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9.(2025·扬州)某电热水壶内部电路简化后如图。当开关$S_1$、$S_2$都闭合，电热水壶处于加热状态；水烧开后温控开关$S_2$自动断开，电热水壶处于保温状态。已知电阻$R_1$为22 Ω，保温时通过$R_1$的电流为0.2 A，$c_{水}=4.2×10^3 J/(kg·℃)$。求：
(1)将质量为1 kg、初温为20 ℃的水加热至70 ℃，水吸收的热量$Q$。
(2)电热水壶处于加热状态时的电功率$P$。
(3)电热水壶处于保温状态时，1 min消耗的电能$W$。
(1)将质量为1 kg、初温为20 ℃的水加热至70 ℃，水吸收的热量$Q$。
(2)电热水壶处于加热状态时的电功率$P$。
(3)电热水壶处于保温状态时，1 min消耗的电能$W$。
答案
(1)水吸收的热量为:$Q=c_\mathrm{水}\,m\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·° C)}×1\ \mathrm{kg}×(70\ °\mathrm{C}-20\ °\mathrm{C})=2.1×10^5\ \mathrm{J}$
(2)加热时,$\mathrm{S}_1$、$\mathrm{S}_2$都闭合,$R_2$被短路,此时电路中只有$R_1$工作,则电热水壶处于加热状态时的电功率:$P=\dfrac{U^2}{R_1}=\dfrac{(220\ \mathrm{V})^2}{22\ \Omega}=2\ 200\ \mathrm{W}$
(3)保温时两电阻串联,通过$R_1$的电流为$0.2\ \mathrm{A}$,则电路中的电流也为$0.2\ \mathrm{A}$,保温时间:$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$
则消耗的电能:$W=UIt=220\ \mathrm{V}×0.2\ \mathrm{A}×60\ \mathrm{s}=2\ 640\ \mathrm{J}$
(2)加热时,$\mathrm{S}_1$、$\mathrm{S}_2$都闭合,$R_2$被短路,此时电路中只有$R_1$工作,则电热水壶处于加热状态时的电功率:$P=\dfrac{U^2}{R_1}=\dfrac{(220\ \mathrm{V})^2}{22\ \Omega}=2\ 200\ \mathrm{W}$
(3)保温时两电阻串联,通过$R_1$的电流为$0.2\ \mathrm{A}$,则电路中的电流也为$0.2\ \mathrm{A}$,保温时间:$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$
则消耗的电能:$W=UIt=220\ \mathrm{V}×0.2\ \mathrm{A}×60\ \mathrm{s}=2\ 640\ \mathrm{J}$
解析
【分析】
本题分为三个小问，解题思路如下：
1. 第(1)问是计算水吸收的热量，直接利用吸热公式$Q=c_{水}m\Delta t$，确定水的质量、初温与末温的温度差，代入公式计算即可。
2. 第(2)问需先分析加热状态的电路：当$S_1$、$S_2$都闭合时，$R_2$被短路，电路中只有$R_1$工作，已知电源电压和$R_1$的阻值，利用电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$计算加热功率。
3. 第(3)问先分析保温状态的电路：$S_2$断开时，$R_1$与$R_2$串联，串联电路电流处处相等，电路电流等于通过$R_1$的电流，再利用电能公式$W=UIt$计算1分钟消耗的电能。
【解析】
(1) 水升高的温度$\Delta t = 70° C - 20° C = 50° C$，根据吸热公式：
$Q = c_{水}m\Delta t = 4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·° C)}×1\ \mathrm{kg}×50° C = 2.1×10^5\ \mathrm{J}$。
(2) 加热状态时，$S_1$、$S_2$都闭合，$R_2$被短路，电路只有$R_1$工作，电源电压$U=220\ \mathrm{V}$，则加热功率：
$P = \frac{U^2}{R_1} = \frac{(220\ \mathrm{V})^2}{22\ \Omega} = 2200\ \mathrm{W}$。
