压轴培优专题19 电学和热学综合问题 -中考物理【高分突破专项】压轴题培优专题精练

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一、单选题
1．电吹风机是家里必备的小家电。小月家里的电吹风机的简化电路如图所示，其中电热丝的电阻为55Ω。将它插入家里的两孔插座后，它既能吹冷风，又能吹热风。在吹冷风时，电路中的电流为0.1A。下列关于电吹风机工作时的说法，不正确的是（ ）

A．只闭合开关S1时，电吹风机吹冷风
B．电吹风机吹热风时，电路的总电流是4A
C．电动机的电功率为22W
D．吹热风时，电热丝在100s内产生8.8×104 J热量
【答案】B
【详解】A．只闭合开关时，只有电动机连入电路中，电吹风机吹冷风，故A正确，A不符合题意；
B．电吹风机吹热风时，电动机与电热丝并联，在吹冷风时，电路中的电流为，根据并联电路各支路可独立工作、互不影响，故吹热风时，通过电动机的电流为，由欧姆定律，通过电热丝的电流为
根据并联电路电流的规律，电路的总电流是
故B错误，B符合题意；
C．电动机的电功率为
故C正确，C不符合题意；
D．吹热风时，电热丝在100s内产生热量为
故D正确，D符合题意。
故选B。
2．同学设计的电吹风电路图，R为定值电阻，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点。触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。该电吹风的各项参数如下表所示。电吹风吹冷风，正常工作10s，定值电阻R产生的热量为（ ）

A．300JB．360JC．660JD．4000J
【答案】B
【详解】扇形金属触片P与b接触时，小风扇与R串联连入电路中，吹冷风，与ab接触时，小风扇与R串联后再与电热丝并联，吹热风；小风扇的额定电压为100V，根据串联电路电压的规律可知R的电压为
通过R所在支路的电流为
已知冷风时消耗的总功率为66W，根据得
解得
电吹风吹冷风，正常工作10s，定值电阻R产生的热量为
故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
3．小明设计了一种具有高、中、低温三挡的加热装置，其电路如图所示。已知R1=22Ω，电源电压为220V。当开关S1断开，S2接b时，电路发热功率为220W，下列说法错误的是（ ）
A．R2的阻值为220Ω
B．当电路接高温挡时，发热功率为2200W
C．当开关S1断开，S2接b时加热装置处于中温挡
D．该加热装置存在中、低温两挡位功率相差不大的设计不足
【答案】B
【详解】由电路图可知，当开关S1断开、S2接b时电路为R2的简单电路，当开关S1闭合、S2接b时R1与R2并联，当开关S1断开、S2接a时R1与R2串联，因串联电路中总电阻大于任何一个分电阻、并联电路中总电阻小于任何一个分电阻，所以，当开关S1闭合、S2接b时电路的总电阻最小，当开关S1断开、S2接a时电路的总电阻最大，电源的电压一定时，由，当开关S1闭合、S2接b时，电路的总功率最大，加热装置处于高温挡，同理可知，当开关S1断开、S2接a时，加热装置处于低温挡，则当开关S1断开，S2接b时，加热装置处于中温挡；
A．当开关S1断开、S2接b时，电路发热功率为220W，则R2的阻值
故A正确，不符合题意；
B．当开关S1闭合、S2接b时，R1与R2并联，加热装置处于高温挡，因并联电路中各支路独立工作、互不影响，且各支路两端的电压相等，发热功率
故B错误，符合题意；
C．当开关S1断开、S2接b时，加热装置处于中温挡，故C正确，不符合题意；
D．当开关S1闭合、S2接b时，R1与R2串联，加热装置处于低温挡，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，低温挡的功率
