初中物理热量的计算解答题

在这次新冠肺炎抗疫战中，中医药为诊疗发挥了积极作用，成为抗疫“中国方法”的重要组成部分。小明对家里的电中药壶进行观察，并用水替代中药进行了相关研究。收集和记录数据如下表。请你结合他的调查研究，完成下列问题。

观察对象	观察记录	研究记录
电中药壶	成分：紫砂 电源： $220V/50\mathit{Hz}$ 容积： $2L$ 挡位：高温 $\left(1100W\right)$ 低温	①水的质量 $m=2\mathit{kg}$，水的初温 $t={20}^{°}\text{C}$ ②用高温挡加热 $5\mathit{min}$，水的末温 $t={50}^{°}\text{C}$ ③壶内加热体由两个相同的发热电阻组成 ④ $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$

（1）请在虚线框内画出电中药壶内部的电路图；

（2）求电中药壶内部一个发热电阻的阻值；

（3）求高温加热时，电中药壶的加热效率。

图为某电热器的电路原理图，通过将开关 $S$置于不同的位置，可以实现“加热”和“保温”两种状态的变换，对应的额定功率分别为 $800W$和 $40W$。

（1）将开关 $S$接“1”时，电热器处于　　（选填“加热”或“保温” $)$状态。

（2）电热器在加热状态下正常工作，将 $0.5\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$，需

要多长时间？ $($【水的比热容为 4 . 2 × 10 3 J / ( kg · ° C ) ，假设电能全部转化为水的内能】

某电热水器的铭牌如下表所示，现将水箱装满水，电热水器正常工作时，把水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${60}^{°}\text{C}$．已知 $C_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，不计热量损失，求：

（1）水吸收的热量；

（2）加热所需要的时间。

型号	$\times \times \times$
额定电压	$220V$
加热功率	$2000W$
频率	$50\mathit{Hz}$
水箱容量	$50\mathit{kg}$

有一额定功率为 $2000W$的电热水器，内装 $20\mathit{kg}$的水，通电后持续正常加热 $25\mathit{min}$，水的温度从 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${50}^{°}\text{C}$。已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）水吸收的热量；

（2）电热水器的热效率。

如图1为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为 $220V$，水箱装水最多 $0.3\mathit{kg}$，加热功率有大小两个挡位，设计师最初设计的内部电路有如图2甲、乙两种接法，其中电热丝 $R_1=56\Omega$， $R_2=44\Omega$。

（1）高温水蒸气熨烫衣服时，水蒸气遇到衣服迅速　　成小水珠，放出热量，将衣服熨平（填物态变化名称）；

（2）如果选择甲电路，电路中最大电流为　　 $A$，如果选择乙电路，电路中最大电流为　　 $A$，由于两个电路中所选熔断器里的熔丝允许通过的最大电流为 $8.2A$，故设计师最终选择了甲电路；（计算结果保留一位小数）

（3）请分别计算这款挂烫机两个挡位的额定功率；

（4）若将水箱中 $0.22\mathit{kg}$的水从 ${25}^{°}\text{C}$加热到 ${100}^{°}\text{C}$，挂烫机至少需要加热多长时间？ $[$水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$。

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 ${22}^{°}\text{C}$的水，当水温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 $16\mathit{min}$，该足浴器的热电效率。

某电热加湿器具有防干烧功能，可在水量不足时自动停止工作，其工作原理如图所示；水箱中的加热器具有高、低两挡功率调节功能，其内部电路（未画出）由开关 $S$和阻值分别为 $121\Omega$和 $48.4\Omega$的电阻丝 $R_1$、 $R_2$组成。轻弹簧的下端固定在水箱底部，上端与一立方体浮块相连，浮块内有水平放置的磁铁。该加湿器为防干烧已设定：仅当浮块处于图中虚线位置时，固定在水箱侧壁处的磁控开关方能闭合而接通电路。

（1）当处于高功率挡时，加热器工作 $2.5\mathit{min}$所产生的热量全部被 $1\mathit{kg}$的水吸收后，水温升高了 ${50}^{°}\text{C}$．已知加热器处于低功率挡时的功率为 $400W$，电压 $U=220V$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$。

①求加热器处于高功率挡时的功率；

②请画出加热器内部电路。

（2）当向水箱内缓慢加水使浮块上升至图中虚线位置时，浮块下表面积距水箱底部的高度为 $20\mathit{cm}$，弹簧对浮块的弹力大小为 $6N$，浮块（含磁铁）的质量为 $0.4\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

①求浮块上升至虚线位置时排开水的体积；

②该加湿器所设定的防干烧最低水面距水箱底部的高度为　　 $\mathit{cm}$，理由是　　。

如图甲所示是“探究冰熔化时温度随加热时间变化”的图象。 $(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，相同时间吸收的热量相同）

分析图象可知：

（1）冰的熔点是　　 ${}^{°}\text{C}$，冰在熔化过程中的特点是：吸收热量，温度　　。

（2）该物质在第 $6\mathit{min}$时的内能　　（大于 $/$等于 $/$小于）第 $8\mathit{min}$的内能。

（3）熔化后水和烧杯的总质量如图乙所示，其中空烧杯的质量是 $22.4g$，则水的质量是　　 $g$，冰熔化过程中吸收的热量为　　 $J$。

阅读短文，回答文后的问题。

热阻

当物体或物体的不同部分之间存在温度差时，就会发生热传递。传导是热传递的一种方式，物体对热量的传导有阻碍作用，称为热阻，用 $R$表示。物体的热阻与物体在热传导方向上的长度 $l$成正比、与横截面积 $S$成反比，还与物体的材料有关，关系式为 $R=\frac{l}{\mathit{\lambda S}}$，式中 $\lambda$称为材料的导热系数，不同材料的导热系数一般不同。房屋的墙壁为了保温，往往使用导热系数较小的材料。如果墙壁一侧是高温环境，温度始终为 $t_1$；另一侧是低温环境，温度始终为 $t_2$，墙壁中形成稳定的热量流动，则单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量 $Q$与墙壁两侧的温度差成正比，与墙壁的热阻成反比。

