九年级科学上册 第3章 能量的转化与守恒 专题分类突破六 电功电热综合计算练习 （新版）浙教版.doc

专题分类突破六电功电热综合计算探究点1电热器【例1】下图是一种煲汤用的电热锅工作原理图，其中温控器的作用是每当水沸腾后能自动断电一段时间。电热锅的部分参数如下表所示。例1图容积4.5 L额定电压220 V保温功率80 W加热功率500 W(1)三脚插头上标着E的导线和_用电器的金属外壳_相连，插座上相应的导线和_大地_相连。(2)调节切换开关可以使电热锅处于“关、高温、自动、保温”四种工作状态，则原理图中的切换开关连接触点“_3_”时为保温档。小明发现，当电热锅处于保温档正常工作时，不论加热多长时间，都不能使锅内的汤水沸腾，原因可能是_保温功率小于(或等于)散热功率_。(3)该电热锅处于高温档正常工作时，使4.5 L的水温度升高54 需要42 min，那么电热锅的效率为多少？c水4.2103J/(kg )【答案】 (3)81%变式如图所示是某家用电压力锅及其工作原理图，R1、R2分别是主加热器和保压加热器，R1的额定功率为800 W；L是用来指示电压力锅工作状态的变色发光二极管，当通过它的电流小于40 mA时，发红光，达到40 mA时，开始发绿光，只要有电流通过L其两端电压就恒为2 V；R0是特殊电阻，其阻值随锅内温度变化而改变；接通电路，开关S自动与触点a、b闭合，开始加热，当锅内水温达到105 时，S自动与a、b断开，并与触点c接通，开始保压，此时锅内水温不变，且未沸腾。变式图求：(1)电压力锅正常工作时，若指示灯L发绿光，R0的最大阻值是多少？(2)当锅内气压为110 kPa时，锅内气体对面积为400 cm2的锅盖的压力多大？(3)在保压状态下，加热器正常工作1 h耗电0.2 kWh，R2的阻值是多少？(4)用该压力锅对5 L、20 的水加热，正常工作35 min，水温升高到多少 ？已知消耗的电能有90%被有效利用，水的比热容为4.2103J/(kg )解：(1)要使指示灯发绿光，电路中的最小电流I40 mA0.04 A，L两端电压恒为UL2 V，根据串联电路电压规律可知，R0两端电压：U0U额UL220 V2 V218 V；由I得，R0的最大阻值：R05 450 ；(2)锅内气压为p110 kPa1.1105 Pa。锅盖面积S400 cm20.04 m2，由p得，锅内气体对锅盖的压力：FpS1.1105 Pa0.04 m24 400 N。(3)保压时，加热器R2工作，加热器电功率：P20.2 kW200 W，由P得，R2的阻值：R2242 ；(4)假设电压力锅在35 min内一直处于加热状态，则水吸收的热量：Q吸(P1P2)t90%(800 W200 W)3560 s1.89106 J，水的体积V水5 L5 dm35103 m3，水的质量：m水水V水1.0103 kg/m35103 m35 kg，由Q吸c水m水(tt0)得，水的末温：tt020 110 ，由于锅内水温达到105 时，压力锅处于保压状态，温度保持不变，所以吸热后水温升高到105 。探究点2电动机【例2】如图所示的电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看。它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台电动机，当电动机两端加220 V电压时，通过电动机线圈的电流为50 A。问：(1)每分钟该电动机消耗的电能是多少？(2)已知电流通过导体时产生的热量QI2Rt(其中I、R和t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间)，若该电动机线圈的电阻是0.4 ，则线圈每分钟产生的热量是多少？(3)这台电动机每分钟所做的机械功是多少？例2图解：(1)根据公式W电UIt220 V50 A60 s660 000 J(2)QI2Rt(50 A)20.4 60 s60 000 J (3)机械功等于消耗的电能减去产生的热量：W机W电Q660 000 J60 000 J600 000 J变式某工地用电动起重机吊起重物，重物的质量m400 kg，电源提供的电压U220 V，不计一切摩擦。当电动起重机以v0.1 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I2 A。(g取10 N/kg)(1)电动机线圈的电阻R是多少？(2)电动机匀速提升质量m200 kg的重物，电动机的输入功率不变，提升速度是多少？变式图解：(1)电动机的输出功率：P出FvGvmgv400 kg10 N/kg0.1 m/s400 W，电动机的输入功率：P入UI220 V2 A440 W，根据能量守恒定律得，电动机线圈的发热功率：PRP入P出440 W400 W40 W，由PI2R可得，电动机线圈的电阻：R10 ；(2)因电动机的输入功率不变时，发热功率不变，所以，输出功率不变，则提升重物的速度：v0.2 m/s。