專題03電能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化模型

1.某款電熱飲水機(jī)具有加熱和保溫兩擋，額定電壓為220V,熱水箱容量為1kg。如

圖甲是其電路原理圖，So為溫控開關(guān)，Ri、七為電熱絲(阻值不變)。某次飲水機(jī)在額

定電壓下工作的電功率尸與時間f的關(guān)系圖象如圖乙所示，求：

(1)飲水機(jī)處于保溫?fù)鯐r，通過以的電流；

(2)飲水機(jī)處于加熱擋階段消耗的電能與&的阻值；

(3)若將水箱內(nèi)裝滿20℃的水，加熱5min溫度升高到86℃。求該電熱飲水機(jī)的加熱

效率。[c次=4.2xl03j/(kg「C)]

tPW

990------------;

110-------------j--------->

01------------ii---------?

〉utmin

乙

【答案】(1)0.5A；(2)2.97xlO5J,55C；(3)93.3%

【詳解】

W=P^Z=990WX5X60S=2.97X105J

因并聯(lián)電路各支路可獨(dú)立工作、互不影響，加熱時電阻絲尺2的電功率

力赭

P2=P/sPkPP未曲990W110W=880W

(3)水箱內(nèi)裝滿20℃的水，加熱5min溫度升高到86℃,水吸收的熱量

Q耐c^mA/=4.2xl03J/(kg-℃)xlkgx(86℃20℃)=2.772xl05J

飲水機(jī)加熱效率

答：(1)飲水機(jī)處于保溫?fù)鯐r，通過&的電流為0.5A；

(2)飲水機(jī)處于加熱擋階段消耗的電能為2.97X105J,&的阻值為55。；

(3)電熱飲水機(jī)的加熱效率為93.3%。

2.我國三峽水電站有“照亮半個中國”的美譽(yù)，2020年累計發(fā)電量超過1千億度，如果

就按1千億度(kW-h)計算，相當(dāng)于一座年消耗6xl0i0kg標(biāo)準(zhǔn)煤的火力發(fā)電站所發(fā)的電

量。

(1)假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為3xl07j/kg,完全燃燒6xl0i0kg標(biāo)準(zhǔn)煤能放出多少熱量？

(2)以三峽水力發(fā)電代替同等的火力發(fā)電，每年會少排7.5X10"1n3的二氧化碳?xì)怏w,

這些氣體的質(zhì)量是多少kg?(通常情況下CO2氣體的密度為2kg/m3)

(3)請你根據(jù)本題中的數(shù)據(jù)，計算火力發(fā)電的效率(用符號E表示電能)？

【答案】(1)1.8xlO18J；(2)1.5xlOnkg；(3)20%

【詳解】

解：(1)根=6xl0i0kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒放出的熱量為

(3)已知他=6xl0i<)kg標(biāo)準(zhǔn)煤的火力發(fā)電站所發(fā)的電量為1千億度，即

則火力發(fā)電的效率為

答：⑴完全燃燒6xl0i%g標(biāo)準(zhǔn)煤能放出1.8X1018J熱量；

(2)這些氣體的質(zhì)量是1.5x10%；

(3)火力發(fā)電的效率為20%。

3.圖甲是某款具有高溫、低溫兩擋的電熱飯盒，圖乙為其內(nèi)部簡化電路的一部分，

Ri、尺均是加熱電阻，且R2=3R?。請你解答：

(1)在圖乙合適的虛線框內(nèi)分別填入加熱電阻R/、R2和導(dǎo)線的元件符號，使開關(guān)S

接2時電路的電功率為接1時的4倍；

(2)若電路中只使用該電熱飯盒，加熱1kg面條使其溫度升高40(。如圖丙所示，

電能表的脈沖指示燈閃爍了125次，則這個電熱飯盒加熱的效率是多少？[。穌=

2.5xl03J/(kg-℃)]

【詳解】

R總=

開關(guān)接2時電路中總電阻為R/,則開關(guān)置于1時電路的電功率為

開關(guān)接2時電路總功率為

即開關(guān)S接2時電路的電功率為接1時的4倍，如圖所示：

(2)面條的質(zhì)量〃z=lkg,溫度的變化量為△/=40℃,則面條吸收的熱量為

Q=cm\t=2.5x103J/(kg.℃)xlkgx40℃=lxlO5J

脈沖指示燈閃爍了125次，則電熱飯盒消耗的電能

電熱飯盒的加熱效率

答：(1)見解析；

(2)這個電熱飯盒加熱的效率是80%。

(1)1000s內(nèi)玻璃吸收的熱量;