（1）热量传导过程和电流相似，温度差相当于电路中　　

$A$．电流

$B$．电压

$C$．电阻

$D$．电功率

（2）铜汤勺放在热汤中，把手很快就会烫手，而塑料把手的汤勺不会烫手。由此可知铜和塑料的导热系数大小： ${\lambda }_{铜}$　　 ${\lambda }_{\mathit{塑料}}$（填“ $>$”“ $<$”或“ $=$” $)$。

（3）如图甲所示，热量在墙壁中传导，虚线标出的墙壁正中间处的温度为　　。

（4）如图乙所示，热量在墙壁中传导，在传导方向上的长度为 $L_1$，横截面积为 $S$，导热系数为 ${\lambda }_1$；在墙壁一侧紧贴一层保温层，保温层与墙壁面积相同，在热传导方向上的长度为 $L_2$，导热系数为 ${\lambda }_2$，则单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量 $Q=$　　。

某电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，该火锅产品铭牌和电路图如图所示：

额定电压	$220V$
额定功率	高温挡	中温挡	低温挡
	$880W$	$440W$	$220W$

（1）当开关 $S_1$断开， $S_2$接 $a$时，该电火锅选用　　档工作（选填“高温”、“中温“或“低温” $)$。

（2）当电火锅使用中温挡正常工作时，电路中电流是多大？接入电路的电热丝的阻值是多少？

（3）用电火锅高温挡在额定电压下烧水7分钟，电流做了多少功？若电热丝产生的热量全部被水吸收，在1个标准大气压下，能使 $1\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水升高多少 ${}^{\circ }\text{C}}\left(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right)$？

如图是一款家庭常用的电热水壶，经测量该电热水壶的质量为 $0.6\mathit{kg}$，它与桌面的接触面积为 $0.02m^2$．该电热水壶的额定电压为 $220V$，额定功率为 $1000W$． $[g$取 $10N/\mathit{kg}$，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$

（1）求电热水壶的额定电流（保留一位小数）；

（2）求电热水壶静止放在水平桌面上对桌面的压强；

（3）用此电热水壶将 $1\mathit{kg}$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$，沸腾水至少吸收多少热量？

（4）电热水壶正常工作时，若不考虑热量损失，将壶中质量为 $1\mathit{kg}$、初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$需要多长时间。

小明家用铁皮桶制作简易太阳能热水器，替代燃烧木柴的加热方式，小明观测到某日铁皮桶装满水后，经过一天的太阳光照，水温从 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${60}^{°}\text{C}$．已知铁皮桶的容积为 $50L$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， ${\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．问：

（1）当日桶内的水吸收的热量有多大？

（2）设用燃烧木柴加热，木柴完全燃烧释放热量的 $28\%$被桶内水吸收，则当日使用该太阳能热水器可节约多少木柴？ $\left(q_{\mathit{木柴}}=1.2\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

阅读短文，回答文后的问题。

制动液

汽车制动液俗称刹车油，汽车刹车时，驾驶员踩踏板通过刹车管内的制动液把压力传递到刹车块，刹车块和车轮上的鼓轮摩擦，静止车轮转动，制动时，因摩擦产生的热量会使制动液温度升高，如果温度过高，达到沸点，制动液就会产生大量气体，造成制动失灵。制动液的沸点在遇潮吸水后会下降，因此国家规定制动液沸点不得低于 ${140}^{°}\text{C}$．要测量制动液的沸点，可以取适量制动液和一个质量为 $m_1$的铜块放入加热容器，加热至沸腾后，把铜块取出立即放入一个装有水的保温杯中，保温杯中水的质量为 $m_2$、温度为 $t_1$，等铜块和水的温度相同后，再测出水温 $t_2$，若从取出铜块到测出水温过程散失的热量为 $Q$，铜的比热容为 $c_1$，水的比热容为 $c_2$，就可以计算得到制动液的沸点，下表为某种制动液的含水量和对应的沸点。

含水量 $/\%$	0	1	2	3	4	5	6
沸点 ${/}^{°}\text{C}$	210	180	158	142	132	124	120

（1）刹车时制动液温度会升高，这是通过　　方式增加了制动液的内能。

（2）制动液沸点的表达式为 $t=$　　。

（3）利用表格中给出的数据，在坐标图中作出沸点与含水量的关系图象。

（4）当含水量达到　　时，这种制动液就必须更换。

在冬天学校为了让师生能喝上热水，买了多台电热水壶，其铭牌上标有“ $220V10A$”字样，求：

（1）一台电热水壶正常工作 $210s$消耗的电能。

（2）若电热水壶放出的热量全部被水吸收，那么一台电热水壶 $210s$内可将质量为多少 $\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${75}^{°}\text{C}$． $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$。

已知天然气的热值为 $4.2\times {10}^{7}J/m^3$，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。

（1）完全燃烧0.04 $m^3$天然气可放出热量为　　 $J$。

（2）某天然气灶烧水的效率为 $50\%$，完全燃烧0.04 $m^3$天然气可使常温下 $5\mathit{kg}$的水温度升高　　 ${}^{°}\text{C}$。