专题25 热电力综合计算题对策练习

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专题25 热电力综合计算题对策 解决专题问题策略 一、解决电力热综合计算题一般涉及到的物理公式1.物体吸热公式：Q吸=cm(t-t0)=cm△t2.放热公式：Q放=cm(t0-t)=cm△t3.热值公式：Q放=mq4.热效率公式：η= Q有/Q总5.速度公式：v=s/t6.密度公式：ρ=m/V7.重力公式：G=mg8.压强公式：P=F/S9.浮力公式：（1）浮力产生的原因：F浮=F向上–F向下（2）弹簧秤法：F浮=G–F  （3）阿基米的原理法即公式法：F浮=G排=m排gF浮=ρ水gV排（4）物体在液体里漂浮或者悬浮：F浮=G   10.机械功：W=Fs；11.功率：P=W/t12.机械效率公式：η= W有/W总13.电功公式：W=UIt注意：公式W=UIt，适用于任何电路，而公式的变形式W=IRt和只适用于纯电阻电路，即将电能全部转化为热能的电路。14.电功率公式：（1）定义式P=W/t（2）计算式：P=UI（3）推导式:.二、解决电力热综合计算题一般涉及到的物理规律1.热平衡方程：Q吸= Q放2.二力平衡条件：作用在同一物体上的两个力，大小相等、方向相反，两个力在同一套直线上。拓展：同一物体水平向左的力之和等于水平向右的力之和；竖直向上的力之和等于竖直向下的力之和。3.液体压强规律：P=ρgh4.阿基米德原理：5.杠杆平衡条件：F1L1=F2L26.串并联电路电流、电压特点：串联电路：（1）串联电路中各处电流相等，即I=I1=I2=……=In；（2）串联电路两端的电压等于各支路电压之和,即:U=U1+U2+……+Un；（3）串联电路的总电阻等于各串联电阻阻值之和，即R=R1+R2+……+Rn。并联电路：（1）并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，即I=I1+I2+……+In；（2）各并联支路两端电压相等，即：U=U1=U2=……=Un；（3）并联电路总电阻的倒数等于各并联电阻的阻值倒数之和，即1/R=1/R1+1/R2+……+1/Rn。7.欧姆定律：I=U/R8.焦耳定律：Q=IRt中考典型例题解析 【例题1】进入三月份以来，东营街头出现了一种共享电动汽车。下表是这种汽车的主要参数。（g取10N/kg）空车质量800kg每个轮胎与地面接触面积50cm2电池容量44kW•h标准承载200kg最大续航（充满电最大行驶路程）200km所受阻力与汽车总重的比值0.09（1）电动机是电动汽车的核心部分，电动机工作时能量的转化是　　。电动机的工作原理是　　。（2）标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是多少？（3）图2是电动汽车行驶在某路段的路程与时间图象，标准承载下，电动汽车以速度匀速行驶1分钟的耗电量为0.4kW•h，电动机的效率是多少？（4）若某燃油汽车百公里耗油6升，每升油5.5元，电动汽车充电每度0.8元，通过计算比较使用燃油汽车与电动汽车哪种更经济？【答案】（1）电能转化为机械能；通电线圈在磁场中受力转动；（2）标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是5×105Pa；（3）电动机的效率是75%；（4）使用电动汽车更经济。