山西省2020中考物理专题复习四电学计算

山西省2020中考物理专题复习四电学计算

专题(五)　电学计算 能力点1:多挡位问题的理解 根据公式P=U‎2‎R判断用电器所处的状态(加热、保温)。【总结:总电阻最大,低温挡;总电阻居中,中温挡;总电阻最小,高温挡】‎ 家庭电路电压220 V,用电高峰,电压降低。‎ 能力点2:电学相关计算 ‎(1)根据P=U‎2‎R计算电阻,注意区分P是哪种状态下的电功率;‎ ‎(2)实际电压或实际功率的计算:由于加热电阻的阻值不变,可用P实P额=U实‎2‎U额‎2‎计算实际电压或实际功率。‎ 能力点3:电路识别与分析 看准不同时刻下的电路连接情况,画出简化电路,知道不同时刻各物理量之间的联系纽带是电源电压不变,定值电阻的阻值不变。‎ 能力点4:坐标图像识别 ‎(1)明确坐标图像的研究对象、横纵坐标代表的意义;‎ ‎(2)明确同一坐标下字母数据间的定量关系。‎ 能力点5:明确题眼,找出隐含条件 根据已知和题意,挖掘题目中隐含的条件与要求的物理量相结合,找到切入点求解(向文字说明要分)‎ 类型一　电学综合 ‎1.小明家的电能表表盘如图ZT5-1所示。‎ ‎(1)那么他家能接入电路的用电器的总功率最大为多少?‎ ‎(2)若只将一台功率为1000 W的空调机接入电路中,持续工作4.5 h,他家电能表上的示数应变为多少?‎ ‎(3)小明单独将一个灯泡接入电路中正常工作时,他测得电能表每4 min转10圈,试求该灯泡的功率。‎ 图ZT5-1‎ 类型二　电热综合 8‎ ‎2.在实践活动中,小刚所在的兴趣小组对电热水壶进行了探究与计算。‎ ‎(1)如图ZT5-2所示,电热水壶使用的都是三脚插头,中间较长的脚连接的是电热水壶的金属外壳,插入三孔插座后可将其与　　　相连,防止其漏电时对人造成伤害。壶底的加热盘烧水时是通过　　　的方式改变了水的内能。 ‎ ‎(2)电热水壶的铭牌如下表所示,正常工作时通过电热水壶的电流是多少?(结果保留一位小数)‎ ‎(3)为了测量电热水壶的加热效率,小刚在壶中加入额定容量初温为15 ℃的水,在额定电压下将其加热到沸腾,用时7 min。已知烧水时气压为标准大气压,ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃),则该电热水壶的加热效率为多少?‎ ‎(4)小刚发现电热水壶将水加热后,放置一段时间就马上冷却了,他想对电热水壶的电路做一下改进,增加一个保温挡,使电热水壶在此挡位工作时的总功率为400 W,从而使水的温度可以保持不变。请你设计电路,将电路图画在图乙方框内,所增加的吸热电阻R2的阻值为　　　Ω。 ‎ 图ZT5-2‎ 额定容量 ‎2.0 L 额定电压 ‎220 V 额定功率 ‎2000 W 频率 ‎50 Hz 类型三　力、电、热综合 ‎3. [2018·山西百校联考一]养生壶是一种用于养生保健的烹饪容器,如图ZT5-3所示。某第三代养生壶采用新型电加热材料,通电后产生热量把壶内的水加热。下表是该养生壶的铭牌信息,根据获取的信息解决以下问题:‎ 图ZT5-3‎ 问题1:把该养生壶整体放在水平桌面上,如果该养生壶与底座的接触面积为100 cm2,则装满水时对底座的压强是多少?(g取10 N/kg)‎ 问题2:该养生壶中1 kg的水从20 ℃加热到90 ℃吸收的热量是多少?[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]‎ 问题3:该养生壶正常工作5 min,完成了问题2中的加热过程,则该养生壶的加热效率是多少?‎ 问题4:小李关掉家里的其他全部用电器,只有该养生壶通电,加热时,电能表转盘1 min转了18转,电能表上标有“ 1200 r/(kW·h)”的字样,请你计算此时该养生壶的实际功率。‎ 产品参数 8‎ 产品型号 QC-1708‎ 包装尺寸 ‎267 mm×267 mm×260 mm 总机质量 ‎2.5 kg 额定电压 ‎220 V-50 Hz 壶体质量 ‎1 kg 加热功率 ‎1000 W 壶体容量 ‎1 L 保温功率 ‎50 W ‎4.[2018·山西百校联考一]如图ZT5-4甲所示是小明家的自动电热水壶,它具有自动加水加热、保温等功能。电热水壶空置时的质量为0.5 kg, 容量为1.5 L,水泵提升水的高度为0.6 m,当壶内水位达到规定容量时,小明关闭了家中的其他用电器,按一下电热水壶的加热按钮,温控开关闭合,6 min后壶内的水从20 ℃加热到沸腾(在标准大气压下) ,电能表的转盘转了600转,温控开关断开,电热水壶自动转入保温状态,其电路图如图丙所示。