專題12多檔位電熱的計(jì)算（原卷版）

專題12多檔位電熱的計(jì)算考點(diǎn)考點(diǎn)透視多擋位電熱器是焦耳定律的一個(gè)重要應(yīng)用，涉及到電熱、電功、電功率的綜合性問(wèn)題，是電學(xué)問(wèn)題的重點(diǎn)和難點(diǎn)。多擋位電熱器的相關(guān)計(jì)算是中考中一個(gè)重要的考點(diǎn)，更側(cè)重電功率、電熱計(jì)算的考查。通過(guò)多擋位電熱器的考查，能很好的考查學(xué)生對(duì)電路結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)更能考查對(duì)電功率和電熱的計(jì)算能力。迷津點(diǎn)撥與點(diǎn)迷津點(diǎn)撥與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)講一、多擋位電熱器擋位判斷：多擋位電熱器是利用電流的熱效應(yīng)工作的。電熱器電路是純電阻電路，一般接在家庭電路，電壓為220V，是個(gè)常量，依據(jù)可知：=1\*GB3①當(dāng)電路中電阻最大，電功率最小，為低擋位（保溫?fù)酰┕ぷ鳎?2\*GB3②當(dāng)電路中電阻最小，電功率最大，為高擋位（加熱擋）工作；=3\*GB3③當(dāng)電阻介于最大電阻和最小電阻之間時(shí)，為中擋位（中溫?fù)酰┕ぷ?。例題1（2021山東德州）如圖甲所示，電火鍋可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)高、中、低三擋加熱，電路圖如圖乙所示，R1、R2是電熱絲，當(dāng)S1斷開(kāi)，S2接a時(shí)，電火鍋為_(kāi)_____擋；當(dāng)S1閉合，S2接b時(shí)，電火鍋為_(kāi)_____擋；當(dāng)只有______（選填“R1”或“R2”）接入電路時(shí)，電火鍋為_(kāi)_____擋?！敬鸢浮康蜏馗邷豏2中溫?！驹斀狻坑蓤D乙可知，當(dāng)S1斷開(kāi)，S2接a端時(shí)，R1和R2串聯(lián)，此時(shí)電路的總電阻最大，由可知，此時(shí)總功率最小，則該電火鍋選用低溫檔工作；由圖乙可知，當(dāng)S1閉合，S2接b端時(shí)，R1和R2并聯(lián)，此時(shí)電路的總電阻最小，由可知，此時(shí)總功率最大，則該電火鍋選用高溫檔工作；由圖乙可知，當(dāng)S1斷開(kāi)，S2接b端時(shí)，只有R2接入電路中，此時(shí)電路的總電阻介于高溫?fù)鹾偷蜏負(fù)醯碾娮柚g，由可知，此時(shí)總功率不大不小，則此時(shí)電火鍋為中溫檔。【點(diǎn)撥】通常家用多擋電熱器是通過(guò)改變開(kāi)關(guān)狀態(tài)，改變工作電路結(jié)構(gòu)，從而改變用電器消耗的電功率，實(shí)現(xiàn)高溫?fù)酢⒅袦負(fù)鹾偷蜏負(fù)醯霓D(zhuǎn)換的。高溫?fù)酰訜釗酰ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電路的并聯(lián)，并聯(lián)支路越多，電阻越小，功率越大，溫度越高；低溫?fù)酰ū負(fù)酰ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電路的串聯(lián)，串聯(lián)電阻越多，電阻越大，功率越小，溫度越低；中溫?fù)酢ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電路中的電阻介于最大值和最小值之間，功率介于最大功率和最小功率之間。對(duì)點(diǎn)練：（2021湖南湘潭）如圖是小李家電火鍋的簡(jiǎn)化電路圖，由圖可知（）A．R1和R2是串聯(lián)的 B．開(kāi)關(guān)S1控制整個(gè)電路C．只閉合開(kāi)關(guān)S，是高溫檔 D．開(kāi)關(guān)S和S1都閉合，是高溫檔二、串聯(lián)型加熱電路的計(jì)算：電路圖等效電路圖擋位功率計(jì)算斷開(kāi)S：R1、R2串聯(lián)，電阻最大，為低溫?fù)蹰]合S：只有R2接入電路，電阻最小，為低溫?fù)趵}2（2021遼寧）如圖所示，是一款利用高溫水蒸氣熨衣物的便攜式掛燙機(jī)的簡(jiǎn)化電路圖，它的工作電壓為220V，電阻R1與R2的阻值不隨溫度變化，電阻R1的阻值為55Ω，它有高溫檔和低溫檔兩種加熱模式，高溫檔的額定功率為880W。