鄂尔多斯专版2020中考物理复习方案专题06电学综合计算试题.docx

专题(六)　电学综合计算

|真题回顾|
1.[2011·鄂尔多斯]为了在相对稳定的温度环境下培养菌种,某兴趣学习小组设计了如图ZT6-1所示的恒温箱。他们将一段电热丝R接入电源电压为36 V的电路中,测得其实际功率为27 W(电热丝阻值不随温度变化)。请你解答下列问题:
(1)电热丝是利用电流的　　　　效应来工作的。 
(2)通过电热丝R的电流是多大?
(3)电热丝R通电5 min产生多少热量?
(4)为保证菌种的培养,恒温箱内发热功率应为12 W,在不改变电源电压和原电热丝的情况下,需在恒温箱内串联一段多大阻值的电热丝(用R'表示)?

图ZT6-1

2.[2013·鄂尔多斯]某同学设计了一个测量海水深度的装置,其内部电路如图ZT6-2甲所示,其中R1=5 Ω是一个定值电阻,R2是一个压敏电阻,它的阻值随所受压力F的变化关系如图乙所示,电源电压保持6 V不变。将此压敏电阻用绝缘薄膜包好后放在一个硬质“”形绝缘盒中,将其放入海水中保持受力面水平,且只有一个面积为0.02 m2的面承受海水压力。(设海水的密度ρ海水取1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(1)当R2的阻值为15 Ω时,求电流表的示数。
(2)当电流表的示数为0.5 A时,求R1消耗的电功率
(3)若将装有此压敏电阻的绝缘盒放入水下200 m深处,根据图乙计算此时压敏电阻的阻值。

图ZT6-2

3.[2019·鄂尔多斯]甜甜要制作一个电动航模,需要电动机作为动力源,她找来了电吹风(如图ZT6-3甲所示),研究了电吹风的工作原理。如图乙所示,电吹风工作时,可以分别吹出热风和冷风,为了防止温度过高,用一个PTC电阻R0与电阻为50 Ω的电热丝R串联,R0的阻值随温度的变化关系如图丙所示。请回答下列问题:
(1)PTC电阻是由　　　　材料制成的;电动机的工作原理是　 。 
(2)电吹风吹热风时,求电热丝的最大发热功率。
(3)电吹风吹冷风时,通过电动机的电流为1 A,工作20 s,电动机的机械效率为90%,求电动机线圈电阻。(不计机械摩擦损耗的能量)

图ZT6-3

4.[2016·鄂尔多斯]小明的爸爸购买了一款新型电烤箱(如图ZT6-4甲所示),其原理是利用热空气流加热食物。工作电路如图乙所示,工作时,当烤箱内温度高于预设温度时,温控开关自动断开,电热管停止加热;当烤箱内温度低于预设温度时,温控开关自动闭合,电热管重新开始加热;循环工作保障箱内温度维持为预设温度。已知电风扇的功率为50 W,电热管的电阻R0为44 Ω。
(1)求正常工作时电热管的功率P0。
(2)用这个电烤箱在一次烤鸡翅的过程中,定时开关设定为15 min,电热管正常循环工作时,P-t图像如图丙所示,则本次烤鸡翅共消耗多少电能?

图ZT6-4

|基础过关|
1.[2019·眉山]如图ZT6-5甲所示,灯泡L标有“20 V　8 W”的字样,把它与滑动变阻器R串联接入电路,电源电压恒为25 V,灯泡L的IL-UL图像如图乙所示。
(1)当灯泡L正常发光时,求整个电路1 min内消耗的电能。
(2)移动滑动变阻器的滑片P,使灯泡L消耗的实际功率为3 W,求滑动变阻器连入电路的阻值及其消耗的电功率。

图ZT6-5

2.[2019·临沂]图ZT6-6甲是小明家安装的即热式热水器,其具有高、低温两挡加热功能,低温挡功率为5500 W,内部等效电路如图乙所示,R1和R2是两个电热丝。某次小明用高温挡淋浴时,水的初温是20 ℃,淋浴头的出水温度为40 ℃,淋浴20 min共用水100 L。假设热水器电热丝正常工作且产生的热量全部被水吸收,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。求:
(1)电热丝R1的阻值。
(2)该热水器高温挡功率。

图ZT6-6

3.[2018·临沂]小明妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆(如图ZT6-7所示),内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压为220 V,额定功率为605 W。[水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)小明帮奶奶泡脚时,向足浴盆中加入6 kg初温为20 ℃的水,加热系统的加热电阻正常工作15 min将水加热到40 ℃,此加热过程中水吸收的热量是多少?消耗的电能是多少?
(2)当小明家的实际电压是200 V时,加热电阻工作的实际功率是多少?
(3)足浴盆按摩系统中的电动机工作电压是12 V(按摩系统将交流电压转换为12 V),工作电流为4 A,其电阻为0.5 Ω,电动机工作中因发热损失的功率是多少?

