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- 2021-05-10 发布
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中考物理专题导航讲练系列――电热综合
图58
例1. 电磁炉是一种新型灶具,图58所示是电磁炉的原理图:炉子的内部有一个金属线圈,当电流通过线圈时会产生磁场,这个变化的磁场又会引起电磁炉上面的铁质锅底内产生感应电流(即涡流),涡流使锅体铁分子
高速无规则热运动,分子互相碰撞、摩擦而产生热能,
从而迅速使锅体及食物的温度升高。所以电磁炉煮食的
热源来自于锅具本身而不是电磁炉本身发热传导给锅具,
它是完全区别于传统的靠热传导来加热食物的厨具。
请问:
(1)电磁炉与普通的电炉相比,谁的热效率更高?为什么?
(2)某同学用功率为2000W的电磁炉,将1㎏初温为25℃的水加热到100℃,需要的时间为2分55秒,则消耗的电能是多少?电磁炉的热效率是多少?(水的比热容为4.2×103J/(kg﹒℃) )
解答:(1)电磁炉的热效率更高。因为电磁炉是利用锅体本身发热来加热食物,没有炉具向锅体传热的过程,热散失少,所以电磁炉的热效率更高。
(2)消耗的电能W = Pt = 2000W × 175s=3.5×105 J
水吸收的热量Q吸=cm水(t-t0)= 4.2×103J/(kg. ℃)×1kg×(100℃-25℃)
=3.15×105 J
电磁炉的热效率η=Q吸/ W=3.15×105 J/3.5×105 J=90%
答:略。
例2. 图59所示的是一种WSH—50型号家用饮水机及铭牌,图60是饮水机的电路图。
型号:WSH—500
额定电压:220V
额定功率:0.5kW
频率:50Hz
图59 图60
(1)在下列空格中填写“亮”或“不亮”
当温控开关1、2都闭合时,加热管正常工作,红灯 ,绿灯 ;当水沸腾后,温控开关1、2都断开,加热管不工作,其中R红远远小于R绿,则红灯 ,绿灯 。
(2)现将质量为0.5Kg,初温20℃的水在标准大气压下烧开需用时6min,请计算水所吸收的热量[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)].
(3)求饮水机正常工作6min消耗的电能。
(4)比较(2)、(3)的计算结果你能发现什么问题,并解释原因。
解:(1)亮 不亮 不亮 亮
(2)Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×(100℃-20℃)
=1.68×105J
(3)W=Pt=500W×360s=1.8×105J
(4)从(2)、(3)的计算结果发现饮水机正常工作6min消耗的电能大于这段时间饮水机吸收的热量;电能没有全部转化为内能,存在热散失。
答:略。
【规律总结】解这类型题要求:
(1)正确分析电路的连接方式;
(2)熟练掌握电功、电热、物体吸热或放热、热效率的计算公式和方法;
(3)注意有些情况是电能全部转化为热能,有些情况不是。针对具体情况选用正确的公式。
拓展演练
1. 小明的新家想安装一台无水箱式电热水器,这种电热水器当有冷水流过它时,就能达到要求的温度而立即从喷头流出供淋浴。已知冷水温度为15℃,淋浴所需热水温度为40℃,电热水器一分钟流出热水的质量约为4Kg,水的比热容为4.2×103J/(Kg·℃).
(1)将质量为4 Kg温度为15℃的冷水,加热到淋浴所需要的温度,水吸收的热量是多少?
(2)如果不考虑热损失,无箱式热水器的电功率至少多大才能满足淋浴的要求?
(3)小明新家的电路允许通过的最大电流为30A,问他家能不能使用该电热水器?
解:(1)水吸收的热量
Q=cm(t2-t1)=4.2×103J/(kg·℃) ×4kg×25℃=4.2×105J
(2)W=Q
P=W/t=(4.2×105J)/60s=7×103W
(3)电热水器正常工作的电流
所以,小明家不宜安装这种热水器。
2. “5·12”坟川大地震发生后,常州常发集团向灾区人民捐赠一批柴油发电机.这种柴油发电 机的工作原理为:以风冷四冲程直喷式柴油机为动力系统,带动发电机发电,该柴油发电机说明书的部分内容如表所示.现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电,如图所示.发电机到安置区的距离是400m,输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线,该型导线单位长度的电阻为2.5×10-4Ω/m.安置区家用电器的总功率为44kW, 当这些家用电器都正常工作时,求:
(1)输电线路中的电流多大?
(2)输电线路损失的电功率多大?
(3)发电机实际输出电压多大?
