版块17 电功率 专题17-7 多挡位问题 （学生版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题17-7 多挡位问题 知识·解读 一、基本概述 1、用电器的多挡位问题是集电热、电功、电功率于一体的综合性问题，是电学问题的重 点和难点。 2、主要类型包括用电器的多挡位问题、电热器的多挡位问题。 二、解答关键 弄清楚用电器的工作特点，不同挡位对应的功率、电流、电阻等物理量。例如：豆浆机 工作时主要包括加热和打浆两个过程、全自动洗衣机工作时主要包括洗衣和脱水两个过 程、电吹风工作时主要明确是吹冷风还是吹热风等。 解答电热器类问题需要把握好两个关键点。 关键点一：正确判断出电热器的挡位 一般来说，电热器通常有“高温挡”“中温挡”和“低温挡”，根据电功率的公式P＝ 可知，当电压一定时，电阻越大，电功率越小，电阻越小，电功率越大，所以高温挡总 电阻最小，低温挡总电阻最大。 关键点二：明确不同挡位的电热器结构 1、短路式：如图甲所示，两个电 阻串联，用开关S1 与其中的一 个电阻并联，当两个开关都闭 合时，电阻R2 短路，只有一个 电阻工作，此时为高温挡；当开关S 闭合、S1断开时，两个电阻串联，总电阻最大， 为低温挡。 2、单刀双掷式：如图乙所示，将主要工作电阻R1放在干路上，一条支路只用导线，另一 条支路连接附加电阻。当开关S 掷向附加电阻支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关 S 掷向纯导线支路时，只有主要电阻R1工作，为高温挡。 3、并联式：如图丙所示，两个电阻并联，用开关S1控制两个电阻，开关S2控制其中的电 阻R2，当开关S1、S2同时闭合时，两个电阻都工作，此时总电阻小，为高温挡；当开 关S1闭合、S2断开时，只有电阻R1工作，此时总电阻大，为低温挡。 第 1 页 / 共 10 页 典例·解读 类型一、电热器的多挡位问题 例1、某保温电热水壶电路如图所示，S 是温控开关，电热水壶上标有“220 V、1000 ” 字样，保温时R1的电功率为121 ，问：（不考虑温度对电阻阻值的影响） （1）当开关S 接时电热水壶处于保温状态还是加热状态？为什么？ （2）加热状态时，电热水壶正常工作的电流是多少？ （3）R1和R2的阻值各是多少？ 【答】（1）加热状态；（2）455 ；（3）484 Ω；3916 Ω 【解析】(1)加热状态 理由：由电路图可知，开关S 接时，电路为R1的简单电路；当开关S 接b 时， 电阻R1与R2串联。由P＝可知，当开关S 接时，电功率较大，电热水壶处于加热状态；当开 关S 接b 时，电功率较小，电热水壶处于保温状态。 (2)由P＝U 可得，电热水壶正常工作时的电流：＝＝≈455 。 (3)电热水壶处于加热状态时，电路为R1的简单电路，由P＝变形可得R1的阻值： R1＝＝＝484 Ω；电热水壶处于保温状态时，R1与R2串联，由P＝2R 可知， 电路中的电流：′＝＝＝05 ，电路中的总电阻：R＝＝＝440 Ω， 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，R2的阻值：R2＝R－R1＝440 Ω－484 Ω＝ 3916 Ω。 例2、图为电热水器的简化电路，它有加热和保温功能．R1和R2是两根电热丝，S 为温控 开关，1、2 为开关的两个触点，当水温低于某个下限温度或高于某 个上限温度时，S 在两个触点间自动切换，使水温维持在设定的范 围．已知热水器的加热功率为400 ，保温功率为100 (忽略温度对 电阻的影响)，则电路中R2＝________Ω 在使用过程中，若热水器连续工作10 m 消耗 电能12×105 ，此过程中热水器的保温工作时间是________s 第 2 页 / 共 10 页 【答】363； 400 【解析】由电路图可知，开关与触点1 连通时，电路为R1的简单电路，电热水器处于加热状态，由P ＝可得，R1＝＝＝121 Ω；开关与触点2 连通时，R1与R2串联，电热水器处于保温状态， 电路的总电阻R ＝＝＝484 Ω，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以R2＝R－R1＝ 484 Ω－121 Ω＝363 Ω；热水器10 m 消耗电能为12×105 ，则电热器的电功率P ＝＝ ＝200 ，由于电热水器先加热后保温，设加热时间为t1，则保温时间为600 s－t1，则有 ＝ P 加热t1＋P 保温(600 s－t1)，即12×105 ＝400 ×t1＋100 ×(600 s－t1)，解得加热时间t1 ＝200 s，保温时间t 保温＝600 s－200 s＝400 s 类型二、用电器的多挡位问题 例3、如图甲所示是某品牌电吹风机，图乙是其内部的电路简图，表 格中列出了有关参数。