2024年中考物理三轮复习重要突破：多档位用电器相关计算（含解析）

专题12多档位用电器相关计算

/方法指导

一、电阻均为发热电阻

多挡位的实质是利用多开关限制接入电路中总电阻的大小，从而变更用电器电功率来实

现对挡位的限制.R总越大，P实越小，挡位低；R总越小，P实越大，挡位高.

低温U2

品口囿闲口八3G,通四J由电阳由甲弹耿，厂P/1r氐t一—

档7?i+7?2

短路式|—1—1~*—1—

高温U2

闭合S、So,只有Ri接入电路，Pff=—

r220V档X

低温f/2

只闭合S,只有R?接入电路，户低=——

—1----1-----0^——档7?2

并联式

高温、、、nU2U2

R2S、So均闭合，Ri、Rz并联，匕=-----1-----

-220档何&&

低温U2

S1断开，S2接b,Ri、R?串联，尸低=-------

档RI+R2

单刀双掷ab2

-----------ojo---------中温U

is,闭合&,S2接b,只有Ri接入电路，等=—

式档Ri

R达飞

］高温

,,,、„U2U2

-----o22()vo——囿口，02®a,Kl>K2升耿，「育C十C

档

二、发热电阻和定值电阻串联

依据(3=1组自得P=1R计算发热功率，电路电流越大，发热功率越大。

U2

如图中，SI、S2均闭合时为高温挡，%

只闭合S1时为低温挡，々氐=(U)2R

R+R。

1

类型一两档位用电器

1.如图所示为某品牌电饭锅的简化电路图，石和兄均为电热丝，Si是温度自动限制开

关，已知电饭锅的额定电压为220V,高温挡功率为1320W,低温挡功率为110W.求：

(1)将锅内2kg的水从20℃加热到100℃,水汲取的热量；[c水=4.2X103J/

(kg•℃)]

(2)电热丝兄的阻值.

第1题图

【解析】(1)水汲取的热量

0吸=。水042=4.2X10,J/(kg•℃)X(100℃-20℃)=6.72X105J

(2)由可知，当S、Si都闭合时，电路中用、尼并联，电路中电阻最小，电路处

于高温挡，当S闭合、断开时，电路为免的简洁电路，电路处于低温挡.

电阻用的功率高温一户低温=1320W-110W=1210W

”(220V)2

电阻尼的阻值兄=元=-z-„„=40Q

ri1Z1UwW

2.下表为某品牌取暖用油汀的铭牌，其内部电路如图所示，兄和兄均为电热丝，Si是

温度自动限制开关.闭合开关S,30min内油汀消耗的电能为0.88kW・h.求：

(1)通过兆的电流；

(2)电热丝尼的电阻；

(3)30min内开关Si闭合的时间.

额定电压

额定功率

低温挡

2200W

第2题图

2

【解析】(I)由电路图及表中数据可知，当仅s闭合时处于低温挡，

即流过电阻卡的电流为：工=力=220v=4A;

p2200W

(2)当开关S、Si同时闭合时，处于高温挡，则电路中的总电流为/=力=220V=10

A

则流过兄的电流为：72=1-Zi=10A-4A=6A

U220V

电热丝泥的阻值为：兄=亍=工「-36.7Q

hOA

(3)30min内兄消耗的电能为

%=Pit=0.88kWXO.5h=0.44kW•h

是消耗的电能为例=片用=0.88kW•h-0.44kW•h=0.44kW•h

尼的电功率为4=2200W-880W=1320W=l.32kW

的0.44kW•h1

ti=~Pr1.32kW=ih=2°mm

3.小明家某型号电热加湿器的原理如图甲.人、尼都是发热电阻，不考虑温度对电阻

的影响，且兄=3用；S为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关S可实现“关”、

“低挡”、“高挡”之间的切换(低挡为小功率加热，高挡为大功率加热)，其部分技术参

数如下表.

kTt电检，“22n・・・・・・・・・・

40n:.:..:.:.:..:.:.:..::

::::::::::

