初中物理电功与热量的综合计算试题

在学习了电学知识后，小宝对家里新买的号称“大功率电热毯”进行了研究。他对电热毯的工作电路图进行简化处理后绘制出了如图所示的等效电路图并研究。电路安全保护装置部分小宝由于没有学到相关知识打算以后再研究。

按照说明书介绍，电热毯工作电路等效电源的电压低于 $220V$．通过旋转电热毯的开关，电路可以达到3个档位。如图所示，档位1：单独闭合 $S_1$；档位2：同时闭合 $S_1$、 $S_2$；档位3：同时闭合 $S_1$、 $S_2$、 $S_3$。

小宝根据说明书提供参数进行计算后发现，不考虑灯丝电阻随温度变化，当电热毯处于档位1时，灯泡 $L$ 的功率为其额定功率的 $\frac{9}{16}$， $R_2$消耗的功率为 $1w$；当电热毯处于档位3时，灯泡 $L$正常发光， $R_1$消耗的功率为 $64W$。

请你根据题目所给的信息，完成以下问题。

（1）当电热毯处于档位1时， $R_1$、 $R_2$、灯泡 $L$一起　串　联工作。

当电热毯处于档位2时， $R_1$、 $R_2$、灯泡 $L$中只有　　工作。

（2）求电热毯处于档位1时，灯泡两端实际电压与其额定电压之比 $\frac{U_L}{U_{额}}=$？

（3）求电热毯处于档位3时，通电50秒电流通过 $R_2$产生的热量？

如图所示，L是标有“2V 1W”字样的灯泡，电流表A₁、电流表A的量程均为0～0.6A，电源电压保持不变．将滑动变阻器的滑片P滑至b端．

（1）断开S₁、闭合S₂，电压表的示数为6.0V，电流表A的示数为0.30A．求滑动变阻器的最大阻值以及它在1min内产生的热量；
（2）闭合S₁、S₂，电流表A₁的示数为0.10A，求R₁的阻值；
（3）断开S₁、S₂，为了保证电路的安全，求滑动变阻器的阻值调节范围．

热风枪常用于工程装修、服装制造等行业。工作时，利用其吹出的热风使材料熔化或软化，从而达到去除旧漆膜、弯曲塑料管。换装瓷砖等目的，图甲是某型号热风枪的简化电路图，其中电热丝R₁的最大功率为2000W，R₂、R₃可分别调节温度和风量，不计温度对R₁阻值的影响，请解答：

（1）图乙中的P、Q处为该型号热风枪的电热丝和电动机预留安装位置，应将电动机安装在　　处，否则　　（说出一点即可）。

（2）当R₂接入电路电阻为30.8Ω时，R₁上消耗的功率是多少？

（3）已知R₁达到最大功率时，从出风口吹出的空气温度升高了400℃，若将R₁的功率调为1500W，则从出风口吹出的空气温度升高了多少？设热效率相同、相同时间内吹出的空气质量相同。

如图甲为常用的电热饮水机，其电路原理如图乙所示，该饮水机的额定电压为220V，加热电功率为1100W，保温电功率为44W，R₁、R₂均为电热丝 （R₁、R₂的电阻不随温度变化）。请问：

（1）当S闭合时，饮水机处于　　（选填“加热”或“保温”）状态，此时电路中的电流是多大？

（2）电热丝R₁的电阻是多大？

（3）饮水机加热工作时，将0.5千克初温为20℃的水加热到97℃，需要多长时间？（假设电能全部转化为水的内能）

如图所示是某种电热器工作的部分电路图，电源电压 $U=220V$ 不变，两根电热丝的电阻关系为 $R_1=2R_2$ ，通过旋转扇形开关 $S$ ，接触不同触点，实现高、低两个挡位的转换，低温挡时的发热功率为 $440W$ 。求：