(3) 保温状态时，$S_2$断开，$R_1$与$R_2$串联，电路电流$I=0.2\ \mathrm{A}$，时间$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$，消耗的电能：
$W = UIt = 220\ \mathrm{V}×0.2\ \mathrm{A}×60\ \mathrm{s} = 2640\ \mathrm{J}$。
【答案】
(1) $2.1×10^5\ \mathrm{J}$；(2) $2200\ \mathrm{W}$；(3) $2640\ \mathrm{J}$
【知识点】
热量计算、电功率计算、电能计算
【点评】
本题结合电路状态分析，综合考查热学吸热公式和电学电功率、电能公式的应用，属于基础应用题，需准确判断不同开关状态下的电路结构，再代入对应公式计算。
【难度系数】
0.7
本题分为三个小问，解题思路如下：
1. 第(1)问是计算水吸收的热量，直接利用吸热公式$Q=c_{水}m\Delta t$，确定水的质量、初温与末温的温度差，代入公式计算即可。
2. 第(2)问需先分析加热状态的电路：当$S_1$、$S_2$都闭合时，$R_2$被短路，电路中只有$R_1$工作，已知电源电压和$R_1$的阻值，利用电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$计算加热功率。
3. 第(3)问先分析保温状态的电路：$S_2$断开时，$R_1$与$R_2$串联，串联电路电流处处相等，电路电流等于通过$R_1$的电流，再利用电能公式$W=UIt$计算1分钟消耗的电能。
【解析】
(1) 水升高的温度$\Delta t = 70° C - 20° C = 50° C$，根据吸热公式：
$Q = c_{水}m\Delta t = 4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·° C)}×1\ \mathrm{kg}×50° C = 2.1×10^5\ \mathrm{J}$。
(2) 加热状态时，$S_1$、$S_2$都闭合，$R_2$被短路，电路只有$R_1$工作，电源电压$U=220\ \mathrm{V}$，则加热功率：
$P = \frac{U^2}{R_1} = \frac{(220\ \mathrm{V})^2}{22\ \Omega} = 2200\ \mathrm{W}$。
(3) 保温状态时，$S_2$断开，$R_1$与$R_2$串联，电路电流$I=0.2\ \mathrm{A}$，时间$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$，消耗的电能：
$W = UIt = 220\ \mathrm{V}×0.2\ \mathrm{A}×60\ \mathrm{s} = 2640\ \mathrm{J}$。
【答案】
(1) $2.1×10^5\ \mathrm{J}$；(2) $2200\ \mathrm{W}$；(3) $2640\ \mathrm{J}$
【知识点】
热量计算、电功率计算、电能计算
【点评】
本题结合电路状态分析，综合考查热学吸热公式和电学电功率、电能公式的应用，属于基础应用题，需准确判断不同开关状态下的电路结构，再代入对应公式计算。
【难度系数】
0.7
10.(2024·河南)小华家新买了一台电暖器,部分参数如下表,通过调节旋钮,可实现高温挡、低温挡的切换。他结合所学知识进行了研究。
(1)如图,电暖器的插头是三脚插头,插头中较长的脚与电暖器的金属外壳相连。插入插座后,就将电暖器的金属外壳与家庭电路的
(2)小华家墙上的插座允许通过的最大电流为10 A,请通过计算说明此插座能否满足该电暖器正常使用。
(3)若该电暖器一天正常工作6 h,其中高温挡2 h,低温挡4 h,则它一天耗电多少千瓦时?
(4)小华与妈妈一起做饭时,准备同时使用电饭锅和电磁炉。小华说:“应先把电暖器关掉,否则容易使家庭电路的干路导线过热引发火灾。”请运用物理知识进行解释。
(1)如图,电暖器的插头是三脚插头,插头中较长的脚与电暖器的金属外壳相连。插入插座后,就将电暖器的金属外壳与家庭电路的
地
线相连,可防止漏电时对人造成伤害。电暖器工作时房间温度升高,这是通过热传递
的方式增大空气内能的。(2)小华家墙上的插座允许通过的最大电流为10 A,请通过计算说明此插座能否满足该电暖器正常使用。
(3)若该电暖器一天正常工作6 h,其中高温挡2 h,低温挡4 h,则它一天耗电多少千瓦时?