，雨mini

w乙

第3题图

(1)开关处于图示位置，电热加湿器的状态是(选填“关”“低挡”或“高

挡”)；

(2)求电热加湿器中用的阻值；

(3)某次运用加湿器在额定电压下工作,加湿器注水仓中加注冷水已达到最大注水量，

其工作30min的功率与时间图像如图乙所示，假如电阻人在此次高挡加热时产生的热量全

部被水汲取，可以使注水仓中冷水的温度上升多少。C?[计算结果保留整数，水的比热容为

4.2X103J/(kg•℃)]

(4)某一天，小明断开家中其他全部用电器，只接通加湿器在低挡加热，发觉家中3000

3

revs/(kW•h)的电能表转盘在400s内转了27圈，求此时电阻用的实际功率是多少？

【解析】(1)关

(2)当开关处于2、3时，兄与兄串联，电路的电阻最大，依据片竟可知，此时的功

率较小，处于低挡，当开关处于3、4时，及被短路，电路只有发接入电路，电路的电阻最

计(99QV)2

小，功率最大，处于高挡，则一的阻值为=121Q

球4UUW

(3)由图可知，电热加湿器在高挡的工作时间为10min,则用通电10min产生的热

量为。放=〃高力=400WX10X60s=2.4X105J

由于。吸=0放，依据0吸=cm、力可知，冷水上升的温度为Kt=—=

cm

2.4X105J_

-------7-------------------y19C

4.2X103J/(kg•℃)X3kg

(4)由题知尼=3用=363Q,

97

电热加湿器在低挡工作时消耗的电能为七子肃X3.6X10,J=3.24X10,J

OUUU

一

由W=Pt和得，电热加湿器的实际电压为u实=\=

/3.24X104JX(121Q+363Q)

A/-----------------------------=198V

400s

由于尼：%=1：3,依据串联分压的原理可知，〃实=〃+8、«:仄=\3,则8=148.5

V

位也(148.5V)2

依据々花可知，兄的实际功率为必实=下=—击”一=60.75W

K7(2363Q

4.如图甲为常用的电热饮水机,其电路原理如图乙所示.该饮水机的额定电压为220V,

加热电功率为1100W,保温电功率为44W,用、尼均为电热丝(用、用的电阻不随温度变

更).请问：

(1)当S闭合时，饮水机处于(选填“加热”或“保温”)状态，此时电路

中的电流是多大？

(2)电热丝用的电阻是多大？

(3)饮水机加热工作时，将0.5千克初温为20℃的水加热到97℃,须要多长时间(假

设电能全部转化为水的内能)？

甲乙

4

第4题图

[}

【解析】(1)首先要依据户=彳来推断多挡位问题，当S闭合时，此时A被短路，电路

中电阻最小，因此功率最大，为加热挡，此时电路中电流：/=牛=书*=5A

fl(220V)2

(2)&=石==44Q,开关断开时，两电阻串联，此时为保温挡，

产热1一1U…UWRB=R\

1}(220V)2

+兄=h=—77^—=1100Q,则兄=7?总一旦=1100Q-44。=1056Q

珍温44W

(3)电能全部转化为水汲取的热量：即/电=0吸，夕热力=。力△力因此可知通电时间：

cmkt4.2X103J/(kg•℃)X0.5kgX(97-20)℃

t=-----=--------------------------------------------=147s

P热1100W

5.某电热水器具有加热和保温功能，其工作原理如图甲所示.其中限制电路中的电磁

铁线圈电阻不计，A为热敏电阻，热敏电阻中允许通过的最大电流为=15mA,其阻值7?随

温度变更的规律图像如图乙所示，电源电压〃恒为6V.当电磁铁线圈中的电流/>8mA时，

电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点a、人接触，加热电路接通；当电磁铁线圈中的电流

/W8mA时，继电器上方触点。接触，保温电路接通.热敏电阻印和工作电路中的三只电阻

丝瓜、石、用均置于储水箱中，区=220V,加热时的功率尸加热=2200W,保温时的功率产

保温=110W,加热效率77=90%,Rz=2R\,水的比热容c水=4.2X10,J/(kg•℃).水箱内

最低温度为0℃.

(1)为使限制电路正常工作，爱护电阻尼的阻值至少为多大？若必为该值，试求热水

器刚起先保温时水的温度.