由200W和220W相差不大可知，该加热装置存在中、低温两挡位功率相差不大的设计不足，故D正确，不符合题意。
故选B。
4．周末，佳聪同学用电热水壶烧水时，闭合开关发现电热丝R不工作了，指示灯L仍然亮。他查阅说明书发现正常时指示灯L亮，同时电热丝R工作；断开开关，指示灯L熄灭，电热丝R不工作。佳聪同学设计的该电热水壶的模拟电路，其中正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【详解】A．闭合开关发现电热丝R不工作了，指示灯L仍然亮，说明电热丝和指示灯工作时互不影响，因此它们是并联关系，故A错误；
BCD．正常时指示灯L亮，同时电热丝R工作；断开开关，指示灯L熄灭，电热丝R不工作，说明开关同时控制两盏灯，在干路上，故C正确，BD错误。
故选C。
5．电阻R1和R2串联，两端电压之比为2∶1，开关闭合后，关于二者产生热量的说法正确的是（ ）
A．两电阻产生热量相同B．两电阻产生热量之比为2∶1
C．两电阻产生热量之比为1∶2D．没有通电时间，无法比较产生热量多少
【答案】B
【详解】两电阻串联，根据串联电路电流的规律得出通过R1与R2的电流之比为1∶1；通电时间相同，两电阻产生热量之比为
Q1∶Q2=U1It∶U2It= U1∶U2=2∶1
故选B。
6．如图所示为电吹风机的内部电路图，a、b、c、d为固定的四个静触点，金属片P可旋转且每次只能和两个触点接触，电吹风机的主要参数如表所示，下列说法正确的是（ ）
A．金属片P与触点b、c接触时，电吹风机处于吹热风状态
B．金属片P与触点a、b接触时，电吹风机处于吹冷风状态
C．电吹风机吹热风时，流过电热丝的电流为4A
D．电吹风机吹热风时，电热丝的热功率为1000W
【答案】C
【详解】AB．由图可知，金属片P与触点b、c接触时，只有小风扇接入电路，此时电吹风机处于吹冷风状态；金属片P与触点a、b接触时，电热丝和小风扇并联接入电路，则电吹风机处于吹热风状态，故AB错误；
CD．吹冷风只有电动机工作，吹热风时电热丝和电动机同时工作，由表中信息可知，电吹风机吹冷风时的功率120W，电吹风机吹热风时的总功率1000W，因总功率等于各用电器消耗功率之和，则吹热风时电热丝的电功率（热功率）
由可得，电吹风机吹热风时，流过电热丝的电流
故C正确，D错误。
故选C。
7．小明设计了一个电吹风，其电路图如图所示，a、b、c、d为四个固定触点，转动扇形金属触片P的位置可同时接触两个触点，使电吹风可处于关机、吹热风和吹冷风三种工作状态（ ）
A．触片P同时接触b、c，电吹风吹热风
B．触片P同时接触a、b，电吹风吹热风
C．触片P同时接触c、d，电吹风吹冷风
D．触片P同时接触a、b，电吹风吹冷风
【答案】B
【详解】A．触片P同时接触b、c，电热丝处于断路状态，只有电风扇工作，所以吹冷风，故A不符合题意；
BD．触片P同时接触a、b，电热丝和电风扇并联，都能正常工作，所以吹热风，故B符合题意，D不符合题意；
C．触片P同时接触c、d，电热丝和电风扇都处于断路状态，电吹风不工作，故C不符合题意。
故选B。
二、填空题
8．“祝融号”火星车顶部，有一个叫集热窗的装置，里面装有正十一烷，可利用物态变化吸收太阳能：白天温度升高，吸收热量，夜间温度下降，释放热量。正十一烷的熔点是-26℃，沸点是196℃，火星表面的温度大约在-133℃到27℃之间，正十一烷在白天发生的物态变化是 ；火星车的四片太阳能板，还会把一部分电能转化为 储存在蓄电池中，以备夜间使用。
【答案】 熔化 化学能
【详解】[1]火星表面的温度大约在-133℃到27℃，正十一烷的熔点是-26℃，沸点是196℃，所以正十一烷在白天可以达到熔点，吸收热量，发生熔化现象，达不到沸点，因此不会汽化。
