人教版九年级物理上册 第十八章《电功率》 专题：挡位问题

人教版九年级物理上册第十八章《电功率》专题：挡位问题多挡位问题的实质是判断电路总电阻的大小。对于家庭电路，在不同挡位时总电压不变，根据P＝知，总电阻最小时，总功率最大，用电器处于高温挡；总电阻最大时，总功率最小，用电器处于低温挡。类型一电热丝串联型1.（2024·上海）如图所示是电烙铁工作的原理图。它正常工作时，两端的电压为220V。在预热状态时，通过它的电流较小；在加热状态时，通过它的电流较大，则下列选项中正确的是()A.闭合开关S，此时小灯熄灭，处于预热状态B.断开开关S，此时小灯发光，处于加热状态C.闭合开关S，此时小灯发光，处于预热状态D.闭合开关S，此时小灯熄灭，处于加热状态2.有一台家用电水壶，如图所示是其内部电路的简图，R1、R2均为加热电阻，通过旋转旋钮开关可以实现加热和保温两种功能的切换。电水壶加热功率为1000W，保温功率为44W，用此电水壶加热初温为20℃、体积为1L的水，400s水刚好沸腾[忽略温度对电阻阻值的影响，大气压为一个标准大气压，c水=4.2×103J/(kg⋅℃)，ρ水=1.0×103kg/m3]。则下列说法中正确的是()A.旋转旋钮开关到“1”时，电水壶处于加热挡B.水吸收的热量为3.36×104JC.此电水壶加热挡的热效率为84%D.在保温时，接入电路电阻的阻值为48.4Ω3.如图甲所示，是一款具有高温、低温两挡的电热饭盒，图乙是它的简化电路。R1、R2均是发热电阻，R1=200

Ω，R2的阻值是R1的4倍。则：（1）高温挡电功率是多少？（2）高温挡加热5min，不计热量损失，可以将1kg饭菜升高的温度是多少？[饭菜的比热容3×103J/(kg℃)]（3）若低温挡工作时的实际功率是40

W，实际电压是多少？4．如图甲是某茶具上煮茶器的电路原理图，R1是加热电阻，R2是保温时的分压电阻，S为电源开关，S1为自动温控开关。S、S1都闭合时，煮茶器处于加热状态；当水沸腾后，S1会自动断开，转为保温状态。煮茶器工作过程中的Pt图象如图乙所示，不计电阻值随温度的变化。求：(1)电阻R1的阻值。(2)当煮茶器处于保温状态时，R1的电功率。(3)当煮茶器处于保温状态时，电阻R2在100s内消耗的电能。5．如图所示是某家用电热水器的简化电路图，温控开关S可根据水温自动切换加热和保温两种状态，R1、R2是发热电阻，热水器主要参数如下表。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)](1)开关S跳至________触点位置时，热水器进入保温状态，水箱内装满水时，水的质量为_________kg。(2)R2的阻值为多大？(3)水箱中装满初温为25℃的水，加热使温度升高到55℃，水吸收了多少热量？(4)在上述加热状态下，热水器正常工作了35min，它消耗了多少电能？加热效率是多少？类型二电热丝并联型6.许多汽车的后视镜配备了如图甲所示的加热装置，该装置有“低温”除雾和“高温”除霜功能，保持镜面清晰，确保驾驶安全。其内部电路如图乙所示，R1和R2为加热电阻。下列分析正确的是()A.除雾状态，电路中只有R1工作B.除霜状态，电路中只有R2工作C.除雾状态，电路的总电流最大D.除霜状态，电路的总功率最大7.如图甲所示，是一个家用取暖器，图乙为其简化的电路原理图，有“低温”“中温”“高温”三挡。“低温”挡功率为550W，中温挡功率为1100W，高温挡工作时，功率为_______W。某房间内空气质量为60kg，空气的比热容为1.1×103J/(kg⋅℃)且保持不变，若该取暖器正常工作时消耗的电能有50%被房间内的空气吸收，则该取暖器的“高温”挡正常工作____min可使此房间的空气温度升高15℃。8.如图甲所示，是某品牌电吹风的简化原理图，S是功能切换开关，可实现“关”“凉风挡”和“热风挡”之间的转换。某次工作过程中，该电吹风的电功率随时间变化的关系图象如图乙所示。求：（1）电吹风在凉风挡工作时通过电动机的电流。（2）电吹风在热风挡正常工作10