【解析】（1）电动机正常工作时，将电能转化为机械能，是利用通电线圈在磁场中受力转动原理工作的；（2）乘客与车的总质量：m=m1+m2=800kg+200kg=1000kg，汽车对水平地面的压力：F=G=mg=1000kg×10N/kg=104N，汽车与水平地面的总接触面积：S=4S0=4×50cm2=200cm2=2×10﹣2m2，汽车对水平地面的压强：p===5×105Pa；（3）由图可知，电动汽车做匀速直线运动，当t1=3s时，s1=60m，则电动汽车行驶的速度：v===20m/s，电动汽车以速度匀速行驶1分钟的路程：s=vt=20m×60s=1200m，电动汽车的牵引力：F1=f=0.09G=0.09×104N=900N，电动汽车牵引力做的功：W有=F1s=600N×1200m=1.08×106J，电动汽车发动机的效率：η=×100%=×100%=75%；（4）燃油汽车100km费用：6L×5.5元/L=33元，电动汽车100km费用：22kW•h×0.8元/kW•h=17.6元，因为17.6元小于33  元，所以使用电动汽车费用少，更经济。【例题2】（2020甘肃天水）如图所示是某款电热水壶及相关信息表。现在该水壶内装入1L、初温为20℃的水，放置在水平桌面上。接通电源使其正常工作，在标准大气压下将水烧开。求：额定功率1000W自重5N与桌面接触面积200cm2 （1）装入水后水壶对桌面的压强；（2）水吸收的热量；（3）此电热水壶在额定电压下正常工作7min可将1L水烧开，试计算该电热水壶的加热效率。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），g＝10N/kg]【答案】（1）装入水后水壶对桌面的压强为750Pa；（2）水吸收的热量为3.36×105J；（3）该电热水壶的加热效率为80%。【分析】（1）知道水壶内装水的体积，根据ρ＝求出水壶内装水的质量，根据G＝mg求出水壶内水的重力，装入水后水壶对桌面的压力等于水和水壶的重力之和，根据p＝求出装入水后水壶对桌面的压强；（2）知道水的质量和比热容以及初温、末温（在标准大气压下水的沸点是100℃），根据Q吸＝cm（t﹣t0）求出水吸收的热量；（3）电热水壶在额定电压下正常工作时的功率和额定功率相等，根据W＝Pt求出消耗的电能，利用η＝×100%求出该电热水壶的加热效率。【解答】（1）水壶内装水的体积：V水＝1L＝1dm3＝1×10﹣3m3，由ρ＝可得，水壶内装水的质量：m水＝ρ水V水＝1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，水壶内水的重力：G水＝m水g＝1kg×10N/kg＝10N，装入水后水壶对桌面的压力：F＝G水+G水壶＝10N+5N＝15N，装入水后水壶对桌面的压强：p＝＝＝750Pa；（2）在标准大气压下水的沸点是100℃，则水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J∕（kg•℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J；（3）由P＝可得，电热水壶消耗的电能：W＝Pt′＝1000W×7×60s＝4.2×105J，该电热水壶的加热效率：η＝＝×100%＝80%。【点评】本题考查了密度公式、重力公式、压强公式、吸热公式、电功公式、效率公式的综合应用，要注意在标准大气压下水的沸点是100℃。   临门一脚预测练 1.（2020江苏淮安）如图所示为某养生壶的电路原理图，其中R1和R2，都是发热电阻。该壶有“加热”和“保温”两种工作状态。该壶铭牌上提供的部分信息如下表所示：（1）该壶允许装入水的最大质量是多少kg？（水的密度ρ水＝1.0×103kg/m3）（2）S1、S2闭合后，该壶在额定电压下工作时的发热功率是多少W？结合表格数据判断电路处于哪一种工作状态？（3）R2阻值是多少Ω？（4）用该壶加热2L的水，温度由50℃升高到100℃，水需要吸收多少J热量？该壶消耗的电能80%被水吸收，该过程需要消耗多少J电能？（水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃）【答案】（1）该壶允许装人水的最大质量是2kg；（2）S1、S2闭合后，该壶在额定电压下工作时的发热功率是1100W，电路处于加热状态；（3）R2阻值是42Ω；（4）用该壶加热2L的水，温度由50℃升高到100℃，水需要吸收4.2×105J的热量，该壶消耗的电能80%被水吸收，该过程需要消耗5.25×105J的电能。