图ZT6-7

4.某同学利用热敏电阻为家中灯暖型“浴霸”(用电灯取暖的用电器)设计了一个温度可自动控制的装置,如图ZT6-8甲所示。“控制电路”中的热敏电阻R1的阻值随温度变化的曲线如图乙所示,电磁铁线圈可看成阻值为20 Ω的纯电阻R0。“浴霸”共安装有2盏标有“220 V　440 W”的灯泡,当电磁铁线圈中电流大于或等于50 mA时,电磁继电器的衔铁被吸合,使“浴霸”电路断开;当线圈中的电流小于或等于40 mA时,电磁继电器的衔铁被释放,使“浴霸”电路闭合。
(1)“工作电路”正常工作时,每盏灯泡在1 min内产生的热量是多少?
(2)若浴室中的温度不得超过40 ℃,则“控制电路”的电源电压的最小值是多少?
(3)若电源U1电压恒定为12 V,则将此装置放在浴室内,浴室内温度可控制在多大范围内?

图ZT6-8

5.某种智能型电饭锅,如图ZT6-9甲所示,有加热、保温、断电的功能。内部简化的电路如图乙所示,开关S可根据设定在“1”“2”“3”挡之间自动转换。某次煮饭时电功率与时间的关系图像如图丙所示。
(1)求电阻R1的阻值。
(2)此次煮饭产生的总热量如果用来烧水,其中80%的热量被水吸收,则能将初温是20 ℃的多少千克的水烧开?[在标准大气压下,水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃),计算结果保留两位小数]

图ZT6-9

|拓展延伸|
6.[2019·聊城]如图ZT6-10所示,电源电压恒为12 V,小灯泡上标有“6 V　3.6 W”字样且灯丝电阻保持不变,当只闭合开关S、S1时,小灯泡正常发光;当所有开关都闭合,滑动变阻器的滑片滑到最右端时,电流表A的示数是1.8 A。求:
(1)定值电阻R1的阻值。
(2)滑动变阻器R2的最大阻值。
(3)小灯泡通电时消耗的最小电功率。

图ZT6-10

7.[2019·黔东南州]某同学设计了一个如图ZT6-11甲所示的电路来测量海水的深度,其中R1=2 Ω是一个定值电阻,R2是一个压敏电阻,它的阻值随所受液体压力F的变化关系如图乙所示,电源电压保持6 V不变,将此压敏电阻用绝缘薄膜包好后放在一个硬质凹形绝缘盒中,放入海水中保持受力面水平,且只有一个面积为0.02 m2的面承受海水压力。(设海水的密度ρ海水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(1)当电流表示数为0.2 A时,求压敏电阻R2的阻值。
(2)如图乙所示,当压敏电阻R2的阻值为20 Ω时,求此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强。
(3)若电流表的最大测量值为0.6 A,则使用此方法能测出海水的最大深度是多少?

图ZT6-11

8.[2018·陕西]图ZT6-12甲为一款陶瓷电煎药壶,工作电路简化为如图乙所示,它在工作时,有高火加热、文火萃取和小功率保温三个过程。已知正常工作时,高火加热功率为500 W,文火萃取功率为100 W。若壶中药液的总质量为1 kg,且在额定电压下煎药时,药液的温度与工作时间的关系图像如图丙所示。
(1)观察图丙中高火加热过程可知:电煎药壶在前半段比后半段时间的加热效率　　　　。上述高火加热过程中,1 kg药液所吸收的热量是多少?[c药液=4.2×103 J/(kg·℃)] 
(2)分析图乙所示的电路可知:当S1接2,同时　　　　时,电路处于文火萃取阶段,电路中的电阻　　　　在工作。 
(3)已知电阻R2=484 Ω,求R1的阻值以及电煎药壶的小功率保温功率。