s所消耗的电能。（3）电热丝的阻值。9．小玥在妈妈指导下用电熨斗熨烫衣服，她首先阅读说明书，知道电熨斗有“低温”“高温”两个挡位，其简化电路如图所示，R1、R2是电热丝，R1＝48.4Ω，R2＝96.8Ω，S为旋转式开关。当她旋转触片接触触点1和2时，电熨斗为________挡位，该挡位通电1min，电流产生的热量为_____________J。10．新型电饭锅采用“聪明火”技术，智能化地控制食物在不同时间段的温度，以得到最佳的营养和口感，其简化电路如图甲所示。R1和R2均为电热丝，S、S1都闭合时为加热烧煮状态，S闭合、S1断开时为保温焖饭状态。煮饭时，把电饭锅接入220V电路中，在电饭锅工作的30min内，电路中总电流随时间变化的图象如图乙所示。求：(1)S和S1都闭合时电饭锅的电功率。(2)电热丝R2的阻值。(3)这30min内电饭锅产生的热量。类型三串、并联转换型11.小明家买了一个电烤箱，有低、中、高三个挡位的发热功率，如图所示是其内部简化电路图，开关S_1可分别与触点a、b接触。电阻R1的阻值为48.4Ω，电阻R_2的阻值为96.8Ω，且电源电压保持不变。请你分析一下：（1）当开关S1置于b端、S2断开时，R1与R2______，此时连入电路的总阻值______（填“最大”或“最小”），电源电压不变，根据电功率的公式P=U^2/R可知，此时电功率______（填“最大”或“最小”），为____温挡。（2）当开关S1置于a端、S2闭合时，R1与R2____联，此时连入电路的总阻值______（填“最大”或“最小”），电源电压不变，根据电功率的公式P=U2/R可知，此时电功率______（填“最大”或“最小”），为____温挡。（3）当开关S1置于b端、S2闭合时，电路为R1的简单电路，为____温挡。12．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。13.一款小型电火锅如图甲所示，通过挡位开关实现高、中、低三挡控温功能，图乙是它的简化电路图。R1、R2、R3均为加热电阻（阻值保持不变），已知R1的阻值为176Ω，电火锅的部分参数如表所示。则：额定电压220v低温挡功率中温挡功率440w高温挡功率1100w（1）R2的阻值是多少？（2）电火锅在低温挡工作时的功率是多少？（3）某次使用时，在标准大气压下，用中温挡将1

kg水从20

℃加热到沸腾，用时14

min，不计热量损失，该电火锅中温挡的实际功率是多少？[c水=4.2×103

J/(kg⋅℃)]练习题1.小亮在家煲汤时使用的电饭煲的部分参数如表所示，其简化电路如图乙所示，R1、R2均是发热电阻(阻值不随温度变化)，欲将质量为1kg，初温为20℃的汤加热至100℃，设此汤的比热容为c汤＝4.0×103J/(kg·℃)。求：(1)汤需要吸收的热量。(2)利用电饭煲高温挡煲汤时，电饭煲正常工作且不考虑热损耗，则需要多少时间？(3)R2的阻值为多少？2.某同学家中有一个标有“220V

1100W”的即热式水龙头，其电阻为R0，他发现冬天水温较低，春秋两季水温较高，于是他改装了电路，增加了两个相同的发热电阻R、两个指示灯（指示灯电阻不计）和单刀双掷开关S2。其中，开关S2可以同时与a、b相连，或只与c相连，使其有高温和低温两挡，如图所示。正常工作时高温挡和低温挡工作的总电流之比为4:1，下列说法正确的是()A.改装前，正常加热1分钟产生的热量是6.6×103JB.改装后，高温挡工作时绿灯亮C.R的阻值为44ΩD.改装后，低温挡的电功率为275W3.（2024·湖北元月调考）如图甲为电力监测仪，它可以测量被接入电器的电压、电功率和用电量等物理量。某电热水壶铭牌上的部分参数如表所示，它有加热、保温两个挡位，图乙是其电路原理图，其中R1、R2均为发热电阻丝，不计温度对电阻的影响。额定电压220V额定加热功率1100w额定容量1.8L（1）电热水壶在加热挡位正常工作时，求电路中的电流。（2）现往电热水壶内加入1.0

