初中物理专训：多挡位电热器的计算 由公式 P＝可知，电热器的电阻越小，其功率越大， 自动与触点 a、b 接通，1 挡加热器开始加热。当锅内 挡位越高。(1)对于并联电路来说，接入的电阻个数越 混合物质温度达到 102 ℃时，开关 S 自动与 a、b 断 多，挡位越高。对于串联电路来说，接入的电阻个数 开，并与触点 c 接通，2 挡加热器工作，此时锅内混合 越多，挡位越低。(2)电热器的总功率等于每个电阻丝 物质温度不变，保持锅内压强不变，进入保压状态。 的功率之和。 现将质量为 2.0 kg，初温为 36 ℃的混合物质放入压 并联型多挡位 力锅中，接通电路使其正常工作 20 min。假设加热器 产生的热量全部被混合物质吸收，混合物质的比热容 1．【中考·广东】如图是某款有加热和保温功能 为 c＝4.0×103 J/(kg·℃)。求： 的电热饮水机电路原理图，机内有温控开关 S0 。该饮 水机的部分参数已知：额定电压为 220 V，加热时的 总功率为 880 W，保温时的功率为 40 W，R1、R2 为 加热电阻丝。假设它们的阻值不变，计算结果若不能 整除，保留一位小数，求： (1)当 S 和 S0 闭合时，饮水机处在什么状态？此时 额定电压/V 220 1 挡加热器额定功率/W 550 2 挡加热器额定功率/W 110 保压温度/℃ 102 最大容积/dm 3 3 (1)R1、R2 的阻值。 (2)电压力锅加热多少 s 后开始保压？ 电路的总电流是多大？ (2)在加热状态下，电阻丝 R1、R2 的阻值为多少？ (3)电压力锅最后 2 min 内消耗的电能。 (3)傍晚用电高峰期，若实际电压只有 200 V 时， (第 2 题图) 饮水机加热的实际总功率是多大？ (第 1 题图) 串联型多挡位 3．【中考·重庆 A】小明家的电饭锅的额定电压为 2．【中考·泰安】如图所示是某型号电压力锅工 作电路简图，下表是其部分参数。接通电路后，开关 S 220 V，“煮饭”时额定功率为 1 210 W，简化电路如 图甲所示，S1 为温控开关，发热电阻 R1 与 R2 的阻值不 随温度变化，电阻 R2 在“保温”状态与“煮饭”状态的功率 之比为 1∶16，求： (1)正常“煮饭”状态，通过电饭锅的电流为多少安？ (2)电阻 R1 的阻值为多少欧？ (3)某天傍晚，小明关闭家里其他用电器，只让“保 温”状态的电饭锅工作，发现自家电能表(如图乙所示) 指示灯每闪烁 4 次所用的时间为 48 s。则 R2 两端的实 际电压为多少伏？ 混合型多挡位 5．【中考·重庆 B】小亮家新装了一台智能电热马 桶盖，他查阅使用说明书发现便座加热电路有高、中、 低三挡并可手动调节，其额定电压为 220 V，低温挡、 (第 3 题图) 中温挡的额定功率分别为 22 W 和 44 W。利用所学知 识他设计了一个等效电路图，如图所示，用两定值电 阻 R1 和 R2 表示两电热丝，单刀双掷开关 S2 可接 a 或 b。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 5 h，消耗多少度电？ (3)高温挡加热的额定功率是多少瓦？ 4.【中考·苏州】如图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 (第 5 题图) 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 4.2×103 J/(kg·℃)] 额定电压 220 V 容积 30 L 加热功率 2 000 W 保温功率 800 W (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 ℃，水需要吸收多少热量？ (4)在上述加热状态下，热水器正常工作 35 min 需消耗多少电能？加热效率是多少？ 6．【中考·南平】如图甲所示是某型号电热加湿 器的原理图，如表为其部分技术参数。R1 、R2 为发热 电阻，且 R2＝3R1，S 为旋转型开关，1、2、3、4 为 (第 4 题图) 触点，通过旋转开关 S 可实现“关”“低挡”“高挡”之间的 转换(低挡为小功率加热，高挡为大功率加热)。 过程中电源电压恒为 220 V，电熨斗金属底板质量为 500 g。