2024-2025学年初中物理电学同步专题点拨与强化专题46多档位问题与电热综合计算含解析

Page1专题46多档位问题与电热综合计算考点解读在学习焦耳定律以后，会遇到运用焦耳定律解决电热毯、电热水器、电饭锅、电暖气等发热体的档位问题，也会遇到电吹风、豆浆机等既发热又做功的用电器的档位问题。多档位的实质是在电压不变时，利用多开关限制接入电路中电阻的大小，从而变更用电器电功率来实现对档位的限制。常见的档位：高温档、中温档、低温档；加热档、保温档。家庭电路中电源电压U＝220V，依据知R总越大，P实越小，档位越低；R总越小，P实越大，档位越高。高温档：在相同时间内放出的热量最多，热功率最大，电阻最小；中温档：在相同时间内放出的热量低于高温档，热功率低于高温档，电阻高于高温档；低温档：在相同时间内放出的热量最少，热功率最小，电阻最大。电路图如下：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，原理利用开关限制局部短路的方式变更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变更接入电路的电阻阻值大小，从而实现不同档位的切换。利用单刀双掷开关限制电路的通断，变更接入电路的电阻大小，从而实现不同档位的切换。留意：并联电路中求解总功率时，可以采纳两种方法：方法一：求出总电阻，然后再求解总功率（此方法计算量大，不举荐）；方法二：依据公式求解较为便利。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，，。典例赏析【例1】如图是一台电热饮水机的电路简图。其额定电压为220V，具有加热和保温两种功能，对应的功率分别是400W和40W，下列说法正确的是（）A．均闭合时，饮水机处于加热状态B．阻值为C．阻值为D．高温档加热1h，耗电，此时饮水机处于正常工作状态【答案】AB【解析】当开关S1闭合、S2断开时，两电阻串联，电路中的总电阻最大，由P=UI=可知，电路的总功率最小，饮水机处于保温状态；当开关S1、S2均闭合时，电路为R1的简洁电路，电路的总电阻最小，总功率最大，饮水机处于加热状态，故A正确；当开关S1、S2均闭合时，饮水机处于加热状态，由P=UI=可得，R1的阻值：R1===121Ω，故B正确；当开关S1闭合、S2断开时，两电阻串联，饮水机处于保温状态，则电路的总电阻：R===1210Ω，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，R2=R-R1=1210Ω-121Ω=1089Ω，故C错误；若高温档正常加热1h，其耗电W=P加热t=0.4kW×1h=0.4kW•h，而实际耗电0.35kW•h，所以此时饮水机处于非正常工作状态，故D错误。故选：AB。【例2】图甲是某款“即热式”电热水龙头，图乙是它的原理电路，R1、R2为电热丝（不考虑温度对电热丝的影响），A、B、C、D是四个触点，旋转手柄带动开关S接通对应电路，实现冷水、温水、热水之间切换，有关参数如下表；当水龙头放热水时，正常工作60s，消耗的电能是______J；当开关置于B、C之间时，水龙头工作电路处于______挡（选填“热水”或“温水”）；电热丝R2的电阻是______Ω；若在家运用该水龙头时，水龙头发生短路，家中______会自动断开，起到爱护电路的作用。额定电压220V额定功率温水2200W热水3000W【答案】温水60.5空气开关【解析】[1]由可得，水龙头放热水时60s消耗的电能[2]当开关置于B、C之间时，只有电阻R1接入电路，电路中电阻较大，依据可知，此时功率较小，则此时放出的是温水，处于温水档；[3]加热状态下，电阻R1、R2并联，此时放出热水，已知P热=3000W，则R2消耗的电功率依据可知，R2的阻值[4]若在家运用该水龙头时，水龙头发生短路，家中空气开关会自动断开，起到爱护电路的作用。对点训练1．如图所示是某加热器的电路图，电源电压为220V，R1、R2均为发热电阻丝。通过开关S1和S2的通断组合，可得到不同加热档位。其中加热档功率为4840W，保温档功率为400W。下列说法正确的是（）A．开关S1、S2都闭合时，加热器处于保温档B．发热电阻丝的阻值大小关系为R1<R2C．处于加热档时，R1的功率为400WD．保温5min，加热器需消耗2000J的电能【答案】B【解析】A．开关S1、S2都闭合时，两个电阻丝并联在电路中，此时电路中的电阻最小，依据知，此时电路消耗的电功率最大，那么加热器处于加热档，故A错误；B．由题意知，当开关S1闭合、S2断开时，加热器处于保温档，此时电路是只有R2工作的简洁电路，则加热器处于加热档时，电路的总电阻依据并联电路的电阻特点得R1<R2故B正确；C．加热器处于加热档时，其总功率为4840W，那么电阻R1的功率P1=P加热-P保温=4840W-400W=4440W故C错误；D．保温5min，加热器消耗的电能W=P保温t=400W×5×60s=12000J故D错误。故选D。2．如图为电热水器的简化电路，具有加热和保温功能。