(4)该柴油发电机工作过程中,每小时消
耗18kg柴油,柴油完全燃烧产生的内
能转化为发电机输出电能的效率是
多少?(柴油热值是3.3 X 107J/kg)
答案:
3. 图61是一个加热、保温电路的一部分。电热丝R1规格为“220V 1100W”, 限流电阻R2=506Ω。电路的工作原理是:当温控开关S接a时,
电热丝R1接入电路,电路处于加热状态;当达到一定温
度时,温控开关S自动从a切换到b,电路处于保温状态。
正常工作时,加热功率1100W,保温功率88W (电源电
压保持不变,电阻不随温度变化) 。
(1)请你按照上述原理,对右图进行连线,使它成为
完整的电路图;
(2)某天在使用(1)中已经连接完整的电路时,R1烧毁了。有人想使电路恢复正常工作,设计了下面方案。请通过计算、分析,对两个方案作出评价:
方案一:用“220V220W”电热丝R3、“220V 880W”电热丝R4串联替代R1;
方案二:用两根都是“220V 550W”的电热丝R5并联替代Rl
(3)请你选用下表所提供的电热丝,再设计一个方案,使(2)中损坏的电路恢复正常工作,并说明设计理由。
电热丝:
符号
R6
R7
R8
R9
规格
220V 500W
220V 600W
220V 2200W
110V 550W
数量
1
1
2
3
解:(1)如图所示
(2)方案一:
R3= U2/ P3 =(220V)2/220W=220Ω
同理R4= 55Ω
R3、R4串联后:
加热时:P串= U2/(R3+R4)=(220V)2/(220Ω+55Ω)=176W<1100W
保温时:P′串=U2/( R3+R4+R2)= (220V)2/(220Ω+55Ω+506Ω)≈62.0W<88W
两项都不合题意要求,方案一不可行。
方案二:
R1=U2/P1=(220V)2/1100W =44Ω,同理R5= 88Ω。两根电热丝R5并联后总电阻值是44Ω,能替代R1,加热时功率为1100W;保温时功率为88W。正常工作时,两项都合要求。
但是,当其中一根电热丝烧坏时,电路仍可以工作。
加热时:R5正常工作,P=550W<1100W
保温时:P′′= U2/(R2+R5)= (220V)2/(506Ω+88Ω) ≈81.5W<88W
断了一根电热丝后,两项都不合要求,而且不能及时发现加以排除。可见方案二不是最佳的。
(3)设计如下:
将两根“110V 550W”电热丝R9串联替代R1
理由:一个电热丝的电阻值为R9
R9=U2/P=(110V)2/550W=22Ω I额=550W/110V=5A I额原=1100W/220V=5A
两根电热丝串联后总阻值是44Ω,额定电流也符合要求,接在220V电压下能正常工作,能完全等效替代R1,符合题意要求。
其它设计,只要符合题意要求均给分。
4. 小明家新购置了一台电热水器,电热水器的铭牌如图甲所示。若自来水的温度是20℃,加满水后,小明将温控开关调到如图乙所示的位置。接通电源,加热指示灯亮;达到设定温度时,加热指示灯熄灭。请你帮助小明解答下列问题:
贮水式电热水器
型号:V—50
额定容量:50L 额定压强:0.6Mpa
额定电压:220V 额定功率:2200W
额定频率:50Hz 防水等级:△
图62
(1)加热指示灯从亮到灭的过程中,热水器中的水一共吸收多少热量?
(2)电热水器正常工作时,其发热电阻丝中的电流强度为多少?电阻为多少?
(3)若在晚间用电高峰时,电路上的实际电压只有198V,热水器加热的效率为80%,从接通电源到指示灯熄灭需要多少时间?(c水=4.2×103J/(kg.℃),不考虑电阻随温度变化)
5. 在一次课外活动中,小悦同学对家用电磁炉进行了相关的观察和研究,并记录了电磁炉及她家电能表的有关数据,如下表:
观察对象
有关记录
研究活动
电磁炉的铭牌
U额=220V P额=1kW
①用电磁炉加热一壶水;
(水的质量m=2kg,初温t=30℃)
②关闭家里其它用电器,只将该电磁炉接入电路烧水,观察电能表,表盘在5min内转了150r,此时用温度计测得水的温度为50℃。
电能表的铭牌
220V 10(40)A
50Hz 2000r/kW·h
已知水的比热容为,吸热公式为,请你根据小悦同学在活动中获得的有关资料,求解在这段时间内:
(1)水所吸收的热量;
(2)电磁炉的实际功率;
(3)电磁炉烧水的效率。
解:(1)(J)
(2)解法一: (h)
得:(KW)
解法二:
(3)(J)