2019年中考物理 母題題源系列 專題18 多擋位電熱器電功率的計算（含解析）

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1、 專題18 多擋位電熱器電功率的計算 【母題來源1】2019年四川綿陽卷 【母題原題】某一天晚上睡覺前，小文同學用有預約功能的電飯煲為家人第二天早餐煲粥。小文將大米等食材放入電飯煲內(nèi)，接通220V家庭電路，經(jīng)過了待機、加熱、保溫三個過程，早餐前斷開電源，電飯煲消耗的電功率隨時間變化的圖像如圖甲所示，電飯煲加熱過程消耗的電能是______kW·h。已知小文家電飯煲加熱和保溫部分基本電路原理如圖乙所示，S是接通家庭電路的開關，S1是自動開關，R1和R2為電阻不變的電熱絲，則R2=_____Ω。 【答案】0.88 220 【解析】由甲圖可知，0~5 h功率為44 W，此時間段為待

2、機；5~6 h功率為880 W，此時間段為加熱；6~7 h功率為220 W，此時間段為保溫。電飯煲加熱過程時間為1 h，則加熱過程消耗的電能為W=Pt=0.88 kW×1 h=0.88 kW·h；由電路圖可知，當開關S、S1同時閉合時，R1和R2并聯(lián)，電路總電阻最小，發(fā)熱功率最大，為加熱電路；當開關S閉合、S1斷開時，R1斷路沒有工作，電路中只有R2工作，為保溫電路。因保溫功率為220 W，即R2功率為220 W，則R2==220 Ω。 【母題來源2】2019年四川南充卷 【母題原題】如圖是電熱飲水機電路原理圖，已知R1=100 Ω，R2=20 Ω，當開關S1、S2閉合時，飲水機處于___

3、________狀態(tài)（填“保溫”或“加熱”），飲水機的保溫功率與加熱功率之比為___________。 【答案】加熱 1:6 【解析】當開關S1、S2都閉合時電路為R1的簡單電路，當S1閉合、S2斷開時R1與R2串聯(lián)，兩電阻串聯(lián)時總電阻最大，所以當開關S1、S2都閉合時，電路中的電阻最小，由可知，電路中的總功率最大，飲水機處于加熱狀態(tài)；飲水機處于加熱狀態(tài)時，電路為R1的簡單電路，則電路的功率：；飲水機處于保溫狀態(tài)時，R1與R2串聯(lián)，電路的功率為：，所以飲水機的保溫功率與加熱功率之比：。 【母題來源3】2019年湘西土家族苗族自治州卷 【母題原題】下圖是普通家用兩檔電取暖器內(nèi)部簡化

4、電路圖，R1、R2為電熱絲，且電阻阻值相同，高溫檔位功率為1 100 W，低溫檔位功率為440 W，家庭電路電壓U=220 V，求： （1）電取暖器處于高溫檔位時電路中的電流強度； （2）電路中R1的阻值； （3）如果普通家庭生活用電的電費價格為每度0.55元，試計算用該電取暖器的低溫檔位取暖4小時需要繳納的電費。 【答案】（1）5 A （2）44 Ω （3）0.968元 【解析】（1）當S1、S2均閉合時為高溫檔， （2）當S1、S2均閉合時為高溫檔，僅R1工作， （3）， 則需要電費為1.76×0.55=0.968元。 【母題來源4】2019年山東臨沂卷

5、【母題原題】圖甲是小明家安裝的即熱式熱水器，其具有高、低溫兩檔加熱功能，低溫檔功率為5 500 W，內(nèi)部等效電路如圖乙所示，R1和R2是兩個電熱絲。某次小明用高溫檔淋浴時，水的初溫是20 ℃，淋浴頭的出水溫度為40 ℃，淋浴20 min共用水100 L。假設熱水器電熱絲正常工作且產(chǎn)生的熱量全部被水吸收[]，求： （1）電熱絲R1的阻值。 （2）該熱水器高溫檔功率。 【答案】（1）8.8 Ω （2） 【解析】（1）當S1閉合，S2斷開時為低溫檔，僅電阻R1工作 （2） 由于熱量全部被水吸收，則 【母題來源5】2019年重慶B卷 【母題原題】特