【分析】（1）由表格数据可知，该壶允许装入水的最大体积，根据ρ＝求出该壶允许装入水的最大质量；（2）由电路图可知，S1、S2闭合后，电路为R1的简单电路，由表格数据可知R1的阻值，根据P＝UI＝求出该壶在额定电压下工作时的发热功率，然后与保温功率得出此时的状态；（3）由电路图可知，S1闭合、S2断开时，R1与R2串联，养生壶处于低温档，根据P＝UI＝求出此时电路的总电阻，利用电阻的串联求出R2阻值；（4）用该壶加热2L的水，温度由50℃升高到100℃，根据Q吸＝cm（t﹣t0）求出水需要吸收的热量，利用η＝×100%求出该过程需要消耗的电能。【解答】（1）由表格数据可知，该壶允许装入水的最大体积：V＝2L＝2dm3＝2×10﹣3m3，由ρ＝可得，壶允许装入水的最大质量：m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×2×10﹣3m3＝2kg；（2）由电路图可知，S1、S2闭合后，电路为R1的简单电路，由表格数据可知，R1＝44Ω，该壶在额定电压下工作时的发热功率：P1＝＝＝1100W，由1100W＞200W可知，电路处于加热状态；（3）由电路图可知，S1闭合、S2断开时，R1与R2串联，养生壶处于低温档，此时电路的总电阻：R＝＝＝242Ω，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，R2阻值：R2＝R﹣R1＝242Ω﹣200Ω＝42Ω；（4）用该壶加热2L的水，温度由50℃升高到100℃，水需要吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（100℃﹣50℃）＝4.2×105J，由η＝×100%可得，该过程需要消耗的电能：W＝＝＝5.25×105J。【点拨】本题考查了密度公式和电功率公式、吸热公式、效率公式的综合应用等，分清养生壶处于不同状态时电路的连接方式是关键。2.（2020贵州黔西南）如图是一款可以设定不同出水温度的电热饮水器原理示意图，R是加热电阻丝，阻值为44Ω，R是热敏电阻，其阻值与温度的关系式为Rt=5+0.5t（式中Rt单位是Ω，t的单位是℃），R0是设定温度的变阻器。控制电路中，电源电压为3V。当电磁维电器线圈中的电流小于等于10mA时，衔铁片会弹起，触点分离，热水器停止加热．[c=4.2×103J/（kg·℃）] (1)如果将水只加热到80℃，闭合开关，则滑动变阻器阻值要调到多大？（电磁铁线圈电阻忽略不计）(2)容器内装有700mL、初温为20℃的水，将其加热到100℃，用时4min，则该饮水器正常工作时加热效率是多少?【答案】(1)；(2)【解析】(1)由题可知，当温度为80℃时，热敏电阻的阻值为设定温度为80℃，即80℃时，电路中的电流为10mA合0.01A，此时控制电路中的总电阻为则滑动变阻器的阻值为即滑动变阻器的阻值要调到255Ω。(2)容器内装有700mL合700cm3，则容器内水的质量为这些水温度由20℃的水升高到100℃，所吸收的热量为饮水机的工作电路4min，所消耗的电功为该饮水器正常工作时加热效率为 3.如图是家庭常用的电热水壶，其铭牌数据如表所示．若加热电阻的阻值不随温度变化而改变，且此时的大气压为1标准大气压．则：（1）电热水壶正常工作时，其加热电阻的阻值是多少Ω？（2）装满水后，壶中水的质量是多少kg？（1L=1×10-3m3）（3）将一满壶20℃的水在1标准大气压下烧开，需要吸收多少热量？[c水=4.2×103J/（kg•℃）]（4）不考虑热量损失，烧开这壶水，需要多长时间？