2020-2021学年九年级物理同步课程讲义第14讲 电学综合计算二

九年级秋季物理同步16讲

第十四讲电学综合计算二

教学目标

1．电学实际应用题

、【电学实际应用题】

一．计算题（共11小题）

1．如图甲所示为某电热水器的原理图，通过电磁继电器自动控制电热水器实现加热状态和保温状态的挡位变换。R1、R2为电热丝，其工作模式和相关参数如表。红灯、绿灯是电热水器工作时的指示灯，忽略指示灯对电路的影响。求：

型号LWLZ20﹣19

电源AD220V、50Hz

加热功率1000W

保温功率40W

水容量 1.0L

（1）该热水器加热挡工作5min电热丝产生的热量；

（2）电热丝R2的阻值；

（3）控制电路电源电压恒为6V，R3为滑动变阻器，规格为“250Ω2A”，R0为热敏电阻（置于电热水器内），其阻值随温度的变化如图乙所示。工作时，当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁才能被吸下来；小明通过调节滑动变阻器的滑片来改变电热水器的最高温度，结果无论怎样调节都无法使最高温度达到40℃．请你通过计算说明，应该如何改进原来的控制电路才

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能实现最高温度达到40℃．（要求不能改变原电路中各元件的规格）

【解答】解：（1）由表中参数知，热水器加热功率为1000W，

所以热水器加热挡工作5min电热丝产生的热量：

Q＝W＝P加热t＝1000W×5×60s＝3×105J；

（2）由图甲知，动触点接上方触点时，红灯亮，R1接入电路中，电路电阻较小，工作电路电压220V一定，由P ＝知，此时为加热状态，

所以R1＝＝＝48.4Ω，

动触点接下方触点时，绿灯亮，R1、R2串联，电路电阻较大，此时为保温状态，由表中参数知，保温功率为40W，

由串联电路特点和P ＝得：

R1+R2＝＝＝1210Ω，

48.4Ω+R2＝＝1210Ω，

所以，R2＝1161.6Ω；

（3）由图甲知，控制电路中R0和R3串联，电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁才被吸下，

由欧姆定律可知，I ＝＝≥0.01A，

此时电路的总电阻：R总≤＝600Ω，

由图象知，温度为40℃时，R0＝250Ω，

所以滑动变阻器连入电路的阻值最小应为R滑＝R总﹣R0＝600Ω﹣250Ω＝350Ω，

而R3规格为“250Ω 2A”，且不能改变原电路中各元件的规格，所以可在电路中串联一个350Ω﹣250Ω＝100Ω的定值电阻。

答：（1）该热水器加热挡工作5min电热丝产生的热量为3×105J；

（2）电热丝R2的阻值为1161.6Ω；

（3）可在控制电路中串联一个100Ω的定值电阻。

2．如图甲是某品牌多功能电热养生壶，如图乙为其简化的电路图。电热养生壶为了煮制不同的食材，

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设有“高速档”、“中速档”和“低速档”三个档位，铭牌参数见表格，其中“中速档“和“低速档“功率模糊不清。已知电阻R 2＝96.8Ω．求：

额定电压 220V 功率选择

高速挡

中速挡 低速挡

1500W

×××W ×××W

（1）养生壶在高速档正常工作5min 消耗的电能为多少焦？ （2）R 1的阻值为多少Ω；

（3）在某用电高峰期，若家庭电路中只有电热养生壶在“低速档”工作，标有“3000imp/kW •h “的电能表指示灯用时4min 闪烁81次，此时家庭电路两端的实际电压为多少V ？

【解答】解：

（1）由P ＝可得养生壶在高速档正常工作5min 所消耗的电能： W ＝P 高速t ＝1500W ×5×60s ＝4.5×105J ；

（2）当开关S 、S 1、S 2都闭合时，R 1、R 2并联，电路电阻最小，由P ＝可知此时电功率最大，

养生壶箱处于高速档， 此时R 2的功率： P 2＝

＝

＝500W ，

R 1的功率P 1＝P ﹣P 2＝1500W ﹣500W ＝1000W ，

R1＝＝＝48.4Ω；

（3）低速档，为功率最小的，即只有R2工作时，此时功率P＝P2＝500W，R2＝96.8Ω；

“3000imp/kW•h“表示每消耗1kW•h的电能，指示灯闪烁3000次，则闪烁81次消耗的电能：W ＝kW•h＝0.027kW•h，

养生壶的电功率：

P实＝＝＝0.405kW＝405W，

由P ＝可得实际电压：

U实＝＝＝198V。

答：（1）养生壶在高速档正常工作5min消耗的电能为4.5×105J；

（2）R1的阻值为48.4Ω；

（3）此时家庭电路两端的实际电压为198V。

3．多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。（ρ水＝1×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃），g＝10N/kg）

（1）开关S1、S2处于什么状态，养生壶为高温档，说明判断依据；

（2）求R1的阻值；

项目参数

电源电压（V）220

低温档功率（W）275

中温档功率（W）550

高温档功率（W）1100

容积（L）1

（3）养生壶处于低温档工作时，求电路中的电流大小；

（4）在标准大气压下，使用高温档将初温是12℃的一壶水烧开，若养生壶高温档加热效率为80%，求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。

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【解答】解：

（1）由图知，当开关S1闭合，S2接B时，电阻R1、R2并联，电路中的总电阻最小，由P ＝

可知，总功率最大，所以此状态为高温档；

（2）由图知，当开关S1断开，S2接A时，电阻R1、R2串联，电路中的总电阻最大，由P ＝

可知，总功率最小，此时为低温档；

当S2接A，S1闭合时，R2被短路，只有电阻R1接入电路，养生壶处于中温档。

由P＝UI得，正常工作时通过R1的电流为：I1＝＝＝2.5A，

由I ＝得，R1的阻值：R1＝＝＝88Ω，

（3）由P＝UI得，养生壶在低温档工作时电路中的电流为：

I低＝＝＝1.25A，

（4）由ρ＝可得，水的质量：m＝ρV＝1×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，

水吸收的热量：

Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣12℃）＝3.696×105J，

由η＝和W＝Pt得，烧开一壶水需要的时间为：

t ＝＝＝＝420s。

答：（1）当开关S1闭合，S2接B时，为高温档；因为此时电阻R1、R2并联，电路中的总电阻最小，总功率最大；

（2）电阻R1的阻值是88Ω；

（3）养生壶处于低温档工作时电流为1.25A；

（4）水吸收的热量为3.696×105J，烧开一壶水需要的时间为420s。

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