电(热)学综合题一、电器铭牌类1. 电蒸锅也叫电蒸笼，是一种在传统的木蒸笼、铝蒸笼、竹蒸笼等基础上开发出来的用电热蒸气原理来直接清蒸各种美食的厨房电器.小万家买了一台电蒸锅如图甲所示，电蒸锅的部分参数如表格所示.(忽略温度对加热电阻的影响)求：(1)电蒸锅应使用图乙中 (选填“上”或“下”)面的插座，目的是使电蒸锅的 与大地相连，防止因漏电而造成触电事故.(2)电蒸锅的加热电阻为多少？若某次电路中的实际电压为198 V ，在此电压下利用定时时间蒸熟食物消耗的电能为多少？(3)电蒸锅正常工作时，如果把满箱初始温度为25 ℃的水烧开(1标准大气压下)，其热效率为90%，所需要的时间是多少？[c 水＝4.2×103J/(kg·℃)]【答案】(1)下 金属外壳 解：(2)电蒸锅的加热电阻R ＝U 2额P 额＝（220 V ）21 100 W＝44 Ω 由于电阻不变，所以当实际电压为198 V 时，加热电阻仍为44 Ω，加热时间等于定时时间时消耗的电能W ＝U 2R t ＝（198 V ）244 Ω×60×60 s ≈3.2×106 J(3)水箱装满水时，水的质量是m ＝ρ水V ＝1.0×103kg/m 3×2.5×10－3m 3＝2.5 kg此时水吸收的热量Q 吸＝c 水m (t －t 0)＝4.2×103J/(kg·℃)×2.5 kg×(100 ℃－25 ℃)＝7.875×105J此时消耗的电能W ′＝Q 吸η＝7.875×105 J90%＝8.75×105J则加热时间t ′＝W ′P 额＝8.75×105 J1 100 W≈795.5 s2. 图甲是一种电热暖手宝，其主要参数如图乙所示，袋内通常用水来充当吸热或放热的物质，是因为水的比热容较大，使用前要先给其通电加热，当此电热暖手宝接通电源后，暖手宝内水的温度由原来的 5 ℃上升至65 ℃时，指示灯熄灭.[c 水＝4.2×103J/(kg·℃)]第2题图(1)电热暖手宝内部液体通常采用水，这是利用水的 的属性，使保暖时间更长. (2)暖手宝完成上述加热过程，水需要吸收多少热量？暖手宝加热时电热丝的电阻是多少？(3)若此暖手宝的电热功率是84%，在额定电压下完成上述加热过程需要多长时间？ 【答案】(1)比热容大解：(1)温度从 5 ℃升高到65 ℃，此过程中吸收的热量是Q 吸＝cm Δt ＝4.2×103J/(kg·℃)×1 kg ×(65 ℃－5 ℃)＝2.52×105J(2)暖手宝正常工作时的电阻R ＝U 2P ＝（220 V ）2500 W＝96.8 Ω(3)因为W ×84%＝Q 吸，所以 W ＝Q 吸84%＝2.52×105J 84%＝3×105J 又因为W ＝Pt ，所以t ＝W P ＝3×105 J 500 W＝600 s ＝10 min3. 如图所示是小贝家厨房安装的即热式电热水龙头，它的特点是即开即有热水，无需提前预热，而且可以通过调节水流大小调节水温，不需要调节加热电阻大小.其部分参数如下表所示(忽略温度对电阻的影响).第3题图求：(1)该水龙头正常工作时电路中的电流多大？ (2)该水龙头正常工作时的电阻多大？(3)该产品的电气技术参数中规定：合格产品的电阻偏差应小于或等于2 Ω.每一批产品在出厂前都会进行抽检，现将一个该款水龙头单独接在220 V 电路中，请你计算1 min 内消耗的电能在什么范围内，该水龙头电气部分是合格的？【答案】解：(1)由P ＝UI 可得，水龙头正常工作时电路中的电流是：I ＝P U ＝2 200 W220 V＝10 A(2)水龙头正常工作时的电阻是：R ＝U I ＝220 V 10 A＝22 Ω (3)当电阻比标准电阻小2 Ω时 1 min 内消耗的电能是：W 大＝U 2R 小t ＝（220 V ）222 Ω－2 Ω×60 s ＝1.45×105J当电阻大于标准电阻2 Ω时 1 min 内消耗的电能是：W 小＝U 2R 大t ＝（220 V ）222 Ω＋2 Ω×60 s ≈1.21×105J所以，水龙头1 min 内消耗的电能在1.21×105 J 到1.45×105J 的范围内是合格的. 4. 小强家买了一自动电热水壶，其铭牌如下表.