【答案】（1）24.2（2）1.5（3） 5.04×105J（4）252s【解析】（1）方法一：加热电阻的阻值R=U2/P=（220V）2/2000W=24.2Ω方法二：I=P/U=2000W/220V=（100/11）AR=U/I=220V/（100/11）A=24.2Ω（2）装满水后，壶中的水的质量m=ρV=1×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.5kg（3）水的末温：t=100℃水吸收的热量：Q吸＝cm（t－t0）=4.2×103J/（kg·℃）×1.5kg×（100℃-20℃）=5.04×105J（4）消耗的电能：W=Q吸=5.04×105J  所需要的时间：t=W/P=5.04×105J/2000W=252s=4.2min4.如图所示的电路中，电源电压为8V，R2是阻值为40Ω的定值电阻，压敏电阻R1的阻值随压力的变化情况如图乙所示。当开关S闭合后，问：（1）当压敏电阻R1受到的压力从0增加到3N的过程中，电流表示数的变化是______（填“增大”“减少”）？（2）当电流表示数为0.4A时，压敏电阻受到的压力为多少？（3）当电路连续工作10mim，电阻R2产生的热量为多少？（4）若此热量的84%给20g的水加热，则水温升高多少？【答案】（1）增大（2）2N（3）960J （4）9.6℃【解析】（1）由图甲所示电路图可知，两电阻并联接在电源两端，电流表测干路电流；由图乙所示可知，压力F由0增大到3N时，R1的阻值由100欧减小到30欧，则：当F=0时，I=I1+I2=U/R1+ U/R2=0.28A；当F=3N时，I=I1′+I2=≈0.47A；所以，电流表示数变大．（2）通过定值电阻的电流：I2=0.2A，电流表示数为0.4A时，通过压敏电阻的电流：I1=I-I2=0.4A-0.2A=0.20A，此时压敏电阻阻值：R1=40Ω，由图乙所示可知，R1=40Ω时，F=2N，则压力为2N；（3）电阻R2产生的电热：Q2=W2=UIt=8V×0.2A×10×60s=960J；（4）由Q吸=cm△t，可得
△t=9.6℃．5.如图，甲是电子秤的原理图（图中压力表是用电流表改装的）。已知电源电压为24V，电阻R0=60Ω，压力传感器Rx的阻值随所受压力F变化的图象如图乙，压力传感器表面能承受的最大压力为400N，压杆与压力传感器的接触面积是2×10﹣4m2（取g=10N/kg，托盘和压杆的质量忽略不计）。求：（1）托盘里的物体质量越大，压力传感器的阻值如何变化？（2）当通过压力表电流为0.2A时，压力传感器上方托盘里物体的质量是多少kg？（3）当压力为200N时，通电700s，R0产生的焦耳热能使质量为0.1kg的水温升高多少℃？【答案】（1）2×106（2）40（3）1【解析】本题考查学生对串联电路电流和电阻特点、电功率和压强知识的掌握，同时结合欧姆定律分析实际问题得出正确结论，要学会灵活运用欧姆定律。根据公式p=F/S求出传感器能够承受的最大压强；根据图乙分析压力为200N时，传感器的阻值；根据公式I=U/R计算出通过电路中的电流；由公式P=UI=I2R计算出R0的电功率。（1）称量时，托盘里的物体质量越大，物体的重力越大。因为在水平面上物体的压力和自身的重力相等，所以压力传感器所受的压力越大，由乙图象可知，压力传感器的阻值越小。所以托盘里的物体质量越大，压力传感器的阻值越小。（2）当通过压力表电流为0.2A时，由I=U/R得电路总电阻为R总=U/I=24V/0.2A=120Ω根据串联电路的总电阻等于各电阻之和可得：Rx=R总﹣R0=120Ω﹣60Ω=60Ω根据图象可知当Rx=60Ω时，传感器受到的压力为F0=400N由于托盘和压杆的质量忽略不计，设托盘里物体的质量为m,则F0=G=mgm=F0/g=400N/10N/kg=40kg（3）由图甲知，R0与Rx串联，由图乙知，当压力为200N时，由乙图可知压力传感器Rx的阻值是180Ω则通过R0的电流：I0=I==24V/(180Ω+60Ω)=0.1AR0产生的焦耳热：Q=I02R0t=（0.1A）2×60Ω×700s=420JQ吸=Q根据物体吸热公式Q吸=cm(t-to)得到△t=(t-to)=Q吸/cm=Q/cm=420J/[4.2×103J /（kg·℃）×0.1kg]=1℃