求：（1）高溫檔加熱時(shí)，電路中的電流為多少？（2）低溫檔加熱時(shí)，電路中的功率為多少？（3）若將水箱中0.22L的水從20℃加熱到100℃，掛燙機(jī)至少需要加熱多長(zhǎng)時(shí)間？[水的比熱容c=4.2×103J/(kg·℃)]（不計(jì)熱量損失）【答案】（1）4A（2）440W（3）84s?！驹斀狻浚?）高溫檔的額定功率為880W，它的工作電壓為220V，高溫檔加熱時(shí)，電路中的電流為；（2）當(dāng)只閉合S1時(shí)，兩電阻串聯(lián)，再閉合S2時(shí)，R1短路，電路為R2的簡(jiǎn)單電路，根據(jù)串聯(lián)電阻大于其中任一電阻，由可知，當(dāng)只閉合S1時(shí)功率小，為低溫檔；兩開(kāi)關(guān)都閉合時(shí)為高溫檔，R2的阻值為，由串聯(lián)電阻的規(guī)律，低溫檔加熱時(shí)，電路的電阻R=R1+R2=55Ω+55Ω=110Ω，低溫檔加熱時(shí)，電路中的功率為；（3）0.22L水的質(zhì)量為m=ρV=1.0×103kg/m3×0.22×103m3=0.22kg，將水箱中0.22L的水從20℃加熱到100℃，吸收的熱量Ｑ＝cmｔ=4.2×103J/(kg·℃)×0.22kg×（100℃20℃)=7.392×104J，求掛燙機(jī)加熱的最短時(shí)間，故應(yīng)選用高溫檔，因不計(jì)熱量損失，掛燙機(jī)至少需要的加熱時(shí)間?！军c(diǎn)撥】（1）在串聯(lián)型加熱電路中，電阻越大，根據(jù)可知，電功率越小，擋位越低，越是低溫?fù)趸虮負(fù)酢＃?）電熱器是用來(lái)加熱的，所以常常與比熱容相關(guān)計(jì)算聯(lián)系起來(lái)，考查被加熱的物質(zhì)吸收的熱量、溫度變化等，進(jìn)而計(jì)算加熱效率。被加熱的物質(zhì)吸收的熱量Q吸=cm△t，消耗的電能W=Pt，加熱效率。當(dāng)電能全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能時(shí)，W=Q吸。在計(jì)算過(guò)程中，要注意被加熱的物質(zhì)的溫度變化時(shí)，“升高了”還是“升高到”。對(duì)點(diǎn)練：（2021遼寧阜新）如圖，為某電水壺加熱器的簡(jiǎn)化電路圖。若R1阻值58Ω，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接到1位置時(shí)，電路總功率為605W。水的比熱容c=4.2×103J/（kg·℃）。求：（1）開(kāi)關(guān)S接1位置時(shí)，電路中電流是多少？（2）若用此電水壺將1.5kg的水，溫度升高80℃，水吸收的熱量是多少？（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接到2位置時(shí)，電水壺實(shí)際功率是多少？三、并聯(lián)型加熱電路：電路圖等效電路圖擋位功率計(jì)算（R1＞R2）閉合S、S1，斷開(kāi)S2：只有R1接入電路，電阻最大，為低溫?fù)蹰]合S、S2，斷開(kāi)S1：只有R2接入電路，電阻介于最大值和最小值，為中溫?fù)蹰]合S、S2，斷開(kāi)S1：R1、R2并聯(lián)接入電路，電阻最小，為高溫?fù)趵}3（2021內(nèi)蒙古鄂爾多斯）小華對(duì)家里帶有預(yù)約功能的電中藥壺進(jìn)行觀察，銘牌如圖甲。其內(nèi)部基本電路原理如圖乙，其中R1、R2均為加熱電阻，R2阻值為484Ω，小華用水代替中藥做了相關(guān)研究，從開(kāi)始預(yù)約到煮好后斷電，其消耗的功率隨時(shí)間變化的圖像如圖丙所示。[ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/（kg·℃）]（1）預(yù)約過(guò)程中消耗的電能是多少kW·h？（2）R1的阻值是多少Ω？（3）若此電中藥壺的高溫?fù)跫訜嵝蕿?4%，將1.5L水從20℃加熱至100℃，需要多長(zhǎng)時(shí)間？