小强装了1 L 的水，加热6 min 后把水烧开，水壶自动断电.已知大气压为1个标准大气压，家庭电路电压为220 V ，电热水壶的电阻不变，水的初温为20 ℃，c 水＝4.2×103 J/(kg·℃)，ρ水＝1.0×103 kg/m 3.求：(1)电热水壶等电热器做功时，将 能转化为内能. (2)这壶水吸收的热量；电热水壶的热效率；(3)在用电高峰期，电路中的实际电压降为198 V 时，电热水壶的实际功率.【答案】(1)电解：(2)水的质量为：m ＝ρV ＝1.0×103 kg/m 3×1×10－3 m 3＝1 kg1标准大气压下水烧开为100 ℃，此时水吸收的热量为：Q吸＝cm (t －t 0)＝4.2×103J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃－20 ℃)＝3.36×105J(2)消耗的电能为：W ＝Pt ＝1 100 W×6×60 s ＝3.96×105 J 水壶的热效率为：η＝Q 吸W ×100%＝3.36×105J 3.96×105J×100%≈85% (3)因为P 实＝U 2实R ，P 额＝U 2额R ，所以电热水壶的实际功率为：P 实＝U 2实U 2额.P 额＝（198 V ）2（220 V ）2×1 100 W ＝891 W二、挡位变化的电路图类5. 图甲是一款多功能洗衣机，图乙是其简化电路图，此款洗衣机额定电压220 V ，它有两个挡位，当开关置于1时(电路接入R 1和R 2)为加热状态，消耗功率为2 400 W ；当开关置于2时(电路接入R 2和电动机)为保温洗涤状态，已知电阻R 1的阻值为22 Ω，水的比热容为c 水＝4.2×103J/(kg·℃).甲 乙第5题图(1)洗衣机能够脱水，是利用了 (2)在洗衣机内加入质量为20 kg 、初温为20 ℃的水，求加热到70 ℃时水吸收的热量？电阻R 2的阻值是多少？(3)已知洗衣机在保温洗涤状态下工作时，电动机的功率为240 W ，求此时通过电路的总电流为多少？【答案】(1)惯性解：(2)水吸收的热量Q 吸＝c 水m (t －t 0)＝4.2×103J/(kg·℃)×20 kg ×(70 ℃－20 ℃)＝4.2×106J当开关置于1时为加热状态，此时R 1与R 2并联R 1的功率P 1＝U 2R 1＝（220 V ）222 Ω＝2 200 WP 2＝P －P 1＝2 400 W －2 200 W ＝200 W R 2的电阻R 2＝U 2P 2＝（220 V ）2200 W＝242 Ω(3)洗衣机在保温洗涤状态时，电动机与R 2并联此时电路总功率P 总＝P 2＋P 电动机＝200 W ＋240 W ＝440 W 电路总电流I ＝P 总U ＝440 W 220 V＝2 A 6. 如图甲所示是用来焊接塑料管的热熔器，两个塑料管的接头部分在热熔器中熔化，再被紧压、冷却，结合为一体.热熔器内部电路如图乙所示，R 1和R 2均为电热丝，电源电压为220 V ，R 1的阻值为48.4 Ω.开关S 1、S 2都闭合时，热熔器为加热状态；开关S 1闭合、开关S 2断开时，热熔器为保温状态，保温功率为220 W.(1)保温状态时，电路中的电流是多少？ (2)加热状态时，加热功率是多少？(3)某次加热熔接塑料管时，塑料管需要吸收9×104J 的热量，热熔器的效率为90%，热熔器的加热时间是多少？第6题图【答案】解：(1)开关S 1闭合、开关S 2断开时，R 1与R 2串联，热熔器处于保温状态，电路中的电流I ＝P 保温U ＝220 W 220 V＝1 A(2)开关S 1、S 2都闭合时，电路为R 2的简单电路，热熔器处于加热状态；则加热功率P 加热＝U 2R 2＝（220 V ）248.4 Ω＝1 000 W(3)消耗的电能W ＝Q 吸η＝9×104 J90%＝1×105J热熔器的加热时间t ＝WP 加热＝1×105J1 000 W＝100 s7. 如图所示是某品牌电炖锅的内部简化电路图，电炖锅上有1 000 W 和400 W 两挡功率，挡位可自动调节.其工作过程是：按下开关，自动选择1 000 W 挡将汤煮至100 ℃，然后自动跳至400 W 挡进行保温慢炖.