4多档位开关控制类型

1、电热器电路高低挡位的判断电热器电路中根据电阻的不同组合，可以实现几个不同功率工作状态的切换。每一个工作状态称为一个挡位。因此，挡位根据电功率的高低来区分的，功率越高，单位时间发热越多，被加热物体温度就越高，挡位就越高。功率、挡位的对应关系如下表。功率挡位命名高功率高温挡、加热挡中功率中温挡低功率低温挡、保温挡对于两个电阻R1、R2(R1＞R2)组成的电路，可以有四种工作状态：R1单独工作(图甲)，R2单独工作(图乙)，R1、R2串联工作(图丙)，R1、R2并联工作(图丁)（1）电阻总电阻的判断因为串联电路总电阻大于其中任何一个电阻，并联电路总电阻小于其中任何一个支路电阻，所以。（2）电路总功率的判断①用公式判断，电源电压一定时，电路总电阻越小，功率越大，挡位越高。②用公式P=UI判断，电源电压一定时，电路总电阻越小，总电流越大，功率越大，挡位越高。（3）挡位的判断①R1、R2并联工作(图丁)电阻最小，功率最大，所以是高温挡；②R2单独工作(图乙)电阻比并联电阻大，功率稍小，所以是中高温挡；③R1单独工作(图甲)电阻比R2单独工作电阻大，功率更小，所以中低温挡；④R1、R2串联工作(图丙)电阻最大，功率最小，所以是低温挡。注意：以上挡位的命名是根据四种情况都存在而言的。而对于给定的电路，可能存在上述情况中两到三种，比如某电路存在①②③三种情况，那么②就叫中温挡，③就叫低温挡；另一电路存在②③④三种情况，②就叫高温挡，③就叫中温挡；还有一电路只存在③④两种情况，③就叫高温挡，④就叫低温挡了。所以具体的挡位命名需根据题目信息确定，只需根据功率的高低排序和题目中挡位对应起来就行了。2、常见的高低温挡电路举例电路图（短路式）（并联式）（单刀双掷开关）低温档闭合S，两电阻串联，闭合S，只有R2接入电路，S1断开，S2接b，R1、R2串联，中温档只闭合S1，断开S2，只有R1接入电路，高温档闭合S、S0，只有R1接入电路，S、S0均闭合，R1、R2并联，S1闭合，S2接a，R1、R2并联，原理利用开关控制局部短路的方式改变接入电路的电阻阻值大小，从而实现不同档位的切换。利用串并联电路电阻关系改变接入电路的电阻阻值大小，从而实现不同档位的切换。利用单刀双掷开关控制电路的通断，改变接入电路的电阻大小，从而实现不同档位的切换。注意：并联电路中求解总功率时，可以采用两种方法：方法一：求出总电阻，然后再求解总功率（此方法计算量大，不推荐）；方法二：根据公式求解较为方便。技巧点拨①电阻的求解由单独接入一个电阻的档位对应的功率进行求解；②串并联电路中，，。1、如图所示是张强同学家新买的一台电热锅其内部简化电路图，该锅有高、中、低三个挡位的发热功率。开关S1可分别与触点a、b接触，已知发热电阻R1＝48.4Ω，R2＝96.8Ω，电源电压220V保持不变。请分析和解答以下问题：（1）当开关S1置于b端、S2断开时，电热锅处于什么挡位？（2）电热锅在中挡位工作时，消耗的电功率是多少？（3）电热锅在高挡位工作时，加热5min，消耗的电能为多少？【答案】（1）低挡位；（2）1000W；（3）4.5×105J【解析】(1)由图知道，当开关S1置于b端、S2断开时，两电阻串联，电路中的总电阻最大，电流最小，由P=UI知道，电功率最小，即电烤箱处于低档位；(2)由图知道，当开关S1置于b端，S2闭合时，电路为R1的简单电路，此时电烤箱处于中档位；由知道，消耗的电功率是：；(3)当开关S1置于a端，S2闭合时，两电阻并联，电路中的总电阻最小，由知道，此时电功率最大，电烤箱处于高档位；由于并联电路中各支路两端的电压相等，所以，两电阻消耗的电功率分别为：；，此时电烤箱消耗的电功率是：P高=P1+P2=1000W+500W=1500W；由知道，对食物加热5min，消耗的电能是：W=P高t=1500W×5×60s=4.5×105J。