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1、電熱器問題一
1．市場銷售的電熱水壺有兩種形式，一種如圖所示，電熱元件在壺底下面的底座內(nèi)；另一種如圖所示，電熱元件在壺底之上，浸沒在水中。如果兩種水壺的耗電功率相同，壺內(nèi)水量也相同，那么（ ）
A．(a)壺的電熱元件在壺底下面，有利于水的對流，(a)壺中的水先沸騰。
B．(a)壺的電熱元件安放在底座內(nèi)，熱量損失較小。
C．(b)壺中的電熱元件被水包圍，熱量損失小，(b)壺中的水溫上升較快。
D．(b)壺的電熱元件體積較小，熱能的利用率較低。
思路點撥
由于兩種水壺消耗的電功率相同，則它們的電熱絲在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量是相等的．(a)壺的電熱元件放
2、在壺底下，則其所產(chǎn)生的熱量將有一部分向空氣中散失，(b)壺中電元件浸沒在水中，則其所產(chǎn)生的熱量將全部被水吸收．可見在相同的時間內(nèi)(b)壺中水吸收的熱量較多．而兩壺水的質(zhì)量和初溫又都對應相等，故(b)壺中的水溫上升較快．(b)壺的熱能利用率也就高于(a)壺的熱能利用率．
答案：C
2．冬天，李明同學插上電熱取暖器的插頭后發(fā)現(xiàn)室內(nèi)電燈變暗了。他用電壓表測量供電電壓，結(jié)果是，不接取暖器時的電壓是210V，接上標有“220V 1000W”的電熱取暖器后電壓降為200V，通過計算可以知道，供電電路中的電阻約為____________Ω。
思路點撥
由電熱取暖器的額定電壓U0和額定功率P0可以求
3、得出此電熱取暖器的電阻R的大小為
將上述電熱取暖器接入電路后，使電路的電壓由U1＝210V降為U2＝200V，這一電壓減小的原因是因為電熱取暖器接入后，通過輸電電路的電流增大了(其增大量就等于此時通過電熱取暖器的電流)，而這一電流增大又使消耗在輸電線路上的電壓增加，由于輸電線路上消耗的電壓與用電器所獲得的電壓的總和等于電源提供的電壓，因此輸電線路上消耗的電壓增加多少，用電器獲得的電壓就會減少多少．據(jù)此，可得解法如下：
此時通過電熱取暖器的實際電流為
以R′表示輸電線路的電阻，則據(jù)上分析應有IR′＝U1－U2
∴
答案：2．4
電熱器問題二
電飯鍋的原理如圖所示。煮飯時開關(guān)
4、S是閉合的，紅色指示燈亮；飯熟后（當時的溫度大約為103℃）保溫時開關(guān)S自動斷開，黃燈亮。電阻R1的作用是保護紅色指示燈不致因電流過大而燒毀，與電飯鍋發(fā)熱板的等效電阻相比，二者的大小應有什么關(guān)系？為什么？通常情況下用這種電飯鍋燒水時它的自動斷電功能不起作用，這是為什么？
思路點撥
開關(guān)S閉合時，電阻R2和黃燈被短路，黃燈中無電流通過，不會發(fā)光．此時電源電壓全部加在發(fā)熱板和與之相并聯(lián)的由R1和紅燈串聯(lián)組成的支路上．由于紅燈只起指示作用．故其消耗的功率應遠小于發(fā)熱板所消耗的功率，即通過紅燈的電流應遠小于通過發(fā)熱板的電流．為此，應使與紅燈串聯(lián)的電阻R1遠大于發(fā)熱板
5、的等效電阻．開關(guān)S斷開時，電阻R2和黃燈被接入電路中，黃燈中有電流通過，因而發(fā)光，并且此時由于黃燈和R2上分配了一定的電壓，則發(fā)熱板兩端的電壓將降低，則發(fā)熱板的功率將減小，這時發(fā)熱板發(fā)熱較少，起保溫作用．
答案：R1應遠大于發(fā)熱板的等效電阻．
因為紅燈只起指示作用，則R1和紅燈消耗的功率應遠小于發(fā)熱板的功率，R1與紅燈串聯(lián)后組成的支路與發(fā)熱板并聯(lián)，所以流過R1和紅燈的電流應遠小于流過發(fā)熱板的電流，故R1應遠大于發(fā)熱板的等效電阻．
電熱器問題三
淋浴用水的流量約為10升/分，合適的水溫約為50℃，用水時間約為4分鐘。電熱淋浴器有兩種設(shè)計，一種是淋浴時電流直接對于流動的水加熱，
6、另一種則備有水箱，待箱中的水加熱至合適的溫度后再淋浴。加熱前的水溫以20℃計。
①請根據(jù)上面提供的數(shù)據(jù)論證，第一種設(shè)計不適合大多數(shù)家庭的供電電路。
②如果水箱中的水恰好夠一個人淋浴用，供電電路允許的電流最大為10A，電加熱的效率為80％，這種條件下把水箱中的水加熱最少需多長時間？
思路點撥
家用電熱淋浴器，如采用儲水式的，則它對加熱的電流的大小沒有一定的要求(電流較小時可在較長時間內(nèi)將儲水箱內(nèi)的水加熱至一定的溫度)，因而可采用不超過家庭照明電路允許的電流來進行工作，顯然，這是可以的．但若采用無水箱式電熱淋浴器，由于它對電流的大小有一定的要求，而這一要求如果超過家用照明電路允許通
