1、力热电综合计算题力热电综合计算题 解决力热电综合计算题一般涉及到的物理公式包括速度公式、密度公式、重力公式、压强公式、浮力公式、机械功和功率、机械效率公式、电功公式、电功率公式、物体吸热放热公式、热值公式、热效率公式等；涉及到的物理规律有二力平衡条件、液体压强规律、阿基米德原理、杠杆平衡条件、欧姆定律、焦耳定律、热平衡方程等。 【例题】【例题】(2020 贵州黔西南贵州黔西南)如图是一款可以设定不同出水温度的电热饮水器原理示意图，R 是加热电阻丝，阻值为 44，R 是热敏电阻，其阻值与温度的关系式为 Rt=5+0.5t(式中 Rt单位是，t 的单位是)，R0是设定温度的变阻器。控制电路中，电源
2、电压为 3V。当电磁维电器线圈中的电流小于等于 10mA 时，衔铁片会弹起，触点分离，热水器停止加热c=4.2103J/(kg) (1)如果将水只加热到 80，闭合开关，则滑动变阻器阻值要调到多大？(电磁铁线圈电阻忽略不计) (2)容器内装有 700mL、初温为 20的水，将其加热到 100，用时 4min，则该饮水器正常工作时加热效率是多少? 【答案】(1)255；(2)89% 【解析】(1)由题可知，当温度为 80时，热敏电阻的阻值为 t50.550.5 80=45Rt 设定温度为 80，即 80时，电路中的电流为 10mA 合 0.01A，此时控制电路中的总电阻为 3V=3000.01A
3、URI总 则滑动变阻器的阻值为 t30045=255RRR滑总 即滑动变阻器的阻值要调到 255。 (2)容器内装有 700mL 合 700cm3，则容器内水的质量为 33=1g cm700cm =700g=0.7kgmV 这些水温度由 20的水升高到 100，所吸收的热量为 354.2 10 Jkg0.7kg100=2.352 10 J=Qcm t吸（）20 饮水机的工作电路 4min，所消耗的电功为 225220V=4 60s=2.64 10 J44UWUIttR 电 该饮水器正常工作时加热效率为 55100%=100%89%2.352 10 J2.64 10 JQW吸电 【对点练习】【对
4、点练习】 如图， 甲是电子秤的原理图(图中压力表是用电流表改装的)。 已知电源电压为 24V， 电阻 R0=60，压力传感器 Rx的阻值随所受压力 F 变化的图象如图乙，压力传感器表面能承受的最大压力为 400N，压杆与压力传感器的接触面积是 2104m2(取 g=10N/kg，托盘和压杆的质量忽略不计)。求： (1)托盘里的物体质量越大，压力传感器的阻值如何变化？ (2)当通过压力表电流为 0.2A 时，压力传感器上方托盘里物体的质量是多少 kg？ (3)当压力为 200N 时，通电 700s，R0产生的焦耳热能使质量为 0.1kg 的水温升高多少？ 【答案】(1)2106(2)40(3)1
5、 【解析】本题考查学生对串联电路电流和电阻特点、电功率和压强知识的掌握，同时结合欧姆定律分析实际问题得出正确结论，要学会灵活运用欧姆定律。 根据公式 p=F/S 求出传感器能够承受的最大压强；根据图乙分析压力为 200N 时，传感器的阻值；根据公式 I=U/R 计算出通过电路中的电流；由公式 P=UI=I2R 计算出 R0的电功率。 (1)称量时，托盘里的物体质量越大，物体的重力越大。因为在水平面上物体的压力和自身的重力相等，所以压力传感器所受的压力越大，由乙图象可知，压力传感器的阻值越小。所以托盘里的物体质量越大，压力传感器的阻值越小。 (2)当通过压力表电流为 0.2A 时，由 I=U/R
6、 得电路总电阻为 R总=U/I=24V/0.2A=120 根据串联电路的总电阻等于各电阻之和可得： Rx=R总R0=12060=60 根据图象可知当 Rx=60时，传感器受到的压力为 F0=400N 由于托盘和压杆的质量忽略不计，设托盘里物体的质量为 m,则 F0=G=mg m=F0/g=400N/10N/kg=40kg (3)由图甲知，R0与 Rx串联，由图乙知，当压力为 200N 时，由乙图可知压力传感器 Rx的阻值是 180 则通过 R0的电流： I0=I=24V/(180+60)=0.1A R0产生的焦耳热：Q=I02R0t=(0.1A)260700s=420J Q吸=Q 根据物体吸热