设汤的初温为20 ℃，质量为3 kg ，汤的比热容为4.0×103J/(kg·℃).求：第7题图(1)若电炖锅将汤从初温加热至100 ℃耗时20 min ，在此过程中汤吸收的热量是多少？电炖锅的效率是多少？(2)R 1的阻值是多少？(3)电炖锅进入保温慢炖时，开关S 会自动跳至“a ”或“b ”哪个位置？试说明理由. 【答案】解：(1)汤吸收的热量是Q 吸＝cm Δt ＝4.0×103 J/(kg·℃)×3 kg×(100℃－20℃)＝9.6×105 J 电炖锅工作20 min 所消耗的电能是W ＝Pt ＝1 000 W×20×60 s＝1.2×106 J 所以，电炖锅的效率η＝Q 吸W ×100%＝9.6×105J 1.2×106J×100%＝80% (2)当S 接时，处于大功率，即P ＝1 000 W ，R 1＝U 2P ＝（220 V ）21 100 W＝48.45 Ω(3)开关自动跳在“b ”位置，因为电炖锅进入保温慢炖时，功率最小为400 W ，由公式R＝U 2P可知，此时电路中的电阻应为最大值，这时电路中R 1和R 2应串联，所以开关自动跳在“b ”位置.8. 如图是电源电压恒为220 V 的电热烘干箱的基本电路图，S 是双掷开关，R 1是发热电阻，定值电阻R 2为110 Ω，当S 接“2”时，R 1的电功率是110 W ，试求：第8题图(1)电热丝采用电阻大、熔点 的材料制成. (2)R 1的阻值；当S 接“1”时，电路中的电流是多少？ (3)当S 接“2”时，通电15分钟，R 1消耗的电能是多少？ 【答案】(1)高解：(2)当开关S 接“2”时只有R 1连入，由P ＝U 2R 可知，此时电路为高温挡，R 1＝U 2P 1＝（220 V ）2110 W＝440 Ω(2)开关S 接“1”时是低温挡，电路的总电阻R ＝R 1＋R 2＝440 Ω＋110 Ω＝550 Ω；电路中的电流为：I ＝U R ＝220 V550 Ω＝0.4 A(3)当S 接“2”时，R 1消耗的电能为： W 1＝P 1t ＝110 W×15×60 s ＝99 000 J 三、铭牌结合电路图类9. 如图甲为一种新型热饮咖啡机，图乙是它工作电路的简化图，R 1、R 2为发热电阻，S 0为温控开关.其相关参数如表所示.求：第9题图(1)热饮咖啡机是利用 原理来工作的，在加热过程中，主要通过 方式使咖啡的内能增加.(2)电阻R 2的阻值是多少？在加热状态时，通过电路的总电流是多少？(3)若把质量为0.8 kg 的咖啡从20 ℃加热到90 ℃需要6 min ，该咖啡机的热效率为多少？[c 咖啡＝4×103J/(kg·℃)]【答案】(1)电流热效应 热传递解：(2)由题图可知，当S 闭合、S 0断开时，电路为R 2的简单电路，此时热饮咖啡机处于保温状态由铭牌参数可知R 2的阻值为R 2＝U 2P 保温＝（220 V ）240 W＝1 210 Ω热饮咖啡机处于加热状态时，通过的电路的总电流为I 加热＝P 加热U ＝880 W 220 V＝4 A(3)咖啡吸收的热量Q 吸＝c 咖啡m (t －t 0)＝4×103 J/(kg·℃)×0.8 kg×(90 ℃－20 ℃)＝2.24×105 J 咖啡机消耗的电能为W ＝P 加热t 加热＝880 W×6×60 s＝3.168×105 J该咖啡机的热效率η＝Q 吸W ×100%＝2.24×105J3.168×105J×100%≈70.7% 10. 小芳家新买了一台电烤箱，其铭牌参数和内部简化电路如下图所示，R 1、R 2均为电热丝.第10题图(1)该电烤箱在高温挡烘烤1 000 s 消耗的电能是多少？ (2)电路中R 1、R 2的阻值分别为多少？(3)该电烤箱在低温挡正常工作时，R 1消耗的功率是多少？ 