答：(1)当开关S1置于b端、S2断开时，电热锅处于低温挡位；(2)电热锅在中挡位工作时，消耗的电功率是1000W；(3)电热锅在高挡位工作时，加热5min，消耗的电能为4.5×105J。2、如图是某公司一款高智能汽车的后视镜及电路原理图，该智能后视镜有三个挡位，分别控制防雾、除雨露、除冰霜功能，该公司介绍防雾、除雨露、除冰霜依次需要后视镜提供更高的热量。车主只需通过转动旋钮开关就可让其工作。已知车载电源电压为100V，图中R1、R2、R3均为电热丝，其中R1＝100Ω、R2＝200Ω、R3＝300Ω且电阻值均不受温度的影响，请你综合应用所学知识解答下列问题：（1）要除冰霜应将旋钮调到图中挡，要防雾应将旋钮调到图中挡（选填“1”“2”或“3”）（2）当车主开启除冰霜功能时，该电路的总功率为多少W？（3）当车主开启防雾功能时，电路中总电流是多少A？（4）当车主开启防雾功能时，电热丝R1在60s内消耗的电能是多少J？【答案】3

1

50W

0.25A

375J【解析】（1）由题知，防雾、除雨露、除冰霜依次需要后视镜提供更高的热量，所以各挡的功率关系为P防雾˂P除雨露˂P除冰霜；由图知，旋钮接1时，R1与R3串联；旋钮接2时，只有R3接入电路中；旋钮接3时，只有R2接入电路中，由题知，电阻的关系为R1˂R2˂R3；电源电压一定，由可知，旋钮接1时电阻最大，功率最小；旋钮接2时，功率较大；旋钮接3时，功率最大；所以，旋钮开关1挡是防雾，旋钮开关2挡是除雨露，旋钮开关3挡是除冰霜。（2）由（1）知，开启除冰霜功能时，只有R2接入电路中，由可得，电路的总功率（3）由（1）知，开启防雾功能时R1与R3串联，由串联电路电阻特点可得，此时电路的总电阻R总＝R1+R3＝100Ω+300Ω＝400Ω由欧姆定律可得，电路中的电流（4）电热丝R1在60s内消耗的电能为W＝I总2R1t＝（0.25A）2×100Ω×60s＝375J。3、如图为某品牌多功能电饭煲的简化电路原理图，电饭煲的额定电压是220V，R2=88Ω，R3=176Ω，旋转开关置于o和a时为关闭状态，分别置于a和b、b和c、c和d，能实现低、中、高三个加热挡位的转换。低温挡的电功率与高温挡电功率之比为1：6，不计温度对电阻的影响。（1）开关置于时，电饭煲处于中温挡。（2）求电饭煲处于中温挡时，在额定电压下持续工作12min消耗的电能是多少？（3）求电阻R1的阻值。【答案】b和c接线柱

3.96×105J

88Ω【解析】（1）旋钮开关置于a和b接线柱，R2和R3串联的电路，总电阻最大，根据可知总功率最小，为低温挡；旋钮开关置于b和c接线柱，R3被短路，电路为R2的简单电路，总电阻较小，根据可知总功率较大，为中温挡；旋钮开关置于c和d接线柱，为R1、R2的并联电路，总电阻最小，根据可知总功率最大，为高温挡。所以当开关置于b和c接线柱时，电饭煲处于中温挡。（2）电饭煲处于中温挡时，只有R2接入电路,在额定电压下持续工作12min消耗的电能（3）当开关置于a和b接线柱时，电饭煲处于低温挡，R2和R3串联接入电路，则低温档的功率为当开关置于c和d接线柱时，电饭煲处于高温挡，R2和R3并联接入电路,则高温档的功率为又因为低温挡的电功率与高温挡电功率之比为1∶6，即P高=6P低，则解得：R1=88Ω。