（1） $R_1$ 和 $R_2$ 的电阻值；

（2）电热器处于高温挡时的总功率；

（3）如果在高温挡下工作 $7\mathit{min}$ 产生的热量全部被水吸收，在一个标准大气压下这些热量能够让 $2\mathit{kg}$ 、 ${40}^{°}\text{C}$ 的水，温度升高多少？ $[$ 水的比热容为 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$

新型电饭锅采用“聪明火”技术，智能化地控制食物在不同时间段的温度，以得到最佳的营养和口感，其简化电路如图甲所示。R₁和R₂均为电热丝，S、S₁都闭合时为加热烧煮状态，S闭合、S₁断开时为保温焖饭状态。煮饭时，把电饭锅接入220V电路中，在电饭锅工作的30min内，电路中总电流随时间变化的图像如图乙所示.求：

（1）S和S₁都闭合时电饭锅的电功率；
（2）电热丝R₂的阻值；
（3）这30min内电饭锅产生的热量。

某电热加湿器具有防干烧功能，可在水量不足时自动停止工作，其工作原理如图所示；水箱中的加热器具有高、低两挡功率调节功能，其内部电路（未画出）由开关 $S$和阻值分别为 $121\Omega$和 $48.4\Omega$的电阻丝 $R_1$、 $R_2$组成。轻弹簧的下端固定在水箱底部，上端与一立方体浮块相连，浮块内有水平放置的磁铁。该加湿器为防干烧已设定：仅当浮块处于图中虚线位置时，固定在水箱侧壁处的磁控开关方能闭合而接通电路。

（1）当处于高功率挡时，加热器工作 $2.5\mathit{min}$所产生的热量全部被 $1\mathit{kg}$的水吸收后，水温升高了 ${50}^{°}\text{C}$．已知加热器处于低功率挡时的功率为 $400W$，电压 $U=220V$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$。

①求加热器处于高功率挡时的功率；

②请画出加热器内部电路。

（2）当向水箱内缓慢加水使浮块上升至图中虚线位置时，浮块下表面积距水箱底部的高度为 $20\mathit{cm}$，弹簧对浮块的弹力大小为 $6N$，浮块（含磁铁）的质量为 $0.4\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

①求浮块上升至虚线位置时排开水的体积；

②该加湿器所设定的防干烧最低水面距水箱底部的高度为　　 $\mathit{cm}$，理由是　　。

某型号的电饭锅有两挡，分别是高温烧煮挡和保温焖饭挡，其原理如图所示（虚线框内为电饭锅的发热部位）。已知 $R_1=44\Omega$， $R_2=2156\Omega$。

（1）开关 $S$置于　　挡（选填“1”或“2” $)$时是高温烧煮挡，它的功率是多大？

（2）保温焖饭时电路中的电流是多大？ $10\mathit{min}$产生的热量是多少？

（3）若只要求将保温焖饭挡的功率提升 $10\%$，请通过计算具体说明改进措施。

如表一所示是小红同学家的燃气热水器正常工作时显示的部分参数。已知水的初温为 ${20}^{°}\text{C}$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ 。求：

表一：

燃气热水器
设定温度	${50}^{°}\text{C}$
气量	$1.0m^3/h$
水量	$5.0L/\mathit{min}$

表二：

即热式电热水器
额定功率	$7000W$
额定电压	$220V$
额定频率	$50\mathit{Hz}$

（1）燃气热水器正常工作 $10\mathit{min}$ 流出的热水的质量；

（2）燃气热水器正常工作 $10\mathit{min}$ 流出的热水所吸收的热量；

（3）小红同学观察到学校用的是即热式电热水器，铭牌如表二所示。若要得到（2）问中热水所吸收的热量，即热式电热水器需正常工作 $16\mathit{min}40s$ ，则该即热式电热水器的加热效率为多少；

（4）请写出使用电能的两个优点。

把一段匀质导线对折后其阻值比原来的 　 　（选填“大”或“小”）；一个定值电阻两端的电压由2V增大到4V时，通过该电阻的电流增加了1A，通电时间由1s增加到2s，则该电阻产生的电热增加了 　 　J。