【答案】解：(1)利用高温挡烘烤消耗的电能W ＝P 高温t ＝1 100 W×1 000 s＝1.1×106 J(2)由题图可知，当开关S 1、S 2都闭合时，R 2被短路，电路中只有R 1，此时电烤箱处于高温挡根据P ＝U 2R 可知R 1＝U 2P 高温＝（220 V ）21 100 W＝44 Ω当开关S 1闭合、S 2断开时，R 1和R 2串联在电路中，此时电烤箱处于低温挡根据P ＝U 2R 可知R 总＝U 2P 低温＝（220 V ）2440 W＝110 Ω根据串联电路总电阻等于各分电阻之和可知R 2＝R 总－R 1＝110 Ω－44 Ω＝66 Ω(3)电烤箱在低温挡工作时，电路中的电流I ＝P 低温U ＝440 W 220 V＝2 A此时R 1消耗的电功率为P ＝I 2R 1＝(2 A)2×44 Ω＝176 W11. 图甲是一种新型家用电器——电压力锅.图乙是某型号电压力锅工作电路简图，表中数据是其部分参数.其中R 是主加热器，R 0是保压加热器.接通电路后，开关S 自动与触点a 、b 接通，开始加热.当锅内温度达到105 ℃，开关S 自动与a 、b 断开，开始保压，此时锅内水温不变，且未沸腾.现将5 kg 初温为25 ℃的水加入电压力锅中，接通电路使其正常工作30 min.热量损耗不计，已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃).求：第11题图(1)在使用电压力锅时，应选用 孔插座.(2)电压力锅在加热状态时主加热器R 的电阻；电压力锅多少分钟后开始保压； (3)电压力锅在此30 min 内保压时所消耗的电能. 【答案】(1)三解：(2)当开关S 自动与触点a 、b 接通时，R 与R 0并联，它们两端的电压都等于电源电压220 V ，此时通过主加热器的电流I ＝P R U ＝880 W 220 V＝4 A主加热器的电阻R ＝U I ＝220 V4 A＝55 Ω水吸收的热量Q ＝cm (t －t 0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg ×(105 ℃－25 ℃)＝1.68×106J ，并联电路消耗的总功率P ＝P R ＋P 0＝880 W ＋120 W ＝1 000 W ，t ＝W P ＝Q P ＝1.68×106 J 1 000 W＝1.68×103s(3)W 保压＝P 0t ＝120 W×(30×60 s－1.68×103 s)＝1.44×104J12. 如图甲所示是某品牌的老式储水电热水器，该电热水器具有安全、储水容量大的特点.表格是该电热水器的铭牌，其中电热管保温功率已经磨损看不清，图乙为该电热水器的简化电路图，其加热和保温均由电热管完成，加热时，开关S 与A 、B 接触，此时红色指示灯亮；当温度达到最高设定温度时，温控开关S 自动接到C ，使电热水器处于保温状态，此时黄色指示灯亮，黄灯标有“2 V 4 W”的字样.工作时两灯均能正常发光，忽略灯泡阻值随温度的变化.求：第12题图(1)电饭锅、电热水器、电熨斗、电热毯等都是利用 来工作的. (2)黄灯正常发光时的电阻；R 1的阻值以及该电热水器的保温功率；(3)若该电热水器在额定电压下1.5 h 将40 L 初温是53 ℃的水加热到设定最高温度，则电热水器加热的热效率为多少？[c 水＝4.2×103J/(kg·℃)，结果保留一位小数]【答案】(1)电流的热效应 解：(2)黄灯正常发光时的电阻R 黄＝U 额2P 额＝（2 V ）24 W＝1 Ω由电路图知：当温控开关S 和A 、B 接触时，R 2 与红灯串联，再与电热管并联接入电路，此时电热水器处于加热状态，则电热管的电阻R 管＝U 2P 加热＝（220 V ）2880 W＝55 Ω开关S 与C 点接触时，电阻R 1、黄灯与电热管串联接入电路，此时电热水器处于保温状态，因为黄灯正常工作，所以电路的电流为I ＝P 额U 额＝4 W2 V＝2 A电路的总电阻为R 总＝U I ＝220 V2 A＝110 Ω则R 1的电阻为R 1＝R 总－R 管－R 黄＝110 Ω－55 Ω－1 Ω＝54 Ω P 保温＝I 2R 管＝(2 A)2×55 Ω＝220 W(3)水吸收的热量Q ＝c 水m (t －t 0)＝c 水ρ水V (t －t 0)＝4.2×103J/(kg·℃)×1×103kg/m3×40×10－3 m 3 ×(75 ℃ －53 ℃)＝3.696×106J消耗的电能W ＝P 加热t ＝880 W×1.5×3 600 s＝4.752×106J电热水器的效率为η＝Q W ×100%＝3.696×106J4.752×106J×100%≈77.8%四、电路图结合坐标图像类13. 