2024-2025學年初中物理電學同步專題點撥與強化專題46多檔位問題與電熱綜合計算含解析

Page1專題46多檔位問題與電熱綜合計算考點解讀在學習焦耳定律以后，會遇到運用焦耳定律解決電熱毯、電熱水器、電飯鍋、電暖氣等發(fā)熱體的檔位問題，也會遇到電吹風、豆?jié){機等既發(fā)熱又做功的用電器的檔位問題。多檔位的實質(zhì)是在電壓不變時，利用多開關(guān)限制接入電路中電阻的大小，從而變更用電器電功率來實現(xiàn)對檔位的限制。常見的檔位：高溫檔、中溫檔、低溫檔；加熱檔、保溫檔。家庭電路中電源電壓U＝220V，依據(jù)知R總越大，P實越小，檔位越低；R總越小，P實越大，檔位越高。高溫檔：在相同時間內(nèi)放出的熱量最多，熱功率最大，電阻最??；中溫檔：在相同時間內(nèi)放出的熱量低于高溫檔，熱功率低于高溫檔，電阻高于高溫檔；低溫檔：在相同時間內(nèi)放出的熱量最少，熱功率最小，電阻最大。電路圖如下：電路圖（短路式）（并聯(lián)式）（單刀雙擲開關(guān)）低溫檔閉合S，兩電阻串聯(lián)，閉合S，只有R2接入電路，S1斷開，S2接b，R1、R2串聯(lián)，中溫檔只閉合S1，斷開S2，只有R1接入電路，高溫檔閉合S、S0，只有R1接入電路，S、S0均閉合，R1、R2并聯(lián)，S1閉合，S2接a，R1、R2并聯(lián)，原理利用開關(guān)限制局部短路的方式變更接入電路的電阻阻值大小，從而實現(xiàn)不同檔位的切換。利用串并聯(lián)電路電阻關(guān)系變更接入電路的電阻阻值大小，從而實現(xiàn)不同檔位的切換。利用單刀雙擲開關(guān)限制電路的通斷，變更接入電路的電阻大小，從而實現(xiàn)不同檔位的切換。留意：并聯(lián)電路中求解總功率時，可以采納兩種方法：方法一：求出總電阻，然后再求解總功率（此方法計算量大，不舉薦）；方法二：依據(jù)公式求解較為便利。技巧點撥1.電阻的求解由單獨接入一個電阻的檔位對應的功率進行求解；2.串并聯(lián)電路中，，。典例賞析【例1】如圖是一臺電熱飲水機的電路簡圖。其額定電壓為220V，具有加熱和保溫兩種功能，對應的功率分別是400W和40W，下列說法正確的是（）A．均閉合時，飲水機處于加熱狀態(tài)B．阻值為C．阻值為D．高溫檔加熱1h，耗電，此時飲水機處于正常工作狀態(tài)【答案】AB【解析】當開關(guān)S1閉合、S2斷開時，兩電阻串聯(lián)，電路中的總電阻最大，由P=UI=可知，電路的總功率最小，飲水機處于保溫狀態(tài)；當開關(guān)S1、S2均閉合時，電路為R1的簡潔電路，電路的總電阻最小，總功率最大，飲水機處于加熱狀態(tài)，故A正確；當開關(guān)S1、S2均閉合時，飲水機處于加熱狀態(tài)，由P=UI=可得，R1的阻值：R1===121Ω，故B正確；當開關(guān)S1閉合、S2斷開時，兩電阻串聯(lián)，飲水機處于保溫狀態(tài)，則電路的總電阻：R===1210Ω，因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以，R2=R-R1=1210Ω-121Ω=1089Ω，故C錯誤；若高溫檔正常加熱1h，其耗電W=P加熱t(yī)=0.4kW×1h=0.4kW?h，而實際耗電0.35kW?h，所以此時飲水機處于非正常工作狀態(tài)，故D錯誤。故選：AB?！纠?】圖甲是某款“即熱式”電熱水龍頭，圖乙是它的原理電路，R1、R2為電熱絲（不考慮溫度對電熱絲的影響），A、B、C、D是四個觸點，旋轉(zhuǎn)手柄帶動開關(guān)S接通對應電路，實現(xiàn)冷水、溫水、熱水之間切換，有關(guān)參數(shù)如下表；當水龍頭放熱水時，正常工作60s，消耗的電能是______J；當開關(guān)置于B、C之間時，水龍頭工作電路處于______擋（選填“熱水”或“溫水”）；電熱絲R2的電阻是______Ω；若在家運用該水龍頭時，水龍頭發(fā)生短路，家中______會自動斷開，起到愛護電路的作用。