电学压轴题之电力热综合.docx
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电学压轴题之电力热综合
1、（2013日照）随着城市化建设的发展，许多家庭都住进了高楼大厦，小丽家住进新楼后，为了淋浴的方便，购置了一款某型号的电热水器（其铭牌见下表），安装在卫生间的墙上。
小丽在使用过程中发现：
（1）注满水的电热水器，在额定电压下连续加热40min，热水器上的温度示数由22℃上升到46.2℃。
已知水的比热容为4.2×103J/（kg.℃）,水的密度为1.0×103kg/m3，求此过程中电热水器的热效率。
（2）该热水器在某时间段使用时，20min内产生的热量为2.4×106J，求通过电热水器的电流和它工作的实际电压。
（3）防电墙技术就是在电热水器内部形成永久性电阻，电热水器经防电墙处理后，使人体承受的电压不高于20V，保证异常漏电情况下，接触热水器的人的安全。
如图所示，若人体的最大电阻为20MΩ，试求防电墙的电阻。
某型号电热水器
额定电压/V
220
额定电功率/W
2420
容积/dm3
50
商品特征：
安全防电墙、防水、防尘、防潮
（1）水箱中水的质量为m=ρV
水箱中的水吸收的热量Q=cmΔt
水箱中的水在额定电压下连续加热40min消耗的电能为W=Pt
电热水器加热时的热效率为η=Q/W=cmΔt/Pt
η=4.2×103J/（kg.℃）×1.0×103kg/m3×50×10-3m3×（46.2℃-22℃）/（2420W×40×60s）=87.5%
（2）由P=U2/R得，电热水器的电阻R=U额2/P额=（220V）2/2420W=20Ω
将Q=2.4×106J，R=20Ω，t=20×60s=1200s带入Q=I2Rt解得通过热水器的电流I=10A
由U=IR=10A×20Ω=200V
（3）在异常漏电的情况下，人体与防电墙串联，电流相等，即：
U人/R人=U墙/R墙
U人+U墙=220V
防电墙的电阻为R墙=U墙R人/U人=（220V-20V）×20MΩ/20V=200MΩ
说明：
最后一问网上的答案有误。
2、（2013包头）如图14所示，是某种电热饮水机的简化电路示意图。
它有加热和保温两种工作状态（由机内温控开关S0自动控制），阅读该饮水机说明书可知：
热水箱容积2L，额定电压220V，加热时的功率400W，保温时的功率40W。
求：
试问：
⑴饮水机处于保温状态时温控开关S0应处于什么状态？
⑵R1和R2的电阻值各是多大？
⑶在用电高峰期，该饮水机的实际工作电压只有200V，加热效率为80%，若将装满水箱的水从20℃加热至100℃，需要多长时间？
（C水=4.2×103J/（kg·m3），ρ水＝1.0×103kg/m3，忽略温度对电阻的影响）
解：
⑴S0是断开状态。
⑵
⑶设加热时间为t，则有
3、（2013呼和浩特）如图所示，直流电动机通过电流做功提升重物，但在电能转化成机械能的过程中，有部分电能变成内能。
已知线圈电阻1.5Ω，电动机正常工作时，通过线圈电流2A，物体质量540g，以1Om/s匀速上升，不计绳的重力和一切摩擦。
物体上升20s的过程中。
求：
（l）电压表读数；
（2）电流通过线圈产生的热量；（3）提升物体的有用功；（4）电动机工
作效率。
（1）电压表测的是电动机的电压，电动机不是纯电阻，欧姆定律不适用。
P热=I2R=（2A）2×1.5Ω=6WP机械=Fv=mgv=0.54kg×10N/kg×10m/s=54W
P总=P热+P机械=6W+54W=60W
电动机的电压U=P总/I=60W/2A=30V
（2）电流通过线圈产生的热量Q=I2Rt=（2A）2×1.5Ω×20s=120J
（3）提升物体的有用功W有用=mgh=mgvt=0.54kg×10N/kg×10m/s×20s=1080J
（4）提升物体的总功W总=P总t=60W×20s=1200J
电动机工
作效率η=W有用/W总=1080J/1200J=90%
4、（2013滨州）某中学学生公寓新安装了即热式电热水器，解决了学生日常饮水需要。
图表为该电热水器的部分技术参数。
（1）该电热水器正常工作时的电流是多少安培？