[2]对蓄电池充电时，能量转化是电能转化为化学能。
9．如图甲所示是一种两挡可调的电烙铁，其额定电压为220V，电功率在安全用电规定的22～50W范围内，其内部发热部分由两根电热丝R1、R2组成，R1、R2的阻值均为2200Ω。该电烙铁可通过调温开关切换不同的模式。

（1）如图乙所示为小明利用所学知识设计的两种电路，通过分析可知，符合要求的是电路 （选填“①”或“②”）；
（2）电烙铁处于低温挡下正常工作时，电路中的电流是多少？
（3）电烙铁处于高温挡下正常工作，通电500s消耗了多少电能？
【答案】 ① 0.1A 2.2×104 J
【详解】（1）[1]由图乙可知，电路中开关与接触时，电路为的简单电路，此时电路的电功率
开关与接触时，、并联，由并联电路的电压特点可知，此时两端的电压不变，由可知，此时的电功率与电路为的简单电路时的电功率相等，即
由于此时两端的电压，的阻值均与相同，因此的电功率与的电功率相等，即
因为电路中的总功率等于各用电器电功率之和，所以、并联时的总功率
因此，电路中电功率范围为
电路中开关闭合、断开时，、串联，由串联电路的特点可知，此时电路的总电阻
此时电路的电功率
、都闭合时，被短路，电路为的简单电路，此时电路的电功率
因此电路中电功率范围为
对比电功率的范围可知，电路符合要求。
（2）[2]由（1）可知，低温挡时的电功率为，由可得，此时电路中的电流
（3）[3]由（1）可知，高温挡时的电功率为，由可知，高温挡下正常工作，通电消耗的电能
10．小明用新买的吹风机吹热风时，闻到了浓烈的塑料味儿，这是由于温度升高时塑料分子无规则运动 的缘故。小明想知道该吹风机电热丝的阻值，他把量程合适的电流表与吹风机串联后接入家庭电路，如图所示，依次闭合开关、，发现电流表的示数变化了，则电热丝的阻值为 ，此电路中的电热丝 （选填“能”或“不能”）单独工作。

【答案】 加快 50 不能
【详解】[1]吹风机吹热风时，闻到了浓烈的塑料味儿，这是由于温度升高时塑料分子无规则运动加快，运动到空气中，引起嗅觉，属于扩散现象。
[2]由图可知，电动机与电热丝并联接入电路，开关接在干路上，开关接在电热丝所在的支路上，只闭合时，电路为电动机的简单电路时，电吹风吹冷风；
开关、均闭合时，电动机和电热丝并联接入电路，电动机吹热风，并联电路互不影响，电流表的示数变化了，说明通过电热丝的电流是，由欧姆定律可得电热丝阻值为
[3]电热丝工作时需要同时闭合开关和，只闭合时，电路断路，所以此电路中的电热丝不能单独工作。
11．如图所示，三个阻值均为10Ω的定值电阻接入电源电压为6V的电路中，闭合开关后，可以探究电流通过导体产生热量的多少跟 的关系，R3的作用是使通过R1和R2的 不相等，将R3取下后，通电10min，R1产生的热量为 J。

【答案】 电流大小 电流 540
【详解】[1][2]由图可知，乙中R2和R3并联后再与甲中的R1串联，根据串并联电路的电流特点可知，通过R1的电流等于通过R2和R3的电流之和，即R3的作用是使通过R1、R2的电流不相等，故通过R1、R2的电流是不同的，根据公式Q =I2Rt可探究电阻和通电时间相同时，电流通过导体产生热量的多少跟电流大小的关系。
[3]将R3取下后，R1和R2串联，则串联的总电阻为
R=R1+R2=10Ω+10Ω=20Ω
根据欧姆定律可得，通过电路中的电流为
通电10min，R1产生的热量为
三、多选题
12．如图所示，是某电热水器的简化电路图，其工作电压为220V，容积为1L，有高、中、低三挡，功率分别为1100W、550W和275W，则下列选项正确的是[ρ水＝1×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃），g＝10N/kg]（ ）

A．R1与R2的阻值相等，阻值都是88Ω