L水后接入电力监测仪。已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3，比热容c=4.2×103J/(kg⋅℃)。①加热过程中，水温刚达到80℃时，电力监测仪测得本次的用电量如图丙所示，不计热量损失，求水的初始温度。②保温过程中，电力监测仪测得电压为220

V，电功率为40

W，求R2的阻值。4.（2023·黄孝咸）如图甲是一款可调节功率的老式电热器的简化电路图。电源电压为220

V，定值电阻R1是加热电阻，R2是最大阻值为176

Ω的滑动变阻器。开关S接1时，电热器处于加热挡，通过调节R2接入电路的阻值来改变R1的加热功率，其最大加热功率为1

100

W。当电热器达到设定温度或加热到设定时间，开关S自动接2，电热器处于保温挡。（1）求以最大功率工作时电路中电流的大小。（2）如图乙，电能表上参数“r/(kW⋅h)”前面的数值模糊不清。让电热器以最大加热功率单独工作72

s，与之相连的该电能表铝盘转过66圈。请求出该数值的大小。（3）求电热器处于保温挡时，电路中电能的利用率。请从节能的角度对电热器提出改进建议。5.（2024·湖北）小红用图甲的手持挂烫机帮家人熨烫衣物，挂烫机内的水被加热汽化后喷出。图乙为挂烫机的等效电路，R1为加热电阻，R2为限流电阻，S为自动温控开关。将挂烫机接入电路，S在位置“1”，前端电热板被加热，电路中的电流为5.0