如图甲所示的滑动变阻器是贺州市初中物理实验操作考查中要用到的仪器之一，小露将一个标有“20Ω1A”字样的滑动变阻器的A、B、C接线柱，分别与图乙中部分电路图的A′B′C′导线对应连接。已知滑动变阻器的滑片P恰好移到中点，定值电阻R＝10Ω，电源电压为6V。

（1）连接好甲、乙两图中对应AA′、BB′、CC′后，闭合开关S，求电路中通过电阻R的电流是多少A，此时电压表的计数是多少V？

（2）求电阻R的电功率是多少W？

（3）通电1min后电阻R产生的热量是多少J？

如图甲所示，是一则公益广告，浓浓的孝心渗透着社会主义核心价值观。小明给爷爷网购了一台电热足浴盆，其铭牌部分参数如图乙所示。

（1）他为爷爷往足浴盆里加入初温为 ${22}^{°}\text{C}$的水，使之达到最大允许注水量，开始正常加热。控制面板如图丙所示，当温度达到显示温度时，完成加热。求此过程中水所吸收到热量。 $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)\right]$

（2）此次加热过程耗时 $10\mathit{min}$，求此过程足浴盆的电热效率。

（3）求此次加热时足浴盆的工作电流和加热电阻阻值。（保留1位小数）

（4）加热后，爷爷换成 $300W$挡位，泡脚 $20\mathit{min}$，问此次加热和泡脚总共消耗多少电能。

如图甲所示是小明家新购买的电热水壶，他发现水壶有一铭牌如图乙所示。待电热水壶注满水后，他关闭了家中的其他用电器，只让电热水壶工作，观察到家里的电能表（如图丙所示）的转盘 $1\mathit{min}$转了50圈，能使壶中水的温度从 ${25}^{°}\text{C}$升高到 ${35}^{°}\text{C}$．请你结合电热水壶上的铭牌和电能表实物图提供的有关参数信息，忽略温度对电阻的影响。求：

（1）电热水壶正常工作的电阻；

（2）电热水壶中水的温度从 ${25}^{°}\text{C}$升高到 ${35}^{°}\text{C}$吸收的热量； $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)\right]$

（3）此时电路的实际电压。

如图所示的电路中，电源电压恒为 $6V$，小灯泡 $L$上标有“ $6V$， $3W$”的字样，电阻 $R_1$的阻值为 $8\Omega$，滑动变阻器 $R_2$上标有“ $10\Omega$， $2A$”的字样。求：

（1）小灯泡 $L$正常工作时的电阻；

（2）开关 $S_1$与 $S_2$都断开， $S$闭合时， $R_1$在 $10\mathit{min}$内产生的热量；

（3）当开关 $S_1$、 $S_2$、 $S$都闭合，电流表的示数为 $1.5A$时， $R_2$消耗的电功率。

吴丽发现家中电视机的额定功率为 $121W$，额定电压为 $220V$；电饭锅上的铭牌如下表，工作电路如图：

型号	$\mathit{WKF}-315S$
电源	$220V~50H_z$
加热功率	$1100W$
保温功率	$330W$
制造商	$\times \times \times$小家电有限公司

请完成下列问题。

（1）电饭锅加热电阻的阻值是多少？

（2）已知电饭锅在额定电压下正常工作 $600s$，恰好能将1标准大气压下 $1.65\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水烧开。该电饭锅烧开这些水时的工作效率是多少？ $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（3）当吴丽家中的电器只有电视机和电饭锅工作时，将1标准大气压下 $1.65\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水烧开用了 $726s$。她通过观察电能表的转动圈数，计算得到该过程共耗电0.2035度。求吴丽家中电路的实际电压和通过电视机的实际电流各是多少？（不考虑电压变化对电饭锅工作效率的影响）