求： 型号 SZ2010－624 热风温度 50～75 ℃ 额定功率 热风时：1000 冷风时：120 额定电压 220 V 质量 05 kg （1）画出吹热风和冷风时的等效电路图。 （2）计算吹热风时，通过电热丝的电流。 （3）某人用此电吹风机吹冷风10 m，吹热风5 m，共消耗多少电能。 第 3 页 / 共 10 页 【答】（1）见解析；（2）4 ；（3）372×105 【解析】（1）电吹风吹热风时，电动机和电热丝并联，等效电路图如图甲所示；电吹风吹冷风时， 只有电动机工作，等效电路图如图乙所示。 (2)吹热风时，电热丝的功率：PR＝P 热－P 冷＝1000 －120 ＝880 ，因并联电路中各支路两 端的电压相等，所以，由P＝U 可得，通过电热丝的电流：R＝＝＝4 。 (3)由P＝变形可得消耗的电能：＝P 冷t 冷＋P 热t 热＝120 ×10×60 s＋1000 ×5×60 s＝ 372×105 。 例4、如图甲是文文同学家新买的一台冷暖空调扇，其内部简化电路如图乙所示，R1、R2 均为发热电阻，R1的阻值为110 Ω， 是电动机．开关S1闭合后，当S2接1、2 时吹 冷风；当S2接2、3 时吹温风；当S2接3、4 时吹热风，此时空调扇的总功率为1 100 ．已知：电源电压为 220 V, 冰＝ 21×103 /(kg·℃)．求： (1)吹冷风时，在空调扇内加入冰袋会使吹出的风 温度变低．若冰袋内冰的质量为1 kg，温度从－ 16 ℃升高到－6 ℃时，冰从周围吸收的热量是多 少？ (2)吹冷风时，电动机正常工作1 消耗的电能为011 k·，此时通过电动机的电流是多少？ (3)吹热风时，R2的电阻是多少？ 【答】（1）21×104 ；（2）05 ；（3）88 Ω 【解析】(1)由题意得温度变化量Δt＝－6 ℃－(－16 ℃)＝10 ℃ 冰吸收的热量Q 吸＝冰mΔt＝21×103 /(kg·℃)×1 kg×10 ℃＝21×104 (2)开关S 闭合后，当S2接1、2 时吹冷风，此时只有电动机工作，电动机的功率： 第 4 页 / 共 10 页 P 冷＝＝＝011 k＝110 通过电动机的电流＝＝＝05 (3)吹热风时，R1的功率P1＝＝＝440 电阻R2的功率P2＝P 总－P 冷－P1＝1 100 －110 －440 ＝550 由P＝得，R2的阻值R2＝＝＝88 Ω 培优·训练 一、选择题 1、如图所示，电阻R1>R2，电源电压均为U，在 相同时间内，图甲电路中电阻产生的总热量为 Q 甲，图乙电路中电阻产生的总热量为Q 乙，图 丙电路中电阻产生的总热量为Q 丙，图丁电路 中电阻产生的总热量为Q 丁，则（ ） 、Q 甲＞Q 乙＞Q 丙＞Q 丁 B、Q 丁＞Q 丙＞Q 乙＞ Q 甲 、Q 丁＞Q 乙＞Q 甲＞Q 丙 D、Q 甲＞Q 丙＞Q 乙＞Q 丁 2、如图所示是加热器的电路图．设电源电压保持不变，R1、R2均为发热电阻丝，通过开 关S1 和S2 的通断组合，可得到不同加热挡位．该加热器最大电功率 是12 ，只闭合开关S1时，加热器的电功率是8 ．则下列判断正确的 是( ) 、该加热器只有两个加热挡位 B、加热器两个发热电阻丝的阻值之比R1∶R2＝1∶3 、加热器功率最大时，R1与R2的电流之比为2∶1 D、该加热器功率最小电功率是8 3、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，则下列说法正确的是( ) 第 5 页 / 共 10 页 额定电压 220 V 额定功率 高温挡 中温挡 低温挡 880 440 220 、当开关S1断开，S2接时，电火锅使用的是高温挡 B、当电火锅使用中温挡正常工作时，电路中电流为1 、当电火锅使用中温挡正常工作时，接入电路的电热丝的阻值为11 Ω D、用电火锅高温挡在额定电压下烧水7 分钟，电流做功为369 600 4、在综合实践活动中，小明设计了一种电热饮水机电路，如图甲所示．R1和R2均为电热 丝，S2是自动控制开关，可实现“低挡”“高挡”之间的转换．饮水机工作时功率随 时间的关系图像如图乙所示．下列说法正确的是( ) 、30 m 内电路消耗的总电能是66×104 B、饮水机工作时，通过电阻R1的电流为05 、高温挡的功率为220 D、电阻R2的阻值为110 Ω 二、填空题 1、如图所示，电源电压保持不变，R1、R2、R3均为定值电阻， R1：R2＝2：3，S 为单刀双掷开关。当S 接到1 时，电流表 的示数为04，R1 消耗的功率为P1，此时R3 消耗的功率为 16；当S 接到2 时，R2 消耗的功率为P2，已知P1：P2＝ 32：27．则电源电压为________V，R1为________Ω，R3为________Ω． 2、电源电压均为U 不变时，在相同的时间内，两电阻串联时总电阻最_ _______ ，产生的 总热量最_ _______ ，发热功率最_ _______ ；两电阻并联时总电阻最_ _______ ，产生的总 热量最_ _______ ，发热功率最_ _______ 。