6、高壓技術可以減小輸電過程中電能的損失。某發(fā)電站輸送的電功率為1.1×105 kW，輸電電壓為1 100 kV，經(jīng)變壓器降至220 V供家庭用戶使用。小明家中有一個標有“220 V 2 200 W"的即熱式水龍頭，其電阻為R0，他發(fā)現(xiàn)冬天使用時水溫較低，春秋兩季水溫較高，于是他增加兩個相同的發(fā)熱電阻R和兩個指示燈（指示燈電阻不計）改裝了電路，如圖所示。開關S1，可以同時與ab相連或只與c相連。使其有高溫和低溫兩檔。求： （1）通過特高壓輸電線電流； （2）改裝前，若水龍頭的熱效率為90%，正常加熱1分鐘提供的熱量； （3）改裝后，水龍頭正常工作時高溫檔與低溫檔電功率之比為4:1，請計

7、算出高溫檔時的電功率。 【答案】（1）200 A （2）1.188×105 J （3）4 400 W 【解析】（1）根據(jù)題意知道，某發(fā)電站輸送的電功率為1.1×105 kW，輸電電壓為1100 kV，由P=UI知道，通過特高壓輸電線的電流是：=10 A； （2）由知道，正常加熱1分鐘消耗的電能是：W=Pt=2 200 W×60 s=1.32×105 J， 由知道，正常加熱1分鐘提供的熱量：Q=Wη=1.32×105 J×90%=1.188×105 J； （3）因為即熱式水龍頭標有“220 V 2 200 W"， 所以，R0電阻是：， 由電路圖知道，當開關S與a、b相連時，電

8、阻R與R0并聯(lián)，電阻較小， 由P=UI=知道，此時電路的總功率最大，水龍頭處于加熱狀態(tài)， ； 當開關S與c相連時，R與R0 串聯(lián)，總電阻較大，總功率較小，水龍頭處于保溫狀態(tài)， ， 又因為水龍頭正常工作時高溫檔與低溫檔電功率之比為4：1， 即， 由此解得：R=R0=22 Ω，所以，高溫檔時的電功率是 =4 400 W。 【難點中心】電功、電功率一直都是初中物理考查的重要內(nèi)容，一般與串并聯(lián)、歐姆定律等電學知識結合起來考查，綜合性較強，命題形式多種多樣，故也是個難點，其中與生活實際相聯(lián)系的命題形式仍是今后的主流考查方向，兩檔位用電器電功率的計算是近幾年常考的熱點。 【考點難點

9、突破】 【知識鏈節(jié)】 電功率： 定義：電功率等于電功和時間之比。 意義：表示消耗電能的快慢。 符號：P[來 單位：瓦特（瓦，W），常用單位為千瓦（kW），1 kW＝103 W 電功率的定義式： W=Pt 第一種單位：P——電功率——瓦特（W）；W——電功——焦耳（J）； t——通電時間——秒（s）。 第二種單位：P——電功率——千瓦（kW）；W——電功——千瓦時（kW·h）； t——通電時間——小時（h）。 電功率計算公式：=UI（適用于所有電路） 對于純電阻電路可推導出：P=I2R= 【技能方法】 所謂的兩檔位電熱器一般分為高溫檔和低溫檔，是在電源電壓不變

10、的情況下，通過改變電阻的大小，高檔位電阻小，低檔位電阻大，由可知，電熱器的電功率發(fā)生了改變。 兩檔位電熱器一般是通過開關來改變檔位的，常見的電路有以下兩種： （1）短路型 S閉合時，電阻R被短路，只有R0工作，此時為高溫檔擋；斷開時，兩電阻串聯(lián)總電阻較大，此時為低擋. （2）單刀雙擲型 主要工作的電阻放在干路上，一條支路用導線，一條之路連接在附加電阻上，當S接附加電阻時兩電阻串聯(lián)，是低溫擋；S接導線時，電路中只有一個電阻，為低溫擋。 :學§科§ 【母題1】（2019·武威第十九中學初三月考）小明同學家里的電熱飲水機有加熱和保溫兩種功能，可由機內(nèi)溫控開關S0進行自動控制