【答案】（1）0.08ｋW·ｈ（2）121Ω（3）1200s?！驹斀狻浚?）預(yù)約功率P=10W＝102kW，預(yù)約時(shí)間t=8h，預(yù)約過(guò)程中消耗的電能W=Pt=102kW×8h=0.08kW·h；（2）由圖乙可知，當(dāng)開(kāi)關(guān)S、S1閉合時(shí)，R1與R2并聯(lián)，電路總電阻最小，由可知總功率最大，為高溫狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合、S1斷開(kāi)時(shí)，電路只有R2工作，總電阻較大，由可知總功率較小，為低溫狀態(tài)，R1的功率為P1=P高－P低=500W400W=100W，R1的阻值；（3）水的體積V=1.5L=1.5×10－3m3，水的質(zhì)量m=ρV=1.0×103kg/m3×1.5×10－3m3=1.5kg，水吸收的熱量Q吸=cmt=4.2×103J/(kg·℃)×1.5kg×(100℃20℃)=5.04×105J，消耗的電能，需要的時(shí)間。【點(diǎn)撥】（1）在并聯(lián)型加熱電路中，電阻越小，根據(jù)可知，電功率越大，擋位越高，越是高溫?fù)趸蚣訜釗?。?）如果已知各擋功率，計(jì)算電熱（電功）用Q=W=Pt，同時(shí)也可以計(jì)算各擋位的電阻；如果沒(méi)有已知功率，通常通過(guò)可以計(jì)算出電功率，再用計(jì)算電熱。當(dāng)然根據(jù)題目已知也可以用其他公式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)點(diǎn)練：（2021山東威海）某品牌電熱扇工作原理如圖所示。S1為雙觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，1、2、3、4為開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)S1，可實(shí)現(xiàn)加熱功能的“空擋”“低溫?fù)酢焙汀案邷負(fù)酢敝g的切換；電動(dòng)機(jī)工作時(shí)可使電熱扇往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。R1和R2均為電熱絲，阻值不受溫度影響，R1＝88Ω。電熱扇部分參數(shù)如表所示。額定電壓220V高溫檔加熱功率1650W電動(dòng)機(jī)功率44W電動(dòng)機(jī)線圈電阻6Ω（1）請(qǐng)畫(huà)出電熱扇處于低溫?fù)跚也晦D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的等效電路圖，并計(jì)算此時(shí)電路正常工作消耗的總功率。（2）求R2的阻值。（3）若電動(dòng)機(jī)正常工作10min，內(nèi)部線圈產(chǎn)生的熱量為多少？四、串并聯(lián)互換型電路的計(jì)算：電路圖等效電路圖擋位功率計(jì)算斷開(kāi)S1，S2接b：R1、R2串聯(lián)接入電路，電阻最大，為低溫?fù)蹰]合S1，S2接b，R2被短路：只有R2接入電路，電阻介于最大值和最小值，為中溫?fù)蹰]合S1、S2接a：R1、R2并聯(lián)接入電路，電阻最小，為高溫?fù)跷锢砹繀?shù)加熱器工作電壓220V中溫?fù)豕β?10W低溫?fù)豕β?4W電阻R3440Ω加熱效率η80%保溫箱空氣質(zhì)量m1.5kg空氣比熱容c0.8×103J/（kg?℃）例題4(2021江蘇省蘇州)小明為寵物保溫箱設(shè)計(jì)了一個(gè)電加熱器，其內(nèi)部電路如圖所示，S為旋轉(zhuǎn)型開(kāi)關(guān)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)S，可實(shí)現(xiàn)從低溫到中溫、高溫的轉(zhuǎn)換。保溫箱及加熱器的部分參數(shù)如表所示，求：（1）保溫箱內(nèi)空氣溫度從10℃升高到32℃需要吸收的熱量；