A；当温度升到130

℃时，S切换到位置“2”，挂烫机处于待机状态，电路中的电流为0.02

A，当温度降到100

℃时，S又回到位置“1”。（1）求R1的阻值。（2）求挂烫机待机状态的功率。（3）熨烫过程中，电路的电流随时间变化关系如图丙，求挂烫机0∽150

s消耗的电能。（4）请从使用安全或节能的角度为该挂烫机的标签设计一条提示语。6.小华家新买了一台电暖器，部分参数如表，通过调节旋钮，可实现高温挡、低温挡的切换。她结合所学知识进行了研究。额定电压220V高温挡功率2000W低温挡功率800W （1）如图，电暖器的插头是三脚插头，插头中较长的脚与电暖器的金属外壳相连。插入插座后，就将电暖器的金属外壳与家庭电路的____线相连，可防止漏电时对人造成伤害。电暖器工作时房间温度升高，这是通过________的方式增大空气内能的。（2）小华家墙上的插座允许通过的最大电流为10A，请通过计算说明此插座能否满足该电暖器正常使用。（3）若该电暖器一天正常工作6h，其中高温挡2h，低温挡4h，则它一天耗电多少千瓦时？（4）小华与妈妈一起做饭时，准备同时使用电饭锅和电磁炉。小华说：“应先把电暖器关掉，否则容易使家庭电路的干路导线过热引发火灾。”请运用物理知识进行解释。7．如图甲是文文同学家新买的一台冷暖空调扇，其内部简化电路如图乙所示，R1、R2均为发热电阻，R1的阻值为110Ω，M是电动机。开关S1闭合，当S2接1、2时吹冷风；当S2接2、3时吹温风；当S2接3、4时吹热风，此时空调扇的总功率为1100W。已知：电源电压为220V，c冰＝2.1×103J/(kg·℃)。求：(1)吹冷风时，在空调扇内加入冰袋会使吹出的风温度变低，若冰袋内冰的质量为1kg，温度从－16℃升高到－6℃时，冰从周围吸收的热量是多少？(2)吹冷风时，电动机正常工作1h消耗的电能为0.11kW·h，此时通过电动机的电流是多少？(3)R2的电阻是多少？参考答案类型一：DA3.解：（1）由图乙可知当开关S接1时，R1、R2串联，为低温挡；当开关S接2时，只有R1工作，为高温挡；由P=UI=U2/R可得高温挡的功率：P高=U2/R1=(220V)2/200Ω=242W（2）高温挡加热5min消耗的电能：W=P高t=242W×5×60s=7.26×104J不计热量损失，则饭菜吸收的热量：Q吸=W=7.26×104J由Q吸=cmΔt得，1kg饭菜升高的温度：Δt=Q_吸/cm=7.26×104J/3×103J/(kg⋅℃)×1kg=24.2℃（3）解：由P=U^2/R可知，开关S接1时，R_1和R_2串联接入电路，电路的总电阻最大，总功率最小，电热饭盒处于低温挡，电路中的总电阻：R=R2+R1=5R1=5×200Ω=1000Ω由P=U^2/R可得实际电压：U实=√P实R=√40W×1000Ω=200V4.解：(1)由图可知，S、S1都闭合时，R2被短路，电路中只有R1工作，此时煮茶器处于加热状态，根据图乙可知，加热时的电功率P加＝1100W，电阻R1的阻值R1＝＝＝44Ω(2)当S闭合、S1断开时，R1、R2串联，此时为保温状态，由图乙可知，保温功率P保＝44W，保温状态时的电流I保＝＝＝0.2A；通过R1的电流I1＝I2＝I保＝0.2A，当煮茶器处于保温状态时，R1的电功率P＝I12R1＝(0.2A)2×44Ω＝1.76W(3)保温状态时R1两端的电压U1＝I1R1＝0.2A×44Ω＝8.8V；R2两端的电压U2＝U－U1＝220V－8.8V＝211.2V；当煮茶器处于保温状态时，电阻R2在100s内消耗的电能W2＝U2I2t＝211.2V×0.2A×100s＝4224J5.（1）b30解：(2)当开关S跳至a触点位置时，只有电阻R1接入电路，电路为加热状态。R1的阻值R1＝＝＝24.2Ω，开关S跳至b触点位置时，两电阻串联，电路处于保温状态，由P＝可知，P保温＝，即800W＝，解得R2＝36.3Ω(3)水吸收的热量Q＝c水m水Δt＝4.2×103J/(kg·℃)×30kg×(55℃－25℃)＝3.78×106J(4)由P＝可得，加热状态下，热水器正常工作35min需消耗电能W＝P加热t＝2000W×35×60s＝4.2×106J，加热效率η＝×100%＝×100%＝90%类型二：6.D7.1650208.解：（1）根据P=UI得，电吹风在凉风挡工作时通过电动机的电流：I=P凉/U=88W/220

V=0.4A（2）解：根据P=W/t得电吹风在热风挡正常工作10s所消耗的电能：W=P热t=572W×10s=5.72×103J（3）电热丝的功率：PR=P热−P凉=572W−88W=484W电热丝的阻值：R=U2/PR=(220

V)2/484W=100

Ω9.低温6×10410.解：(1)S和S1都闭合时，电阻R1与R2并联，由图乙可知此时电流值Imax＝3A，则功率Pmax＝UImax＝220V×3A＝660W(2)S闭合、S1断开时，电路中只有R1工作，由图乙可知通过R1的电流值I1＝2A，则根据并联电路的电流特点可知，电阻R1与R2并联时，通过R2的电流I2＝Imax－I1＝3A－2A＝1A，根据欧姆定律得R2＝＝＝220Ω(3)只有R1工作时功率P1＝UI1＝220V×2A＝440W，由图乙可知，30min内加热烧煮的时间t＝15min＝900s，保温焖饭的时间t′＝15min＝900s，则加热烧煮产生的热量Q＝W＝Pmaxt＝660W×900s＝5.94×105J，保温焖饭产生的热量Q′＝W′＝P1t′＝440W×900s＝3.96×105J，所以这30min产生的总热量Q总＝Q＋Q′＝5.94×105J＋3.96×105J＝9.9×105J类型三：11.（1）串联、最大、最小、低（2）并、最小、最大、高（3）中12.（1）b和c解：(2)电饭煲处于中温挡时，只有R2接入电路，电饭煲在额定电压下持续工作12min消耗的电能W＝t＝×12×60s＝3.96×105J(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，则低温挡的电功率P低＝＝，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，则高温挡的电功率P高＝＋＝＋，又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＋＝6×，解得：R1＝88Ω13.解：（1）由图乙知，开关S接高温触点时，电阻R3单独在电路中工作，由P=U2/R知，R3的阻值：R3=U额2/P高=(220