11、。小明從說明書上收集到如下表中的部分數(shù)據(jù)和如圖所示的電路原理圖。請解答如下問題：（計算結果若不能整除，保留一位小數(shù)） （1）這個電熱飲水機正常工作時，在加熱狀態(tài)下的總電流大約是多大 （2）若電阻R2的阻值為1 210 Ω，則電阻R1的阻值為多少 【答案】（1）4.2 A （2）55 【解析】（1）當開關S、閉合時，并聯(lián)，是加熱狀態(tài)，正常加熱狀態(tài)下的電流： I===4.2 A； （2）當開關S閉合、S0斷開時，電熱飲水機只有R2工作，處于保溫狀態(tài)。電阻R2消耗的功率：==40 W，當開關S、S0閉合時，電熱飲水機處于加熱狀態(tài)，此時R1消耗的電功率為： P1=P總–P2=92

12、0 W–40 W=880 W， 則電阻R1的阻值：55 。 【母題2】（2019·哈爾濱市第六十九中學初三中考模擬）家庭浴室中常用燈暖型浴霸來加熱空氣，壯壯家浴室內(nèi)浴霸由四只標有“220 V 250 W”的同規(guī)格發(fā)熱燈組成，他測得浴室的體積為15 m3，當四只燈泡同時正常工作25 min后，測得浴室內(nèi)空氣溫度從13 ℃上升到28 ℃，［c空氣=1.0×103 J/（kg·℃），ρ空氣=1.2 kg/m3］ （1）求浴室內(nèi)空氣吸收的熱量； （2）如圖所示是東東家用的電暖器的內(nèi)部簡單電路圖，他想利用電暖氣使浴室的溫度由13 ℃升高到28 ℃，有500 W和2 000 W兩檔加熱，用2

13、 000 W檔正常工作所用時間約是8 min（R為電熱絲，R0為定值電阻，二者均不隨溫度發(fā)生改變，S為溫控開關）。求電熱絲R的電阻值； （3）通過計算說明用浴霸加熱和用電暖器2 000 W檔位加熱時哪個更節(jié)能？并說明原因。 【答案】（1）2.7×105 J （2）24.2 Ω （3）用電暖器2 000 W檔位加熱時更節(jié)能。 【解析】（1）空氣的質(zhì)量為m=ρ空氣V=1.2 kg/m3×15 m3=18 kg， 空氣吸收的熱量：Q吸=c空氣mΔt=1.0×103J/（kg·℃）×18 kg×（28 ℃–13 ℃）=2.7×105J； （2）當開關S閉合時，只有R的簡單電路，電路中電阻

14、最小，處于加熱狀態(tài)；電阻R的阻值：R==24.2 Ω； （3）浴霸加熱消耗的電能：W浴=Pt=4×250 W×25×60 s=1.5×106 J， 用電暖器2 000 W檔位加熱消耗的電能：W電=P加t=2 000 W×8×60 s=9.6×105 J， 由于W浴>W電，所以用電暖器2 000 W檔位加熱時更節(jié)能，由于浴霸加熱時電能有一部分要轉(zhuǎn)化成光能，所以消耗的電能多。 【母題3】（2019·廣東初三中考模擬）如圖甲所示，多功能養(yǎng)生壺是一種用于養(yǎng)生保健的可以烹飲的容器，類似于電水壺，其最大的特點是采用一種新型的電加熱材料，通過高溫把電熱膜電子漿料（金屬化合物）噴涂在玻璃表面形成面狀電

15、阻，在兩端制作銀電極，通電后產(chǎn)生熱量把壺內(nèi)的水加熱，它具有精細烹飪、營養(yǎng)量化等功能，深受市場的認可和歡迎。 如圖乙所示是某品牌養(yǎng)生壺簡化電路圖，該養(yǎng)生壺的電路圖，該養(yǎng)生壺的部分數(shù)據(jù)如表。求： 項目 參數(shù) 電源電壓/V 220 低溫檔功率/W 275 中溫檔功率/W 550 高溫檔功率/W ？ 容積/L 1 （1）R1的阻值； （2）養(yǎng)生壺處于低溫擋工作時，電路中的電流大?。? （3）養(yǎng)生壺處于高溫擋工作時的功率。 【答案】（1）88 Ω （2）1.25 A （3）1 100 W 【解析】（1）當S2斷開，S1閉合時，只有電阻R1接入電路，養(yǎng)生壺處于中溫