7、公式 Q吸=cm(t-to)得到 t=(t-to)=Q吸/cm=Q/cm=420J/4.2103J /(kg)0.1kg=1 【对点练习】【对点练习】 如图所示是一种家用蒸汽电熨斗的实物图和铭牌， 使用时水箱中的水滴入被加热的底板汽室，迅速汽化产生向下的蒸汽 (1)蒸汽电熨斗正常工作时电阻丝的电阻； (2)在熨斗水箱中注入 0.3kg 的水，将它平放在水平桌面上，求：熨斗对衣服的压强； (3)用熨斗汽烫前先预热，使金属底板的温度从 20升 高到 220，温控开关自动断开，已知金属的质量为1kg，金属底板的比热容为 0.46103J/(kg)问蒸汽熨斗预热的过程中金属底板吸收多少热量？ (4)汽
8、烫时，水滴入汽室，由于水升温汽化而带走热量，当金属底板温度降到 190时，温控开关自动闭合，电熨斗正常工作，当加热到 220时，温控开关自动断开，停止加热，如此反复，若蒸汽电熨斗工作情况按如图所示的规律变化时，则 12min 熨烫一件衣服共消耗多少电能？ 【答案】(1)48.4；(2)1000Pa(3)9.2104J；(4)5.4105J 【解析】(1)蒸汽电熨斗正常工作时电阻丝的电阻： R=48.4； (2)电熨斗对衣服的压力： F=G=mg=(1.3kg+0.3kg)10N/kg=16N 对衣服的压强：P=1000Pa (3)蒸汽电熨斗预热过程中金属底板吸收的热量： 1(2020 甘肃天水
9、甘肃天水)如图所示是某款电热水壶及相关信息表。现在该水壶内装入 1L、初温为 20的水，放置在水平桌面上。接通电源使其正常工作，在标准大气压下将水烧开。求： 额定功率 1000W 自重 5N 与桌面接触面积 200cm2 (1)装入水后水壶对桌面的压强； (2)水吸收的热量； (3)此电热水壶在额定电压下正常工作 7min 可将 1L 水烧开，试计算该电热水壶的加热效率。c水4.2103J/(kg)，g10N/kg 【答案】(1)装入水后水壶对桌面的压强为 750Pa； (2)水吸收的热量为 3.36105J； (3)该电热水壶的加热效率为 80%。 【分析】 (1)知道水壶内装水的体积， 根
10、据求出水壶内装水的质量， 根据 Gmg 求出水壶内水的重力，装入水后水壶对桌面的压力等于水和水壶的重力之和，根据 p求出装入水后水壶对桌面的压强； (2)知道水的质量和比热容以及初温、末温(在标准大气压下水的沸点是 100)，根据 Q吸cm(tt0)求出水吸收的热量； (3)电热水壶在额定电压下正常工作时的功率和额定功率相等，根据 WPt 求出消耗的电能，利用100%求出该电热水壶的加热效率。 【解答】(1)水壶内装水的体积： V水1L1dm31103m3， 由可得，水壶内装水的质量： m水水V水1.0103kg/m31103m31kg， 水壶内水的重力： G水m水g1kg10N/kg10N，
11、 装入水后水壶对桌面的压力： FG水+G水壶10N+5N15N， 装入水后水壶对桌面的压强： p750Pa； (2)在标准大气压下水的沸点是 100，则水吸收的热量： Q吸c水m(tt0)4.2103J(kg)1kg(10020)3.36105J； (3)由 P可得，电热水壶消耗的电能： WPt1000W760s4.2105J， 该电热水壶的加热效率： 100%80%。 【点评】本题考查了密度公式、重力公式、压强公式、吸热公式、电功公式、效率公式的综合应用，要注意在标准大气压下水的沸点是 100。 2.图甲为新型风暖浴霸，因其安全性能好、发热柔和，深受大家喜爱。它是利用电动机鼓动空气流动，通过
12、加热元件加热冷空气带动室内升温。图乙是某型号风暖浴霸的简化电路图，其发热元件是两根阻值不变的电热丝 R1、R2主要参数如下表。 项目 参数 额定电压(V) 220 R1额定功率(W) 1936 R2额定功率(W) 968 (1)开关均闭合，求浴霸正常工作时的干路电流是多少？ (2)正常工作时，求 R1的阻值是多少？ (3)实际电压为 200V 时，求 R2的实际功率是多少？ (4)浴霸正常工作时，使容积为 20m3的房间空气温度升高 20，求室内空气吸收的热量是多少？(空气取1.2kg/m3，c空气取 1.0103J/(kg)，不考虑其他因素影响) 【答案】(1)开关均闭合，浴霸正常工作时的干
13、路电流是 13.4A。 (2)正常工作时，R1的阻值是 25。 (3)实际电压为 200V 时，R2的实际功率是 800W。 (4)室内空气吸收的热量是 4.8105J。 【解析】(1)开关均闭合时，R1、R2和电动机同时工作，电路总功率为： PP1+P2+P31936W+968W+44W2948W， 由 PUI 可得，浴霸正常工作时的干路电流： I13.4A； (2)由 P可得 R1的阻值为： R125； (3)由 P可得 R2的阻值为： R250， 实际电压为 200V 时，R2的实际功率为： P2800W； (4)室内空气的质量为： 电动机功率(W) 44 适用面积(m2) 10 m空气