（2）该电热水器贮满初温为20℃的水后，在一标准大气压下将其烧开，则在此过程中该电热水器消耗的电能是多少焦耳？
（假设电能全部转化为内能,c水=4.2×103J/（kg·℃））
（3）忽略温度对电热水器电阻的影响，若在实际电压为210V的工作环境下，该电热水器的实际功率是多少瓦特？
（1）该电热水器正常工作时的电流I=P额/U额=9680W/220V=44A
（2）热水器贮满水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×50×10－3m3=50kg
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg·℃）×50kg×（100℃－20℃）=1.68×107J
因为电能全部转化为内能，所以消耗电能W=Q=1.68×107J
（3）R=U额2/P额=（220V）2/9680W=5Ω，忽略温度对电热水器电阻的影响
P实=U实2/R=（210V）2/5Ω=8820W
5、（2013德州）根据能量守恒定律，瑞士大学学生设计了一款灯壶合的“水壶台灯”，如图所示，“水壶台灯”是由玻璃壶、圆形底座和白炽灯组成．白炽灯与壶形灯罩下方的凹槽正好吻合（灯泡不直接与水接触），可将发光时所产生的热能用于茶水保温．白炽灯标有100W字样，求：
（1）该台灯正常工作半小时时所消耗的电能；
（2）若上述电能的91%转化为内能，可将多少千克初温为40℃的茶水加热至90℃．【C茶水=4.2×103（J/kg•℃）]．
（1）100W灯正常发光0.5h消耗的电能：
W=Pt=0.1kW×0.5h=0.05kW•h=1.8×105J；
（2）由题知，Q吸=W电×91%=1.8×105J×91%=1.638×105J，
∵Q吸=cm△t，
即：
1.638×105J=4.2×103（J/kg•℃）×m×（90℃﹣40℃）
∴m=0.78kg．
6、（2013咸宁）如图23所示是某型号的电动巡逻车
。
已知该电动巡逻车运动时所受的阻力为人和车总重的0.04倍，某次巡逻时人和车总质量为1.0×10３kg,在水平路面上以15Km/h的速度匀速行驶了20min。
（g取10N
/Kg）求：
巡逻车通过的路程是__________km；
巡逻车在水平
路面上匀速行驶时受到的牵引力是__________N；
若电动机把80%的电能用来牵引巡逻车克服阻力做功，则此次巡逻电动机消耗了多少电能？
解：
5
400
⑶牵引力做的功W=Fs=400N×5×103m=2×106J
电动机消耗的电能=2.5×106J
7、（2013台州）有一种电子秤的原理如图，它主要由三部分构成．踏板和压力杠杆ABO，压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻），显示重力大小的仪表（实质是电流表）。
其中AO长20厘米，BO长5厘米，压力传感器R的阻值与所受压力的关系如下表所示。
压力F/牛
0
50
100
150
200
250
300
…
电阻R/欧
30
27
24
21
18
15
12
…
踏板和杠杆组件的质量可以忽略不计，电源电压为6伏．
（1）重300牛的学生站在踏板上时，双脚与踏板的接触面积为0.04米2，此时对踏板的压强为多少帕？
（2）电子秤开机后，没有秤量物体时压力传感器R消耗的电功率为多少瓦？
（3）当重300牛的学生站在踏板
上时，通过压力传感器R的电流为________________安。
（答案保留两位小数）
（4）电子秤的电池使用较长时间后，电源电压会降低，为了保证秤量准确，则踏板触点B应向________________方向移动。
（1）P=F/S=G/S=300N/0.04m2=7.5×103Pa
（2）没有秤量物体时压力传感器R受到的压力为0，查表得R=30Ω
压力传感器R消耗的电功率P=U2/R=（6V）2/30Ω=1.2W
（3）当重300牛的学生站在踏板
上时,设B处压力为FB，A处压力为FA
由杠杆平衡条件有FAlA=FBlB,FA×0.2m=300N×0.05m，解得FA=75N
观察表中数据，发现电阻随压力的增大而均匀减小，压力每增大50N，电阻减小3欧，由此可推出此时R=25.5Ω.