B．当开关S1断开，S2接A时，养生壶处于中温挡
C．养生壶处于中温挡时，工作电流为2.5A
D．在标准大气压下，使用高温挡5min就能将初温为20℃的一满壶水烧开（不考虑热量的损失）
【答案】AC
【详解】ABC．开关S1断开，S2接A时，两电阻串联，总电阻最大，电源电压不变，由知道，总功率最小，电热水器处于低挡，功率为275W，由知道
只闭合开关S1，电路为R1的简单电路，总电阻较大，电源电压不变，由知道，总功率较大，电热水器处于中挡，功率为550W，由知道
根据电阻串联的特点知道
R2＝R串﹣R1＝176Ω﹣88Ω＝88Ω＝R1
由P＝UI知道，养生壶处于中温挡时，工作电流
故AC正确，B错误；
D．开关S1断开，S2接B时，两电阻并联，总电阻最小，电源电压不变，由知道，总功率最大，电热水器处于高挡，功率为1100W；水的体积
V＝1L＝×10﹣3m3
由知道，水的质量
m＝ρV＝1×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg
在一个标准大气压下，水的沸点为100℃，将初温为20℃的一满壶水烧开，水吸收的热量
不考虑热量的损失，消耗的电能
W＝Q吸＝3.36×105J
加热所需时间
故D错误。
故选AC。
13．如图所示，在“探究电流通过导体时产生热的多少跟电阻的关系”实验中，通过比较两个U形管中液面高度的变化，判断两个电阻产生热量的大小关系。下列实验没有用到这样的实验方法的是（ ）

A．探究电流与电压和电阻关系
B．研究液体内部的压强
C．用弹簧测力计测量力的大小
D．探究影响导体电阻大小的因素
【答案】ABD
【详解】在“探究电流通过导体时产生热的多少跟电阻的关系”实验中，通过比较两个U形管中液面高度的变化，判断两个电阻产生热量的大小关系，采用的是转换法；
A．探究电流与电压和电阻关系，采用了控制变量法，故A符合题意；
B．研究液体内部的压强，采用了控制变量法，故B符合题意；
C．用弹簧测力计测量力的大小，采用了转换法，故C不符合题意；
D．探究影响导体电阻大小的因素，采用了控制变量法，故D符合题意。
故选ABD。
14．图为某超市的热风干手器，手伸入舱内时可吹出热风，其电路简化为如图所示，控制电路中R为光敏电阻。正常工作时工作电路的功率为1000W，电动机的功率为560W，下列说法正确的是（ ）
A．电磁继电器利用了电流的热效应
B．开关S闭合后电磁铁上端为N极
C．手伸入舱内时光敏电阻R的阻值增大
D．加热电阻丝阻值为110Ω
【答案】BD
【详解】A．控制电路中的电磁继电器主要是利用了电流的磁效应，故A错误；
B．电流从电磁铁的下方后侧流入，根据安培定则知，电磁铁上端为N极，故B正确；
C．手伸入舱内时可吹出热风，衔铁被吸下，工作电路开始工作，说明电路中的电流增大导致电磁铁的磁性增强，根据欧姆定律知，控制电路的总电阻减小，则光敏电阻R的阻值减小，故C错误；
D．工作电路的电热丝和电动机并联，互不影响，则电热丝的电功率为
根据可得，电热丝的电阻为
故D正确。
故选BD。
15．如图是某个家用电器的简化电路图，R1和R2均为加热电阻，R1=R2且R1、R2的阻值不变。当开关S1断开、S2接b时，整个电路的发热功率为P。下列说法中，正确的是（ ）
A．利用该加热装置能够实现高温、中温和低温三挡加热
B．当开关S1断开、S2接a时，加热装置处于低温挡
C．该用电器正常工作下的最小加热功率为
D．当电路接高温挡时，整个电路的发热功率为P
【答案】AB
【详解】AB．由电路图可知S 1断开、S2接b时，电路为R2的简单电路，当开关S1闭合、S2接b时，R1与R2并联，当开关S1断开、S2接a时，R1与R2串联，根据串联电路的电阻特点可知，当开关S1断开、S2接a时，电路的总电阻最大，由可知，此时电路中的总功率最小，处于低温挡；根据并联电路的电阻特点可知，当开关S1闭合、S2接b时，电路的总电阻最小，加热装置处于高温挡；则当开关S1断开，S2接b时，加热装置处于中温挡，故AB正确；
