1、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
2、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,
3、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,水=1.0103 kg/m3,c水=4.2103 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
4、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。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)
5、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=4.2103 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/(kWh)”的字样,请你计算此时该养生壶的实际功率。产品参数产品型号QC-1708包装尺寸267 mm267 mm260 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 W4.2018山西百校联考一如图ZT5-4甲
6、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=4.2103 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
7、: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ZT5-45.2019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4.2103 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
8、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 W6.2019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)。
9、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2107 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
10、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【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 V10 A=2200 W。(2)该空调工作4.5 h消耗的电能W1=Pt=1 kW4.5 h=4.5 kWh,则电能表的示数为4.5 kWh+751.8 kWh=756.3 kWh。(3)该灯泡每4 min消耗的电能WL=10r2500r/(kWh)=1250 kWh,则灯泡功率为PL=WLtL=1250 kWh460 h=0.06 kW=60 W
11、。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=2000W220V9.1 A。(3)电热水壶装满水时所加水的质量为m水=水V=1.0103 kg/m32.010-3 m3=2 kg,该加热过程水吸收的热量为Q吸=c水m水(t-t0)=4.2103 J/(kg)2 kg(100 -15 )=7.14105 J,电热水壶7 min内消耗的电能为W=Pt时=2000 W760 s=8.4105 J,该电热水壶的加热效率为=Q吸W=7.14105 J8.4105J=85%。(4)如图所示96.83.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=水V容=
12、1.0103 kg/m3110-3 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=20N10010-4m2=2000 Pa。问题2:该过程中水吸收的热量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2103 J/(kg)1 kg(90 -20 )=2.94105 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 W560 s=3105 J,该养生壶的加热效率=Q吸W=2.94105 J3105J=98%。问题4:电能表转盘转18转消耗的电能W=18r1200r/
13、(kWh)=0.015 kWh,该养生壶的实际功率P实=Wt时=0.015kWh160h=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=410-3 m2,电热水壶盛满水时,水的质量m水=V=1.0103 kg/m31.510-3m3=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=20N410-3 m2=5103 Pa。问题二:水泵提升的水的重力G水=m水g=1.5 kg10 N/kg=15 N,水泵提升水的过
14、程中做的功W=G水h=15 N0.6 m=9 J。问题三:此加热过程水吸收热量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2103 J/(kg)1.5 kg(100 -20 )=5.04105 J,电热水壶工作6 min消耗的电能W=600r3000 r/(kWh)=0.2 kWh=7.2105 J。电热水壶的加热效率=Q吸W=5.04105 J7.2105J=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=7.2105J660 s=2000 W,根据P=UI=U2R可知,发热板R1的阻值R1=U2P加热=(220V)2200
15、0 W=24.2 ,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=44W220 V=0.2 A,总电阻R总=UI=220V0.2 A=1100 ,电热丝R2的阻值R2=R总-R1=1100 -24.2 =1075.8 。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=mV可得,水的质量m水=水V水=1.0103 kg/m30.06 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
16、地面的压强p=FS=1000N40010-4 m2=2.5104 Pa。问题二:抽水机对水所做的功W=G水h=m水gh=60 kg10 N/kg1.2 m=720 J,抽水机提升水的功率P=Wt时=720J40 s=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)=4.2103 J/(kg)60 kg(100 -50 )=1.26107 J。问题四:由=Q吸W电可得,消耗的电能W电=Q吸=1.26107 J80%=1.575107 J,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=1.575107J5103W=3150 s。6.解:(1)电磁感应(2)公交车对水平地面的压力F=G=mg=15103 kg10 N/kg=1.5105 N,公交车对水平地面的压强p=FS=1.5105 N0.4m2=3.75105 Pa。(3)牵引力做功W=W总=2107 J90%=1.8107 J,牵引力F=Ws=1.8107 J6000m=3103 N。(4)公交车运行时间t=sv=6000m10 m/s=600 s,由W=UIt得工作电路电流I=W总Ut=2107 J300V600 s111.1 A。