此时电流I=U/R=6V/25.5Ω=0.24A
（4）电池使用较长时间后，电源电压会降低,电流表示数会减小，测得的质量偏小。
为了保证秤量准确，应增大电流表示数，这时应通过减小R的阻值，而减小R的阻值可通过增大压力来完成，由杠杆平衡条件可判断出应增大lB，即踏板触点B应向左（或A）方向移动。
8、（2013•衡阳）如图所示的装置很有创意﹣﹣它将比较耗水的洗衣机和同样耗水但不太讲究水质的马桶连在一起：
上部是洗衣机（有关技术参数见铭牌），下部是马桶，中间设有储水箱．洗衣机还设有加热功能，（铭牌上水的加热功率已模糊），洗涤前先将水加热到适宜温度，可以提高洗涤效果．
（1）请问这种设计的优点：
______________________．（请至少说出一个观点）
（2）求洗衣机脱水时的正常工作电流．
（3）某次洗衣时，首次进水量为20kg，加热时电能的80%转化为水的内能，正常加热14min水的温度升高10℃就达到设定要求，由于洗衣机铭牌上的加热功率模糊，求：
①水吸收的热量，②洗衣机的加热功率[c水=4.2×103J/（kg•℃）]．
（1）这种设计的优点之一：
用洗衣水用来冲厕可以节水；
（2）∵P=UI，
∴洗衣机脱水时的正常工作电流：
I=
=
=
=1.5A；
（3）水吸收的热量：
Q吸=cm△t
=4.2×103J/（kg•℃）×20kg×10℃=8.4×105J，
由题知，Q吸=W×80%，
加热水消耗的电能：
W=
=
=1.05×106J，
洗衣机的加热功率：
P=
=
=1250W．
答：
（1）这种设计的优点：
用洗衣水用来冲厕可以节水；
（2）洗衣机脱水时的正常工作电流为1.5A；
（3）①水吸收的热量为8.4×105J，②洗衣机的加热功率为1250W．
9、（2013杭州）某工地用电动起重机吊起重物，重物的质量m=400kg，电源提供的电压U=220V，不计一切摩擦。
当电动起重机以v=0.lm/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I=2Aa（g取l0N/kg）
（1）电
动机线圈的电阻R是多少？
（2）电动机匀速提升质量m’=200kg的重物，电动机的输人功率不变，提升速度是多少？
（1）
P电=UI=220V×2A=440W
P机械=Fv=mgv=400kg×10N/kg×0.lm/s=400W
P热=P电－P机械=440W－400W=40W
P热=I2RR=P热/I2=40/4=10欧
（2）因为电动机输入功率不变，即P机械=P’机械=F’v’
F’=m’g=200kg×10N/kg=2000N
v’=P’机械/F’=400W/2000N=0.2m/s
10、（2013威海）图22甲为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图，其中电源两端的电压为24V，R0为定值电阻，
A为油量指示表（一只量程为0～0.6A的电流表）；Rx为压敏电阻（厚度不计），它的上表面受力面积为10cm2，其阻值与所受压力的对应关系如图22乙所示．油箱的横截面积为20dm2，油箱加满汽油时深度为0.4m，油量指示表的示数在最大值处．（已知：
汽油的密度ρ=0.7×103kg/m3，g取10N/kg，汽油的热值q＝3.0×1010J／m3）．
请解答下列问题：
（1）当油箱装满汽油时，压敏电阻Rx上表面受到的压力是多大？
（2）当油箱装满汽油时，定值电阻R0的阻值是多大？
当油箱内汽油用完时，油量指示表的指针指向某一位置，求此位置所对应的电流值是多少？
（3）当该车匀速行驶1h消耗10L（1L=1dm3）汽油时，汽油完全燃烧放出的热量有30%转化成汽车的有用功，则汽车在这段时间的功率是多少？
（1）p=ρgh=0.7×103kg/m3×10N/kg×0.4m=2.8×103Pa
F1=pS=2.8×103Pa×10×10-4m2=2.8N
（2）当油箱内装满汽油时，压敏电阻Rx上表面受到的压力为2.8N，
根据压敏电阻与所受压力的对应关系，可得Rx1=30Ώ
则U=I1（R0+Rx1）即24V=0.6A×（R0+30Ώ）可得R0=10Ώ
当油箱内汽油用完时，压敏电阻Rx上表面受到的压力为零，
根据压敏电阻与所受压力的对应关系，Rx2=290Ώ
油箱内汽油用完时的电流值I2=U/（R0+Rx2）=24V/（10Ώ+290Ώ）=0.08A
（3）Q放＝qV＝3.0×1010Ｊ/m3×10×10-3m3=3×108J
（4）W有=Q放×30%=3×108J×30%=9×107J
P=W有/t=9×107J/3600s=25000W
11、（2013龙岩）表一是某电热水壶的铭牌；表二是小红探究该电热水壶效率所记录的数据。
表一：
表二：
电源电压U电/V
220
壶内水的质量m/kg
1
水的初温t1/℃
33
水的沸点t2/℃
98
水从初温加热至刚沸腾的时间t/s
250
产品型号
SWF12P1A—150
额定电压U/V
220
电源频率f/Hz
50
额定功率P/W
1200
容量V/L
1.2
求：
（1）电热水壶的电阻。
（2）当电热水壶实际工作电压为110V时，它的实际功率。
（3）电热水壶的效率。
[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
（1）
（2）解法一：
解法二：
（3）