(2)給玻璃加熱過程中，電能轉(zhuǎn)化為玻璃的內(nèi)能的效率；

(3)保溫?fù)醯墓β省?/p>

R,

【答案】(1)8.4xlO4J；(2)70%；(3)40W

【詳解】

解：(1)1000s內(nèi)玻璃吸收的熱量

給玻璃加熱過程中電能轉(zhuǎn)化為玻璃的內(nèi)能的效率為

根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律，保溫?fù)醯墓β蕿?/p>

答：(1)1000s內(nèi)玻璃吸收的熱量為8.4x10%

(2)給玻璃加熱過程中，電能轉(zhuǎn)化為玻璃的內(nèi)能的效率為70%；

(3)保溫?fù)醯墓β蕿?0W。

5.如圖所示為一款電加熱鼠標(biāo)墊，其質(zhì)量為200g,可以在冬季暖手，也可以伏在桌

面暖暖的睡午覺。該鼠標(biāo)墊標(biāo)有“220V50W”，正常工作200秒，可以使鼠標(biāo)墊的溫度

由20℃升高至IJ4O℃。［c的談=2xl03j/(kg.℃)］求：

(1)鼠標(biāo)墊的溫度由20℃升高到40℃吸收的熱量；

(2)電加熱鼠標(biāo)墊加熱過程中，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率；

(3)若要使電熱鼠標(biāo)墊正常工作時的總功率降為20W,則需要在鼠標(biāo)墊內(nèi)再串聯(lián)一

個多大的加熱電阻。

【答案】(1)8000J；(2)80%；(3)1452c

【詳解】

解：(1)鼠標(biāo)墊的溫度由20℃升高到40℃吸收的熱量為

3

Q.近c(diǎn)鼠標(biāo)裝m(r2-ti)=2xl0J/(kg?℃)x200xlQ3kgx(40℃20℃)=8000J

(2)電加熱鼠標(biāo)墊加熱過程中消耗的電能為

W=Pr=50Wx200s=10000J

熱效率為

所以串聯(lián)電阻的阻值為

R靶R力R力#2420。-968Q=1452Q

答：(1)鼠標(biāo)墊的溫度由20℃升高到40℃吸收的熱量為8000J；

(2)電加熱鼠標(biāo)墊加熱過程中，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率為80%；

(3)若要使電熱鼠標(biāo)墊正常工作時的總功率降為20W,則需要在鼠標(biāo)墊內(nèi)再串聯(lián)一

個1452Q的加熱電阻。

6.如圖電磁爐是種新型炊具，它具有加熱快，效率高，節(jié)能環(huán)保，使用方便等特點(diǎn),

其熱效率極高且加熱均勻，烹調(diào)迅速，節(jié)能省電。小華在一次課外活動中，對家用電

磁爐進(jìn)行了相關(guān)的觀察和研究，并記錄了有關(guān)數(shù)據(jù)，如下表：請你就他在活動中獲得

的有關(guān)資料，求解或提出有關(guān)問題：

觀察對象有關(guān)記錄和相關(guān)活動

觀察電磁爐銘牌。折220V；P行1000W

觀察電能表的銘牌220V10(40)A2000r/(kW?h)

用電磁爐加熱一壺水(水

關(guān)閉家里其他用電器，只將電磁爐接入電路燒水觀察電能表

的質(zhì)量m=2kg,初溫

表盤在5min內(nèi)轉(zhuǎn)了135r,此時用溫度計測得的水溫為50℃

t=30℃)

[已知水的比熱容為4.2X103J/(kg?℃)]

(1)加熱5min,水所吸收的熱量？

(2)電磁爐工作5min消耗的電能？電能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能的效率？

(3)電磁爐的實際功率和實際電壓(假設(shè)電阻絲的電阻不變)？

【答案】(1)1.68xl05J；(2)2.43xl05J,69.1%；(3)810W,198V

【詳解】

解：(1)根據(jù)