(4)小华与妈妈一起做饭时,准备同时使用电饭锅和电磁炉。小华说:“应先把电暖器关掉,否则容易使家庭电路的干路导线过热引发火灾。”请运用物理知识进行解释。
答案
(1)地 热传递
(2)该插座允许接入用电器的最大功率:
$P=UI=220\ \mathrm{V}×10\ \mathrm{A}=2\ 200\ \mathrm{W}$
电暖器的高温挡功率$2\ 000\ \mathrm{W}＜2\ 200\ \mathrm{W}$,因此该插座可以正常使用。
(3)高温挡正常工作$2\ \mathrm{h}$,消耗的电能为:$W_1=P_1t_1=2\ \mathrm{kW}×2\ \mathrm{h}=4\ \mathrm{kW· h}$
低温挡工作$4\ \mathrm{h}$,消耗的电能为:$W_2=P_2t_2=0.8\ \mathrm{kW}×4\ \mathrm{h}=3.2\ \mathrm{kW· h}$
一天工作$6\ \mathrm{h}$消耗的电能为:$W=W_1+W_2=4\ \mathrm{kW· h}+3.2\ \mathrm{kW· h}=7.2\ \mathrm{kW· h}$
(4)多个大功率用电器同时工作时,由$I=\dfrac{P}{U}$可知,干路中的电流会过大;由焦耳定律$Q=I^2Rt$可知,导线的电阻与通电时间一定时,干路上产生的电热会过多,容易引发火灾。
(2)该插座允许接入用电器的最大功率:
$P=UI=220\ \mathrm{V}×10\ \mathrm{A}=2\ 200\ \mathrm{W}$
电暖器的高温挡功率$2\ 000\ \mathrm{W}＜2\ 200\ \mathrm{W}$,因此该插座可以正常使用。
(3)高温挡正常工作$2\ \mathrm{h}$,消耗的电能为:$W_1=P_1t_1=2\ \mathrm{kW}×2\ \mathrm{h}=4\ \mathrm{kW· h}$
低温挡工作$4\ \mathrm{h}$,消耗的电能为:$W_2=P_2t_2=0.8\ \mathrm{kW}×4\ \mathrm{h}=3.2\ \mathrm{kW· h}$
一天工作$6\ \mathrm{h}$消耗的电能为:$W=W_1+W_2=4\ \mathrm{kW· h}+3.2\ \mathrm{kW· h}=7.2\ \mathrm{kW· h}$
(4)多个大功率用电器同时工作时,由$I=\dfrac{P}{U}$可知,干路中的电流会过大;由焦耳定律$Q=I^2Rt$可知,导线的电阻与通电时间一定时,干路上产生的电热会过多,容易引发火灾。
解析
【分析】
本题围绕电暖器的相关物理知识展开，需分步骤分析：(1)三脚插头的长脚连接用电器金属外壳，插入插座后与家庭电路地线相连，避免漏电触电；电暖器放热使空气升温，是通过热传递改变空气内能。(2)判断插座能否使用，需计算插座允许的最大功率，与电暖器最大功率比较，若电暖器最大功率不超过插座允许值则可使用。(3)计算一天耗电量，需分别算出高温挡和低温挡消耗的电能再求和，利用公式W=Pt，注意单位换算（功率用kW、时间用h，电能单位为kW·h）。(4)多个大功率用电器同时工作时，总功率过大，根据I=P/U，干路电流增大，再由焦耳定律Q=I²Rt，导线电阻和通电时间一定时，电流越大产热越多，易引发火灾。
【解析】
(1)三脚插头中较长的脚与电暖器金属外壳相连，插入插座后将金属外壳与家庭电路的地线相连，漏电时电流会导入大地，防止触电；电暖器工作时放出热量，空气吸收热量温度升高，是通过热传递的方式增大空气内能。
(2)插座允许接入用电器的最大功率：$P=UI=220\ \mathrm{V}×10\ \mathrm{A}=2200\ \mathrm{W}$，电暖器的高温挡功率为2000W，$2000\ \mathrm{W}＜2200\ \mathrm{W}$，因此该插座可以满足电暖器正常使用。
(3)高温挡工作2h消耗的电能：$W_1=P_1t_1=2\ \mathrm{kW}×2\ \mathrm{h}=4\ \mathrm{kW·h}$，低温挡工作4h消耗的电能：$W_2=P_2t_2=0.8\ \mathrm{kW}×4\ \mathrm{h}=3.2\ \mathrm{kW·h}$，一天消耗的总电能：$W=W_1+W_2=4\ \mathrm{kW·h}+3.2\ \mathrm{kW·h}=7.2\ \mathrm{kW·h}$。
