2021年中考物理真题全国精选及解析：电功率(2)

2021年中考物理真题全国精选及解析：电功率（2）22．（2021•嘉兴）学习了电学知识后，某科学兴趣小组开展制作“电热水壶”项目化学习【项目任务】制作一款电热水壶。

经过小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下：容积：1L；功能：①加热：②保温；性能：能在7分钟内将1L水从20℃加热到100℃（不计热量损失）。

【方案设计】为实现上述功能，同学们利用两个不同阻值的电阻（R1＜R2）进行设计，其中方案一如图所示。

利用方案一中的器材，请将方案二的电路补充完整。

【器材选择】若该壶是按照方案一设计的，根据项目任务中的性能要求，选择的加热电阻阻值最大为多少欧姆？[Q吸＝cm（t﹣t0），c水＝4.2×103J/（kg•℃）]【方案反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全，从安全角度提出一条设计建议在加热的支路上增加一个温度控制开关。

【项目制作】……【专题】应用题；比热容、热机、热值；电能和电功率；应用能力．【分析】【方案设计】要使电热水壶有加热和保温两种工作状态，就要改变加热功率，由P=U 2R 知，要改变电路中加热电阻的阻值，两个电阻可串联或并联，通过开关转换达到改变电路中电阻的目的，由此设计电路。

【器材选择】先计算1L水的质量，再由Q吸＝cm（t﹣t0）计算1L水从20℃加热到100℃吸收的热量；由W＝Q＝Pt计算加热功率，由P=U 2P计算加热电阻的大小；【方案反思】由生活经验知，水加热至沸腾后，电热水壶能自动断路电路停止加热，以避免持续加热，由此分析解答。

【解答】解：【方案设计】方案一，电路中两电阻串联，闭合开关S后，当开关S1闭合时，电路为R1的简单电路，电路的电阻较小，电功率较大，为加热状态；当开关S1断开时，两电阻串联，电路的电阻较大，电功率较小，为保温状态；转换达到改变电路中电阻的大小，从而改变电热水壶的电功率，以实现加热和保温功能为了实现上述功能，还可以将两电阻并联，通过开关转换实现，电路图如图所示：当闭合开关S时，为保温状态，再闭合S1为加热状态；【器材选择】由题知，方案一中能在7分钟内将1L水从20℃加热到100℃，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℃﹣20℃）＝3.36×105J，不计热量损失，电热水壶消耗的电能：W＝Q吸，电热水壶的加热率：P=Wt =Q吸t=3.36×105J7×60s=800W，由P=U 2P 可得，R=U2P=(220V)2800W=60.5Ω，即选择的加热电阻阻值最大为60.5Ω；【方案反思】为了保证使用的安全，可以在加热的支路上增加一个温度控制开关，避免水加热至沸腾后仍持续加热。

故答案为：【方案设计】见上图；【器材选择】方案一，选择的加热电阻阻值最大60.5Ω；【方案反思】在加热的支路上增加一个温度控制开关。

【点评】本题考查电热水壶电路的设计，密度公式、吸热公式以及电功率公式的灵活应用，还考查了电路的优化，体现了物理与生活实际的结合，是一道好题。

23．（2021•邵阳）如表是李华同学家饮水机的铭牌参数，学习电学知识后，他好奇饮水机的工作原理，请教老师后得到饮水机的电路原理图如图所示。

当蓄水箱中装满水时，请你帮他解决如下问题：额定电压220V额定功率加热500W保温蓄水箱的容积1L（1）蓄水箱中水的质量是多少？（ρ＝1.0×103kg/m3）（2）如果饮水机把蓄水箱中的水从75℃加热到95℃用了210s，求此饮水机的加热效率。

[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]（3）铭牌上的保温功率已模糊不清，已知R1＝988Ω，求饮水机的保温功率。

【专题】计算题；电能和电功率；密度及其应用；分析、综合能力．【分析】（1）已知热水箱的容量也就是已知水的体积，利用m＝ρV计算水的质量；（2）已知水的质量和水的初温、末温，利用Q＝cm（t﹣t0）计算吸收的热量；已知加热功率和工作时间，利用W＝Pt计算消耗的电能；饮水机消耗的电能为总能量，水吸收的热量为有用能量，利用η=Q吸W计算饮水机的效率；（3）当开关S闭合，S1断开时，只有R1工作，此时为保温状态，根据P=U2R求出保温的功率。

【解答】解：（1）根据ρ=mV可知，水的质量为：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg（2）水吸收的热量是：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（95℃﹣75℃）＝8.4×104J；消耗的电能为：W＝P加t＝500W×210s＝1.05×105J；饮水机的加热效率为：η=Q吸W=8.4×104J1.05×105J=80%；（3）根据电路图可知，当开关S闭合，S1断开时，只有R1工作，此时为保温状态，保温的功率为：P保=U2R1=(220V)2988Ω≈49W。

【点评】本题考查了密度公式、吸热公式、效率公式、电功公式的综合应用，分清电饮水机处于不同状态时电路的连接方式是关键。

24．（2021•重庆）中国茶文化源远流长，如图甲是某款工夫茶保温碟。

电路原理如图乙所示，电阻R1为发热体，它的额定电功率为22W且电阻不变。

电流通过发热体加热底板使茶汤保温；L为电功率忽略不计的电源指示灯。

求：（1）发热体正常工作时的电流；（2）当实际电压为198V时，发热体工作100s消耗的电能；（3）为了适应不同品种茶汤的保温需求，小杨对电路进行重新设计（如图丙），移动滑片可以连续调节发热体的电功率，最低可调至额定功率的四分之一。