額定電壓220V額定功率溫水2200W熱水3000W【答案】溫水60.5空氣開關(guān)【解析】[1]由可得，水龍頭放熱水時60s消耗的電能[2]當開關(guān)置于B、C之間時，只有電阻R1接入電路，電路中電阻較大，依據(jù)可知，此時功率較小，則此時放出的是溫水，處于溫水檔；[3]加熱狀態(tài)下，電阻R1、R2并聯(lián)，此時放出熱水，已知P熱=3000W，則R2消耗的電功率依據(jù)可知，R2的阻值[4]若在家運用該水龍頭時，水龍頭發(fā)生短路，家中空氣開關(guān)會自動斷開，起到愛護電路的作用。對點訓練1．如圖所示是某加熱器的電路圖，電源電壓為220V，R1、R2均為發(fā)熱電阻絲。通過開關(guān)S1和S2的通斷組合，可得到不同加熱檔位。其中加熱檔功率為4840W，保溫檔功率為400W。下列說法正確的是（）A．開關(guān)S1、S2都閉合時，加熱器處于保溫檔B．發(fā)熱電阻絲的阻值大小關(guān)系為R1<R2C．處于加熱檔時，R1的功率為400WD．保溫5min，加熱器需消耗2000J的電能【答案】B【解析】A．開關(guān)S1、S2都閉合時，兩個電阻絲并聯(lián)在電路中，此時電路中的電阻最小，依據(jù)知，此時電路消耗的電功率最大，那么加熱器處于加熱檔，故A錯誤；B．由題意知，當開關(guān)S1閉合、S2斷開時，加熱器處于保溫檔，此時電路是只有R2工作的簡潔電路，則加熱器處于加熱檔時，電路的總電阻依據(jù)并聯(lián)電路的電阻特點得R1<R2故B正確；C．加熱器處于加熱檔時，其總功率為4840W，那么電阻R1的功率P1=P加熱-P保溫=4840W-400W=4440W故C錯誤；D．保溫5min，加熱器消耗的電能W=P保溫t=400W×5×60s=12000J故D錯誤。故選D。2．如圖為電熱水器的簡化電路，具有加熱和保溫功能。R1和R2是兩根電熱絲，S為溫控開關(guān)，可在1、2兩個觸點間自動切換，使水溫維持在設定的范圍。已知電熱水器的加熱功率為400W，保溫功率為100W，忽視溫度對電阻的影響。開關(guān)與觸點1接通時，電熱水器處于_____狀態(tài)（選填“加熱”或“保溫”），R1=_____Ω，R2=_____Ω。若僅適當提高電熱水器的保溫功率，則電路改進措施是_____（寫出一種即可）?！敬鸢浮考訜?21363減小R2阻值或與R2并聯(lián)一個電阻【解析】[1]多檔位電路的溫度檔分析可以依據(jù)公式P=來推斷，由于電路的總電壓是不變的，為220V，故電路總電阻越大，電功率越小，溫度檔位越低，所以當開關(guān)S在1檔位時，電路總電阻為R1，開關(guān)S在2檔位時，電阻R1和R2串聯(lián)，電路總電阻為R1和R2之和，故開關(guān)在1檔位時，為加熱狀態(tài)。[2][3]在加熱檔時，電路只有電阻R1，電功率為400W，可求在保溫檔時，電路是R1和R2串聯(lián)，電功率為100W，可求[4]若僅適當提高電熱水器的保溫功率，則減小保溫電路的總電阻即可，減小R2阻值或與R2并聯(lián)一個電阻均可減小電路的總電路。3．圖為一電熱飲水機的電路簡圖，其額定電壓為220V，具有“加熱”、“保溫”兩種功能，對應功率分別為400W和40W。當開關(guān)S1、S2均閉合，飲水機處于__________（選填“保溫”或“加熱”）狀態(tài)，R1的阻值為_______Ω；用飲水機給2kg的水加熱，當水溫上升50℃，水汲取的熱量為_____J。[c水=4.2×103J/（kg?℃）]。【答案】加熱1214.2×105【解析】[1][2]當開關(guān)S1、S2均閉合時，電路為R1的簡潔電路，電路的總電阻最小，由P=UI=可知，電路的總功率最大，飲水機處于加熱檔，則R1的阻值[3]水汲取的熱量Q吸=cmt=4.2×103J/（kg?℃）×2kg×50℃=4.2×105J4．圖甲是某款電熱水龍頭，即開即熱、冷熱兼用，圖乙是它的電路圖．R1、R2為電熱絲，通過旋轉(zhuǎn)手柄帶動開關(guān)S接通對應的電路，從而實現(xiàn)冷水、溫水、熱水之間切換．已知電熱水龍頭的額定電壓是220V，溫水時額定功率是2000W，R2的阻值為48.4Ω．不考慮溫度對電阻絲的影響，熱水時水龍頭30s內(nèi)產(chǎn)生的電熱是________J．