如果电热器处于两电阻串联的状态，则电热器 一般处于_ _______ （选填“高”“中”或“低”）挡位；如果电热器处于两电阻并联的 状态，则电热器一般处于_ _______ （选填“高”“中”或“低”）挡位。 3、如图所示是电热水壶的工作电路图，闭合开关S1，当电热水壶处 于加热状态时，开关S2处于_ _______ 状态。若电热水壶加热状态 时的功率为1210 ，则电阻R1＝_ _______ Ω。如果保温状态下电 热水壶的总功率是加热状态时的10%，则R2的功率为_ _______ 。 4、某电饭锅内部电加热器原理电路如图所示，它有烧煮和保温两挡．开 关S 断开时，电饭锅处于______挡；已知R1＝605 Ω，电饭锅烧煮时 的功率是保温时的11 倍，则R2＝______Ω 5、如图甲是一款多挡位电炒锅，图乙是其内部简化工作电路图，R1、 R2、R3 是加热电阻，其中R3 的电阻值为605 Ω 接通电源，只闭合开关S1 时电炒锅的功率为 600 ，再闭合S2 电炒锅的功率为1 000 ，则 第 6 页 / 共 10 页 电炒锅的最大电功率为________，加热电阻R2的阻值为________Ω 6、如图甲是一种家用电暖器，图乙是其简化的电路图，已知R1<R2，电暖器的部分参数 如表中所示．闭合开关S，要让电暖器处于第二挡工作，则应再将开关________闭合； 若电暖器在第二挡正常工作10 m，则产生的热量是________ 额定电压 220 V 功率选择 一挡 950 二挡 1 150 三挡 2 100 三、计算题 1、某科技制作小组的同学利用两段阻值不同的电热丝R1和R2，设计成具有高、中、低三 挡位的电热器，电路图如图所示，其中R1＝2R2。在安全情况下，用三挡分别给同一容 器中质量均为2 kg 的水加热。[水＝42×103 /（kg·℃）] （1）低温挡的工作电阻阻值是 ；中温挡的工作电阻阻值是 ；高温挡 的工作电阻阻值是 。 （2）电热器用中温挡工作时，电热器的效率是多少？ 第 7 页 / 共 10 页 电热器挡位 额定电压 额定功率 水升高的温度 加热时间 高温挡 220 V 10 ℃ 6 m 中温挡 220 V 8 ℃ 8 m 低温挡 220 V 100 4 ℃ 9 m 2、多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙所示是某 品牌养生壶简化电路图。[ρ 水＝1×103 kg/m3，水＝ 42×103 /（kg·℃）] （1 ）开关S1 、S2 处于什么状态，养生壶为高温挡？说明判断依据。 （2）求R1的阻值。 （3）养生壶在低温挡工作时，求电路中的电流大小。 （4）在标准大气压下，使用高温挡将初温是12 ℃的一壶水烧开，若养生壶高温挡加热效 率为80%，求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。 3、下表为某型号双缸洗衣机的铭牌，请解答下列问题： （1）在额定电压下洗衣时，通过洗衣机的电流为多大？ （2）若洗衣用时20 m，脱水用时10 m，则该洗衣机消耗 的电能共是多少千瓦时？ 第 8 页 / 共 10 页 项目 参数 电源电压/V 220 低温挡功率/ 275 中温挡功率/ 550 高温挡功率/ 1100 容积/L 1 额定电压 220 V 频率 50 z 洗衣功率 330 脱水功率 300 最大电流 5 4、小明的妈妈为了改善早餐的营养搭配，买了一台全自动豆浆机，如图甲所示。豆浆机 的主要结构：中间部位是一个带动刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；外部是一 个金属圆环形状的电热管，负责对液体加热煮沸，如图乙所示。下表是这个豆浆机的主 要技术参数，图丙所示是豆浆机正常工作做一次豆浆的 过程中电热管和电动机交替工作的P－t 图象，请解答下 列问题： （1）由图丙可知，豆浆机中的电动机和电热管的连接方式是 。电热管工作时 把电能转化为 能。 （2）豆浆机电热管的电阻是多大？ （3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少？ 5、小亮家里的一款迷你电饭锅，电路图如图所示，额定电压为220 V，电饭锅有加热和 保温两挡，“加热”时额定功率为550 ，发热电阻R1和R2阻值不随温度变化，电阻 R1在“保温”状态和“加热”状态时功率之比为1∶400 求： (1)正常“加热”状态，通过电饭锅的电流是多少？ (2)正常“加热”状态，通电10 m 产生的热量是多少？ (3)R2的阻值是多少？ 第 9 页 / 共 10 页 型号 SYL－624 额定电压 220 V 频率 50 z 电机功率 120 加热功率 1210 容量 1000 mL 第 10 页 / 共 10 页