C．当开关S1断开、S2接b时，整个电路的发热功率为P，由可知，R2的阻值，当开关S1断开、S2接a时，电路处于低温挡，此时电路中的总电阻
则该用电器正常工作下的最小加热功率
故C错误；
D．当开关S1闭合、S2接b时，加热装置处于高温挡，R2的功率P2=P，R1的功率P1=P，则
P高=P1+P2=2P
故D错误。
故选AB。
四、计算题
16．如图为具有防雾、除露、化霜功能的汽车智能后视镜的模拟加热原理图，其中电源电压为10V，四段电热丝的阻值均相等，开关转动时可同时接触到两个相同数字的接线柱。防雾、除露、化霜功能加热功率依次增大，已知防雾状态下的加热功率为5W。【c玻璃=0.8×103J/(kg·℃)】求：
（1）电阻R3的阻值；
（2）化霜状态下电路的功率；
（3）化霜状态下，若后视镜玻璃的质量为200g，5min内可以将后视镜玻璃的温度从20℃升高到50℃，求化霜状态下的加热效率。
【答案】（1）10Ω；（2）20W；（3）80%
【详解】解：（1）由图可知，当开关旋至“1”挡时，电阻丝R3、R4串联接入电路；当旋钮旋到“2”时，电阻丝R3接入电路；当旋钮旋到“3”时，电阻丝R1、R2并联接入电路；根据串并联电路的电阻特点可知，串联的总电阻大于任一分电阻，并联电路的总电阻小于任一分电阻；则当开关旋至“1”挡时，电阻丝R3、R4串联接入电路，电路中的总电阻最大，根据可知，电路中的总功率最小，为防雾状态，R3、R4的串联总电阻
由于四段电热丝的阻值均相等，所以
（2）当旋钮旋到“3”时，电阻丝R1、R2并联接入电路，电路中的总电阻最小，根据可知，电路中的总功率最大，为化霜状态；根据题意可知
R1=R2=R3=R4=10Ω
则化霜状态下电路的功率
（3）玻璃的质量
m=200g=0.2kg
后视镜玻璃吸收的热量
Q吸=c玻璃m(t-t0)=0.8×103J/(kg·℃)×0.2kg×(50℃-20℃)=4.8×103J
化霜消耗的电能
W=P化霜t′=20W×5×60s=6×103J
化霜状态下的加热效率
答：（1）电阻R3的阻值为10Ω；
（2）化霜状态下电路的功率为20W；
（3）化霜状态下，若后视镜玻璃的质量为200g，5min内可以将后视镜玻璃的温度从20℃升高到50℃，化霜状态下的加热效率为80%。
17．如图甲所示是一款多挡位电热水壶，图乙是其电路简化结构图，R1、R2和R3阻值均为44Ω，具有高温、中温、低温三挡温度调节功能。求：
（1）将1kg初温为20℃的水烧开（标准大气压下），水所吸收的热量；[c水=4.2×103J/（kg•℃）]
（2）电热水壶处于低温挡工作的电功率；
（3）若将电热水壶调至高温挡进行正常加热，它将第（1）小题中的水烧开需要170s，电热水壶的效率。
【答案】（1）3.36×105J；（2）550W；（3）89.8%
【详解】解：（1）水所吸收的热量
（2）由电路图知，当S闭合，S1断开时，S2接b时，电阻R1、R2串联，热水壶处于低温挡，电路总电阻最大
电热水壶处于低温挡工作的电功率
（3）当S、S1闭合，S2接a时，R1、R3并联，电热水壶处于高温挡，并联电路中的总电阻
电热水壶处于高温挡工作的电功率
由可得，消耗电能
电热水壶的效率
答：（1）水所吸收的热量为3.36×105J；
（2）电热水壶处于低温挡工作的电功率为550W；
（3）电热水壶的效率为89.8%。
18．小明家新安装了一款蒸烤一体集成灶，善于研究的小明查阅说明书知道，蒸箱原理是利用底部的超大加热盘，隐形导流管将水箱中的水引流至加热盘内，加热盘不断升温，将水加热至沸腾，水沸腾产生高温水蒸气，高温水蒸气在箱体内弥漫，渗入食物中使食物熟透。其中烤功能是通过发热器件通过对流、辐射方式烘烤食物外表，由外及内加工食物，达到烘烤效果。各项参数如下表所示。