图ZT6-12

【参考答案】
真题回顾
1.解:(1)热
(2)通过电热丝R的电流I=PU=27W36V=0.75 A。
(3)电热丝R通电5 min产生的热量
Q=W=Pt=27 W×5×60 s=8100 J。
(4)原电热丝的电阻R=UI=36V0.75A=48 Ω,
箱内发热功率为12 W时,由P=U2R可得电路中的总电阻R总=U2P'=(36V)212W=108 Ω,
串联的电热丝R'阻值
R'=R总R=108 Ω-48 Ω=60 Ω。
2.解:(1)由题图甲知,定值电阻R1与压敏电阻R2串联,电流表测电路中电流,根据欧姆定律可得,当R2的阻值为15 Ω时,电流表的示数
I=UR1+R2=6V5Ω+15Ω=0.3 A。
(2)当电流表的示数为0.5 A时,R1消耗的电功率P1=I'2R1=(0.5 A)2×5 Ω=1.25 W。
(3)绝缘盒放到水下200 m深时,压敏电阻受到的压强p=ρ海水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×200 m=2×106 Pa,
压敏电阻受到的压力F=pS=2×106 Pa×0.02 m2=4×104 N,由图乙可知此时R2'=20 Ω。
3.解:(1)半导体　通电导体在磁场中受到力的作用
(2)由图丙知,当温度为30 ℃时,R0电阻最小,为5 Ω,此时R0与R支路中总电阻最小,为R总小=R0小+R=5 Ω+50 Ω =55 Ω,该支路电流I=UR总小=220V55Ω=4 A,此时该电热丝的发热功率最大,为P热=I2R=(4 A)2×50 Ω=800 W。
(3)当电吹风吹冷风时,只有电动机接入电路,
电路消耗的总电能W=UI't,
电动机线圈消耗的电能W热=Q=I'2R't,
则电动机的机械能W机=W-W热=UI't-I'2R't,
电动机的机械效率η=W机W=UI't-I'2R'tUI't=220V×1A×20s-(1A)2×R'×20s220V×1A×20s=90%,
解得电动机线圈电阻R'=22 Ω。
4.解:(1)由P=U2R可得,电热管正常工作时的功率P0=U2R0=(220V)244Ω=1100 W。
(2)由题图丙可知,电风扇工作时间为15 min=900 s,电热管工作时间为10 min=600 s。
电风扇消耗的电能为W1=P1t1=50 W×900 s=4.5×104 J,
电热管消耗的电能为W2=P0t2=1100 W×600 s=6.6×105 J。
共消耗的电能为W=W1+W2=4.5×104 J+6.6×105 J=7.05×105 J。
基础过关
1.解:(1)由题图甲可知,灯泡与滑动变阻器R串联,已知灯泡的额定电压为20 V,由图乙知,当灯泡两端的电压为U额=20 V时,通过的电流I额=0.4 A,由于串联电路电流处处相等,所以电路中的电流为I=I额=0.4 A,
此时整个电路1 min内消耗的电能W=UIt=25 V×0.4 A×1×60 s=600 J。
(2)由图乙知,当灯泡实际功率P实=3 W时,灯泡两端的实际电压U实=10 V,电路中电流I实=0.3 A,
则滑动变阻器两端的电压
U'=U-U实=25 V-10 V=15 V,
此时通过的电流为I'=I实=0.3 A,
由I=UR可得,滑动变阻器连入电路的电阻值R'=U'I'=15V0.3A=50 Ω。
滑动变阻器消耗的电功率P'=U'I'=15 V×0.3 A=4.5 W。
2.解:(1)当S1闭合、S2断开时仅电阻R1工作,为低温挡,由P=U2R可得电热丝R1的阻值R1=U2P低=(220V)25500W=8.8 Ω。
(2)加热水的体积V水=100 L=0.1 m3,
水的质量m=ρ水 V水=1×103 kg/m3×0.1 m3=100 kg,
100 L水吸收的热量
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(40 ℃-20 ℃)=8.4×106 J,
由于电热丝产生的热量全部被水吸收,则消耗的电能W=Q吸=8.4×106 J,
可得高温挡功率P高=Wt时=8.4×106J20×60s=7×103 W。
3.解:(1)由题意,电热足浴盆注水量为6 kg,当温度达到40 ℃时,水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×6 kg×(40 ℃-20 ℃)=5.04×105 J。
加热时间t时=15 min=900 s,电热足浴盆加热的功率为605 W,
则电热足浴盆消耗电能
W=P额t时=605 W×900 s=5.445×105 J。
(2)加热电阻R=U额2P额=(220V)2605W=80 Ω,
则P实=U实2R=(200V)280Ω=500 W
(3)电动机工作中因发热损失的功率
P=I2r=(4 A)2×0.5 Ω=8 W。
4.解:(1)每盏灯泡正常工作时的功率P=440 W,在1 min内产生的热量Q=W=Pt=440 W×60 s=2.64×104 J。
(2)当温度为40 ℃时,热敏电阻的阻值R1=170 Ω;