V)2/1

100

W=44

Ω开关S接中温触点时，电阻R2、R3串联在电路中，电路的总电阻：R=U额2/P中=(220

V)2/440

W=110

Ω根据串联电路的特点知，R2的阻值：R2=R−R3=110

Ω−44

Ω=66

Ω（2）低温挡时R1和R3串联，电路的总电阻：R′=R1+R3=176

Ω+44

Ω=220

Ω低温挡的功率：P低=U额2/R′=(220

V)2/220

Ω=220

W（3）不计热量损失时，电火锅消耗的电能全部转化为水的内能，水吸收的热量：Q吸=cm(t−t0)=4.2×103

J/(kg⋅℃)×1

kg×(100

℃−20

℃)=3.36×105

J不计热损失时，电火锅消耗的电能：W=Q吸=3.36×105

J实际功率：P实=W/t时=3.36×105

J/14×60

s=400

W练习题：1.解：(1)汤吸收的热量Q吸＝c汤m汤(t－t0)＝4.0×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃－20℃)＝3.2×105J(2)不考虑热损耗，电饭煲消耗的电能W＝Q吸＝3.2×105J；加热需要的时间t＝＝＝640s(3)分析电路图可知，当开关S接1时，R1、R2串联，当开关S接2时，R2被断路，电路只有R1工作；根据串联电路的电阻特点可知，当开关S接1时，R1、R2串联，此时电路总电阻最大，根据P＝UI＝可知，此时电路功率最小，处于低温挡；当开关S接2时，R2被断路，电路只有R1工作，此时电路总电阻最小，此时为高温挡，电阻R1的阻值R1＝＝＝96.8Ω，低温挡时电路中的总电阻R＝＝＝1000Ω，电阻R2阻值R2＝R－R1＝1000Ω－96.8Ω＝903.2Ω2.C3.解：（1）电热水壶在加热挡位正常工作时，电路中的电流：I1=P加/U=1

100

W/220

V=5

A（2）①热水壶中水的质量：m=ρ水V=1.0×103

kg/m3×1.0×10−3

m3=1

kg由图丙可知加热过程中消耗的电能为0.070

kW⋅h，即W=0.070

kW⋅h=2.52×105

J不计热量损失，水吸收的热量：Q吸=W=2.52×105

J水升高的温度：Δt=Q吸/cm=2.52×105

J/4.2×103

J/(kg⋅℃)×1

kg=60

℃水的初始温度：t=80

℃−60

℃=20

℃②由图乙可知，开关S2接1时，电路为只有R1的简单电路，电路总电阻较小，由P=U2/R可知电路的总功率较大，处于加热状态，R1的阻值:R1=U/I1=220

V/5

A=44

Ω开关S2接2时，R1和R2串联，电路的总电阻较大，由P=U2/R可知电路的总功率较小，处于保温状态，此时电路的总电阻：R=U2/P保=(220

V)2/40

W=1

210

ΩR2的阻值：R2=R−R1=1

210

Ω−44

Ω=1

166

Ω4.解：（1）以最大功率工作时电路中的电流：I大=P加/U=1

100

W/220

V=5

A（2）电热器以最大加热功率单独工作72

s消耗的电能：W=P加t=1

100

W×72

s=79

200

J=0.022

kW⋅h则电能表上的参数：N=n/W=66

r/0.022

kW⋅h=3

000

r/(kW⋅h)（3）由电路图可知，当R2接入电路的阻值为0时电热器处于最大加热功率，则根据P=UI=U2/R可知R1=U2/P加=(220

V)2/1

100

W=44

Ω电热器处于保温挡时，R2的最大阻值和R1串联在电路中，根据W=UIt=I2Rt可知，电路中电能的利用率：η=W1/W总×100%=I2R1t/I2(R1+R2)t×100%=R1/R1+R2×100%=44

Ω/44

Ω+176

Ω×100%=20%由此可知，电路中电能的利用率较低，R2消耗了大部分电能，为了节能，可以将R2的阻值减小或将