科学冲刺中考提前批电热器.docx
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科学冲刺中考提前批电热器
电热器
节能霸王——LED
LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体大功率LED灯珠，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。
以12英寸的大功率LED灯具红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。
经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。
而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。
汽车信号灯也是大功率LED灯杯光源应用的重要领域。
对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。
1998年发白光的LED开发成功。
这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。
GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成大功率LED灯的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰值550nm。
蓝光LED基片安装在碗形反射腔覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。
LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。
现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。
这种通过蓝光LED得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。
知识点一、电热器
1．概念
（1）电热器是利用电流的热效应制成的加热设备。
（2）电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。
2．原理
（1）电流的热效应：
电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫电流的热效应。
（2）电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。
（3）电流的热效应的影响因素：
电流、电阻和通电时间。
【见例1】
知识点二、电热的计算
1．焦耳定律
（1）文字叙述：
电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比，这个规律叫做焦耳定律。
（2）数学表达式：
Q=I2Rt。
（3）电流产生热量的计算方法：
①Q=I2Rt是焦耳通过实验总结出来的。
任何导体有电流通过时，产生的热量都可以由此公式来计算。
②对于纯电阻电路，即电能全部转化为内能的用电器，像电炉、电烙铁、电饭锅等。
电流产生的热量还可以由Q=U2/Rt，Q=UIt推导公式来结算。
【见例2】
知识点三、电热器多档问题
1．原理
电热器具通常涉及有“高温挡”和“低温挡”；根据P=UI可知，当U一定时，电阻越大时，电功率越小；电阻越小时，电功率越大。
所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。
2．常见类型
（1）串联电路的多档问题
短路式：
两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示。
当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡。
短路式单刀双掷式
单刀双掷式：
主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接附加电阻。
当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。
（2）并联电路的多档问题
两个电阻并联时，单独使用一个电阻时为低温挡，并联时为高温挡。
特别提醒：
在短路式或单刀双掷式的串联型电热器问题中，常有一个阻值较大的电阻与主加热电阻串联从而减小电流并降低主加热电阻两端电压，使电路处于保温或低温挡，这类电阻的阻值计算常要根据题意进行分类：
（1）分压并提供热量的电阻计算，在这类问题中分压电阻（记为R）既分压又提供热量：
①先在高温挡时，单独计算出主加热电阻（记为R0）的阻值R0=U总2/P高温；
②第二步，在低温挡时，计算出R0和R的总电阻R总=R0+R=U总2/P低温，再利用R总减去R0即可求出R。
（2）分压但不提供热量的电阻计算，在这类问题中分压电阻（也记为R）只分压但不提供热量，也就是说，即使是在低温挡工作时，也只有主加热器R0单独发热：
①先在高温挡时，单独计算出主加热电阻（记为R0）的阻值R0=U总2/P高温；
②第二步，在低温挡时，求出此时主加热器R0两端实际电压U0,实2=P低温·R0；
③用电源电压减去此时主加热器R0两端实际电压即得R两端电压：
U实=U总-U0,实；
④利用分压关系R/R0=U实/U0,实，求出R。
【见例3、4】
四、电动机
电动机是主要将电能转化为机械能的装置，但由于线圈有电阻，根据电流的热效应，发热不可避免：
W电=W机械+Q