因为R1和R0串联,所以R总=R1+R0=170 Ω+20 Ω=190 Ω,此时若要使电路中电流达到I1=50 mA=0.05A而使衔铁被吸合而断开“工作电路”,
则“控制电路”电源的最小电压应为U1小=I1R总=0.05 A×190 Ω=9.5 V。
(3)当“控制电路”电流为I=I1=50 mA0.05 A时,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,由I=UR可得电路中总电阻R总'=R1'+R0=U1I=12V0.05A=240 Ω,
则R1'=R总'-R0=240 Ω-20 Ω=220 Ω,由图可得对应的温度为32 ℃;
当电流为I'=40 mA=0.04 A时“控制电路”中总电阻R总″=R1″+R0=U1'I'=12V0.04A=300 Ω,
则R1″=R总″-R0=300 Ω-20 Ω=280 Ω,由图可得对应的温度为24 ℃。
所以,室内温度可控制在24~32 ℃范围内。
5.解:(1)由图乙可知,当开关接“1”时,电路为R1的简单电路,电路中的总电阻最小,由P=U2R可知,总功率最大,此时为加热状态;当开关接“2”时,两电阻串联,电路中的总电阻最大,总功率最小,此时为保温状态。
由图丙可知,P加热=0.8 kW=800 W,P保温=0.1 kW=100 W,
电阻R1的阻值R1=U2P加热=(220V)2800W=60.5 Ω。
(2)由图丙可知,加热时间和保温时间都是10 min,
则加热时产生的热量Q1=P加热t时=800 W×10×60 s=4.8×105 J;
保温时产生的热量Q2=P保温t时=100 W×10×60 s=6×104 J;
此次煮饭产生的总热量
Q总=Q1+Q2=4.8×105 J+6×104 J=5.4×105 J,
水吸收的热量
Q吸=ηQ总=80%×5.4×105 J=4.32×105 J,
水的质量
m=Q吸c水(t2-t1)=4.32×105J4.2×103J/(kg·℃)×(100℃-20℃)≈
1.29 kg。
拓展延伸
6.解:(1)只闭合开关S、S1时,电阻R1与小灯泡串联,小灯泡正常发光,所以此时小灯泡两端的电压为UL=6 V,
通过小灯泡的电流为IL=PLUL=3.6W6V=0.6 A,根据串联电路电流、电压规律可知,
电阻R1两端电压为U1=U-UL=12 V-6 V=6 V,
通过R1的电流为I1=IL=0.6 A,
则定值电阻R1的阻值为R1=U1I1=6V0.6A=10 Ω。
(2)当所有开关都闭合,滑动变阻器的滑片滑到最右端时,电阻R1与滑动变阻器R2的最大阻值并联,电流表A测干路电流,
通过电阻R1的电流I1'=UR1=12V10Ω=1.2 A,
由并联电路电流规律可知,
通过滑动变阻器R2的电流为
I2=I-I1'=1.8 A-1.2 A=0.6 A,
所以滑动变阻器R2的最大阻值为
R2=UI2=12V0.6A=20 Ω。
(3)只闭合开关S、S2,且滑动变阻器的滑片移至最右端时,通过小灯泡的电流最小,小灯泡消耗电功率最小,
小灯泡的电阻RL=UL2PL=(6V)23.6W=10 Ω,
电路中的电流I'=URL+R2=12V10Ω+20Ω=0.4 A,
小灯泡通电时消耗的最小电功率为
P最小=I'2RL=(0.4 A)2×10 Ω=1.6 W。
7.解:(1)电流表示数为0.2 A时,电阻R1两端的电压U1=IR1=0.2 A×2 Ω=0.4 V,
电阻R2两端的电压U2=U-U1=6 V-0.4 V=5.6 V,
电阻R2的阻值R2=U2I=5.6V0.2A=28 Ω。
(2)由图乙可知,当R2'=20 Ω时,所受压力F=4×104 N,
R2所在深度处的压强
p=FS=4×104N0.02m2=2×106 Pa。
(3)电路中的电流I1=0.6 A时,电路的总电阻R总=UI1=6V0.6A=10 Ω,
此时压敏电阻R2的阻值
R2″=R总-R1=10 Ω-2 Ω=8 Ω,
由图乙可知,当R2″=8 Ω时,压力F1=10×104 N=1.0×105 N,
此时R2所在深度处的压强p1=F1S=1.0×105N0.02m2=5×106 Pa,
由p=ρgh得,海水的最大深度为h=p1ρ海水g=5×106Pa1.0×103kg/m3×10N/kg=500 m。
8.解:(1)低
1 kg药液吸收的热量Q药液=c药液m药液(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(98 ℃-18 ℃)=3.36×105 J。
(2)S2断开　R2
(3)当S1接2、S2闭合时,R1、R2并联工作,电煎药壶处于高火加热状态,高火加热状态的功率P高=P1+P文,
R1的功率P1=P高-P文=500 W-100 W=400 W,R1的阻值R1=U2P1=(220V)2400W=121 Ω。
当S1接1、S2断开时,R1、R2串联工作,电煎药壶处于小功率保温状态,则此时功率P保=U2R1+R2=(220V)2121Ω+484Ω=80 W。

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