【精品】2021年中考物理压轴题大揭秘专题:12 家用电器类电学综合计算(原卷版和解析版)
【内容简介】考点01:电热类电学综合计算:对于电热类家电如:电饭煲,电热水壶,饮水机等发热家电应注意电阻丝或发热电阻的串、并联情况的变化会对电热器的功率产生影响,即应注意“高”、“低”,“中”不同的档位时电路中的电流,电压的分配,及电阻的发热功率情况。另外应注意保温与正常发热情况下电路中不同的连结方式;一般来说电路中串联的电阻越多,电路中电流越小,此时的总功率越小通常此时为保温状态,而串联电路中连入电阻越少时,电路中总电流越大,此时电路中的总功率越大,此时通常为加热状态。【帮你归纳】对于多挡位电热器,判断电热器的挡位时,应根据P=U2/R,电源电压通常为220V,当多个电热丝串联时,电路中电阻最大,此时电路的总功率最小,此时通常为“低温挡”,或处于电热器的“保温状态”;当多个电热丝并联时,电路中的总电阻最小,电路中的总功率最大,所以此时通常电路为“高温挡”工作状态或处于“加热状态”,当只有一个电阻丝工作时,电路中的总功率即不是最大值也不是最小值,此时通常为“中温挡”工作状态。例1:(2020•四川南充)市面上的电热水壶大多具有加热和保温功能。下图是某电热水壶的电路简图,开关K接通后,开关S自动与触点a、b接通,热水壶开始烧水;当壶内水温达到100oC时,温控开关S自动与a、b断开,并立即与触点c接通,水壶进入保温状态。已知电源电压为220V,电阻R1=50Ω,这种水壶的加热功率P加热是保温功率P保温的5倍,水的比热容c=4.2x103J/(kg.oC),R1、R2电阻不受温度影响。求:(1)将1kg初温为35oC的水加热到100oC需要吸收多少热量?(2)电阻R2的阻值。(3)在晚上用电高峰期将1kg初温为35oC的水加热到100oC需用时300s,若加热效率为91%,则晚上用电高峰期的实际电压为多少? 【答案】(1)2.73×105J;(2)200Ω; (3)200V。【解析】(1)初温为35oC的水加热到100oC,温度的变化量为:△t=1000CC-350C=650C, 需要吸收的热量为:Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg.0C)×1kg×650C=2.73×105J.(2)由题意可知,开关S自动与触点a、b接通时R1与R2并联,电热水壶处于加热状态,得加热时电功率为:P加热=P1+P2, 开关S自动与a、b断开,并与触点c接通时,电路变为R2的简单电路,电热水壶处于保温状态,得保温时电功率为:P保温=P2,水壶的加热功率P加热是保温功率P保温的5倍,即 得: ,即 根据 得: , 电阻 ,根据 可算出电阻 为: 即: 得: 。(3)初温为35oC的水加热到100oC,温度变化量为: 吸收的热量为: ;总的消耗的电能为: ;电路总电阻为:R总=R1×R2/R1+R2=40Ω, 根据公式 得: 。【变式1-1】(2019湖北荆州中考)随州的冬季不像北方有集中供暖,所以本地居民常选用一些小型电暖器越冬。如图甲电暖器有“高温、中温、低温”三挡,铭牌见下表(“中温”挡功率空出),其电路原理如图乙,S是自我保护开关,当电暖器倾倒时S自动断开,切断电源保证安全。当S、S1闭合,S2断开时电暖器为“低温”挡。(R1>R2)XX牌电暖器额定电压220V额定功率低温挡440W中温挡高温挡1600W频率50Hz求:(1)R1的阻值.(2)“中温”挡正常工作时电路中的电流.(3)若室内空气质量为50kg,用该电暖器的“高温”挡正常工作10min,放出热量的50%被室内空气吸收,那么可使室内气温升高多少。(假设空气的比热容为1.1×103J/(kg•℃). 【答案】(1)110Ω (2)5.27A (3)8.730C。【解析】(1)闭合开关S1,R1单独接入电路,R1>R2,根据P=U2/R可知电暖气处于低温;R1的阻值:R1=U2/P低温=(220V)2/440W=110Ω.(2)闭合S1为“低温”挡,R1单独接入电路;单独闭合S2为“中温”挡,“高温”挡为S1、S2同时闭合,R1、R2并联。P中温=P高温﹣P低温=1600W﹣440W=1160W;根据P=UI可得,“中温档”正常工作时的电流:I2=P中温/U=1160W/220V≈5.27A;(3)因为P=W/t所以电暖器的“高温”档正常工作10min,放出的热量:W=P高温t=1600W×10×60s=9.6×105J;空气吸收的热量:Q吸=ηW=50%×9.6×105J=4.8×105J,由Q吸=cm△t可得,房间空气升高的温度:△t=Q吸/C空气m空气=4.8×105J/50kg×1.1×103J/(kg.0C)≈8.73℃。【名师点睛】(1)电暖器在低温档时,由R=U2/P可求R1的阻值;(2)高温档与低温档功率之差是中温档功率;已知中温档功率和电源电压,可以得到中温档正常工作时的电流;(3)根据W=P高t可求产生的热量,根据Q吸=ηW可得空气吸收的热量,根据Q吸=cm△t可得房间的空气温度升高多少℃。例2:(2020•江苏泰州)如图是某型号电饭锅工作原理的简化电路图,电饭锅有两挡,分别是高温烧煮和低温焖饭。S1为挡位自动控制开关,R1和R2为电热丝,R1的阻值为80Ω,高温烧煮挡的功率为660W。求:(1)高温烧煮时干路中的电流;(2)电阻丝R2的阻值; (3)电饭锅低温焖饭0.5h消耗的电能是多少焦耳。
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