（2）電加熱器電路中R2的阻值；

（3）要完成（1）中的升溫要求，至少需要的加熱時(shí)間。【答案】（1）2.64×104J（2）440Ω（3）150s?！窘馕觥浚?）保溫箱內(nèi)空氣溫度從10℃升高到32℃需要吸收的熱量Q吸=cm△t=0.8×103J/(kg·C)×1.5kg×(32℃10℃)=2.64×104J；（2）當(dāng)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)S接觸點(diǎn)1、2時(shí)，R1、R2串聯(lián)，電路電阻較大，根據(jù)可知，電功率較小，電加熱器為低溫?fù)酰划?dāng)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)S接觸點(diǎn)2、3時(shí)，R1被短路，電路為R2的簡(jiǎn)單電路，電路電阻較小，根據(jù)可知，電功率較大，電加熱器為中溫?fù)酰划?dāng)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)S接觸點(diǎn)3、4時(shí)，R2、R3并聯(lián)，電路電阻較小，根據(jù)可知，電功率最大，電加熱器為高溫?fù)?。電加熱器電路中R2的阻值；（3）R3的功率，高溫?fù)醯墓β蔖高=P2+P3=P中+P3=110W+110W=220W，根據(jù)得消耗的電能，根據(jù)得加熱時(shí)間。

【點(diǎn)撥】串并聯(lián)互換型電路的計(jì)算關(guān)鍵是分析好開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、閉合時(shí)屬于哪種電路，而判斷好是高溫?fù)酰訜釗酰?、中溫?fù)酢⑦€是保溫?fù)酰ǖ蜏負(fù)酰?/p>

對(duì)點(diǎn)練：（2021山東省棗莊市）康康家里有一臺(tái)電火鍋，部分技術(shù)參數(shù)如表，圖甲是內(nèi)部電路的工作原理簡(jiǎn)圖，R1、R2均為阻值不變的加熱電阻，通過(guò)開(kāi)關(guān)S、S1、S2的通斷可實(shí)現(xiàn)三個(gè)擋位功能的切換，其中S2是能分別與a、b兩擲點(diǎn)相連的單刀雙擲開(kāi)關(guān)。[水的比熱容c=4.2×103J/（kg·℃）]額定電壓220V高溫?fù)?100W低溫?fù)?80W保溫?fù)酢痢痢罻

（1）電火鍋正常工作時(shí)，鍋內(nèi)水溫隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示。若用高溫?fù)醢奄|(zhì)量為4kg、初溫為50℃的水加熱到60℃，求此過(guò)程中水吸收的熱量和電火鍋的熱效率；