【答案】9×104J【解析】由電路圖可知，當開關(guān)S接通2時，電路為R1的簡潔電路，電熱水龍頭流出的是溫水；當開關(guān)S接通3時，R1與R2并聯(lián)，電熱水龍頭流出的是熱水，因并聯(lián)電路中各支路獨立工作、互不影響，所以，R1的功率不變，即P1＝P溫＝2000W，因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，所以，R2的功率：P2＝＝1000W，因電路中總功率等于各用電器功率之和，所以，熱水時電熱水龍頭的功率：P熱＝P1+P2＝2000W+1000W＝3000W，熱水時水龍頭30s內(nèi)產(chǎn)生的電熱：Q＝W＝P熱t(yī)＝3000W×30s＝9×104J.5．圖甲是某款“即熱式”電熱水龍頭，圖乙是它的原理電路，R1、R2為電熱絲（不考慮溫度對電熱絲的影響），A、B、C、D是四個觸點，旋轉(zhuǎn)手柄帶動開關(guān)S接通對應電路，實現(xiàn)冷水、溫水、熱水之間切換，有關(guān)參數(shù)如下表；當水龍頭放熱水時，正常工作60s，消耗的電能是______J；當開關(guān)置于B、C之間時，水龍頭工作電路處于______擋（選填“熱水”或“溫水”）；電熱絲R2的電阻是______Ω；若在家運用該水龍頭時，水龍頭發(fā)生短路，家中______會自動斷開，起到愛護電路的作用。額定電壓220V額定功率溫水2200W熱水3000W【答案】溫水60.5空氣開關(guān)【解析】[1]由可得，水龍頭放熱水時60s消耗的電能[2]當開關(guān)置于B、C之間時，只有電阻R1接入電路，電路中電阻較大，依據(jù)可知，此時功率較小，則此時放出的是溫水，處于溫水檔；[3]加熱狀態(tài)下，電阻R1、R2并聯(lián)，此時放出熱水，已知P熱=3000W，則R2消耗的電功率依據(jù)可知，R2的阻值[4]若在家運用該水龍頭時，水龍頭發(fā)生短路，家中空氣開關(guān)會自動斷開，起到愛護電路的作用。6．某一天晚上睡覺前，小文同學用有預約功能的電飯煲為家人其次天早餐煲粥。小文將大米等食材放入電飯煲內(nèi)，接通220V家庭電路，經(jīng)過了待機、加熱、保溫三個過程，早餐前斷開電源，電飯煲消耗的電功率隨時間變更的圖像如圖甲所示，電飯煲加熱過程消耗的電能是______kW·h。已知小文家電飯煲加熱和保溫部分基本電路原理如圖乙所示，S是接通家庭電路的開關(guān)，S1是自動開關(guān)，R1和R2為電阻不變的電熱絲，則R2=_____Ω?！敬鸢浮?.88220【解析】由甲圖可知，0-5h功率為44W，此時間段為待機；5-6h功率為880W，此時間段為加熱；6-7h功率為220W，此時間段為保溫。電飯煲加熱過程時間為1h，則加熱過程消耗的電能為W=Pt=0.88kW×1h=0.88kW·h；由電路圖可知，當開關(guān)S、S1同時閉合時，R1和R2并聯(lián)，電路總電阻最小，發(fā)熱功率最大，為加熱電路；當開關(guān)S閉合、S1斷開時，R1斷路沒有工作，電路中只有R2工作，為保溫電路。因保溫功率為220W，即R2功率為220W，則R2===220Ω。7．如圖所示是XX型“220V1000W”電飯煲的原理圖。它有高溫柔保溫兩擋，通過單刀雙擲開關(guān)S進行調(diào)整，R0為電熱絲。當開關(guān)S接高溫擋時，電路的功率為1000W；當開關(guān)S接保溫擋時。電路的總功率為22W。求：(1)電飯煲在高溫擋時，開關(guān)S應與哪個觸點連接？(2)電熱絲R0的阻值多大？(3)當電飯煲在保溫時，實際電流多大？保溫5min，電熱絲R0消耗的電能為多少？【答案】(1)2；(2)48.4Ω；(3)0.1A，145.2J【解析】(1)由可知，在電壓U肯定時，電阻R越小，電功率越大，由電路圖可知，S應接2觸點時，電路為R0的簡潔電路，電路電阻最小，此時電飯煲功率最大，電飯煲在高溫檔。(2)電飯煲在高溫擋時，電路為R0的簡潔電路，由可得，電熱絲R0的阻值(3)由P=UI可得，當電飯煲在保溫時實際電流保溫5min，電熱絲R0消耗的電能W0=I2R0t=(0.1A）2×48.4Ω×5×60s=145.2J答：(1)電飯煲在高溫檔時，開關(guān)S應與2觸點連接；

(2)電熱絲R0的阻值為48.4Ω；

