2019年中考物理 母題題源系列 專題18 多擋位電熱器電功率的計算（含解析）

專題18 多擋位電熱器電功率的計算【母題來源1】2019年四川綿陽卷【母題原題】某一天晚上睡覺前，小文同學用有預約功能的電飯煲為家人第二天早餐煲粥。小文將大米等食材放入電飯煲內，接通220V家庭電路，經過了待機、加熱、保溫三個過程，早餐前斷開電源，電飯煲消耗的電功率隨時間變化的圖像如圖甲所示，電飯煲加熱過程消耗的電能是_kW·h。已知小文家電飯煲加熱和保溫部分基本電路原理如圖乙所示，S是接通家庭電路的開關，S1是自動開關，R1和R2為電阻不變的電熱絲，則R2=_?！敬鸢浮?.88 220【解析】由甲圖可知，05 h功率為44 W，此時間段為待機；56 h功率為880 W，此時間段為加熱；67 h功率為220 W，此時間段為保溫。電飯煲加熱過程時間為1 h，則加熱過程消耗的電能為W=Pt=0.88 kW×1 h=0.88 kW·h；由電路圖可知，當開關S、S1同時閉合時，R1和R2并聯，電路總電阻最小，發(fā)熱功率最大，為加熱電路；當開關S閉合、S1斷開時，R1斷路沒有工作，電路中只有R2工作，為保溫電路。因保溫功率為220 W，即R2功率為220 W，則R2=220 。【母題來源2】2019年四川南充卷【母題原題】如圖是電熱飲水機電路原理圖，已知R1=100 ，R2=20 ，當開關S1、S2閉合時，飲水機處于_狀態(tài)（填“保溫”或“加熱”），飲水機的保溫功率與加熱功率之比為_?！敬鸢浮考訜?1:6【解析】當開關S1、S2都閉合時電路為R1的簡單電路，當S1閉合、S2斷開時R1與R2串聯，兩電阻串聯時總電阻最大，所以當開關S1、S2都閉合時，電路中的電阻最小，由可知，電路中的總功率最大，飲水機處于加熱狀態(tài)；飲水機處于加熱狀態(tài)時，電路為R1的簡單電路，則電路的功率：；飲水機處于保溫狀態(tài)時，R1與R2串聯，電路的功率為：，所以飲水機的保溫功率與加熱功率之比：。【母題來源3】2019年湘西土家族苗族自治州卷【母題原題】下圖是普通家用兩檔電取暖器內部簡化電路圖，R1、R2為電熱絲，且電阻阻值相同，高溫檔位功率為1 100 W，低溫檔位功率為440 W，家庭電路電壓U=220 V，求：（1）電取暖器處于高溫檔位時電路中的電流強度；（2）電路中R1的阻值；（3）如果普通家庭生活用電的電費價格為每度0.55元，試計算用該電取暖器的低溫檔位取暖4小時需要繳納的電費?！敬鸢浮浚?）5 A （2）44 （3）0.968元【解析】（1）當S1、S2均閉合時為高溫檔，（2）當S1、S2均閉合時為高溫檔，僅R1工作，（3）， 則需要電費為1.76×0.55=0.968元?！灸割}來源4】2019年山東臨沂卷【母題原題】圖甲是小明家安裝的即熱式熱水器，其具有高、低溫兩檔加熱功能，低溫檔功率為5 500 W，內部等效電路如圖乙所示，R1和R2是兩個電熱絲。某次小明用高溫檔淋浴時，水的初溫是20 ，淋浴頭的出水溫度為40 ，淋浴20 min共用水100 L。假設熱水器電熱絲正常工作且產生的熱量全部被水吸收，求：（1）電熱絲R1的阻值。（2）該熱水器高溫檔功率?！敬鸢浮浚?）8.8 （2） 【解析】（1）當S1閉合，S2斷開時為低溫檔，僅電阻R1工作（2） 由于熱量全部被水吸收，則 【母題來源5】2019年重慶B卷【母題原題】特高壓技術可以減小輸電過程中電能的損失。