[g取10 N/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]‎ 请你结合图乙中电能表提供的有关参数信息解决以下问题:‎ 问题一:若电热水壶平放时与水平台面的接触面积是40 cm2,当该电热水壶盛满水时对水平台面的压强是多少?‎ 问题二:水泵将电热水壶中的水加满,水泵提升水做的功是多少?‎ 问题三:电热水壶加热时的加热效率是多少?‎ 问题四:若电热水壶的保温功率是44 W,电热丝R2的阻值是多少? (忽略温度对电阻的影响)‎ 图ZT5-4‎ 8‎ ‎5.[2019·山西百校联考二]如图ZT5-5所示是某学校为全校师生提供开水的电热饮水机,它有加热和保温两种功能,小明查找相关资料知道该饮水机的相关参数如下表所示。饮水机正常工作时,经过一段时间可将机内满水箱的水从50 ℃加热到沸腾,后转入保温状态,请你结合下表中提供的有关参数信息,解决以下问题。[已知水的比热容为4.2×103 J/(kg· ℃),g取10 N/kg]‎ 问题一:电热饮水机放在水平地面上时,若与水平地面的接触面积是400 cm2 ,则电热饮水机装满水时,对水平地面的压强是多大?‎ 问题二:电热饮水机内的抽水机若在40 s内将水箱中的水加满(原来水箱中的水已经用完),则抽水机提升水的功率是多少? (设提升水的高度为1.2 m)‎ 问题三:电热饮水机装满水,在标准大气压下将水从50 ℃加热到沸腾时,水吸收的热量是多少?‎ 问题四:若电热饮水机加热时的加热效率是80%,上述加热过程中,从开始加热到自动转入保温状态需要的时间是多少?‎ 图ZT5-5　‎ 饮水机质量 ‎40 kg 水箱容量 ‎60 L 额定电压 ‎220 V 加热时的功率 ‎5 kW 保温时的功率 ‎500 W 8‎ ‎6.[2019·湖州]目前全国少数城市已投入使用超级电容公交车(如图ZT5-6所示)。超级电容器是一种新型电能存储设备,像蓄电池一样也有正、负两极,可通过安装在各公交站点的充电桩快速充满电,让车能够继续正常行驶。在制动过程中,电车又能通过发电机回收部分能量为超级电容器充电,安全、高效、环保。‎ 假设某型号的超级电容公交车载满乘客时总质量为15 t,某次运行时从充电桩充满电后电车储存的能量约为2×107 J,能以10 m/s的速度保持匀速直线行驶6 km,能量利用的效率为90%。‎ ‎(1)电车发电机的工作原理是　　　　。 ‎ ‎(2)若公交车载满乘客时车胎与地面的总接触面积为0.4 m2,求公交车对水平地面的压强。‎ ‎(3)若公交车在该次运行中受到的阻力恒定,则牵引力大小是多少?‎ ‎(4)若公交车在该次运行中电容器输出电压为300 V,不计电容器输出电能时的能量损耗,则工作电路的电流有多大?(计算结果保留一位小数)‎ 图ZT5-6‎ 8‎ ‎【参考答案】‎ ‎1.解:(1)由图可知,该电能表允许通过的最大电流为10 A,则他家能接入电路的用电器的总功率最大为P最大=UI=220 V×10 A=2200 W。‎ ‎(2)该空调工作4.5 h消耗的电能W1=Pt=1 kW×4.5 h=4.5 kW·h,‎ 则电能表的示数为4.5 kW·h+751.8 kW·h=756.3 kW·h。‎ ‎(3)该灯泡每4 min消耗的电能WL=‎10r‎2500r/(kW·h)‎=‎1‎‎250‎ kW·h,则灯泡功率为PL=WLtL=‎1‎‎250‎kW·h‎4‎‎60‎h=0.06 kW=60 W。‎ ‎2.(1)地线　热传递 ‎(2)电热水壶正常工作时的电流为I=P额U额=‎2000W‎220V≈9.1 A。‎ ‎(3)电热水壶装满水时所加水的质量为m水=ρ水V=1.0×103 kg/m3×2.0×10-3 m3=2 kg,‎ 该加热过程水吸收的热量为Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-15 ℃)=7.14×105 J,‎ 电热水壶7 min内消耗的电能为 W=Pt时=2000 W×7×60 s=8.4×105 J,‎ 该电热水壶的加热效率为 η=Q吸W=‎7.14×1‎0‎‎5‎J‎8.4×1‎0‎‎5‎J=85%。‎ ‎(4)如图所示　96.8‎ ‎3.解:问题1:该养生壶静止在水平桌面上,由表中数据知壶中装满水时水的质量m水=ρ水V容=1.0×103 kg/m3×1×10-3 m3=1 kg,‎ 则装满水时,壶对底座的压力F总=G总=(m壶+m水)g=(1 kg+1 kg)×10 N/kg=20 N,‎ 该养生壶装满水时对底座的压强 p=F总S=‎20N‎100×1‎‎0‎‎-4‎m‎2‎=2000 Pa。