可得，水所吸收的熱量為

(2)電磁爐工作5min消耗的電能

電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率為

(3)電磁爐的實際功率

由

得，電爐絲的電阻為

則電磁爐的實際電壓為

答：⑴加熱5min,水所吸收的熱量為L68xlO5j；

(2)電磁爐工作5min消耗的電能為2.43X105J；電能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能的效率為69.1%；

(3)電磁爐的實際功率為810W,當(dāng)時實際電壓為198V。

7.下圖為某品牌電熱水壺，電熱水壺銘牌如表，現(xiàn)將一滿壺初溫為20℃的水燒開，

求：

(1)水需要吸收多少熱量？

(2)燒開這壺水時，記錄標(biāo)有3000r/kW-h的電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動了600轉(zhuǎn)，電熱水壺?zé)?/p>

水的熱效率？

XX牌電熱壺

額定電壓220V

額定功率1210W

頻率50Hz

熱水壺容量2.0L

【答案】(1)6.72xlO5J；(2)93.3%

【詳解】

解：(1)熱水壺容積

熱水壺內(nèi)裝滿水時水的質(zhì)量

水吸收的熱量

(2)電熱水壺消耗的電能為

電熱水壺的效率為

(2)電熱水壺的熱效率為93.3%。

8.王凱同學(xué)學(xué)習(xí)了電功率相關(guān)知識后，想通過所學(xué)知識測量家中電熱水壺的能效情

況。他暫時停用家中其他用電器，僅使用電熱水壺給水加熱至沸騰，加熱前、后他分

別記錄了家用電能表對應(yīng)的示數(shù)情況如圖。實驗中，壺中裝有質(zhì)量為1kg,初溫為

20℃的水。求：[c次=4.2x103J/(kg.℃)]

(1)水吸收的熱量；

(2)電熱水壺的效率。

【答案】(1)3.36X105J；(2)93.3%

【詳解】

解：(1)水吸收的熱量

。對cm(ffo)=4.2x103j/(kg.℃)xlkgx(100℃20℃)=3.36xl05J

(2)電熱水壺消耗的電能為

W=W2M=1019.6kW-hl019.5kW-h=0.1kW-h=3.6xl05j

電熱水壺的效率為

答；⑴水吸收的熱量為3.36X105J；

(2)電熱水壺的熱效率為93.3%。

9.冬天，一杯熱茶放著很快就會變涼，喝了會很不舒服，某廠家為此專門設(shè)計了一款

如圖甲所示是保溫茶座，此保溫茶座設(shè)定恒溫為60℃的最佳溫度，它是專為茶水、咖

啡、牛奶等需要熱飲特點(diǎn)的飲品而研制的配套用具，是簡易杯、牛奶杯、咖啡杯等杯

具的最佳保溫配套產(chǎn)品。使用時，將杯子底放于保溫茶座中間，按下保溫茶座側(cè)面的

電源開關(guān)，電源指示燈亮，保溫茶座進(jìn)入工作狀態(tài)。圖乙是此保溫茶座的內(nèi)部電路

圖，下表是此保溫茶座的技術(shù)參數(shù)。

型號

額定電壓220V

發(fā)熱板額定功率20W

(1)發(fā)熱板凡正常工作時的電阻是多少？

(2)若指示L規(guī)格為“5V,0.02W"，則指示電路的功率為多大？

(3)根據(jù)測算，茶具在工作時平均每分鐘散失的熱量相當(dāng)于50g的水降低2℃所放出

的熱量，則每分鐘茶具損失多少熱量？正常工作時該茶具的熱效率是多少？(指示電

路消耗的電能忽略不計)

【詳解】

解：(1)發(fā)熱板&的電阻

并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，指示電路的功率

(3)茶具每分鐘散失的電能

Q^cmAt=4.2x103J/(kg-℃)x50x103kgx2℃=420J

每分鐘消耗的電能

正常工作時該茶具的熱效率

10.圖甲為小陽家的電熱水瓶，圖乙是其電路原理圖，R/和R2為阻值不變的電熱絲，

R/=44。，7?2=1166Q,SI為溫控開關(guān)，可以實現(xiàn)“加熱”和“保溫”態(tài)的轉(zhuǎn)換。為了測量電

熱水瓶的實際電功率，小陽找來了一塊標(biāo)有“2000revs/(kW.h)”字樣的電能表，在電

熱水瓶中加入1L溫度為2(TC的水后，把它單獨(dú)通過電能表接入家庭電路中，將水加

熱到56。。用了3.5min。小陽根據(jù)電能表的參數(shù)和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)，計算出電熱水瓶的實際