R1和R2是两根电热丝，S为温控开关，可在1、2两个触点间自动切换，使水温维持在设定的范围。已知电热水器的加热功率为400W，保温功率为100W，忽视温度对电阻的影响。开关与触点1接通时，电热水器处于_____状态（选填“加热”或“保温”），R1=_____Ω，R2=_____Ω。若仅适当提高电热水器的保温功率，则电路改进措施是_____（写出一种即可）。【答案】加热121363减小R2阻值或与R2并联一个电阻【解析】[1]多档位电路的温度档分析可以依据公式P=来推断，由于电路的总电压是不变的，为220V，故电路总电阻越大，电功率越小，温度档位越低，所以当开关S在1档位时，电路总电阻为R1，开关S在2档位时，电阻R1和R2串联，电路总电阻为R1和R2之和，故开关在1档位时，为加热状态。[2][3]在加热档时，电路只有电阻R1，电功率为400W，可求在保温档时，电路是R1和R2串联，电功率为100W，可求[4]若仅适当提高电热水器的保温功率，则减小保温电路的总电阻即可，减小R2阻值或与R2并联一个电阻均可减小电路的总电路。3．图为一电热饮水机的电路简图，其额定电压为220V，具有“加热”、“保温”两种功能，对应功率分别为400W和40W。当开关S1、S2均闭合，饮水机处于__________（选填“保温”或“加热”）状态，R1的阻值为_______Ω；用饮水机给2kg的水加热，当水温上升50℃，水汲取的热量为_____J。[c水=4.2×103J/（kg•℃）]。【答案】加热1214.2×105【解析】[1][2]当开关S1、S2均闭合时，电路为R1的简洁电路，电路的总电阻最小，由P=UI=可知，电路的总功率最大，饮水机处于加热档，则R1的阻值[3]水汲取的热量Q吸=cmt=4.2×103J/（kg•℃）×2kg×50℃=4.2×105J4．图甲是某款电热水龙头，即开即热、冷热兼用，图乙是它的电路图．R1、R2为电热丝，通过旋转手柄带动开关S接通对应的电路，从而实现冷水、温水、热水之间切换．已知电热水龙头的额定电压是220V，温水时额定功率是2000W，R2的阻值为48.4Ω．不考虑温度对电阻丝的影响，热水时水龙头30s内产生的电热是________J．【答案】9×104J【解析】由电路图可知，当开关S接通2时，电路为R1的简洁电路，电热水龙头流出的是温水；当开关S接通3时，R1与R2并联，电热水龙头流出的是热水，因并联电路中各支路独立工作、互不影响，所以，R1的功率不变，即P1＝P温＝2000W，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，R2的功率：P2＝＝1000W，因电路中总功率等于各用电器功率之和，所以，热水时电热水龙头的功率：P热＝P1+P2＝2000W+1000W＝3000W，热水时水龙头30s内产生的电热：Q＝W＝P热t＝3000W×30s＝9×104J.5．图甲是某款“即热式”电热水龙头，图乙是它的原理电路，R1、R2为电热丝（不考虑温度对电热丝的影响），A、B、C、D是四个触点，旋转手柄带动开关S接通对应电路，实现冷水、温水、热水之间切换，有关参数如下表；当水龙头放热水时，正常工作60s，消耗的电能是______J；当开关置于B、C之间时，水龙头工作电路处于______挡（选填“热水”或“温水”）；电热丝R2的电阻是______Ω；若在家运用该水龙头时，水龙头发生短路，家中______会自动断开，起到爱护电路的作用。额定电压220V额定功率温水2200W热水3000W【答案】温水60.5空气开关【解析】[1]由可得，水龙头放热水时60s消耗的电能[2]当开关置于B、C之间时，只有电阻R1接入电路，电路中电阻较大，依据可知，此时功率较小，则此时放出的是温水，处于温水档；[3]加热状态下，电阻R1、R2并联，此时放出热水，已知P热=3000W，则R2消耗的电功率依据可知，R2的阻值[4]若在家运用该水龙头时，水龙头发生短路，家中空气开关会自动断开，起到爱护电路的作用。6．某一天晚上睡觉前，小文同学用有预约功能的电饭煲为家人其次天早餐煲粥。小文将大米等食材放入电饭煲内，接通220V家庭电路，经过了待机、加热、保温三个过程，早餐前断开电源，电饭煲消耗的电功率随时间变更的图像如图甲所示，电饭煲加热过程消耗的电能是______kW·h。已知小文家电饭煲加热和保温部分基本电路原理如图乙所示，S是接通家庭电路的开关，S1是自动开关，R1和R2为电阻不变的电热丝，则R2=_____Ω。【答案】0.88220【解析】由甲图可知，0-5h功率为44W，此时间段为待机；5-6h功率为880W，此时间段为加热；6-7h功率为220W，此时间段为保温。电饭煲加热过程时间为1h，则加热过程消耗的电能为W=Pt=0.88kW×1h=0.88kW·h；由电路图可知，当开关S、S1同时闭合时，R1和R2并联，电路总电阻最小，发热功率最大，为加热电路；当开关S闭合、S1断开时，R1断路没有工作，电路中只有R2工作，为保温电路。因保温功率为220W，即R2功率为220W，则R2===220Ω。