14、V1.2kg/m320m324kg， 空气吸收的热量为： Q吸c空气mt1.0103J/(kg)24kg204.8105J。 3进入三月份以来，东营街头出现了一种共享电动汽车。下表是这种汽车的主要参数。(g 取 10N/kg) 空车质量 800kg 每个轮胎与地面接触面积 50cm2 电池容量 44kWh 标准承载 200kg 最大续航(充满电最大行驶路程) 200km 所受阻力与汽车总重的比值 0.09 (1)电动机是电动汽车的核心部分，电动机工作时能量的转化是 。电动机的工作原理是 。 (2)标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是多少？ (3)图 2 是电动汽车行驶在某路段的路程与时
15、间图象，标准承载下，电动汽车以速度匀速行驶 1 分钟的耗电量为 0.4kWh，电动机的效率是多少？ (4)若某燃油汽车百公里耗油 6 升，每升油 5.5 元，电动汽车充电每度 0.8 元，通过计算比较使用燃油汽车与电动汽车哪种更经济？ 【答案】(1)电能转化为机械能；通电线圈在磁场中受力转动； (2)标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是 5105Pa； (3)电动机的效率是 75%； (4)使用电动汽车更经济。 【解析】(1)电动机正常工作时，将电能转化为机械能，是利用通电线圈在磁场中受力转动原理工作的； (2)乘客与车的总质量： m=m1+m2=800kg+200kg=1000kg，
16、 汽车对水平地面的压力： F=G=mg=1000kg10N/kg=104N， 汽车与水平地面的总接触面积： S=4S0=450cm2=200cm2=2102m2， 汽车对水平地面的压强： p=5105Pa； (3)由图可知，电动汽车做匀速直线运动，当 t1=3s 时，s1=60m， 则电动汽车行驶的速度： v=20m/s， 电动汽车以速度匀速行驶 1 分钟的路程： s=vt=20m60s=1200m， 电动汽车的牵引力： F1=f=0.09G=0.09104N=900N， 电动汽车牵引力做的功： W有=F1s=600N1200m=1.08106J， 电动汽车发动机的效率： =100%=100%
17、=75%； (4)燃油汽车 100km 费用：6L5.5 元/L=33 元， 电动汽车 100km 费用：22kWh0.8 元/kWh=17.6 元， 因为 17.6 元小于 33 元，所以使用电动汽车费用少，更经济。 4.如图是家庭常用的电热水壶，其铭牌数据如表所示若加热电阻的阻值不随温度变化而改变，且此时的大气压为 1 标准大气压则： (1)电热水壶正常工作时，其加热电阻的阻值是多少？ (2)装满水后，壶中水的质量是多少 kg？(1L=110-3m3) (3)将一满壶 20的水在 1 标准大气压下烧开，需要吸收多少热量？c水=4.2103J/(kg) (4)不考虑热量损失，烧开这壶水，需要
18、多长时间？ 【答案】(1)24.2(2)1.5(3) 5.04105J(4)252s 【解析】(1)方法一：加热电阻的阻值 R=U2/P=(220V)2/2000W=24.2 方法二：I=P/U=2000W/220V=(100/11)A R=U/I=220V/(100/11)A=24.2 额定电压 220V 额定加热功率 2000W 容量 1.5L 频率 50Hz (2)装满水后，壶中的水的质量 m=V=1103kg/m31.510-3m3=1.5kg (3)水的末温：t=100 水吸收的热量：Q吸cm(tt0)=4.2103J/(kg)1.5kg(100-20) =5.04105J (4)消
19、耗的电能：W=Q吸=5.04105J 所需要的时间：t=W/P=5.04105J/2000W=252s=4.2min 5.如表为现在家庭、宾馆常用的无线电水壶(一种在倒水时导线脱离，用电加热的方便水壶)的铭牌，某同学用这种电水壶烧开水，他将水放至最大容量，测得水的初温是 20通电 5 分 50 秒，水烧开(在一个标准大气压下)，试通过计算，回答下列问题： (1)算一算此电水壶啊正常工作时的电流。 (2)该电水壶正常工作时电热丝的电阻多大？ (3)水从 20烧开所吸收的热量是多少？ (4)现测得电源电压为 210 伏，算一算此电水壶工作的效率 【答案】(1)5.5A。(2)40。(3)3.444