12、（2013•阜新）如图所示，是一种家用电熨斗的实物图，该电熨斗金属底板质量0.5kg，预热时使金属底板的温度从20℃升高到熨衣服所需的220℃，电熨斗需要正常工作100s，金属底板的比热容为0.46×103J/（kg•℃）．电熨斗发热体放出的热量有92%被金属底板吸收，求：
（1）预热时金属底板吸收的热量是多少J？
（2）电熨斗的额定功率是多少W？
（1）金属板吸收的热量Q=cm△t=0.46×103J/（kg•℃）×0.5kg×（220℃﹣20℃）=4.6×104J；
（2）电熨斗做功W=
=
=5×104J，
电熨斗的额定功率P=
=
=500W；
答：
（1）预热时金属底板吸收的热量是4.6×104J；
（2）电熨斗的额定功率是500W．
13、（2013玉林）如图14所示是一台电热水器铭牌上的部分信息。
请根据铭牌提供的信息解答下列问题：
[c水=4.2×103J/（kg∙℃）]
（1）若给该电热水器装满水进行加热，使水的温度从22℃
升高到62℃，求水吸收的热量。
（2）如果电热水器正常工作时，所产生的热量有80%被水吸收，则上一问题中给水加热的时间是多少？
（3）当电热水器通电后水温达到最高时，为什么与电热水器连接的铜导线却不怎么热？
（1）m=ρV=1.0×103kg/m3×10×10－3m3=10kg
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×10kg×（62℃﹣22℃）=1.68×106J
（2）W电η=Q吸W电=Q吸/η=1.68×106J/80%=2.1×106J
又W电=Ptt=W电/P=2.1×106J/2000W=1050s
（3）因为铜导线电阻很小，根据焦耳定律Q=I2Rt,所以铜导线产生热量很少，铜导线不怎么热。
14、（2013扬州）如图甲是我国某地区风力发电的外景,风力发电机组主要由风机叶片和发动机组成。
（1）风力发电利用的是风能，风能是清洁的、_______（可再生/不可再生）能源。
（2）风机叶片具有质量轻、强度高、耐磨损等性能，通常用密度小，硬度______（大/小）的复合材料制成；叶片形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面空气流速不同产生压强差，而受到向______（上/下）的力使风叶旋转。
（3）风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机，利用___________原理。
实现机械能转化为电能。
甲乙丙
（4）某风力发电机的输出功率与风速的关系如图丙所示，由图像得到的下列信息，正确的有哪些_____
A.只要有风，机组就能产生电能
B.风速过大，机组不会产生电能
C.风速越大，机组产生的电功率一定越大
D.风速在一定范围内，机组产生的电功率可能不变
（5）下表给出了在不同风速下某风机获得的能量：
平均风速（m/s）
5
10
15
20
1s内获得的能量（×104J）
1
8
27
64
①对表格进行分析，你发现该风机1s内获得的能量与风速的定量关系是_______
______________（用文字叙述）；
②当风速为5m/s时，这台风机工作1s所产生的电能可供1只“220V100W”电灯正常工作10s，求风机发电的效率。
（1）可再生
（2）大、上
（3）电磁感应
（4）BD
（5）观察后一次风速与前一次风速的比值，再观察后一次获得能量与前一次能量的比值①风机获得的能量与风速的三次方成正比（或风机获得的能量与风速的三次方的比值是定值或风速越大，风机获得的能量越大）
（6）W电=Pt=100W×10s=1000J
η=W电/W总=1000J/104J=10%（理解风机发电的效率）
15、（2013•黑龙江）近几年来我市冬季蔬菜价格逐年攀升，但种植蔬菜的大棚数量却逐年减少，小刚调查发现，煤炭价格上涨是导致蔬菜成本上升的重要原因．为此小刚想，能否利用所学的知识对大棚进行节能改造，评估利用太阳能和电能为大棚提供能源的可行性．查询资料可
知，本地区冬季太阳能集热管每平方米面积上每天可接收的太阳能是1.68×107J，煤的热值为3×107J/kg．请你帮助他完成下列计算，为小刚的评估提供依据．
（1）如果这些能量的90%被水吸收，可使多少千克的水从20℃升高到70℃？
（2）用集热管每平方米接收的太阳能替代煤，可节约煤多少千克？
（煤完全燃烧）
（3）如果用3kW的电热器加热这些水，需要多长时间？
（不计热散失）
（4）请写出一条太阳能的优点或缺点．
解：
（1）∵η=
，
∴Q吸=90%×1.68×107J=1.512×107J，
∵Q吸=cm△t，
∴m=
=
=72kg．
（2）Q吸=W=1.68×107J，
∵Q=mq，
∴m=
=
=0.56kg．
（3）由题知，W=3kW=3000W；
∵P=
，
电热器要工作时间：
t=
=
=
=5040s=84min
（4）太阳能其优点是：
清洁、无污染、取之不尽等．
缺点：
受天气影响，不稳定等．
答案：
（1）如果这些能量的90%被水吸收，可使72千克的水从20℃升高到70℃；
（2）用集热管每平方米接收的太阳能替代煤，可节约煤0.56千克；
（3）如果用3kW的电热器加热这些水，需要84min时间．
（4）优点：
清洁、无污染、取之不尽等；
缺点：
受天气影响，不稳定等．
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