‎ 问题2:该过程中水吸收的热量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(90 ℃-20 ℃)=2.94×105 J。‎ 问题3:由P=Wt得,该养生壶正常工作5 min消耗的电能 W=Pt时=1000 W×5×60 s=3×105 J,‎ 该养生壶的加热效率 η=Q吸W=‎2.94×1‎0‎‎5‎J‎3×1‎0‎‎5‎J=98%。‎ 问题4:电能表转盘转18转消耗的电能 W'=‎18r‎1200r/(kW·h)‎=0.015 kW·h,‎ 该养生壶的实际功率 8‎ P实=W'‎t时‎'‎=‎0.015kW·h‎1‎‎60‎h=0.9 kW=900 W。‎ ‎4.问题一:电热水壶平放在水平台面上时,与水平台面的接触面积S=40 cm2=4×10-3 m2,‎ 电热水壶盛满水时,水的质量 m水=ρV=1.0×103 kg/m3×1.5×10-3m3=1.5 kg,‎ 电热水壶盛满水时,对水平台面的压力 F=G总=(m水+m壶)g=(1.5 kg+0.5 kg)×10 N/kg=20 N,‎ 电热水壶盛满水时,对水平台面的压强 p=FS=‎20N‎4×1‎‎0‎‎-3‎m‎2‎=5×103Pa。‎ 问题二:水泵提升的水的重力 G水=m水g=1.5 kg×10 N/kg=15 N,‎ 水泵提升水的过程中做的功 W=G水h=15 N×0.6 m=9 J。‎ 问题三:此加热过程水吸收热量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1.5 kg×(100 ℃-20 ℃)=5.04×105 J,‎ 电热水壶工作6 min消耗的电能 W=‎600r‎3000r/(kW·h)‎=0.2 kW·h=7.2×105J。‎ 电热水壶的加热效率 η=Q吸W=‎5.04×1‎0‎‎5‎J‎7.2×1‎0‎‎5‎J=70%。‎ 问题四:当温控开关闭合时,只有电阻R1接入电路,此时电路中电阻最小,只有R1接入电路,为加热挡,此时功率P加热=Wt时=‎7.2×1‎0‎‎5‎J‎6×60s=2000 W,‎ 根据P=UI=U‎2‎R可知,发热板R1的阻值R1=U‎2‎P加热=‎(220V‎)‎‎2‎‎2000W=24.2 Ω,‎ 当温控开关断开时,电阻R1和R2串联,电热水壶处于保温状态,P保温=44 W,‎ 此时电路中的电流I=P保温U=‎44W‎220V=0.2 A,‎ 总电阻R总=UI=‎220V‎0.2A=1100 Ω,‎ 电热丝R2的阻值R2=R总-R1=1100 Ω-24.2 Ω=1075.8 Ω。‎ ‎5.问题一:电热饮水机装满水时水的体积 V水=60 L=60 dm3=0.06 m3,‎ 由ρ=mV可得,水的质量m水=ρ水V水=1.0×103 kg/m3×0.06 m3=60 kg,‎ 电热饮水机装满水时对水平地面的压力 F=G总=(m水+m饮水机)g=(60 kg+40 kg)×10 N/kg=1000 N,‎ 电热饮水机装满水时对水平地面的压强 p=FS=‎1000N‎400×1‎‎0‎‎-4‎m‎2‎=2.5×104Pa。‎ 8‎ 问题二:抽水机对水所做的功 W=G水h=m水gh=60 kg×10 N/kg×1.2 m=720 J,‎ 抽水机提升水的功率 P=Wt时=‎720J‎40s=18 W。‎ 问题三:标准大气压下水的沸点是100 ℃,则水吸收的热量 Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×60 kg×(100 ℃-50 ℃)=1.26×107 J。‎ 问题四:由η=Q吸W电可得,消耗的电能 W电=Q吸η=‎1.26×1‎0‎‎7‎J‎80%‎=1.575×107J,‎ 从开始加热到自动转入保温状态需要的时间t时'=W电P加热=‎1.575×1‎0‎‎7‎J‎5×1‎0‎‎3‎W=3150 s。‎ ‎6.解:(1)电磁感应 ‎(2)公交车对水平地面的压力F=G=mg=15×103 kg×10 N/kg=1.5×105 N,‎ 公交车对水平地面的压强p=FS=‎1.5×1‎0‎‎5‎N‎0.4‎m‎2‎=3.75×105 Pa。‎ ‎(3)牵引力做功W=W总η=2×107 J×90%=1.8×107 J,‎ 牵引力F=Ws=‎1.8×1‎0‎‎7‎J‎6000m=3×103 N。‎ ‎(4)公交车运行时间t=sv=‎6000m‎10m/s=600 s,‎ 由W=UIt得工作电路电流I=W总Ut=‎2×1‎0‎‎7‎J‎300V×600s≈111.1 A。‎ 8‎