中电热水壶的发热体部分很快变热,但连接的导线却不怎么热,这是因为导线的电阻比发热体的电阻——。在额定电压下,电热水壶烧水3 min,这段时间内电热水壶发热体产生的热量是—— J。若发热体产生的热量全部被水吸收,能将——kg的水从20 ℃升高到100 ℃。[c水=4.2 × 103 J/(kg·℃)]
2. 如图2甲是一款新型的三挡(大火、中火和小火)电烧烤炉(额定电压为220 V),其简化的电路图如图2乙所示,S2为一单刀双掷开关。已知R1的阻值为88 Ω,R2的阻值为48.4 Ω。求:
(1)电烧烤炉使用中火挡烤肉时的电流及其电功率;
(2)若用大火挡烤肉10 min,电烧烤炉消耗的电能。
3. 小明家的饮水机加热水槽部分工作原理电路图如图3所示,其中S是一个温控开关,R1为电加热管,R2为限流电阻。当饮水机处于加热状态时,水被迅速加热,达到预定温度时,S自动切换到另一处,使饮水机处于保温状态。请回答下列问题:
(1)A、B是两种不同颜色的指示灯,如果用红色表示正在给水加热,黄色表示保温,请标明指示灯的颜色,应该是A为 色。
(2)若饮水机加热时加热管的功率为550 W,而保温时加热管的功率为88 W,求电阻R2的阻值。(不考虑温度对阻值的影响,且不计指示灯的阻值)
(3)加热水槽储水1 kg,将其从初温45 ℃加热到100 ℃,若不计热量损失,试计算出加热需要多少时间?[水的比热容为4.2 × 103 J/(kg·℃)]
参考答案:
1. 小得多 2.52 × 105 0.75
2. (1)2.5 A 550 W (2)9.3 × 105 J
3. (1)红 (2)132 Ω (3)420 s
例(2020·本溪、铁岭、辽阳·第27题)图1是一款家用电热水器的简化电路图,它有高温和低温两个挡位,高温挡功率为3 300 W。R1、R2均为加热电阻丝,R1的阻值为55 Ω。[c水=4.2 × 103 J/(kg·℃)]
求:(1)低温挡时通过R1的电流。
(2)R2的阻值。
(3)如果不计热量损失,用高温挡把50 kg的水,从27 ℃加热到60 ℃,需要的时间。
[考点分析]
本题考查了多挡位电路的识别、欧姆定律、电功率、焦耳定律、电能转化为内能以及热传递过程中物体吸热的计算,考查同学们的分析综合能力。
[试题解析]
(1)由电路图可知,开关S接a时R1与R2并联,开关S接b时电路为R1单独连入的简单电路,比较两种情况下总电阻的关系,根据P = UI = U2/R可知,电路的总电阻越小,总功率越大,因此开关S接a时电热水器处于高温挡,S接b时电热水器处于低温挡,此时只有R1连入,根据欧姆定律可求出通过R1的电流;(2)开关S接a时,R1与R2并联,电热水器处于高温挡,可先求出此时R1的功率,再由总功率和R1的功率求出R2的功率,再求出R2的电阻;(3)知道水的质量和比热容以及初温、末温,根据Q吸= cm(t - t0)求出水吸收的热量,不计热量损失时,消耗的电能等于水吸收的热量,则根据P = W/t即可求出需要的加热时间。
[方法归纳]
电热综合计算是中考经常出现的计算题,解决这类问题通常采用拆解的方法,一般将问题拆解为三部分:
(1)解决电路的問题:通常需要看懂电路的不同挡位,由于改变电路连接方式后电源电压不变,因此电阻小的连接情况对应高温挡,电阻大的连接情况对应低温挡。
(2)热量计算的问题:注意已知中的一些条件,如已知液体的质量还是体积;温度是“升高”还是“升高到”。
(3)消耗的电能W与热传递过程的吸热Q吸的关系:可能Q吸 = W,也可能Q吸 = W × [η]。
[拓展训练]
1. 某品牌电热水壶上标有“220 V 1 400 W”的字样,小明发现烧水过程中电热水壶的发热体部分很快变热,但连接的导线却不怎么热,这是因为导线的电阻比发热体的电阻——。在额定电压下,电热水壶烧水3 min,这段时间内电热水壶发热体产生的热量是—— J。若发热体产生的热量全部被水吸收,能将——kg的水从20 ℃升高到100 ℃。[c水=4.2 × 103 J/(kg·℃)]
2. 如图2甲是一款新型的三挡(大火、中火和小火)电烧烤炉(额定电压为220 V),其简化的电路图如图2乙所示,S2为一单刀双掷开关。已知R1的阻值为88 Ω,R2的阻值为48.4 Ω。求:
(1)电烧烤炉使用中火挡烤肉时的电流及其电功率;
(2)若用大火挡烤肉10 min,电烧烤炉消耗的电能。
3. 小明家的饮水机加热水槽部分工作原理电路图如图3所示,其中S是一个温控开关,R1为电加热管,R2为限流电阻。当饮水机处于加热状态时,水被迅速加热,达到预定温度时,S自动切换到另一处,使饮水机处于保温状态。请回答下列问题:
(1)A、B是两种不同颜色的指示灯,如果用红色表示正在给水加热,黄色表示保温,请标明指示灯的颜色,应该是A为 色。
(2)若饮水机加热时加热管的功率为550 W,而保温时加热管的功率为88 W,求电阻R2的阻值。(不考虑温度对阻值的影响,且不计指示灯的阻值)
(3)加热水槽储水1 kg,将其从初温45 ℃加热到100 ℃,若不计热量损失,试计算出加热需要多少时间?[水的比热容为4.2 × 103 J/(kg·℃)]
参考答案:
1. 小得多 2.52 × 105 0.75
2. (1)2.5 A 550 W (2)9.3 × 105 J
3. (1)红 (2)132 Ω (3)420 s