（2）若改用低溫?fù)踅o（1）問(wèn)中的水加熱，請(qǐng)比較使用高溫?fù)踹€是低溫?fù)醺?jié)能；

（3）求電火鍋正常工作時(shí)保溫?fù)醯碾姽β?。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)提高訓(xùn)練1、（2021山東淄博）如圖所示，圖甲是某款即熱式電熱水龍頭，圖乙是它的電路原理圖，R1和R2是阻值分別為22Ω和44Ω的電熱絲。通過(guò)旋轉(zhuǎn)手柄改變與開(kāi)關(guān)S接觸的兩個(gè)相鄰觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)冷水、溫水、熱水擋的切換。則（）A．開(kāi)關(guān)S接觸2、3觸點(diǎn)時(shí)，水龍頭放出的是熱水B．開(kāi)關(guān)S接觸3、4觸點(diǎn)時(shí)，電熱絲R1，R2串聯(lián)C．水龍頭在溫水擋正常工作時(shí)的電流是15AD．水龍頭在熱水擋正常工作時(shí)的功率是3300W2、（2021山東濱州）如表是小濱家中兩擋位電飯鍋銘牌，圖甲是其簡(jiǎn)化電路。R1和R2都是電阻絲，溫度對(duì)電阻的影響，產(chǎn)生的熱量全部被水吸收，水的比熱容4.2×103J/（kg·℃），通過(guò)斷開(kāi)其它用電器，只接通電飯鍋且處于加熱狀態(tài)，來(lái)測(cè)量電飯鍋的功率，觀察圖乙所示的電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)1min內(nèi)轉(zhuǎn)了40轉(zhuǎn)，下面說(shuō)法正確的是（）額定電壓220V頻率50Hz額定功率加熱880W保溫44WA．電飯鍋在加熱狀態(tài)下正常工作時(shí)的總電流4AB．電阻R2的阻值是1100ΩC．測(cè)量時(shí)電飯鍋的實(shí)際加熱功率是800WD．電飯鍋在加熱狀態(tài)下正常工作7min，可將2.2kg水的溫度升高2℃3、（2021湖南株洲）某廠家生產(chǎn)的油汀取暖器有四種規(guī)格，每種規(guī)格都有兩根電熱絲、三個(gè)擋位和相同的電路圖，對(duì)應(yīng)的功率如表所示。規(guī)格9片10片11片12片功率1擋600W800W800W1000W2擋1000W1000W1200W1200W3擋1600W1800W2000W（1）“12片”的油汀取暖器3擋的功率為_(kāi)____W。（2）“11片”的油汀取暖器的空腔內(nèi)灌有4kg的導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油的比熱容為2.1×103J/（kg·℃），可知油溫升高100℃吸收的熱量為_(kāi)____×105J。（3）“10片”的油汀取暖器在2擋正常工作時(shí)，其電熱絲的電阻為_(kāi)____Ω。（家庭電路電壓220V）（4）如圖是“9片”的油汀取暖器的旋鈕式功率選擇開(kāi)關(guān)。轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕可以將左側(cè)相鄰兩個(gè)金屬觸點(diǎn)相連，同時(shí)與右側(cè)金屬板連通。已知圖中旋鈕處于位置M（金屬片連接b、c兩觸點(diǎn)）時(shí)對(duì)應(yīng)的擋位是2，則位置H對(duì)應(yīng)的擋位是_____（填“1”或“3”）。4、（2021遼寧大連）如圖是某家用電燉鍋的簡(jiǎn)化電路圖。電源電壓為220V，R1和R2均為加熱電阻。當(dāng)開(kāi)關(guān)S接1時(shí)為加熱狀態(tài)，功率為880W；開(kāi)關(guān)S接2時(shí)為保溫狀態(tài)，功率為220W。試求：（1）電燉鍋保溫狀態(tài)下電路中的電流是多少？（2）電阻R1的阻值是多少？（3）電燉鍋保溫狀態(tài)下工作10min，電阻R2產(chǎn)生熱量是多少？5、（2021湖北黃岡）圖甲為某自助式洗車(chē)機(jī)儲(chǔ)水箱防凍系統(tǒng)的加熱電路。S為溫控開(kāi)關(guān)，兩個(gè)完全相同的發(fā)熱電阻R1和R2的阻值不隨溫度變化，工作時(shí)，S可在“0”“1”“2”三個(gè)擋位之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換，當(dāng)儲(chǔ)水箱水溫低于5℃時(shí)，S將自動(dòng)跳到“1”擋加熱；若R1燒斷，S將自動(dòng)跳到“2”擋，使用備用電阻R2加熱；當(dāng)水溫達(dá)到10℃時(shí)，S自動(dòng)跳到“0”擋停止加熱。已知儲(chǔ)水箱容積為220L，防凍系統(tǒng)正常工作時(shí)電壓為220V，加熱功率為2.2kW。（1）求防凍系統(tǒng)正常加熱時(shí)通過(guò)電阻R1的電流。（2）某時(shí)段防凍系統(tǒng)工作時(shí)，儲(chǔ)水箱裝滿了水，加熱功率P與工作時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示，求該系統(tǒng)在0～340min內(nèi)消耗的電能。（3）請(qǐng)根據(jù)圖乙中的信息，計(jì)算防凍系統(tǒng)的熱損耗功率。已知c水=4.2×103J/(kg·℃)。6、（2021青海西寧）孝順的小梅同學(xué)給爺爺網(wǎng)購(gòu)了一臺(tái)額定電壓為220V的雙檔位電熱足浴器。足浴器某次加熱工作時(shí)的控制面板顯示如圖所示。（1）足浴器在加熱狀態(tài)下正常工作時(shí)的電流是多大？（2）足浴器裝入質(zhì)量為5kg，初溫為20℃的水，當(dāng)水溫達(dá)到控制面板上顯示的溫度時(shí)，水吸收的熱量是多少？加熱所用的時(shí)間是多長(zhǎng)？［不計(jì)熱量損失，水的比熱容］（3）若晚上用電高峰時(shí)的實(shí)際電壓只有200V，足浴器的實(shí)際加熱功率是多少？（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)，電熱絲阻值不變）

7、（2021湖南永州）某品牌電熱水壺有“加熱”和“保溫”兩個(gè)擋位，其內(nèi)部簡(jiǎn)化電路圖如圖甲所示，定值電阻R1的U﹣I圖像如圖乙所示。已知U=220V、R2=525.8Ω、c水=4.2×103J/（kg?℃）、ρ水=1.0×103kg/m3。（1）求定值電阻R1的阻值；（2）當(dāng)S1閉合、S2斷開(kāi)時(shí)，電熱水壺處于______擋位，求電熱水壺此擋位的功率______；（3）已知電熱水壺加熱效率為80%，將1.5L水從20℃加熱到100℃，求水吸收的熱量和加熱所需時(shí)間。8．（2021江蘇無(wú)錫）圖甲為某品