7、過的最大電流，則此淋浴器便不能在此電路中工作．
本題的條件中，對于水的流量、水溫的變化都提出了一定的要求，如采用題述的第一種設(shè)計時，我們可以從按其流量和水溫度變化的要求來求出其所需電流的大小與供電電路所允許的最大的電流來進行比較以確定該方案是否可行；也可以從電路允許的最大電流出發(fā)，設(shè)其流量達到要求，再看其水溫變化是否能滿足要求；還可以從電路允許的最大電流出發(fā)，設(shè)其水溫變化滿足要求，再看其流量是否能滿足要求．由此，本題有下述的多種解法．
答案：(1)從電流方面考慮
設(shè)此無水箱式淋浴器正常工作時通過的電流為I，則依題述在1min內(nèi)流過此淋浴器的水的質(zhì)量為
m=ρV=
8、1×103×10×10-3kg=10kg
這些水流過淋浴器后，其溫度由t1＝20℃升至t2＝50℃，所需吸收的熱量為
Q＝cmT(t2一t1)
＝4．2×103×10×(50－20)J＝1.26×106J
以上熱量由電熱提供，即
Q＝Iut
∴
可見此無水箱式淋浴器若要正常工作，其所需電流為96A，這大大超過了家用照明電路允許的電流10A，即將它安裝在家用照明電路中是不行的．所以，第一種設(shè)計方案不適應大多數(shù)家庭的供電電路．
(2)水箱中水的質(zhì)量
m＝ρV＝1×103×10×10-3×4kg＝40kg．
使水箱中水溫由t1升至t2所需的熱量
Q2＝mc
9、(t2一t1)
設(shè)加熱電路中以允許的最大電流I＝10A加熱，則電流在時間△t內(nèi)提供焦耳熱為
Q1＝IU△t
由于加熱的效率為η＝0.8，所以有
ηQ1＝Q2
由上諸式解得
即在題給條件下把水箱中的水加熱到所需的溫度至少需要48min．
電烙鐵問題
1、電烙鐵使用前需要一定的預熱時間，因而若暫時不用也要接在電源上，這樣既費電又會造成烙鐵頭氧化而不易沾錫。所以，有時采用如圖所示電路，在暫不需要焊接時，斷開S，使電烙鐵處于預熱狀態(tài)；當需焊接時，閉合S，就能很快達到焊接溫度?，F(xiàn)用“220V25W”的電烙鐵，若燈炮在預熱狀態(tài)時的電阻為800Ω，則預熱狀態(tài)下電烙鐵消耗的功率為多少瓦
10、？整個電路消耗的功率是電烙鐵正常工作時的百分之幾？
思路點撥
由圖可見，使電烙鐵處于預熱狀態(tài)時，電烙鐵消耗的功率較少，則通過它的電流應較小，由于電源電壓一定(220V)，則此時電路中電阻應較大，故應將開關(guān)S斷開，使燈泡與電烙鐵串聯(lián)，而電烙鐵工作時，則其消耗的功率應該較大，即通過它的電流應該較大，電路中的總電阻應該較小，故此時是將開關(guān)S閉合使電燈短路，這樣，220V電壓全加在電烙鐵上．
解：“220V、25W”電烙鐵正常工作的電流為：
電烙鐵的電阻：
預熱狀態(tài)時電路的總電阻為：R＝R1＋R2＝1936Ω＋800Ω＝2736Ω
預熱狀態(tài)時通過電路的電流為：
11、
預熱狀態(tài)時電烙鐵兩端的電壓為：U1＝IR1＝0.0803×1936V＝155V
預熱狀態(tài)時電烙鐵消耗的電功率為：
預熱狀態(tài)時整個電路消耗的總功率為：P＝UI＝0.080×220W＝17.6W
預熱狀態(tài)時整個電路消耗的總功率與電烙鐵正常工作時消耗的電功率之比為：
說明：以上解法是將預熱狀態(tài)下電路中各個物理量的數(shù)值都具體地計算出來，然后將得出結(jié)論．這樣計算對于每個步驟、每個物理量都是很清楚的．
電熱器熱效率問題
1、將一個標有“220V 400W”字樣的“熱得快”插入體積為0.5升、初溫為20℃的水中，此時由于是用電高峰，實際電壓為210V，在標準大氣壓下經(jīng)過9分10秒將水加
12、熱至沸騰，求“熱得快”燒水時的熱效率（不計電阻值隨溫度的變化）。
思路點撥
不考慮電阻的電阻值隨溫度的變化，故可根據(jù)“熱得快”的額定電壓和額定功率而求得其電阻，進而求得此“熱得快”在實際電壓210V下的實際功率．由此可求得它在給定時間內(nèi)的發(fā)熱量．另一方面，由水的質(zhì)量和溫度變化，可求出水的吸熱量．而吸熱量與上述發(fā)熱量的比值便是此“熱得快”燒水時的熱效率．
解:
以U和P分別表示“熱得快”的額定電壓和額定功率，則它的電阻值為
在實際電壓U′＝210V時，通電t＝9min10s，此熱得快所產(chǎn)生的熱量為
此時在標準大氣壓下，水的沸點為100℃，則將20℃的水燒開，水的升溫為△t=80℃．同時注意到體積為0．5L的水的質(zhì)量為0．5kg，則燒開這些水時，水吸收的熱量為
Q2=cm△t=4．2×103×0．5×80J=1．68×105J
故得此“熱得快”燒水時的熱效率為：
電熱器 練習題(答案)
