《2025年全优新同步九年级科学全一册浙教版》

6.【嘉兴】学习了电学知识后,某科学兴趣小组开展制作“电热水壶”的项目化学习。
【项目任务】制作一款电热水壶。经过小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下：
容积：1 L。
功能：①加热；②保温。
性能：能在7 min内将1 L水从$20^{\circ}C加热到100^{\circ}C$(不计热量损失)。
【方案设计】为实现上述功能,同学们利用两个不同阻值的电阻($R_{1}＜R_{2}$)进行设计,其中方案一如图所示。利用方案一中的器材,请将方案二的电路补充完整。

【器材选择】若该壶是按照方案一设计的,根据项目任务中的性能要求,选择的加热电阻阻值最大为多少欧姆？[$Q_{吸}= cm(t-t_{0})$,$c_{水}= 4.2× 10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)$]
【方案反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全,从安全角度提出一条设计建议：______。

答案：
6.【方案设计】如图所示。
　　　　　　　　
【器材选择】由题知,方案一中能在7min内将1L水从20℃加热到100℃,水的质量$m=\rho V = 1×10^{3}\,kg/m^{3}×1×10^{-3}\,m^{3}=1\,kg$,水吸收的热量$Q_{吸}=cm(t - t_{0})=4.2×10^{3}\,J/(kg\cdot^{\circ}C)×1\,kg×(100^{\circ}C-20^{\circ}C)=3.36×10^{5}\,J$,不计热量损失,电热水壶消耗的电能$W = Q_{吸}$,电热水壶的加热功率$P=\frac{W}{t}=\frac{3.36×10^{5}\,J}{7×60\,s}=800\,W$,由$P=\frac{U^{2}}{R}$可得,$R=\frac{U^{2}}{P}=\frac{(220\,V)^{2}}{800\,W}=60.5\,\Omega$,即选择的加热电阻阻值最大为60.5Ω。
【方案反思】在加热的支路上增加一个温度控制开关

7.【台州】某电热砂锅的简化电路如图甲所示。$R_{1}$、$R_{2}$为发热电阻,S为旋转型开关,a、b、c、d为触点,通过旋转开关S可实现“关”“低挡”“高挡”之间的转换,工作时先用高挡加热锅内汤料到沸腾,再用低挡持续加热食物,使食物“汤浓味鲜”。

(1)高挡加热时,开关S应旋至触点______(填“ab”“bc”或“cd”)位置。
(2)某次烹饪一共用时6 h,电功率与加热时间的关系如图乙所示,则本次烹饪共消耗了多少电能？
(3)发热电阻$R_{1}和R_{2}$的阻值分别为多少？
(4)生活中,有时也会选择电压力锅烹饪,因为电压力锅煮熟相同质量的同种食物,通常比电热砂锅更省电。请你从能量利用率的角度结合所学知识对电压力锅能省电作出简要的解释。

答案： 7.
(1)cd
(2)$W_{1}=P_{1}t_{1}=0.44\,kW×1\,h=0.44\,kW\cdoth$,$W_{2}=P_{2}t_{2}=0.1\,kW×5\,h=0.5\,kW\cdoth$,$W = W_{1}+W_{2}=0.44\,kW\cdoth+0.5\,kW\cdoth=0.94\,kW\cdoth$。
(3)高挡加热时,$R_{1}=\frac{U^{2}}{P_{高}}=\frac{(220\,V)^{2}}{440\,W}=110\,\Omega$,低挡加热时,$R_{1}+R_{2}=\frac{U^{2}}{P_{低}}=\frac{(220\,V)^{2}}{100\,W}=484\,\Omega$,所以$R_{2}=484\,\Omega - 110\,\Omega = 374\,\Omega$。
(4)电压力锅锅内气压大,所以水的沸点高,食物在高温下容易熟,可以减少用电时间;加热时间短,散失到空气中的热量少,能量利用率高,所以更省电。