(2)电阻丝用、凡、尺的阻值分别为多少欧姆？

(3)该热水器在加热状态下，将44kg、20°C的水加热到50。。须要多少时间？

【解析】(1)热敏电阻中允许通过的最大电流为=15mA,

此时限制电路中电阻最小斤总小=苧=]A=400Q

由图像得水箱内最低温度为0℃时热敏电阻最小，A最小=100Q

爱护电阻阻值至少为而=人小一"最小=400Q-100Q=300Q

5

热水器刚起先保温时，限制电路中的总电阻衣总=3=750Q

•/限制oXit)A

热敏电阻的阻值仁〃总一兄=750Q-300Q=450Q

由乙图像得，储水箱中水温是70℃

(2)加热状态时，电阻泥、尼并联在工作电路中

并联电路的总电阻/并=萨=；1=22Q

心口热zzUOW

「R\R?

又。并=夕」_夕'A=2用

为十1\2

代入数据得A=33Q,%=66Q

保温状态时，电阻胫、品串联在工作电路中.

%=7?串一尼=440Q-66Q=374Q

(3)水汲取的热量：0吸=M(方一方o)

.法n,g心m。吸。水力(t-to)

电流做的功：卜加热————"

c水m(t-to)

力口热时间：t加热=

〃为热

4.2义1。3j/(kg•c)X44kgX(50℃—20℃)

90%X2200W—

6.如图甲是某电吹风的工作原理图.电吹风工作时，可以分别吹出热风和凉风.为了

防止温度过高，用一个PTC电阻吊与电阻为100Q的电热丝斤串联，曲的阻值随温度的变

更如图乙所示.

(1)当开关S指向1位置时，电吹风吹风；

(2)该电吹风吹热风时，其温度基本恒定在200℃左右，当它的温度接着上升时，Ro

的电阻将,电热丝的发热功率将(两空均选填“增大”、“不变”或“减

小”)；

(3)该电热丝的最大发热功率是多少？

第6题图

【答案】(1)热(2)增大减小

6

【解析】（1）当开关S指向1位置时，电热丝与电动机并联，它们同时工作，电动机吹

热风；（2）从图像中可以看出，当温度高于200℃时，PTC电阻的阻值增大，则它分得的电

压也增大，而电热丝分得的电压减小，依据公式片《可知，电热丝的发热功率将减小；（3）

从图像可知，当温度为35°C,PTC的电阻最小为10Q,此时电路中的最大电流为/=（=

U220V

cc=2A,电热丝的最大发热功率为（2A）2X100Q=400W.

7.如图（1）为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为

220V,水箱装水最多0.3kg,加热功率有大、小两个挡位.设计师最初设计的内部电路有

如图（2）甲、乙两种接法，其中电热丝瓜=56Q,兄=44Q.

（1）高温水蒸气熨烫衣服时，水蒸气遇到衣服快速（填物态变更名称）成小

水珠，放出热量，将衣服熨平.

（2）假如选择甲电路，电路中最大电流为A；假如选择乙电路，电路中最大电

流为A,由于两个电路中所选熔断器里的熔丝允许通过的最大电流为8.2A,故设

计师最终选择了甲电路.（计算结果保留一位小数）

（3）请分别计算这款挂烫机两个挡位的额定功率.

（4）若将水箱中0.22kg的水从25℃加热到100℃，挂烫机至少须要加热多长时间[水

的比热容c=4.2X103J/（kg•℃）]?

【解析】（1）液化（2）58.9

（3）挂烫机大功率挡工作时，电路中电流为5A,此时功率

产大=0=220VX5A=1100W

挂烫机小功率挡工作时，兄、尼串联，电路中电流

__U____U_________220V220V

,总=瓦一旦+1—56Q+44Q—1002A

小功率挡的功率

户小=0息=220VX2.2A=484W

7

(4)水汲取的热量

Qw=cmQt—tJ=4.2X103J/(kg•℃)XO.22kgX(100℃-25℃)=6.93X104

J

要使加热时间最短，应选用大功率挡，且电流产生的热量全部被水汲取.所以有W=Q,

由片工得，加热时间

WQ6.93X104J

t=——=—=----------e

°P大P大1100W

一题多解：(3)问还可以这样解:

只有无接入电路，由々以，=当导，此时功率

挂烫机大功率挡工作时,

K

户大=£=(220V)：

大尼44Q100W

兄、兄串联，由户=0、/=乡导，此时功率

挂烫机小功率挡工作时,

K

ifif(220V)2

=z

P小――n――~~j~――lr77j_77484W

R总R\-\-Ri56Q+44Q

类型二三档位用电器

8.如图甲是家用电暖器，利用电热给煤油加热取暖.图乙为其简化的电路原理图，已

知电阻用〉不，铭牌见下表.在电暖器跌倒时，跌倒开关S自动断开，切断电源，保证平安.电

暖器有“高温挡”、“中温挡”和“低温挡”三个挡位，解答下列问题：［已知c煤油=

(1)煤油温度上升20℃时，汲取了多少焦耳的热量？

(2)尼的阻值是多少？(写出必要的文字说明)

(3)某同学用两个阻值和眉、兄均相同的电热丝串联，制成一个新的电热器，将它接

8

在家庭电路中工作11min,产生的热量是多少？

【解析】(1)煤油的质量为0=0「=O.8X1()3kg/m3X25X10-3m3=20kg

温度上升20℃汲取的热量为Q^=cm^t=2.1X103J/(kg•℃)X20kgX20℃=

8.4X105J

(2)由于R〉Rz,依据片与可知，当电压肯定时，电阻越大，功率越小，故当S、S,

K

”(290V)2

闭合时，用单独工作，电路中电阻最大，电暖器处于低温挡，R==w=121Q

打氐4UUW

”(220V)2

(3)当S、S?闭合时，上单独工作，电暖器处于中温挡，一==:।…=44Q

411UUW

串联后的电阻为衣单=》+兄=121Q+44=165Q

f•人且/(220V)2$

5

产生的热量为0=方［=］一门-X11X60s=1.936X10J

扁165C

9.小亮家新装了一台智能电热马桶盖，如图甲所示，他查阅运用说明书发觉便座加热

电路有高、中、低三挡并可手动调整，其额定电压为220V,低温挡、中温挡的额定功率分

别为22W和44W.利用所学的电学学问他设计了一个等效电路图，如图乙所示，用两定值

电阻用和是表示两电热丝，单刀双掷开关S?可接a或6.当它接入家庭电路中正常工作时：

(1)低温挡加热的电流多大？

(2)中温挡加热5h,消耗多少度电？

(3)高温挡加热的额定功率是多少瓦?

第9题图

pK92W

【解析】(1)低温挡的工作电流：/低=(=丽飞=0/A

(2)中温挡加热5h,消耗电能£电=上户中t=0.044kWX5h=0.22kW•h=0.22

度

(3)低温挡时，Si断开、S?接儿片和用串联，

,1}(220V)2

低温=石+兄=万"=W=2200Q

々氐22W

1}(220V)2

中温挡时，只闭合Si,凡接入电路，R中温=Ri=^~=TIT—1100。

4A4A4W

尼=4低温一发=2200Q-1100Q=1100Q

9

高温挡时，Si闭合、S2接a,用和用并联:

RR1100QX1100Q

"高温=7+兄=1I。。Q+II。。Q=550Q

，(99QV)2

高温挡的额定功率：一高=丁==o=88W

品温550Q

10.火锅是人们比较喜爱的一种饮食方式.如图所示为小明家运用的一款电火锅工作电

路的原理图.它有高、中、低三个加热挡位，旋钮开关可以分别置于“0和1”、“1和2”、

“2和3”或“3和4”接线柱.正常工作时，低温挡功率为高温挡功率的(，用为242Q,

5

尼为60.5Q.(忽视温度对电阻的影响)

(1)请指出开关置于什么接线柱时，火锅处于低温挡？

(2)必的阻值是多少欧姆？电火锅处于低温挡正常工作时，在1分钟内产生的热量是

多少焦耳？

(3)小明关闭家中的其他用电器，只让电火锅独立工作，用高