《2025年一遍过九年级物理全一册沪科版》

4 如图所示,是一款家用电热水器的工作原理图,且已知$R_{1}= R_{2}= 24.2\Omega$。若开关旋到位置①时,电热器处于高温挡(填“高温挡”或“低温挡”),此情况下通电1min产生的热量是$1.2×10^{5}$J;小丽采用①挡位洗澡约用水20kg,用时约20min,需要把水从$20^{\circ}C加热到40^{\circ}C$,这个过程中水吸收的热量为$1.68×10^{6}$J;则该电热水器在①挡位工作时的效率为70%。[水的比热容为$4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)$]

答案： 高温挡 $1.2×10^{5}$ $1.68×10^{6}$ 70%

5 西藏羊八井地热电站发电时的发电功率为$2.5×10^{4}kW$。若该电站一天24h的发电量可供100台1kW的微波炉工作3600h,该发电站的供电效率是60%。地热不仅可以用来发电,还可以用来供暖,某户若采用地热供暖,一个冬天需要缴费1980元,若采用空调取暖,要达到与地热供暖相同的效果,每天需要3台功率为1.2kW的空调开12h。若一个供暖期为120天,使用地热供暖比使用空调供暖可节省612元。(电费价格为0.5元/度)

答案： 60% 612

6 跨学科实践 如图甲所示为小明家的电饭锅,铭牌上附有中国能效标识,从铭牌上可知该电饭锅的能效等级为三级,额定电压为220V,加热功率为1210W。电饭锅的简化电路图如图乙所示,有加热和保温两挡,由开关S调节,其中$R_{1}和R_{2}$均为发热电阻,且阻值不随温度的变化而改变。
(1)小明想利用如图丙所示的电能表测量电饭锅的保温功率,他关闭家里的其他用电器,让电饭锅处于“保温”状态,观察到电能表转盘在5min内转了22圈。则该电饭锅的保温功率为多少?
(2)电阻$R_{1}$、$R_{2}$的阻值分别为多少?
(3)小明上网查询了解,国家标准中规定电饭锅在该加热功率下正常工作时,三级能效的热效率值(电热转化效率)$\eta应满足81\%\leqslant\eta＜86\%$。他用学过的知识对电饭锅进行测试:在加热状态下,将温度为$23^{\circ}C$、质量为2.2kg的水加热到$100^{\circ}C$,电饭锅正常工作用时700s。已知$c_{水}= 4.2×10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)$,请你通过计算帮助小明判断该电饭锅的热效率值是否达到了三级能效。

答案： 解:
(1)电饭锅消耗的电能$W=\frac{22\ \text{r}}{3\ 000\ \text{r/(kW}\cdot\text{h)}}=\frac{11}{1\ 500}\ \text{kW}\cdot\text{h}$,电饭锅的保温功率$P_{\text{温}}=\frac{W}{t_{\text{时}}}=\frac{\frac{11}{1\ 500}\ \text{kW}\cdot\text{h}}{\frac{1}{12}\ \text{h}}=0.088\ \text{kW}=88\ \text{W}$。
(2)开关S闭合时,只有电阻R₁消耗电能,此时电饭锅处于加热挡,则电阻R₁的阻值$R_{1}=\frac{U_{\text{额}}^{2}}{P_{\text{热}}}=\frac{(220\ \text{V})^{2}}{1\ 210\ \text{W}}=40\ \Omega$;开关S断开时,电阻R₁和R₂串联,此时电饭锅处于保温挡,则该串联电路的总阻值$R_{\text{总}}=\frac{U_{\text{额}}^{2}}{P_{\text{温}}}=\frac{(220\ \text{V})^{2}}{88\ \text{W}}=550\ \Omega$,则电阻R₂的阻值$R_{2}=R_{\text{总}}-R_{1}=550\ \Omega-40\ \Omega=510\ \Omega$。
(3)水吸收的热量$Q_{\text{吸}}=c_{\text{水}}m(t-t_{0})=4.2×10^{3}\ \text{J/(kg}\cdot^{\circ}\text{C)}×2.2\ \text{kg}×(100\ ^{\circ}\text{C}-23\ ^{\circ}\text{C})=7.114\ 8×10^{5}\ \text{J}$,电饭锅处于加热挡,正常工作700 s产生的热量$Q_{\text{放}}=P_{\text{热}}t_{\text{时}}'=1\ 210\ \text{W}×700\ \text{s}=8.47×10^{5}\ \text{J}$,则该电饭锅的热效率$\eta=\frac{Q_{\text{吸}}}{Q_{\text{放}}}×100\%=\frac{7.114\ 8×10^{5}\ \text{J}}{8.47×10^{5}\ \text{J}}×100\% =84\%$,因为三级能效的热效率值η应满足$81\%\leqslant\eta＜86\%$,故该电饭锅的热效率值达到了三级能效。