由于W电=UIt和Q=I2Rt分别计算电流做功（消耗的电能）和电热，再用W机械=UIt-I2Rt
当然也有如下关系：
P电=P机械+P发热
UI=P机械+I2R
此公式可叙述成电动机消耗的电功率等于输出的机械功率和线圈损失的发热功率的总和。
当电动机通电但不转动的情况下，直接使用卡住I卡住=U/R计算线圈电阻，使用条件要注意物理量是一一对应的。
【见例5】
五、高压输电原理
当发电站以恒定的发电功率输出电能时，为减小在远距离输电线上的功率损失（导线发热引起），可提高输电电压，即采用高压输电，此类问题可用如下步骤进行证明：
①可知导线上的传输电流；P输出=U输出·I输出，I输出=P输出/U输出
②导线上的损失功率P损失=I输出2·R导线=（P输出/U输出）2·R导线
可见在发电功率与导线电阻均不变时，导线上的损失功率与输出电压的平方成反比，因此输出电压越高，损失功率越小。
特别提醒：
（1）此类问题的前提条件是发电站的发电功率是恒定的；
（2）减小输电过程中导线上的功率损失的另一途径是减小导线电阻，比如换用更粗的导线，相对成本较高。
【见例6】
例1、相同功率的下列电器，正常工作相同时间，产生热量最少的是（）
A．电饭煲B．电烙铁C．电动机D．电烤箱
1.关于电热的利用，下列说法中正确的是（ ）
A．电热对我们来说总是有利的
B．电热对我们来说总是不利的
C．电饭锅是利用电流热效应的原理制成的
D．电视机工作过程中没有产生电热
2.下面列出的几种常见的家用电器：
①电炉；②电饭锅；③电冰箱；④微波炉；⑤电视机；⑥电烙铁。
其中属于电热器的是（）
A．①②⑥B．①②④⑥C．①②⑤⑥D．①②③④⑥
3.电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种电器可以认为将电能全部转化成内（热）能？
例2、将两个阻值相同的电阻串联后接入电路中，时间t内产生的热量为Q1；如果将它们并联后接入同一电路中，相同的时间内产生的热量为Q2，则Q1：
Q2为（）
A．4：
1B．1：
4C．2：
1D．1：
2
1.甲、乙两段导体通电时间相同，甲的电阻是乙的3倍，甲、乙产生的热量之比是2：
3，则通过甲、乙两导体的电流之比是（）
（3）请指出你认为其中较好的电路，并说明理由．
例4、下面的图表是从某台电热饮水机的说明书上收集到的信息。
经分析得知，电热饮水机有加热和保温两种工作状态。
当S闭合时、S0断开时，饮水机处于保温状态，当S、S0同时闭合时，饮水机处于加热状态。
求：
热水箱容量
2L
额定电压
220V
加热时的功率
400W
保温时的功率
40W
（1）电热饮水机在保温状态下正常工作时的电流（计算结果保留两位小数）。
（2）电热饮水机保温2小时消耗的电能。
（3）电阻R1的阻值。
2.下图是某简易电吹风工作原理的电路图（R为电热丝，M为电动机），表3是该电吹风的铭牌。
求：
（1）电吹风正常工作且吹热风时，流过电热丝的电流多大。
（2）电热丝R的阻值多大（电热丝的阻值随温度变化不计）。
3.下图是某品牌家用电饭锅的工作原理图，已知R2的阻值为44Ω；单独闭合开关S1时，电饭锅处于保温状态，此时的保温功率为40W。
求：
（1）R1阻值是多少？
（2）同时闭合开关S1、S2，电饭锅工作1min消耗多少电能？
例5、在计算电动机工作时所消耗的电功率时，小杰和小施产生了不同意见。
小杰利用公式P=IU计算电动机所消耗的电功率，小施利用P=I2R来计算电动机所消耗的电功率。
（已知：
电动机线圈电阻为R，电动机工作时两端的电压为U，通过电动机的电流强度为I）
（1）请你判断这两位同学计算电动机所消耗的电功率的方法是否正确，并说明理由。
（2）求这台电动机在时间t内，电动机线圈产生的热量。
（3）求电动机在时间t内所做的机械功。
1.电动机工作时两端电压为U，电流为I，电动机线圈的电阻为R，如果该电动机工作的时间为t时，则电动机消耗的电能为（）
A．UIt﹣I2RtB．I2RtC．UIt+I2RtD．UIt
2.如图是一个玩具汽车上的控制电路，其电动机上的线圈电阻为1Ω，保护电阻R为4Ω当闭合开关S后，电动机工作，两电压表的示数分别为6V和2V，则电路中的电流A，电动机的功率为W，电动机的机械效率为．
3.如图所示是一直流电动机提升重物的装置．已知重物质量m=50kg，电源电压U=110V保持不变，电动机线圈的电阻R=4Ω，不计各处摩擦，当电动机以某一速度匀速向上提升重物时，电路中的电流I=5A，
求：
（g=10N/kg）
（1）电源的输出功率；
（2）电动机线圈电阻R的发热功率；（3）试从能量转化和守恒的角度，求重物上升的速度大小。
例6、我们知道对于同种灯泡的亮度取决于实际功率的大小。
现有两个同种灯泡，其额定值是甲灯“0V100W”、乙灯“220V40W”；将甲、乙两灯并联或串联后接在照明电路中，比较甲、乙两灯的亮度，对此下列解释正确的是（）
A．串联时，因为通过甲、乙两灯的电流一样大，实际功率一样大，所以一样亮
B．并联时，因为甲、乙两灯的电压一样大，实际功率一样大，所以一样亮
C．串联时，两灯电流相等，乙灯的电阻大，根据P=I2R,实际功率大，所以乙灯较亮
D．并联时，两灯电压相等，甲灯的电阻大，根据P=U2／R,实际功率小，所以甲灯较暗
1.在电能输送的过程中，如果输送的电功率一定，将输电电压升到原来的10倍，则输电线上损失的功率将变为原来的倍，由此可见，若想有效的减小电能在输电线路上的损失应采用（选填“高压”或“低压”）输电．
2.由于远距离输送电能，导线较长，因此导线电阻，所以导线上损失的电能较大。
由Q=I2Rt可知，若电流减小为原来的1/n，则在相同的时间内产生的热量减小为原来的，可见是减少电能损失的有效办法.
