《2025年零障碍导教导学案九年级物理全一册沪粤版》

18. 为预防新型冠状病毒交叉感染,某医院将医疗器械置于消毒柜内,通过对水加热,达到设定压强和工作温度,产生高压饱和蒸汽,从而对医疗器械进行消毒处理。某型号的全自动高压消毒柜部分参数如下表,某次消毒,将满箱温度为20 ℃的水加热到工作温度,需正常工作50 min。[$c_{水}= 4.2×10^{3}\ J/(kg·^{\circ}C)$,$\rho_{水}= 1.0×10^{3}\ kg/m^3$]
| 电源 | 220 V 50 Hz |
| 额定功率 | 20 kW |
| 水箱容积 | 0.12 m^3 |
| 工作温度 | 120 ℃ |
| 额定压强 | 0.21 MPa |

(1)消毒一次,水箱中的水吸收的热量是多少?
(2)消毒一次,消毒柜消耗的电能是多少?
(3)该消毒柜的电加热效率是多少?

答案： 解：
(1)水箱中水的质量：$m = \rho V = 1.0×10^{3}\ kg/m^3×0.12\ m^3 = 120\ kg$
水吸收的热量：$Q_{吸} = cm(t - t_0) = 4.2×10^{3}\ J/(kg·^{\circ}C)×120\ kg×(120^{\circ}C - 20^{\circ}C) = 5.04×10^{7}\ J$
(2)工作时间：$t = 50\ min = 50×60\ s = 3000\ s$
消毒柜消耗的电能：$W = Pt = 20×10^{3}\ W×3000\ s = 6×10^{7}\ J$
(3)电加热效率：$\eta = \frac{Q_{吸}}{W}×100\% = \frac{5.04×10^{7}\ J}{6×10^{7}\ J}×100\% = 84\%$
答：
(1)水箱中的水吸收的热量是$5.04×10^{7}\ J$；
(2)消毒柜消耗的电能是$6×10^{7}\ J$；
(3)该消毒柜的电加热效率是$84\%$。

19. 如图所示是某种电热器的电路图,电源电压220 V,电热丝$R_1$、$R_2$的阻值分别为11 Ω、22 Ω,通过旋转扇形开关S,接触不同触点,实现高、中、低三个挡位的转换,求:

(1)电热器在低温挡工作时的,电路中的电流。
(2)在中温挡工作时电功率。
(3)在高温挡工作10 min产生的热量。

答案： 1. （1）
解：根据$P = \frac{U^{2}}{R}$，当电阻最大时，功率最小，为低温挡。
由图知，低温挡时$R_2$单独接入电路，$R = R_2=22\Omega$。
根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，可得$I=\frac{U}{R_2}$，已知$U = 220V$，$R_2 = 22\Omega$。
则$I=\frac{220V}{22\Omega}=10A$。
2. （2）
解：中温挡时$R_1$单独接入电路，根据$P=\frac{U^{2}}{R}$，$R = R_1 = 11\Omega$，$U = 220V$。
则$P_{中}=\frac{U^{2}}{R_1}=\frac{(220V)^{2}}{11\Omega}=4400W$。
3. （3）
解：高温挡时$R_1$与$R_2$并联，$R_{总}=\frac{R_1R_2}{R_1 + R_2}=\frac{11\Omega×22\Omega}{11\Omega + 22\Omega}=\frac{242}{33}\Omega$。
根据$Q = W=\frac{U^{2}}{R}t$，$U = 220V$，$t = 10×60s=600s$。
$Q=\frac{U^{2}}{R_{总}}t=\frac{(220V)^{2}}{\frac{242}{33}\Omega}×600s$
先计算$\frac{(220V)^{2}}{\frac{242}{33}\Omega}=\frac{220×220×33}{242}$，$220×220×33÷242=(220÷22)×(220÷11)×33 = 10×20×33 = 6600$。
则$Q = 6600×600J=3.96×10^{6}J$。
综上，（1）低温挡电流为$10A$；（2）中温挡电功率为$4400W$；（3）高温挡$10min$产生热量为$3.96×10^{6}J$。