1图甲是用来焊接PVC塑料管道的热容器外观照片。其内部电路如图乙，S1是手动电源开关。S2是温控开关，作用是完成“加热模式”和“保温模式”之间的切换。L是指示灯(在S1闭合情况下L始终能正常发光，灯丝电阻不变)，R1是限流电阻。表中是相关元件的物理参数。第1题图(元件)项目参数电源电压220 V加热功率1 210 W(不含L及R的功率)L灯0.1 A2 WR2202 (1)求R1的阻值；(2)求保温功率(不含L和R1的功率)；(3)某次热容器在正常加热状态，需要将80 g的PVC塑料从温室20 加热到170 ，加热效率为60%，请计算需要加热的时间。(PVC塑料的比热容为1.2103 J/(kg)，结果保留一位小数)解：(1)由图可知，灯L与R1串联在照明电路中，L正常发光，因串联电路中各处的电流相等，所以，由PUI可得，灯泡L的额定电压：UL20 V，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，R1两端的电压：U1UUL220 V20 V200 V，由I得，R1的阻值：R12 000 ；(2)S2闭合时，电阻R2被短路，只有电热丝R3工作，总电阻最小，处于加热状态，由P可得，R3的阻值：R340 ，S2断开时，电阻R2与R3串联，总电阻最大，处于保温状态，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，保温功率：P保200 W；(3)PVC塑料吸收的热量：Q吸cm(tt0)1.2103 J/(kg)80103 kg(170 20 )14 400 J，由100%可得，消耗的电能：W24 000 J，由P可得，需要的加热时间：t19.8 s。2某同学根据如图所示电路进行实验：先用夹子夹住电动机转轴使其不能转动，闭合开关S，移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数，后松开夹子，使电动机转轴转动，移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数。数据记录如下：U(V)I(A)W(J)Q(J)不转动0.20.2W1Q1转动3.01.2W2Q2利用上表数据计算和分析： (1)电动机不转动时，通电10 s，电动机所做的电功W1和所产生的热量Q1。(2)电动机转动时，通电10 s，电动机所做的电功W2和所产生的热量Q2。(3)试比较W1和Q1的大小关系以及W2和Q2的大小关系，并分析其原因。第2题图解：(1)W1U1I1t0.2 V0.2 A10 s0.4 J；RU1/I10.2 V/0.2 A1 Q1I2Rt(0.2 A)21 10 s0.4 J(2)W2U2I2t3.0 V1.2 A10 s36 J；Q2IRt(1.2 A )21 10 s14.4 J (3)W1Q1；W2Q2电动机卡住了是纯电阻电路，电能全部转化成电热，所以W1Q1电动机转动时是非纯电阻电路，电能部分转化成电热，大部分转化成机械能，所以W2Q23如图所示是小金研究电动机转动是否对小灯泡的亮度有影响的电路图，开始小金先抓住转轴合上开关，观察小灯泡的亮度，接着放开转轴让电动机转动，继续观察小灯泡亮度的变化(已知：小灯泡的电阻为R，电动机线圈电阻为r，电源电压为U)，由此请你回答：(1)在电动机未转动时，t时间内电流在电路中产生的热量为_Qt_(填写表达式)；(2)在电动机转动时，电流所做的功_大于_电流在电路中产生的热量(选填“大于”“等于”或“小于”)；(3)小金判断电动机转动后小灯泡会更亮，你认为小金的判断正确吗？并根据学过的知识加以解释。第3题图【答案】 (3)电动机转动后，电动机会消耗一部分能量，使得电功转化而成的内能减小，故灯泡的亮度会变暗，所以小金的判断是错误的。4某校科技小组的同学们用PTC元件(即半导体陶瓷材料)制作了一个电加热保温杯。常温下的凉开水放在杯内可加热至60 ，并利用这种元件的特性设定保温温度为60 。已知所用的PTC元件的阻值Rr随温度的变化关系如图甲所示，使用时PTC元件如图乙所示接入家庭电路中。第4题图请回答下列问题：(1)当温度为60 时，电路中的电流是_22_mA，通电1 min，PTC元件消耗的电能是_290.4_J。(2)PTC元件的最大电功率是_24.2_W。(3)保温杯可以利用PTC元件的特性进行保温的原理是：当温度达到60 时，PTC元件发热功率等于散热功率(即在相同时间内产生的热量与散失的热量相等)，温度保持不变。从图甲可以看出，当它的温度高于60 时，电阻增大，根据P，它的发热功率减小，发热功率小于散热功率，温度下降；当温度低于60 时，电阻减小，同理，它的发热功率增大，发热功率大于散热功率，温度上升。因此保温杯中的水可以保持在60 左右。