1.旧白炽灯在工作时，容易在灯丝最细处熔断，这是因为与相同长度的较粗灯丝相比，灯丝最细处（）
A．功率最大B．电流最大C．电阻最小D．电压最小
2.在家庭电路中，导线相互连接处往往比别处更容易发热，老化更快．这是因为（）
A．连接处的电流较大B．连接处的电流较小
C．连接处的电阻较大D．连接处的电阻较小
3.电熨斗通电一段时间后变得很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，其原因是（）
A．导线的绝缘皮隔热
B．导线散热比电熨斗快
C．通过导线的电流小于通过电熨斗的电流
D．导线的电阻远小于电熨斗电热丝的电阻
4.用同种材料制成两段长度相等、横截面积不同的圆柱形导体，甲比乙的横截面积大，如图所示．将它们串联在电路中，通电一段时间后，比较甲、乙两导体升高的温度。
正确的是（）
A．甲导体的温度升高得多B．乙导体的温度升高得多
C．甲．乙两导体升高的温度相同D．条件不足，无法判断
5.如图所示电路中，已知R1＞R2，电源电压U保持不变，在相同的时间内四个电路中总共放出的热量由多到少的顺序是（ ）
A．甲乙丙丁B．甲丙丁乙C．丙丁乙甲D．乙丁丙甲
6.在电学中有这样一个问题：
电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同。
为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
对此同学甲这样解释：
因为导线电阻很小，电炉丝电阻很大，根据焦耳定律，Q=I2Rt，电流相同，时间相同，热量与导体电阻成正比。
同学乙解释为：
因为导线电阻很小，电炉丝电阻很大，所以电炉丝两端电压比导线两端电压大得多，电流通过导体产生的热量Q=W=UIt，根据该式，在I、t相同时，热量与导体两端电压成正比．对于同学甲和同学乙的解释，下列正确的是（）
A．同学甲和同学乙的解释都不正确B．同学甲和同学乙的解释都正确
C．同学甲的解释正确，同学乙的解释不正确D．同学甲的解释不正确，同学乙的解释正确
7.把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t串：
t并为（）
A.1:
1B.2:
1C.4:
1D.1:
4
8.两根电阻丝的电阻为R1的R2，且R1＞R2，接在一电压不变的电源上，用来加热一壶水．欲使水的温度升高得快，应采取的办法是（）
A．先把两根电阻丝串联后接到电源两端
B．先把两根电阻丝并联后接到电源两端
C．单独使用电阻较小的电阻丝R2接在电源两端
D．单独使用电阻较大的电阻丝R1接在电源两端
9.学习完电热和电功率的知识后，小明和小红将相关的知识归纳总结在下表中，你认为正确的有_________（只填序号）
小明
小红
观
点
①根据Q=I2Rt可知，电阻越大，相同时间内产生的热量最多
②根据Q=U2t/R可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越少
③根据Q=UIt可知，相同时间内，电流产生的热量与电阻无关
④根据Q=I2Rt可知，在电流一定时，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
10.加在某电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的电热功率为（）
A．PB．
C．
D．
11.
小华准备参加玩具赛车比赛，他运用如图所示的电路来挑选一只能量转换效率较高的电动机。
设电池的电压恒定不变，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后读出电流表的读数为2A；然后放手，当电动机正常转动时，又读出电流表的读数为0.6A．则该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为（）
A．91%B．70%C．30%D．9%
12.