電功率為900W(水的比熱容c獷4.2X103J/(kg.℃))o求：

(1)水吸收的熱量是多少？

(2)電熱水瓶正常工作時保溫功率是多少？

(3)在給水加熱的過程中，電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了多少轉(zhuǎn)？

(4)電熱水瓶的加熱效率是多少？

甲乙

【答案】(1)1.512xlO5J；(2)40W；(3)105轉(zhuǎn)；(4)80%

【詳解】

解：(1)根據(jù)密度公式可得水的質(zhì)量為

故水吸收的熱量為

(2)開關(guān)S閉合，Si接b時，電路中以、及串聯(lián)，此時電路中電阻最大，電路消耗

的功率最小，此時電熱水瓶處于保溫狀態(tài)。此時電路總電阻為

故電熱水瓶正常工作時保溫功率是

(3)已知熱水瓶實際功率為「后900\￥,則加熱過程中實際消耗電能為

電能表轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為

(4)根據(jù)電熱水瓶消耗的功率印和水吸的熱量?？芍姛崴康募訜嵝蕿?/p>

答：⑴水吸收的熱量為L512X105J；

(2)電熱水瓶正常工作時保溫功率為40W；

(3)在給水加熱的過程中，電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了105轉(zhuǎn)；

(4)電熱水瓶的加熱效率是80%。

XX牌電藥壺

額定電壓220V

額定功率猛火擋XXXW

文火擋200W

(1)判斷A燈是紅燈還是綠燈；

(2)求電中藥壺文火擋正常工作lOmin電流做的功；

(3)猛火檔的額定功率；

(4)當(dāng)把家中的其他用電器都與電源斷開，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下用猛火擋將1kg的10℃

藥液加熱至沸騰(藥液的沸點(diǎn)與水相同)，標(biāo)有“1200r/kW?h”字樣的電能表轉(zhuǎn)過150

轉(zhuǎn)。求此電中藥壺的加熱效率?！舅幰旱谋葻崛轂?.0X103J/(kg.℃)]

【詳解】

(2)電中藥壺在文火檔正常工作lOmin電流做的功:

卬=尸雙t=200Wx10x60s=1.2xlO5J

(3)檔位開關(guān)卜接2時，不計B燈的電阻，Q與七串聯(lián)，此時電路中的總電阻：

因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以，4的阻值：

Ri=R庭&=2420217.80=24.2。

檔位開關(guān)S，接1時，不計A燈的電阻電路為E的簡單電路，處于猛火檔，此時電功

率：

(4)在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下藥液的沸點(diǎn)為100℃,藥液吸收的熱量為

35

Q^cm(f2/7)=4xl0J/(kg.℃)xlkgx(100℃10℃)=3.6xl0J

1200r/kW-h,是指每消耗lkW?h的電能，電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了1200次，表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了150

次，電藥壺消耗的電能

電中藥壺的加熱效率

答：(1)A燈是紅燈;

(2)電中藥壺文火擋正常工作lOmin電流做的功為L2X105J；

(3)猛火檔的額定功率為2000W；

(4)此電中藥壺的加熱效率為80%。

12.如圖所示是某電蒸鍋及其內(nèi)部簡化電路圖，它有加熱和保溫兩個擋位。R/、&均

為發(fā)熱電阻，R/的阻值為484。，加熱擋功率為1200W,已知c獷4.2xl03j/(kg，C)。

求：

(1)電蒸鍋正常工作時保溫?fù)醯墓β剩?/p>

(2)電蒸鍋正常工作時電阻&的阻值；

(3)某次電蒸鍋對水加熱時，加熱效率為84%,要使1.2kg的水溫度升高75。(2需要

消耗多少電能？

(4)在物理綜合實踐活動中，小明和小麗同學(xué)利用所學(xué)習(xí)的物理知識，合作測量電蒸

鍋的實際加熱功率。電能表上標(biāo)有“1200r/(kW-h)”字樣，他們把家中的其他用電器都與

電源斷開，僅讓電蒸鍋接入電路中燒水，2min電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了40r,則電蒸鍋的實

際加熱功率是多大?