某發(fā)電站輸送的電功率為1.1×105 kW，輸電電壓為1 100 kV，經變壓器降至220 V供家庭用戶使用。小明家中有一個標有“220 V 2 200 W"的即熱式水龍頭，其電阻為R0，他發(fā)現冬天使用時水溫較低，春秋兩季水溫較高，于是他增加兩個相同的發(fā)熱電阻R和兩個指示燈（指示燈電阻不計）改裝了電路，如圖所示。開關S1，可以同時與ab相連或只與c相連。使其有高溫和低溫兩檔。求：（1）通過特高壓輸電線電流；（2）改裝前，若水龍頭的熱效率為90%，正常加熱1分鐘提供的熱量；（3）改裝后，水龍頭正常工作時高溫檔與低溫檔電功率之比為4:1，請計算出高溫檔時的電功率?！敬鸢浮浚?）200 A （2）1.188×105 J （3）4 400 W【解析】（1）根據題意知道，某發(fā)電站輸送的電功率為1.1×105 kW，輸電電壓為1100 kV，由P=UI知道，通過特高壓輸電線的電流是：=10 A；（2）由知道，正常加熱1分鐘消耗的電能是：W=Pt=2 200 W×60 s=1.32×105 J，由知道，正常加熱1分鐘提供的熱量：Q=W=1.32×105 J×90%=1.188×105 J；（3）因為即熱式水龍頭標有“220 V 2 200 W"，所以，R0電阻是：，由電路圖知道，當開關S與a、b相連時，電阻R與R0并聯，電阻較小，由P=UI=知道，此時電路的總功率最大，水龍頭處于加熱狀態(tài)，；當開關S與c相連時，R與R0 串聯，總電阻較大，總功率較小，水龍頭處于保溫狀態(tài)，又因為水龍頭正常工作時高溫檔與低溫檔電功率之比為4：1，即，由此解得：R=R0=22 ，所以，高溫檔時的電功率是=4 400 W?！倦y點中心】電功、電功率一直都是初中物理考查的重要內容，一般與串并聯、歐姆定律等電學知識結合起來考查，綜合性較強，命題形式多種多樣，故也是個難點，其中與生活實際相聯系的命題形式仍是今后的主流考查方向，兩檔位用電器電功率的計算是近幾年?？嫉臒狳c?！究键c難點突破】【知識鏈節(jié)】電功率：定義：電功率等于電功和時間之比。意義：表示消耗電能的快慢。符號：P來單位：瓦特（瓦，W），常用單位為千瓦（kW），1 kW103 W電功率的定義式： W=Pt 第一種單位：P電功率瓦特（W）；W電功焦耳（J）；t通電時間秒（s）。第二種單位：P電功率千瓦（kW）；W電功千瓦時（kW·h）；t通電時間小時（h）。電功率計算公式：=UI（適用于所有電路）對于純電阻電路可推導出：P=I2R=【技能方法】所謂的兩檔位電熱器一般分為高溫檔和低溫檔，是在電源電壓不變的情況下，通過改變電阻的大小，高檔位電阻小，低檔位電阻大，由可知，電熱器的電功率發(fā)生了改變。兩檔位電熱器一般是通過開關來改變檔位的，常見的電路有以下兩種：（1）短路型S閉合時，電阻R被短路，只有R0工作，此時為高溫檔擋；斷開時，兩電阻串聯總電阻較大，此時為低擋.（2）單刀雙擲型主要工作的電阻放在干路上，一條支路用導線，一條之路連接在附加電阻上，當S接附加電阻時兩電阻串聯，是低溫擋；S接導線時，電路中只有一個電阻，為低溫擋。:學§科§【母題1】（2019·武威第十九中學初三月考）小明同學家里的電熱飲水機有加熱和保溫兩種功能，可由機內溫控開關S0進行自動控制。小明從說明書上收集到如下表中的部分數據和如圖所示的電路原理圖。