答：（1）开关置于b和c接线柱时，电饭煲处于中温挡；（2）在额定电压下持续工作12min消耗的电能为3.96×105J；（3）电阻R1的阻值为88Ω。4、题图甲是用某款3D打印第进行立体绘画时的场景，打印笔通电后，笔内电阻丝发热使笔内绘画材料熔化；加热电路简化后如图所示，电源电压恒为6V，R1和R2为发热电阻丝，只闭合S1时低温挡工作，S1、S2都闭合时高温挡工作，高温挡和低温挡的功率比为4∶3，R1=4Ω，忽略电阻丝阻值随温度变化，求（1）低温档工作时，通过R1的电流；（2）低温挡的功率；（3）R2的电阻值。【答案】（1）1.5A；（2）9W；（3）12Ω【解析】（1）由题意可知，电源电压恒为6V，只闭合S1时，电路中只有R1一个用电器，则R1两端电压为6V，R1=4Ω，根据欧姆定律可得（2）只闭合S1时低温挡工作，电压为6V，则低温档的电功率为（3）S1、S2都闭合时高温挡工作，R1和R2并联，高温挡和低温挡的功率比为4∶3，即则高温档的功率为电路并联，总功率等于各支路功率之和，即则R2的电功率为根据可得，R2的电阻值为答：（1）低温挡工作时，通过R1的电流为1.5A；（2）低温挡的功率为9W；（3）R2的电阻值为12Ω。5、某电热取暖器的简化电路如图所示，R1、R2为发热电阻。取暖器工作时，通过开关S1和S2实现低温、高温的挡位控制。已知高温挡功率为1320W，R1=55Ω。求：（1）取暖器工作时通过R1的电流；（2）取暖器处于低温挡时，工作1min产生的热量；（3）R2的阻值。【答案】（1）4A；（2）52800J；（3）110Ω【解析】（1）由电路图知，两个开关都闭合时，两个电阻并联在电路中，电路中的总电阻较小，据知，电路中的总电功率较大，处于高温挡；S1闭合、S2断开时，电路中只有R1工作，电路中的电阻较大，据知，电路中的总电功率较小，处于低温挡。此时通过R1的电流（2）电热取暖器处于低温挡时，功率P低温=UI1=220V×4A=880W工作1min产生的热量Q=P低温t=880W×60s=52800J（3）高温挡工作，R2消耗的功率P2=P高温P低温=1320W880W=440W所以R2的阻值答：（1）取暖器工作时通过R1的电流为4A；（2）取暖器处于低温挡时，工作1min产生的热量为52800J；（3）R2的阻值为110Ω。6、商业街移动摊位使用可显示电费的新型插座（如图甲所示）计费，某摊位使用空气炸锅（如图乙所示）烹制食物，如图丙所示是该空气炸锅加热部分的简化电路图，其额定电压为220V，定值电阻和为发热体，其中。开关S1、S2、S3的通断可实现高、中、低三个档位的调节（S1、S2不会同时闭合），只闭合S3时为中温档，额定功率为440W。求：（1）的电阻；（2）高温档正常工作100s，电流通过产生的电热；（3）只有空气炸锅单独工作，表盘示数使用前后如图甲、丁所示，通过表盘显示的数据估算该空气炸锅消耗的电功率（已知商用电费单价为0.75元/kW·h）。【答案】（1）110Ω；（2）1.21×105J；（3）320W【解析】（1）当开关S1、S3闭合、S2断开时，两电阻并联，总电阻最小，根据可知，此时总功率最大，为高温挡；只闭合S3时，电路为R2的简单电路，总电阻较小，根据可知，此时总功率较大，为中温档；当开关S1、S3断开、S2闭合时，两电阻串联，总电阻最大，根据可知此时总功率最小，为低温挡。