(4)多个大功率用电器同时工作时，家庭电路总功率过大，根据公式$I=\dfrac{P}{U}$（家庭电路电压U=220V一定），干路中的电流会过大；再根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，干路导线的电阻R与通电时间t一定时，电流越大，干路上产生的电热越多，容易使干路导线过热引发火灾。
【答案】
(1)地；热传递
(2)该插座允许接入用电器的最大功率为2200W，电暖器的高温挡功率为2000W，小于插座允许的最大功率，因此该插座能满足电暖器正常使用。
(3)它一天耗电7.2千瓦时。
(4)多个大功率用电器同时工作时，总功率过大，由$I=\dfrac{P}{U}$可知干路电流过大；由焦耳定律$Q=I^2Rt$可知，导线电阻和通电时间一定时，电流越大，干路产生的电热越多，容易引发火灾。
【知识点】
家庭电路安全用电、电能与电功率、焦耳定律
【点评】
本题以生活中的电暖器为载体，综合考查家庭电路安全、内能改变、电能计算及焦耳定律的应用，紧密结合生活实际，注重物理知识的实际运用，题目难度适中，适合学生巩固相关基础知识点。
【难度系数】
0.8
本题围绕电暖器的相关物理知识展开，需分步骤分析：(1)三脚插头的长脚连接用电器金属外壳，插入插座后与家庭电路地线相连，避免漏电触电；电暖器放热使空气升温，是通过热传递改变空气内能。(2)判断插座能否使用，需计算插座允许的最大功率，与电暖器最大功率比较，若电暖器最大功率不超过插座允许值则可使用。(3)计算一天耗电量，需分别算出高温挡和低温挡消耗的电能再求和，利用公式W=Pt，注意单位换算（功率用kW、时间用h，电能单位为kW·h）。(4)多个大功率用电器同时工作时，总功率过大，根据I=P/U，干路电流增大，再由焦耳定律Q=I²Rt，导线电阻和通电时间一定时，电流越大产热越多，易引发火灾。
【解析】
(1)三脚插头中较长的脚与电暖器金属外壳相连，插入插座后将金属外壳与家庭电路的地线相连，漏电时电流会导入大地，防止触电；电暖器工作时放出热量，空气吸收热量温度升高，是通过热传递的方式增大空气内能。
(2)插座允许接入用电器的最大功率：$P=UI=220\ \mathrm{V}×10\ \mathrm{A}=2200\ \mathrm{W}$，电暖器的高温挡功率为2000W，$2000\ \mathrm{W}＜2200\ \mathrm{W}$，因此该插座可以满足电暖器正常使用。
(3)高温挡工作2h消耗的电能：$W_1=P_1t_1=2\ \mathrm{kW}×2\ \mathrm{h}=4\ \mathrm{kW·h}$，低温挡工作4h消耗的电能：$W_2=P_2t_2=0.8\ \mathrm{kW}×4\ \mathrm{h}=3.2\ \mathrm{kW·h}$，一天消耗的总电能：$W=W_1+W_2=4\ \mathrm{kW·h}+3.2\ \mathrm{kW·h}=7.2\ \mathrm{kW·h}$。
(4)多个大功率用电器同时工作时，家庭电路总功率过大，根据公式$I=\dfrac{P}{U}$（家庭电路电压U=220V一定），干路中的电流会过大；再根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，干路导线的电阻R与通电时间t一定时，电流越大，干路上产生的电热越多，容易使干路导线过热引发火灾。
【答案】
(1)地；热传递
(2)该插座允许接入用电器的最大功率为2200W，电暖器的高温挡功率为2000W，小于插座允许的最大功率，因此该插座能满足电暖器正常使用。
(3)它一天耗电7.2千瓦时。
(4)多个大功率用电器同时工作时，总功率过大，由$I=\dfrac{P}{U}$可知干路电流过大；由焦耳定律$Q=I^2Rt$可知，导线电阻和通电时间一定时，电流越大，干路产生的电热越多，容易引发火灾。
【知识点】
家庭电路安全用电、电能与电功率、焦耳定律
【点评】
本题以生活中的电暖器为载体，综合考查家庭电路安全、内能改变、电能计算及焦耳定律的应用，紧密结合生活实际，注重物理知识的实际运用，题目难度适中，适合学生巩固相关基础知识点。
【难度系数】
0.8