干衣机是利用电加热和吹风来使洗好的衣物中的水分快速蒸发的家用电器.图甲为某型号干衣机工作电路的简化图.干衣机一次工作需要依次完成烘干和冷却两个模式，图乙是干衣机工作一次功率随时间变化的关系图像.第13题图(1)烘干模式是通过 的方式改变了衣服的内能，冷却模式是通过改变衣服周围 ，从而使洗好的衣物中的水分快速蒸发.(2)若该干衣机在烘干模式下连续正常工作10 min ，通过发热电阻的电流是多少？ 发热电阻产生的热量是多少？ (计算结果保留两位小数)(3)若干衣机在一次工作中消耗电能 0.72 kW·h，干衣机此次工作了多长时间？ 【答案】(1)热传递 空气流动的速度解：(2)热风功率是电热丝加热功率和电动机功率的和，因此电热丝加热时的功率 P 热＝P 热风－P 冷风＝700 W －100 W ＝600 W通过发热电阻的电流I ＝P 热U ＝600 W 220 V≈2.73 A 发热电阻产生的热量Q ＝P 热t ＝600 W×10×60 s＝3.6×105 J (3)完整的烘干模式消耗的电能是：W 烘干＝P 烘干t 烘干＝0.7 kW ×1 h ＝0.7 kW·h 干衣机消耗的电能W ＝0.72 kW·h>0.7 kW·h干衣机冷却模式消耗的电能是：W 冷却＝W －W 烘干＝0.72 kW ·h －0.7 kW·h＝0.02 kW·h 冷却模式已经工作的时间t 冷却＝W 冷却P 冷却＝0.02 kW·h 0.1 kW＝0.2 h ＝12 min干衣机工作的总时间是t ＝t 烘干＋t 冷却＝60 min ＋12 min ＝72 min14. 如图甲所示是某型号电热加湿器的原理图，表中为其部分技术参数.R 1、R 2为电热丝，且R 2＝3R 1，S 为旋转型开关， 1、2、3、4为触点，通过旋转开关S 可实现“关”、“低挡”、“高挡”之间的转换(低挡为小功率加热，高挡为大功率加热).第14题图(1)应旋转至触点 (2”“2、3”或“3、4”)位置；(2)电阻R 1的阻值；(3)加湿器处于低挡位置时的发热功率；(4)如图乙所示是某次使用加湿器工作30 min 的图像，请计算加湿器消耗的总电能.【答案】(1)3、4解：(2)由P ＝U 2R 可得R 1＝U 2P 1＝（220 V ）2400 W＝121 Ω (3)R 总＝R 1＋R 2＝R 1＋3R 1＝121 Ω＋3×121 Ω＝484 Ω，由P 热＝U 2R 总可得P 热＝（220 V ）2484 Ω＝100 W(4)由图像可知，加湿器在0～10 min 是高挡，10～30 min 是低挡，由W ＝Pt 可得 W ＝P 1t 1＋P 热t 2＝400 W×600 s＋100 W×1 200 s＝3.6×105 J15. 如图为升降机电路的部分原理图，闭合开关S 后，电动机启动，提升物块.电源电压恒为6 V ，R 0为定值电阻，电压表量程为0～3 V ，压敏电阻R 1的阻值与所受压力大小的关系如图乙所示.第15题图(1)压敏电阻不受压力时，电压表示数为2 V ，定值电阻R 0的消耗的电功率为多少？(2)电路正常工作时，压敏电阻能承受的最大压力为多少？(3)在不改变电表的条件下，要增大压敏电阻的承压范围，应如何调整？(写出一条建议即可)(4)若在升降机底板上放置一个物块，静止时电压表示数为U 0，当升降机匀速下降时，电压表示数 (选填“大于”“等于”或“小于”)U 0.【答案】解：(1)由图像可知，当F ＝0 N 时，R 1＝200 Ω此时电路电流I ＝U 1R 1＝U －U 0R 1＝6 V －2 V 200 Ω＝0.02 A 此时R 0两端电压为2 V ，则R 0的电功率P ＝UI ＝2 V×0.02 A＝0.04 W(2)当压力增大时压敏电阻的阻值减小，此时R 0两端的电压增大，R 0两端的电压最大为3 V ，由串联电路分压原理可知两电阻两端电压相等，即R 1＝R 0＝100 Ω当R 1＝100 Ω时由图像可知此时压力为2 500 N(3)增大R 0的阻值，减小电源电压等方法均可(4)等于。