则R2的电阻（2）高温挡时R1功率为电流通过R1产生的电热Q1=W1=P1t1=1210W×100s=1.21×105J（3）空气炸锅消耗的电能空气炸锅的电功率。答：（1）R2的电阻为110Ω；（2）高温档正常工作100s，电流通过R1产生的电热为1.21×105J；（3）空气炸锅消耗的电功率为320W。7、图甲是某电饭锅的简化电路原理图，R1和R2是阻值不变的加热电阻，R1=50Ω，S为温控开关，1、2是开关连接的触点。某次煮饭时，只将电饭锅接入220V的电路中，在加热状态下工作了一段时间后，开关S自动切换到保温状态。在保温状态下，电能表（如图乙）的转盘在1min内转动了5r。求：（1）保温状态下该电饭锅的发热功率。（2）R2阻值的大小。（3）用电高峰时，该电饭锅在加热状态下，14min内将2kg初温为20℃的水加热至沸腾（1个标准大气压），若不计热损失，电饭锅的实际电压。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]【答案】（1）100W；（2）434Ω；（3）200V【解析】（1）3000r/(kW·h)表示电路中每消耗1kW·h的电能，电能表的转盘转3000转，在保温状态下，电能表（如图乙）的转盘在1min内转动了5r，电饭锅消耗的电能为保温功率为（2）由图甲可知，当开关S与触点1连接时，电路中只有R1，电路中电阻较小；当开关S与触点2连接时，电路中R1、R2串联，电路中电阻较大；电源电压一定，由可知，当开关S与触点1连接时，电路电功率较大、电饭锅处于加热状态；当开关S与触点2连接时，电路电功率较小、电饭锅处于保温状态；由可得保温时电路总电阻为R2的阻值为R2=R串R1=484Ω50Ω=434Ω（3）标准大气压下水的沸点为100℃，电饭锅将2kg初温为20℃的水加热至沸腾时，水吸收的热量Q吸=c水m(tt0)=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃20℃)=6.72×105J不计热量损失，则W=Q吸，则电饭锅的实际加热功率为根据可得，加热状态下的实际电压为。答：（1）保温状态下该电饭锅的发热功率为100W；（2）R2阻值的大小为434Ω；（3）电饭锅的实际电压为200V。8、小强妈妈买了一个新的电饭煲，小强从说明书中得知下表中的信息，工作电路图如图甲所示，S1为温控开关，加热电阻R1和R2的阻值不随温度变化。求：（1）电阻R1的阻值；（2）电饭煲在“保温”状态下正常工作时，加热电阻R₁的电功率；（3）某周末的晚饭时，小强想利用自家电能表（如图乙）测量电饭锅的实际功率。于是他关闭了家中其它所有用电器，只让电饭煲在“蒸煮”状态下工作，观察到电能表的转盘在1min内转了50转。求电饭锅的实际功率和实际电压。额定电压220V额定蒸煮功率1210W额定保温功率88W频率50Hz容积5L【答案】（1）40Ω；（2）6.4W；（3）1000W，200V【解析】（1）由电路图知，只闭合S2时两电阻串联，电路中电阻较大，总功率较小，为保温状态，当两开关都闭合时，只有R1接入电路中，电阻较小，总功率较大，为蒸煮状态，由表中数据知，额定蒸煮功率为1210W，由可得，R1的阻值（2）由表中数据可知，额定保温功率为88W，此时两电阻串联，由P＝UI可得，在“保温”状态下正常工作时的电流加热电阻R1的电功率为P1＝I2R1＝（0.4A）2（3）“3000revs/（kW•h）”表示电路中每消耗1kW•h电能，电能表的转盘转过3000圈，只让电饭煲在“蒸煮”状态下工作，转盘在1min内转了50转，电饭煲消耗的电能为电饭煲在“蒸煮”状态下的实际功率为实际电压为答：（1）电阻R1的阻值为40Ω；（2）电饭煲在“保温”状态下正常工作时，加热电阻R₁的电功率为6.4W；（3）电饭锅的实际功率为1000W，实际电压为200V。