若发热体产生的热量全部被茶汤吸收，该电路电能利用率的范围是多少。

（电能利用率η=W发热体W总）【专题】计算题；欧姆定律；电能和电功率；分析、综合能力．【分析】（1）家庭电路电压为220V，当正常工作时，根据I=PU求出经过R的电流；（2）首先根据欧姆定律求出正常工作时R的电阻，然后根据W=U 2Rt求出实际功率；（3）图丙中，发热体R1与滑动变阻器串联，当发热体的功率为原功率的25%时，滑动变阻器完全接入电路中，根据串联电路的电流特点和P＝UI＝I2R=U2R求出此时电路的电流，根据W＝UIt求出电功。

代入求出电能利用率η=W发热体W电。

【解答】解：（1）正常工作时，U＝220V，P＝22W，此时电流为：I=PU =22W220V=0.1A，（2）发热电阻R的阻值：R=UI =220V0.1A=2200Ω；当实际电压U1＝198V时，电阻R不变，发热体工作100s消耗的电能：W=U12R t=(198V)22200Ω×100s＝1782J；（3）当滑片P在b端时，R2＝0，发热体R3单独工作，发热体R3的最大功率：P3=U2R3−−−−−−−−−−①，当发热体R3以最大功率工作时间时，产生的热量：W发热体＝W总；此时的能量利用率η=W发热体W总=100%当滑片P在a端时，R2最大，R2和发热体R3串联工作，此时经过R3的电流：I'=UR2+R3，则发热体R3的最小功率：P3'＝I'2R3=U2(R2+R3)2R3−−−−−−−−−−②，由题意可知：P3＝4P3'﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③，由①②③可得：R2＝R3；由P＝I2R公式可知，此时两电阻功率之比P2：P3'＝1：1当发热体R3以最小功率工作时间时，产生的热量：W发热体=12W总；此时的能量利用率：η=W发热体W总=50%。

【点评】本题考查了欧姆定律的应用、电动率的计算、电能的计算，利用好电功率的计算公式P＝UI＝I2R=U2R是解题的关键，有一定的难度。

25．（2021•云南）交通安全要求广大司机“开车不喝酒，喝酒不开车”，酒后驾驶存在许多安全隐患。

某科技兴趣小组设计了一种简易的酒精检测仪，其电路原理如图2甲所示。

电源电压为12V，R1是气敏电阻，其阻值随呼气酒精浓度K的变化关系如图2乙所示，R2为滑动变阻器。

检测前对检测仪进行“调零”，即调节滑动变阻器使电流表的示数为0.1A，调零后变阻器滑片位置保持不变。

查阅到相关资料如图1。

（1）求“调零”后变阻器R2接入电路的阻值；（2）检测前R2工作10s消耗的电能；（3）对某司机进行检测时，电流表示数为0.16A，依据信息窗资料，通过计算判断该司机属于非酒驾、酒驾还是醉驾。

【专题】欧姆定律；电能和电功率；理解能力；应用能力；分析、综合能力．【分析】（1）检测前对检测仪进行“调零”，即调节滑动变阻器使电流表的示数为0.1A，调零后变阻器滑片位置保持不变。

由乙图可知此时酒精浓度K为0，故此时R1阻值为100Ω；根据R=UI计算串联电路的总电阻，再由串联电阻的特点计算R2的阻值；（2）图甲两电阻为纯电阻电路，由W＝I2Rt计算电功即为消耗的电能；（3）据R=UI计算串联电路的总电阻，再由串联电阻的特点计算R1的阻值，对应图乙曲线找到相应的呼气酒精浓度K，并计算血液酒精浓度M，判断属于非酒驾、酒驾还是醉驾。

【解答】解：（1）由题意可知：U＝12V，I＝0.1A，R1＝100Ω串联总电阻：R总=UI =12V0.1A=120Ω，变阻器R2的阻值：R2＝R总﹣R1＝120Ω﹣100Ω＝20Ω；（2）检测前R2在10s消耗的电能：W＝I2R2t＝（0.1A）2×20Ω×10s＝2J；（3）当I＝0.16A，R2＝20Ω时串联总电阻：R′总=UI =12V0.16A=75Ω；R′1的阻值为：R′1＝R′总﹣R2＝75Ω﹣20Ω＝55Ω；对应乙图此时K＝12.5×10﹣3/100mL，此时酒精浓度为：M＝12.5×10﹣3/100mL×2200＝27.5mg/100mL，该司机属于酒驾。

【点评】本题是考查串联电路的特点、欧姆定律应用和电功的计算，属于中等难度计算题。

26．（2021•重庆）如图所示的电路中，电源电压恒为3V，电阻R2的阻值为30Ω。

当开关S1闭合、S2断开时，电流表示数为0.3A，求：（1）电阻R1的阻值；（2）当开关S1、S2均闭合时，通电10s电阻R2产生的热量。

【专题】计算题；欧姆定律；电与热、生活用电；应用能力．【分析】（1）当开关S1闭合、S2断开时，电路为R1的简单电路，电流表测电路中的电流，根据欧姆定律求出R1的阻值；（2）当开关S1、S2均闭合时，R1和R2并联，根据串联电路的电阻特点和欧姆定律求出电路中的电流，再根据Q＝I2Rt求出产生的热量。