16、檔， 由P=得，R1的阻值：R1===88 Ω； （2）由P=UI得，養(yǎng)生壺在低溫檔工作時，電路中的電流： I低===1.25 A； （3）當S1斷開，S2接A時，R1與R2串聯(lián)，此時總電阻最大，總功率最小，養(yǎng)生壺在低溫檔工作，電路中的總電阻：R===176 Ω， 由電阻的串聯(lián)可得R2的阻值：R2=R–R1=176 Ω–88 Ω=88 Ω， 養(yǎng)生壺處于高溫檔工作時，R1與R2并聯(lián)，因為R1=R2，所以并聯(lián)總電阻： R并=R1=×88Ω=44Ω， 養(yǎng)生壺處于高溫檔工作時的功率：P高===1100 W。 【母題4】（2019·江蘇初三中考模擬）如圖是某家用電熱水器的簡化電路圖，溫

17、控開關S可根據(jù)水溫自動切換加熱和保溫兩種狀態(tài)，R1、R2是發(fā)熱電阻，熱水器主要參數(shù)如下表。[水的比熱容為4.2×103 J/（kg·℃）] 額定電壓 220 V 加熱功率 2 000 W 容積 30 L 保溫功率 800 W （1）R2的阻值為多大； （2）水箱中裝滿初溫為25 ℃的水，加熱使溫度升高到55 ℃，水需要吸收多少熱量； （3）在上述加熱狀態(tài)下，熱水器正常工作35 min需消耗多少電能？加熱效率是多少。 【答案】（1）36.3 Ω （2）3.78×106 J （3）4.2×106J 90% 【解析】（1）當開關S跳至a觸點位置時，只有電阻R1接入

18、電路，電阻值較小，根據(jù)可知，此時電功率較大，電熱水器處于加熱狀態(tài)，由可知，R1的阻值：，當開關S跳至b觸點位置時，兩電阻串聯(lián)，總電阻較大，電功率較小，電熱水器處于保溫狀態(tài)，則保溫功率：，即：800 W=，解得R2=36.3 Ω； （2）已知電熱水器的容積V=30 L=30 dm3=0.03 m3， 由可知，水的質(zhì)量： m=ρV=1.0×103 kg/m3×0.03 m3=30 kg， 水吸收的熱量： Q=cm△t=4.2×103 J/（kg·℃）×30 kg×（55 ℃–25 ℃）=3.78×106 J； （3）由可得，加熱狀態(tài)下，熱水器正常工作35 min需消耗電能： W=P加

19、熱t(yī)=2 000 W×35×60 s=4.2×106 J。 加熱效率：。 【母題5】（2019·山東初三中考模擬）如圖甲是某款電熱水龍頭，即開即熱、冷熱兼用。圖乙是它的原理電路圖，R1、R2為電熱絲。通過旋轉(zhuǎn)手柄帶動開關S接通對應的電路，從而實現(xiàn)冷水、溫水、熱水之間切換。有關參數(shù)如表。不考慮溫度對電阻絲值的影響，請回答下列問題： 產(chǎn)品名稱 即熱式熱水龍頭 應用場所 廚房、衛(wèi)生間 額定功率 溫水 2 200 W 熱水 3 300 W 額定電壓 220 V 額定頻率 50 Hz 防觸電類型 Ⅰ類（最高等級） （1）開關與1、2接觸時，水龍頭放出的水是溫水還是

20、熱水？此時電路中的電流多大？ （2）R2的電阻值多大？ （3）水龍頭放熱水時，正常工作20 s，消耗的電能是多少？若不計熱量損失，在此過程中可將多少kg的水從18 ℃加熱到48 ℃？ 【答案】（1）溫水 （2） （3）6.6×104 J 0.52 kg 【解析】（1）開關與1、2接觸時，電阻R1單獨接入電路，連入電阻較大，由可知電功率較小，為低溫檔，水龍頭放出的水是溫水，此時電路中的電流：； （2）開關與2、3接觸時，電阻R1、R2并聯(lián)接入電路，連入電阻較小，由可知電功率較大，為高溫檔，水龍頭放出的水是熱水，P熱水=3 300 W，由得總電流：，R2支路的電流I2=I–I1=15 A–10 A=5 A，由歐姆定律得：； （3）水龍頭放熱水，正常工作20 s，消耗的電能： =3 300 W×20 s=6.6×104 J；由A、B、C、D可得： 。 11