9、小科设计了一款高、中、低三个挡位的迷你多功能电锅，其部分设计参数如图甲所示，简化电路如图乙所示，、、为电热丝，其中。电锅在高温挡、中温挡工作时，开关均处于闭合状态；在低温挡工作时，开关、均处于断开状态，闭合开关S，移动滑片，可调节低温挡的功率。额定电压30V高温挡功率150W中温挡功率？W低温挡功率范围20w50W甲（1）求电锅在高温挡正常工作时的电流；（2）求电锅中温挡功率；（3）现有、、三种规格，为了达到小科设计的低温挡功率范围，请通过计算说明他选择的哪一种。【答案】（1）5A；（2）90W；（3）滑动变阻器选择的规格为“”【解析】解：（1）电锅在高温挡时的功率P高=150W，则电锅在高温挡正常工作时的电流为（2）由题可知，电锅在高温挡时开关均处于闭合状态，根据可知，R1与R2并联。则通过R1的电流为则通过R2的电流为则R2的阻值为根据题意可知，电锅中温挡时电流仅有R2，则功率为（3）由题可知，低温挡时R0和R2串联，当低温挡功率最小为20W时，电路最大总电阻为则滑动变阻器的阻值为当低温的功率最大为50W时，电路最小总电阻为则滑动变阻器的阻值为则滑动变阻器需要的电阻范围是又因为功率最大时通过的电流为。10、如图甲所示为小科同学家的电中药壶，有“猛火”和“文火”两个挡位，工作电路简化为图乙所示，其中S'为挡位开关，R1、R2为发热电阻（假定工作时电阻不变），A、B为阻值可忽略不计的指示灯。当电中药壶处于猛火挡时，红灯亮；处于文火挡时，绿灯亮。已知电中药壶额定电压为220V，猛火挡的额定功率为2420W，R2的阻值为180Ω。（1）判断A灯是（选填“红灯”或“绿灯”），你的判断依据是什么？。（2）求电中药壶“文火”挡的额定功率？（3）某天用电高峰时，小科用电中药壶帮奶奶熬药，为了计算家里电路的实际电压，她关了家里其它用电器，只将电中药壶调到猛火挡上，电中药壶工作1min，电能表（如图丙所示）的电能表表盘转了100转，由此她计算出家庭电路的实际电压是多少？【答案】（1）红灯见解析（2）242W（3）200V【解析】（1）由电路图可知，当开关S闭合，S'打至触点N时，电路为R1和指示灯A的串联电路，此时电路中阻值较小，由可知，此时电路功率较大，则电中药壶处于猛火挡，此时红灯亮，故A灯是红灯。（2）由题意可知，猛火挡的额定功率为2420W，由可得，电阻R1的阻值为当开关S闭合，S'打至触点M时，电路为两电阻和指示灯B的串联，此时电路中阻值较大，功率较小，电中药壶处于文火挡，故电中药壶文火挡的额定功率为（3）由电能表表盘上的信息可知，电中药壶消耗的电能为故电中药壶的实际功率为由可得，电中药壶的实际电压为。11、适当足浴有利于身体健康。小科家中有一个电热足浴盆，其部分铭牌信息如表所示，图甲为该电热足浴盆的工作电路，R1、R2均为电热丝，当开关S接a、b触点时，可以切换该电热浴足盆的工作挡位。求：型号B18﹣A2额定电压220V额定加热功率968W额定保温功率80W（1）该电热足浴盆的额定加热电流为多大？（2）电热丝R1、R2的阻值各为多少？