某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的质量为50kg，电源电压为1l0V，不计电源电阻及各处摩擦。
当电动机转动，使物体以0.9m／s的速度匀速上升时，电路中的电流大小为5A。
则电动机线圈的电阻大小为（g=10N／kg）（）
A．4ΩB．11ΩC．16ΩD．22Ω
13.钱多多准备参加玩具赛车大赛，她挑选一只能量转换较好的电动机。
设电池恒定不变，连接好电路后，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，再闭合开关，电流表的读数为2A，当电动机正常转动时，又读出电流表的读数是0.6A，则该玩具的电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为。
14.有一电水壶的规格“220V 1000W”，该电水壶正常工作时，内部电热丝的电阻多大？
理论上在额定电压下把1Kg、20℃的水烧开需要多长时间？
实际所用时间比你计算的时间长一些还是短些？
为什么？
15.
家乐牌电热水器的简化电路如图所示，A为自动温度开关，当水的温度达到设定温度时自动断开电路，低于设定温度时，自动接通电路。
S是热水器的功率选择开关，可选择高、低两种加热功率，R1、R2都是发热电阻器。
主要的技术指标如下表：
额定电压（V）
220
发热电阻类型
电热管
输入功率一档（W）
2200
输入功率二档（W）
1210
温度范围（℃）
20～80
容积（L）
20
（1）把一箱水温度升高10℃时，水吸收的热量是多少？
[c水＝4.2×103J/（kg·℃）]
（2）当S拨至1时，热水器正常工作时电路中的电流是多少？
（3）当S拨至2时，电热管的实际功率只有1000W，实际电压是多少？
16.某同学对录音机中的小电动机用如图电路进行实验研究。
闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为0.40V时，电流表的示数为0.20A，此时电动机未转动。
当电压表的示数为2.0V时，电流表的示数为0.30A，此时电动机匀速转动，求：
（1）电动机线圈的电阻；
（2）电动机转动时消耗的电功率；
（3）电动机转动时产生的机械功率。
空车质量
1200kg
电动机额定功率
4kW
满载乘员（含驾驶员）
12人
电动机额定电压
50V
满载时轮胎与地接触面积
4×250cm2
最大车速
45km／h
17.
杭州是一座适合生活、讲究品质的城市，西湖边的“电动观光车”（如图）为杭州市民和外地游客带来了许多便利。
某电动观光车的有关技术参数如下表：
（1）设乘员质量均为60kg，求满载时车对水平路面的压强为帕；（取g=10N／kg）
（2）电动观光车电动机正常工作时，通过电动机的电流是安；
（3）电动观光车电动机正常工作时，绕西湖一周约需半小时，需要耗电千瓦时.
18.我国发射了携带有电动月球车的“嫦娥三号”探月卫星。
该车总质量为120千克。
该车使用的是电压为100伏的原子能电池，工作电路如图所示，测得电动机的两端的电压为80伏，电流表读数为2安，月球车把电能转化为机械能的效率为40%。
（已知同一物体在月球上的重力只有地球上的六分之一）（g取10N/kg）
（1）图中滑动变阻器接入电路的阻值为多少？
电动机工作90天（这里是以地球上计算的天数）消耗的电能是多少千瓦时？
（2）假定月球车在水平月面上做匀速直线运动，所受的阻力是总重的0.4倍，则该车运动的速度是多少？
19.
新浪科技3月22日讯：
韩国设计师打造了一款非传统意义上的雨伞。
如下图这款另类雨伞没有伞盖，空气从下面的进气口进入经高速直流电动机驱动风扇后从上面的喷气口喷出，形成一道气幕。
这道气幕能够起到伞盖的作用，在使用者与雨水之间形成一道稳固的屏障，用来阻挡雨水。
此外，使用者还可以控制伞柄的长度以及空气盖的大小。
为了稳定电动机转速，电动机连接了一个PTC陶瓷元件（如图乙）。
PTC有一个根据需要设定的叫做“居里点温度”的温度，低于这个温度时，其电阻随温度的升高而减小，高于这个温度时，电阻值则随温度的升高而增大。
（1）这种气幕伞使用的PTC元件，其电阻随温度变化的图像如图，由图可知，该PTC材料的居里点温度为℃，工作时的温度基本恒定在35℃左右，若它的温度高于35℃，电阻（填变化情况）；反之，也能自动调节。
因此用PTC材料制成的电器往往具有自动调节功能。
（2）你认为这种气幕伞的设计或在使用过程中有何不足？
（指出两点）
（3）这种气幕伞上使用的直流电动机，标有“12V、84W”的字样，测得此电动机线圈的电阻为0.12欧，则此电动机在正常工作时的效率最大是多少?