【答案】(1)100W；(2)44C；(3)4.5X1O5J；(4)IkW

【詳解】

(2)當(dāng)Si、S2均閉合時，Ri、&并聯(lián)，電蒸鍋處于加熱擋，則電阻&的電功率

P2=P?P1200W100W=1100W

電阻&的阻值

(3)要使L2kg的水溫度升高75。。水需要吸收的熱量

Q廝c次mAU4.2義103J/(kg-℃)x1.2kgx75℃=3.78x105J

(4)電蒸鍋2min消耗的電能

電蒸鍋的實際功率

答:(1)電蒸鍋正常工作時保溫?fù)醯墓β蕿?00W；

(2)電蒸鍋正常工作時電阻&的阻值為44Q；

(3)某次電蒸鍋對水加熱時，加熱效率為84%,要使1.2kg的水溫度升高75。。需要

消耗的電能為4.5X105J；

(4)電蒸鍋的實際加熱功率是lkW?

13.小明同學(xué)家里新買了一臺電熱飲水機(jī)，該電熱飲水機(jī)有加熱和保溫兩種功能，銘

牌的部分參數(shù)如下表所示。經(jīng)分析得知，當(dāng)開關(guān)S閉合時，飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)；S

斷開時，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)，其工作電路圖如圖所示。為了測定其加熱時的實際功

率，小明斷開家中其它所有的用電器，只將飲水機(jī)接入電路中，閉合開關(guān)S,測得熱

水箱中初溫為20℃的水燒開，共用了7.5min(在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)，同時觀察到家中標(biāo)

有“1200r/kW-h”電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過120轉(zhuǎn)。根據(jù)以上信息。求：

(1)熱水箱中的水從20℃燒開所吸收的熱量；[已知c=4.2xl03j/(kg-℃)]

(2)飲水機(jī)加熱時的實際電功率；

(3)飲水機(jī)加熱過程中的熱效率。

水箱容量1L

額定電壓220V

加熱時額定功率880W

【答案】(1)3.36xlO5J；(2)800W；(3)93.3%

【詳解】

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)是100℃,燒開所吸收的熱量

(2)每消耗lkW?h的電能，電能表的轉(zhuǎn)盤就轉(zhuǎn)過1200r,電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過120r消

耗的電能為

飲水機(jī)的實際功率為

(3)飲水機(jī)的熱效率為

答：(1)熱水箱中的水從20℃燒開所吸收的熱量為3.36X105J；

(2)飲水機(jī)加熱時的實際電功率為800W；

(3)飲水機(jī)加熱過程中的熱效率約為93.3%。

14.養(yǎng)生壺是一種用于養(yǎng)生保健的烹飲容器，采用新型電加熱材料，通電后產(chǎn)生熱量

把壺內(nèi)水加熱。如圖是某款養(yǎng)生壺及其銘牌。養(yǎng)生壺正常工作4min,可將一壺1kg、

初溫為20℃的水加熱至70℃,求：

(1)養(yǎng)生壺正常工作2min所消耗的電能；

(2)水從20℃加熱至70℃吸收的熱量；

(3)養(yǎng)生壺的加熱效率［c獷4.2xl03j/(kg?℃)］。

型號：CHM16

額定電壓：220V

頻率：50Hz

額定功率：1000W

容量：1.2L

【答案】(1)1.2X105J；(2)2.1xlO5J；(3)87.5%

【詳解】

W=Pggt=1000Wx2x60s=1.2xlO5J

(2)水吸收的熱量

。折c次皿"o)=4.2xlO3j/(kg「C)xlkgx(7O℃2O℃)=2.1xlO5j

W'=PM'=1000WX4X60S=2.4X105J

養(yǎng)生壺的加熱效率為

答：(1)養(yǎng)生壺正常工作2min所消耗的電能為1.2xl05j；

(2)水從20℃加熱至70℃吸收的熱量為2.1xlO5J；

(3)養(yǎng)生壺的加熱效率為87.5%。

15.如圖甲是某班的電熱飲水機(jī)，其簡化電路圖如圖乙所示。它有加熱和保溫兩種工

作狀態(tài)，當(dāng)S2斷開時，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)。R/和R2均為用來加熱且阻值不變的電

熱絲，飲水機(jī)部分參數(shù)如下表所示。

額定電壓220V

加熱功率2200W

額定功率

保溫功率440W

容量2.5L

(2)在(1)問加熱情況下，飲水機(jī)正常工作了4