請解答如下問題：（計算結果若不能整除，保留一位小數）（1）這個電熱飲水機正常工作時，在加熱狀態(tài)下的總電流大約是多大（2）若電阻R2的阻值為1 210 ，則電阻R1的阻值為多少【答案】（1）4.2 A （2）55 【解析】（1）當開關S、閉合時，并聯，是加熱狀態(tài)，正常加熱狀態(tài)下的電流：I=4.2 A；（2）當開關S閉合、S0斷開時，電熱飲水機只有R2工作，處于保溫狀態(tài)。電阻R2消耗的功率：=40 W，當開關S、S0閉合時，電熱飲水機處于加熱狀態(tài)，此時R1消耗的電功率為：P1=P總P2=920 W40 W=880 W，則電阻R1的阻值：55 ?！灸割}2】（2019·哈爾濱市第六十九中學初三中考模擬）家庭浴室中常用燈暖型浴霸來加熱空氣，壯壯家浴室內浴霸由四只標有“220 V 250 W”的同規(guī)格發(fā)熱燈組成，他測得浴室的體積為15 m3，當四只燈泡同時正常工作25 min后，測得浴室內空氣溫度從13 上升到28 ，c空氣=1.0×103 J/（kg·），空氣=1.2 kg/m3（1）求浴室內空氣吸收的熱量；（2）如圖所示是東東家用的電暖器的內部簡單電路圖，他想利用電暖氣使浴室的溫度由13 升高到28 ，有500 W和2 000 W兩檔加熱，用2 000 W檔正常工作所用時間約是8 min（R為電熱絲，R0為定值電阻，二者均不隨溫度發(fā)生改變，S為溫控開關）。求電熱絲R的電阻值；（3）通過計算說明用浴霸加熱和用電暖器2 000 W檔位加熱時哪個更節(jié)能？并說明原因?！敬鸢浮浚?）2.7×105 J （2）24.2 （3）用電暖器2 000 W檔位加熱時更節(jié)能?！窘馕觥浚?）空氣的質量為m=空氣V=1.2 kg/m3×15 m3=18 kg，空氣吸收的熱量：Q吸=c空氣mt=1.0×103J/（kg·）×18 kg×（28 13 ）=2.7×105J；（2）當開關S閉合時，只有R的簡單電路，電路中電阻最小，處于加熱狀態(tài)；電阻R的阻值：R=24.2 ；（3）浴霸加熱消耗的電能：W浴=Pt=4×250 W×25×60 s=1.5×106 J，用電暖器2 000 W檔位加熱消耗的電能：W電=P加t=2 000 W×8×60 s=9.6×105 J，由于W浴>W電，所以用電暖器2 000 W檔位加熱時更節(jié)能，由于浴霸加熱時電能有一部分要轉化成光能，所以消耗的電能多?！灸割}3】（2019·廣東初三中考模擬）如圖甲所示，多功能養(yǎng)生壺是一種用于養(yǎng)生保健的可以烹飲的容器，類似于電水壺，其最大的特點是采用一種新型的電加熱材料，通過高溫把電熱膜電子漿料（金屬化合物）噴涂在玻璃表面形成面狀電阻，在兩端制作銀電極，通電后產生熱量把壺內的水加熱，它具有精細烹飪、營養(yǎng)量化等功能，深受市場的認可和歡迎。如圖乙所示是某品牌養(yǎng)生壺簡化電路圖，該養(yǎng)生壺的電路圖，該養(yǎng)生壺的部分數據如表。求：項目參數電源電壓/V220低溫檔功率/W275中溫檔功率/W550高溫檔功率/W？容積/L1（1）R1的阻值；（2）養(yǎng)生壺處于低溫擋工作時，電路中的電流大?。唬?）養(yǎng)生壺處于高溫擋工作時的功率?！