20、105J。(4)89.3% 【解析】由表中数据可知： (1)电水壶正常工作时的功率为 P=1210W，电压为 U=220V，则此电水壶正常工作时的电流：I=P/U=1210W/220V=5.5A； (2)电热水壶的电阻：R=U2/P=(220V)2/1210W=40； (3)水的体积为 V=1L=0.001m3，密度为=1.0103kg/m3，比热容 c=4.2103J/(kg)升高的温度t=10018=82，则水的质量为 m=V=1.0103kg/m30.001m3=1kg，烧开时吸收的热量： Q吸=cmt=4.2103J/(kg)1kg82=3.444105J (4)U实=210V，电水壶
21、的加热时间：t=5min50s=560s+50s=350s 则消耗的电能：W= (U实2/R)t= (210V )2/40 350s =385875J 此时电水壶工作的效率： Q吸/W = 3.444105J /385875J=0.893=89.3% 6.如图所示的电路中，电源电压为 8V，R2是阻值为 40的定值电阻，压敏电阻 R1的阻值随压力的变化情况如图乙所示。当开关 S 闭合后，问： 额定电压 220V 额定功率 10W 最大容量 1L (1)当压敏电阻 R1受到的压力从 0 增加到 3N 的过程中，电流表示数的变化是_(填“增大” “减少”)？ (2)当电流表示数为 0.4A 时，压
22、敏电阻受到的压力为多少？ (3)当电路连续工作 10mim，电阻 R2产生的热量为多少？ (4)若此热量的 84%给 20g 的水加热，则水温升高多少？ 【答案】(1)增大(2)2N(3)960J (4)9.6 【解析】(1)由图甲所示电路图可知，两电阻并联接在电源两端，电流表测干路电流； 由图乙所示可知，压力 F 由 0 增大到 3N 时，R1的阻值由 100 欧减小到 30 欧，则： 当 F=0 时，I=I1+I2=U/R1+ U/R2=0.28A； 当 F=3N 时，I=I1+I2=0.47A；所以，电流表示数变大 (2)通过定值电阻的电流： I2=0.2A， 电流表示数为 0.4A 时
23、，通过压敏电阻的电流： I1=I-I2=0.4A-0.2A=0.20A， 此时压敏电阻阻值：R1=40， 由图乙所示可知，R1=40时，F=2N，则压力为 2N； (3)电阻 R2产生的电热： Q2=W2=UIt=8V0.2A1060s=960J； (4)由 Q吸=cmt，可得 t=9.6 7.如图甲所示， 是一则公益广告， 浓浓的孝心透着社会主义核心价值观 小明的爷爷网购了一台电热足浴器，其铭牌的部分参数如图乙(甲部分)所示， 电热足浴器某次正常工作时控制面板显示如图乙(乙部分)所示， 求： (1)此时足浴器的工作电流(计算结果保留一位小数) (2)足浴器装入最大容量初温为 22的水，当水温
24、达到控制面板上显示的温度时水所吸收的热量 (3)上述加热过程耗时 16min，该足浴器的热电效率 【答案】(1)此时足浴器的工作电流为 2.3A； (2)当水温达到控制面板上显示的温度时水所吸收的热量为 4.2105J； (3)上述加热过程耗时 16min，该足浴器的热电效率为 87.5% 【解析】 知道电热足浴器的加热功率和额定电压， 根据P=UI的变形公式 I=P/U求出此时足浴器的工作电流；根据=m/v 的变形公式 m=V 求出水的质量， 再利用 Q吸=cm(tt0)求出水所吸收的热量； 根据 W=Pt 求出电热足浴器消耗的电能，然后根据=100%求出该足浴器的热电效率 (1)由图 2 可知，此时电热足浴器的电功率 P=500W， 由 P=UI 得，此时足浴器的工作电流：I=P/U=500W/220V2.3A； (2)足浴器装入最大容量时水的体积 V=5L=5dm3=5103m3， 由=m/v 得，水的质量：m=V=1.0103kg/m35103m3=5kg， 则水所吸收的热量： Q吸=cm(tt0)=4.2103J/(kg)5kg(4222) =4.2105J； (3)加热时间 t=16min=960s， 由 P=W/t 得，电热足浴器消耗的电能：W=Pt=500W960s=4.8105J， 则该足浴器的热电效率：=100%=100%=87.5%