(3)當電飯煲在保溫時，實際電流為0.1A；保溫5min，電熱絲R0消耗的電能為145.2J。8．圖甲為某款新型電飯煲，額定電壓為220V，它采納了“聰慧火”技術(shù)，智能化地限制不同時間段的烹飪溫度，以得到食物最佳的養(yǎng)分和口感。圖乙為其電路原理圖，R1和R2為電阻不變的電熱絲，S是自動限制開關(guān)。將電飯煲接入220V電路中，在電飯煲工作的30min內(nèi)，它消耗的電功率隨時間的變更如圖丙所示。求（1）5～10min，電飯煲的功率。（2）20～30min，電飯煲產(chǎn)生的總熱量【答案】（1）660W（2）2.64×105J【解析】（1）由圖丙知道，5～10min，電飯煲的功率是660W；（2）由圖丙知道，20～30min（600s）時，電飯煲的功率是440W，由Q=W=Pt知道，20～30min內(nèi)電飯煲產(chǎn)生的總熱量是：Q=W=Pt=440W×600s=2.64×105J9．小華家買了一個家用電吹風，其簡化電路如圖所示，主要技術(shù)參數(shù)如下表．電吹風在額定電壓下工作，請解答如下問題：（1）電吹風吹冷風時，通過電動機的電流是多大？（2）電熱絲工作時的電阻是多大？（3）電吹風內(nèi)電動機的電阻是1Ω，電吹風吹冷風30min產(chǎn)生的熱量是多少？【答案】(1)0.5；(2)55Ω；(3)450J【解析】(1)當開關(guān)置于BC時，只有電動機工作，電吹風吹冷風，依據(jù)P=UI可得，電吹風吹冷風時，通過電動機的電流(2)當開關(guān)置于AB時，電動機與電熱絲并聯(lián)，電動機和電熱絲同時工作，電吹風吹熱風，電熱絲的電功率P=990W-110W=880W熱絲R2的電阻值(3)由焦耳定律可得，電吹風吹冷風時電流通過電動機產(chǎn)生的熱量答：(1)電吹風吹冷風時，通過電動機的電流是0.5A；(2)電熱絲工作時的電阻是55Ω；(3)電吹風吹冷風30min產(chǎn)生的熱量是450J。10．如圖所示的某應急燈和它的銘牌，兩個燈泡是并聯(lián)，當外部電路停電時應急燈亮，這時電池電壓為6V，額定功率為2×3W（1）通過兩燈的總電流是多少A？2min所消耗的電能是多少？（2）假如2min內(nèi)消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，能否使20℃，1kg的水升到30℃？【答案】（1）通過兩燈的總電流是1A；2min所消耗的電能是720J；（2）不能．【解析】（1）由題意知：電池電壓U=6V，額定功率為P=2×3W=6W，則通過兩燈的總電流：I=P/U=6W/6V=1A；在時間t=2min=120s內(nèi)消耗的電能：W=Pt=6W×120s=720J．（2）由題意知：水的質(zhì)量m=1kg，上升的溫度△t=30℃﹣20℃=10℃，比熱容c=4.2×103J/（kg?℃），則水須要汲取的熱量：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg?℃）×1kg×10℃=4.2×104J＞W(wǎng)=720J，所以不能．11．家用豆?jié){機的外形如圖甲所示，其機頭主要由一個電熱器（電熱絲）R和一個電動機M帶動的打漿器構(gòu)成，內(nèi)部電路簡化圖如圖乙所示．制作豆?jié){的過程是先加熱，后打漿，再加熱煮熟，即加熱和打漿是交替進行的．某品牌豆?jié){機銘牌上的部分技術(shù)參數(shù)如表．（1）豆?jié){機在額定電壓下打漿，通過電動機的電流是多少？（2）小明同學想測算該豆?jié){機的加熱效率，他把100g大豆和1.4kg清水放入豆?jié){機中，測出其初溫為20℃，當電熱器正常工作時加熱總時間為9min豆?jié){沸騰，測其溫度為100℃．請你幫他計算豆?jié){汲取了多少熱量？豆?jié){機的加熱效率是多少？[c豆?jié){=4×103J/（kg?℃）]（3）小明同學晚上運用該豆?jié){機，在與第（2）問條件相同的狀況下，發(fā)覺電熱器加熱總時間由以前的9min變?yōu)?0min，豆?jié){機的加熱電阻R和加熱效率均不變，求晚上的實際電壓值．(已知≈0.95)【答案】（1）0.82A；（2）4.8×105J；（3）