敬鸢浮浚?）88 （2）1.25 A （3）1 100 W【解析】（1）當S2斷開，S1閉合時，只有電阻R1接入電路，養(yǎng)生壺處于中溫檔，由P=得，R1的阻值：R1=88 ；（2）由P=UI得，養(yǎng)生壺在低溫檔工作時，電路中的電流：I低=1.25 A；（3）當S1斷開，S2接A時，R1與R2串聯，此時總電阻最大，總功率最小，養(yǎng)生壺在低溫檔工作，電路中的總電阻：R=176 ，由電阻的串聯可得R2的阻值：R2=RR1=176 88 =88 ，養(yǎng)生壺處于高溫檔工作時，R1與R2并聯，因為R1=R2，所以并聯總電阻：R并=R1=×88=44，養(yǎng)生壺處于高溫檔工作時的功率：P高=1100 W?！灸割}4】（2019·江蘇初三中考模擬）如圖是某家用電熱水器的簡化電路圖，溫控開關S可根據水溫自動切換加熱和保溫兩種狀態(tài)，R1、R2是發(fā)熱電阻，熱水器主要參數如下表。水的比熱容為4.2×103 J/（kg·）額定電壓220 V加熱功率2 000 W容積30 L保溫功率800 W（1）R2的阻值為多大；（2）水箱中裝滿初溫為25 的水，加熱使溫度升高到55 ，水需要吸收多少熱量；（3）在上述加熱狀態(tài)下，熱水器正常工作35 min需消耗多少電能？加熱效率是多少?！敬鸢浮浚?）36.3 （2）3.78×106 J （3）4.2×106J 90%【解析】（1）當開關S跳至a觸點位置時，只有電阻R1接入電路，電阻值較小，根據可知，此時電功率較大，電熱水器處于加熱狀態(tài)，由可知，R1的阻值：，當開關S跳至b觸點位置時，兩電阻串聯，總電阻較大，電功率較小，電熱水器處于保溫狀態(tài)，則保溫功率：，即：800 W=，解得R2=36.3 ；（2）已知電熱水器的容積V=30 L=30 dm3=0.03 m3，由可知，水的質量：m=V=1.0×103 kg/m3×0.03 m3=30 kg，水吸收的熱量：Q=cmt=4.2×103 J/（kg·）×30 kg×（55 25 ）=3.78×106 J；（3）由可得，加熱狀態(tài)下，熱水器正常工作35 min需消耗電能：W=P加熱t(yī)=2 000 W×35×60 s=4.2×106 J。加熱效率：。【母題5】（2019·山東初三中考模擬）如圖甲是某款電熱水龍頭，即開即熱、冷熱兼用。圖乙是它的原理電路圖，R1、R2為電熱絲。通過旋轉手柄帶動開關S接通對應的電路，從而實現冷水、溫水、熱水之間切換。有關參數如表。不考慮溫度對電阻絲值的影響，請回答下列問題：產品名稱即熱式熱水龍頭應用場所廚房、衛(wèi)生間額定功率溫水 2 200 W熱水 3 300 W額定電壓220 V額定頻率50 Hz防觸電類型類（最高等級）（1）開關與1、2接觸時，水龍頭放出的水是溫水還是熱水？此時電路中的電流多大？（2）R2的電阻值多大？（3）水龍頭放熱水時，正常工作20 s，消耗的電能是多少？若不計熱量損失，在此過程中可將多少kg的水從18 加熱到48 ？【答案】（1）溫水 （2） （3）6.6×104 J 0.52 kg【解析】（1）開關與1、2接觸時，電阻R1單獨接入電路，連入電阻較大，由可知電功率較小，為低溫檔，水龍頭放出的水是溫水，此時電路中的電流：；（2）開關與2、3接觸時，電阻R1、R2并聯接入電路，連入電阻較小，由可知電功率較大，為高溫檔，水龍頭放出的水是熱水，P熱水=3 300 W，由得總電流：，R2支路的電流I2=II1=15 A10 A=5 A，由歐姆定律得：；（3）水龍頭放熱水，正常工作20 s，消耗的電能：=3 300 W×20 s=6.6×104 J；由A、B、C、D可得：。11