（1）假如该款集成灶以最大输入功率正常工作，则输入电流是多少A？
（2）某次使用蒸功能，正常工作一段时间相当于把1kg水从20℃加热到100℃，假如其加热效率是80%，求此段的工作时间为多少min？（g=10N/kg，c水=4.2103）
（3）小明通过研究菜谱，计划做一份“秘制排骨”，在烤额定功率下选择“快烧烤”模式，加热30min后取出，求此段时间产生的热量为多少J？（不考虑热损失）
【答案】（1）19；（2）2.5；（3）
【详解】解：（1）由表中数据可知，该款集成灶的最大输入功率为4180W，额定电压为220V，则根据可得，输入电流为
（2）把1kg水从20℃加热到100℃，水吸收的热量为
则使用在蒸功能时，消耗的电能为
由表中数据可知，该款集成灶的蒸额定功率为2800W，则此段的工作时间为
（3）由表中数据可知，该款集成灶的烤额定功率为2050W，则加热30min消耗的电能为
则此段时间产生的热量为
答：（1）假如该款集成灶以最大输入功率正常工作，则输入电流是19A；
（2）此段的工作时间为2.5min；
（3）求此段时间产生的热量为。
19．随着网上购物的普及，送货难成了新问题，某品牌的送货无人机将专门针对农村地区，可以让消费者切实享受到商品质量保证和物流速度。如图是某品牌送货无人机，它的简化电路如图所示，工作参数如下表，该无人机在最大载重下以最大速度竖直上升 20 秒，本次上升过程中，请回答以下问题：（电动机都是总参数）
（1）无人机最大功率是多少？
（2）电动机线圈在最大电流下的发热量是多少？
（3）电能转化成货物上升机械能的效率是多少？
【答案】（1）200W；（2）810J；（3）24.5%
【详解】解：（1）由表格数据可得，无人机最大功率是
（2）电动机线圈在最大电流下的发热量是
（3）货物重为
根据可得，货物上升的高度为
货物上升时做的有用功为
消耗的电能为
则电能转化成货物上升机械能的效率是
答：（1）无人机最大功率是200W；
（2）电动机线圈在最大电流下的发热量是810J；
（3）电能转化成货物上升机械能的效率是24.5%。
20．智能全自动茶炉（如图）内有加热电阻，集抽水、烧水、保温于一体，美观大方，容易操作，如表为某款智能全自动茶炉的部分参数。[ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求：
（1）将一壶水从20℃加热到70℃，水吸收的热量；
（2）保温状态下通过茶炉的电流；
（3）若用电高峰时，家庭电路的实际电压仅为200V，求该茶炉的实际加热功率（加热电阻阻值不变）。
【答案】（1）1.68×105J；（2）0.1A；（3）1000W
【详解】解：（1）根据知，水的质量为
水吸热的热量为
（2）根据知，保温状态下通过茶炉的电流为
（3）根据知，加热电阻为
该茶炉的实际加热功率为
答：（1）将一壶水从20℃加热到70℃，水吸收的热量为1.68×105J。
（2）保温状态下通过茶炉的电流为0.1A。
（3）该茶炉的实际加热功率为1000W。热风时消耗的总功率
466W
冷风时消耗的总功率
66W
小风扇的额定电压
100V
热风温度
50∼75℃
额定功率
热风时：1000W
冷风时：120W
额定电压
220V
质量
品牌
整机输入功率
4180W
照明灯功率
10W
额定电压
220V
蒸额定功率
2800W
烤额定功率
2050W
清洗泵功率
自重/kg
最大载重/kg
额定电压/V
最大电流/A
电动机最大电流/A
电动机线圈电阻/Ω
最大上升速度/m/s
10
5
20
10
9
0.5
1
产品名称
智能全自动茶炉
产品型号
XXXX
烧水功率
1210W
容量
0.8L
保温功率
22W
额定电压
220V