（3）在用电高峰，小科关闭家中其它所有用电器，只让该电热足浴盆通电，使其处于加热状态工作了1.5min，如图乙所示的电能表转盘转动了50转，则该电热足浴盆加热的实际功率为多少？【答案】（1）4.4A；（2）555Ω和50Ω；（3）800W【解析】（1）由表中数据知，浴足盆的额定加热功率968W，由P＝UI可得，额定加热电流（2）由电路图知，S接b时只有R2接入电路中，电路中电阻较小，电源电压一定，由可知，此时电路的功率较大，为加热状态；S接a时两电阻串联，电路中电阻较大，功率较小，为保温状态。由欧姆定律可得R2的阻值保温状态下，由串联电路的特点和可得总电阻则（3）由图乙可知，电能表上标有，表示每消耗的电能，电能表的表盘就转过2500r，则表盘转过50转时，浴足盆消耗的电能此时浴足盆加热的实际电功率答：（1）额定加热电流为4.4A；（2）R1和R2的阻值分别为555Ω和50Ω；（3）在用电高峰期，浴足盆加热的实际电功率为800W。12、如图所示为某电烤箱的铭牌，图中虚线内是电烤箱内部的简化电路图。R1和R2均为电热丝，求：XX牌电烤箱额定电压220V额定功率高温挡1100W低温挡440W（1）在低温挡正常工作时，电路中的电流；（2）在高温挡正常工作10min，电路消耗的电能；（3）若只将高温挡功率提高到1210W，请通过计算，说明如何改变电阻。【答案】（1）2A；（2）6.6×105J；（3）见解析【详解】解：（1）在低温挡正常工作时，由P=UI可得，电路中的电流为（2）在高温挡正常工作10min，由可得，电路消耗的电能为W=P高温t=1100W×10×60s=6.6×105J（3）只将高温挡功率提高到1210W时，低温挡的功率不变，由可知，低温挡时电路中的总电阻改造后高温挡电路的电阻因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，则改造后R2的阻值R2′=RR1′=110Ω40Ω=70Ω所以，若只将高温挡功率提高到1210W，需将R1更换为40Ω，R2更换为70Ω。答：（1）在低温挡正常工作时，电路中的电流为2A；（2）在高温挡正常工作10min，电路消耗的电能为6.6×105J；（3）若只将高温挡功率提高到1210W，R1更换为40Ω，R2更换为70Ω。13、如图所示是小明家的多功能炖锅简化电路图。R1、R2是两个电热丝，S2是单刀双掷开关。通过S1和S2的断开、闭合的组合，实现高、中、低三挡加热。炖锅的相关参数见表格。求：电源电压（V）低温挡功率（W）中温挡功率（W）高温挡功率（W）容积（L）22027555011001（1）炖锅处于高温挡工作时，电路中的电流为多少？（2）R2的阻值多大？（3）某次用电高峰时，小明和他爸爸合作，测得插座两孔之间的实际电压只有198V，那么该炖锅在高温挡下工作的实际功率是多少？【答案】（1）5A；（2）88Ω；（3）891W【解析】（1）炖锅处于高温挡工作时，电路中的电功率为1100W，电路中的电压为220V；由公式得此时电路中的电流为（2）由公式知，电压一定时，电功率与电路电阻阻值成反比。由电路图知当两电阻并联时电路总电阻最小，当两电阻串联时电路总电阻最大，只有R1接在电路中时电路电阻阻值居中，所以此时处于中温挡。由公式得R1的阻值为低温挡是R1与R2串联接在电路中，由公式得R1与R2串联后的电阻为由串联电路的电阻关系知，R2的电阻为（3）由题意分析知，高温挡时R1与R2并联接入电路。由公式得所以。答：（1）炖锅处于高温挡工