20.
小明在实验室组装了一台直流电动机模型，他将电动机模型接入如图（a）所示的电路中，已知电源电压U=3V，并保持不变，线圈电阻R=1Ω，接通电路后，发现机不转动，许老师让他用手指去拨一下线圈试试，结果电动机马上正常转起来，测得电流表读数I=0．8A，已知电动机正常工作时的能量转化关系如图（b）所示，摩擦不计，问：
（1）请你帮助小明分析一下，为什么用手指拨一下后，电动机就能正常转起来？
（2）根据电动机工作时的能量转化，请你在（b）图中填入相应的能量。
（选填“电能”、“机械能”或“内能”等）。
（3）电动机正常转动1min消耗的电能W和线圈产生的热量Q。
（4）电动机输出的机械功率P．
1.某同学要自制1000W的电炉，但手边只有500W和2000W的电炉丝各若干，下述可行的方法是（）
A．将两根500W电炉丝并联
B．将两根500W电炉丝串联
C．将2000W的电炉丝分成相等的两段，取其一段
D．将两根2000W电炉丝并联
2.
家用电热灭蚊器中的主要电热元件是PCT。
PCT元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器．一个已制成的PCT元件的电阻R与温度t的关系如图所示。
正是由于PCT元件的这种特性，使其具有发热、控温双重功能。
对此，以下叙述正确的是（）
A．通电后，其功率一直变大
B．通电后，其功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1－t2之间不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变
3.家用饮水机是一种双温电热器，其工作原理可简化为如图所示的电路，R2为电热板，a、b是温控开关S的两个触点，调节S可使饮水机处于加热或保温状态．当水被加热到预定温度，开关S自动切换到另一档，处于保温状态，此时S与点接触．若R1=3R2，则饮水机在加热与保温时消耗的总功率之比是．
4.微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V的电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转。
当加在电动机两端的电压为2.0V时电流为0.8A，这时电动机正常工作。
这个电动机的效率为
5.
小明认为：
电风扇工作时，电能转化为叶片转动的机械能和线圈发热、摩擦等产生的内能．其中转化为机械能所做的功是________，转化为内能所做的功是________．（选填“有用功”或“额外功”）为了粗略探测电风扇正常工作的电能转化效率，小明用一个铭牌上标有额定电压为U，但其它字迹不清的小型直流电风扇来进行实验，实验设计如下：
（1）按如图所示连接好电路，闭合开关，叶片转动，移动变阻器滑片至某一位置时，叶片刚好不转动，读出此时电压表和电流表的示数分别为U0、I0，则线圈导体的电阻为________；
（2）向________（选填“左”或“右”）移动变阻器滑片，使电压表示数为额定电压U，读出此时电流表的示数为I；
（3）若忽略摩擦，只考虑线圈发热损耗，则电风扇正常工作时电能转化效率的表达式η=________（用测出的已知量表示）．
6.小明家买了一台电烤箱，有低、中、高三个档位的发热功率．如图是其内部简化电路图，开关S1可分别与触点a、b接触．已知：
R1=48.4Ω，R2=96.8Ω，电源电压保持不变．请分析和解答以下问题：
（1）当开关S1，置于b端、S2断开时，电烤箱处于什么档位？
简述理由
（2）电烤箱在中档位工作时，消耗的电功率是多少？
（3）电烤箱在高档位工作时，对食物加热6min，消耗的电能为多少？
7.热熔胶在室温下为固体，加热到一定程度时变为较强粘性的液体，冷却后，将物体牢牢地粘在一起．如图甲是热熔胶枪的外形，其内部有2只相同的PTC加热元件，电路如图乙．单只PTC元件的电阻与温度的变化如图丙所示．扣动扳机能使固体胶条向前挤压，联动开关S同时倒向A、B，枪
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