7．如图所示是XX型“220V1000W”电饭煲的原理图。它有高温柔保温两挡，通过单刀双掷开关S进行调整，R0为电热丝。当开关S接高温挡时，电路的功率为1000W；当开关S接保温挡时。电路的总功率为22W。求：(1)电饭煲在高温挡时，开关S应与哪个触点连接？(2)电热丝R0的阻值多大？(3)当电饭煲在保温时，实际电流多大？保温5min，电热丝R0消耗的电能为多少？【答案】(1)2；(2)48.4Ω；(3)0.1A，145.2J【解析】(1)由可知，在电压U肯定时，电阻R越小，电功率越大，由电路图可知，S应接2触点时，电路为R0的简洁电路，电路电阻最小，此时电饭煲功率最大，电饭煲在高温档。(2)电饭煲在高温挡时，电路为R0的简洁电路，由可得，电热丝R0的阻值(3)由P=UI可得，当电饭煲在保温时实际电流保温5min，电热丝R0消耗的电能W0=I2R0t=(0.1A）2×48.4Ω×5×60s=145.2J答：(1)电饭煲在高温档时，开关S应与2触点连接；

(2)电热丝R0的阻值为48.4Ω；

(3)当电饭煲在保温时，实际电流为0.1A；保温5min，电热丝R0消耗的电能为145.2J。8．图甲为某款新型电饭煲，额定电压为220V，它采纳了“聪慧火”技术，智能化地限制不同时间段的烹饪温度，以得到食物最佳的养分和口感。图乙为其电路原理图，R1和R2为电阻不变的电热丝，S是自动限制开关。将电饭煲接入220V电路中，在电饭煲工作的30min内，它消耗的电功率随时间的变更如图丙所示。求（1）5～10min，电饭煲的功率。（2）20～30min，电饭煲产生的总热量【答案】（1）660W（2）2.64×105J【解析】（1）由图丙知道，5～10min，电饭煲的功率是660W；（2）由图丙知道，20～30min（600s）时，电饭煲的功率是440W，由Q=W=Pt知道，20～30min内电饭煲产生的总热量是：Q=W=Pt=440W×600s=2.64×105J9．小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如下表．电吹风在额定电压下工作，请解答如下问题：（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大？（2）电热丝工作时的电阻是多大？（3）电吹风内电动机的电阻是1Ω，电吹风吹冷风30min产生的热量是多少？【答案】(1)0.5；(2)55Ω；(3)450J【解析】(1)当开关置于BC时，只有电动机工作，电吹风吹冷风，依据P=UI可得，电吹风吹冷风时，通过电动机的电流(2)当开关置于AB时，电动机与电热丝并联，电动机和电热丝同时工作，电吹风吹热风，电热丝的电功率P=990W-110W=880W热丝R2的电阻值(3)由焦耳定律可得，电吹风吹冷风时电流通过电动机产生的热量答：(1)电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是0.5A；(2)电热丝工作时的电阻是55Ω；(3)电吹风吹冷风30min产生的热量是450J。10．如图所示的某应急灯和它的铭牌，两个灯泡是并联，当外部电路停电时应急灯亮，这时电池电压为6V，额定功率为2×3W（1）通过两灯的总电流是多少A？2min所消耗的电能是多少？（2）假如2min内消耗的电能全部转化为内能，能否使20℃，1kg的水升到30℃？【答案】（1）通过两灯的总电流是1A；2min所消耗的电能是720J；（2）不能．【解析】（1）由题意知：电池电压U=6V，额定功率为P=2×3W=6W，则通过两灯的总电流：I=P/U=6W/6V=1A；在时间t=2min=120s内消耗的电能：W=Pt=6W×120s=720J．（2）由题意知：水的质量m=1kg，上升的温度△t=30℃﹣20℃=10℃，比热容c=4.2×103J/（kg•℃），则水须要汲取的热量：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×1kg×10℃=4.2×104J＞W=720J，所以不能．11．家用豆浆机的外形如图甲所示，其机头主要由一个电热器（电热丝）R和一个电动机M带动的打浆器构成，内部电路简化图如图乙所示．制作豆浆的过程是先加热，后打浆，再加热煮熟，即加热和打浆是交替进行的．某品牌豆浆机铭牌上的部分技术参数如表．（1）豆浆机在额定电压下打浆，通过电动机的电流是多少？（2）小明同学想测算该豆浆机的加热效率，他把100g大豆和1.4kg清水放入豆浆机中，测出其初温为20℃，当电热器正常工作时加热总时间为9min豆浆沸腾，测其温度为100℃．请你帮他计算豆浆汲取了多少热量？豆浆机的加热效率是多少？[c豆浆=4×103J/（kg•℃）]（3）小明同学晚上运用该豆浆机，在与第（2）问条件相同的状况下，发觉电热器加热总时间由以前的9min变为10min，豆浆机的加热电阻R和加热效率均不变，求晚上的实际电压值．(已知≈0.95)【答案】（1）0.82A；（2）4.8×105J；（3）