如图是它的工作电路，发热部分由调温电阻 R (第 6 题 和定值电阻 R0 组成(电阻值均不受温度影响)。调温电 阻最大阻值为 110 Ω，预热时电熨斗以最大功率正常 工作 100 s 可使金属底板的温度由 20 ℃升高到 220 图) 额定电压 220 V 高挡发热功率 400 W 水箱容积 3L 适用面积 20～40 m2 (1)加湿器需在高挡加热，开关 S 应旋转至触点__ ______(填“1、2”“2、3”或“3、4”)位置； (2)电阻 R1 的阻值； ℃[金属底板的比热容为 0.44×103 J/(kg·℃)，假设电 熨斗发热体放出的热量全部被金属底板吸收]，则： (1)预热时金属底板吸收的热量是多少？ (2)电熨斗的最大功率是多少？ (3)定值电阻 R0 的阻值是多大？ (4)电熨斗调温过程中，电路中的最小电流是多少？ (3)加湿器处于低挡位置时的发热功率； (4)如图乙所示是某次使用加湿器工作 30 min 的 图象，请计算加湿器消耗的总电能。 滑动变阻器调挡位 7．【中考·临沂】一种家用调温式电熨斗，工作 (第 7 题图) 答案 为 1∶16， 1．解：(1)当开关 S、S0 闭合时，两电阻并联， 则 I 保 2R2∶I 煮 2R2＝1∶16，I 保∶I 煮＝1∶4， 电路中的总电阻最小，由 P＝可知电热饮水机功率最大， 即∶＝1∶4， 处于加热状态。此时电路的总电流 I＝＝＝4 A。 所以 R1＝3R2，R2＝＝＝40 Ω， (2)饮水机保温时电路为 R2 的简单电路， 所以 R1＝3R2＝120 Ω。 电阻 R2＝＝＝1 210 Ω。 (3) 指 示 灯 闪 烁 4 次 所 消 耗 的 电 能 W ＝ ×4 J ＝ 饮水机加热时两电阻并联，电阻 R1 ＝＝≈57.6 Ω。 (3)R1 和 R2 并 联 的 总 电 阻 R ＝ U2/P 加 热 ＝ (220 V) /880 W＝55 Ω，当电路两端电压为 200 V 时，饮 2 水机在加热状态的实际功率 P 加热′＝＝≈727.3 W。 2．解：(1)开关 S 与触点 a、b 接通时，R1 与 R2 并联，电饭锅处于 1 挡加热状态；开关 S 自动与 a、b 断开并与触点 c 接通时，电路为 R2 的简单电路，电饭 锅处于 2 挡加热状态。 P′＝＝＝250 W，由 P′＝得， U′2＝P′(R1＋R2)＝250 W×160 Ω， 所以 U′＝200 V。 U2＝R2＝＝50 V。 4．(1)b；30 (2)当开关 S 跳至 a 触点位置时，只有电阻 R1 接入 电路， 由 P＝可知，R1＝＝＝24.2 Ω， 1 挡加热时，R1 消耗的电功率：P1＝P 加热 1﹣P 加热 2 ＝550 W－110 W＝440 W， R1、R2 的阻值分别为： R1＝＝＝110 Ω，R2＝＝＝440 Ω； (2)当锅内混合物质温度达到 102 ℃时，开始保 压，混合物质温度升高到 102 ℃时所吸收的热量：Q 吸 1.2×104 J， ＝cm(t－t0)＝4.0×10 J/(kg·℃)×2 kg×(102 ℃ 开关 S 跳至 b 触点位置时，两电阻串联，由 P＝可 知：P 保温＝，即 800 W＝， 解得 R2＝36.3 Ω； (3) 水 吸 收 的 热 量 Q ＝ cmΔt ＝ 4.2×103 J/(kg· ℃)×30 kg×(55 ℃－25 ℃)＝3.78×106 J； (4)加热状态下，热水器正常工作 35 min 需消耗 3 －36 ℃)＝5.28×105 J，因加热器产生的热量全部被 混合物质吸收， 从加热到保压的时间： t′＝＝＝960 s＝16 min； (3)由于电压力锅正常工作时间为 20 min， 所以电压力锅最后 2 min 处于保压状态， 则消耗的电能：W＝P 加热 2t″＝110 W×2×60 s＝ 1.32×10 J。 电能 W＝P 加热 t＝2 000 W×35×60 s＝4.2×106 J。 加热效率 η＝×100%＝×100%＝90%。 5．解：(1)由 P＝UI 可得，低温挡加热的电流： I＝＝＝0.1 A； (2)中温挡加热 5 h 消耗的电能： W＝P 中温 t＝44×10 －3 kW×5 h＝0.22 kW·h＝ 0.22 度； (3)当开关 S1 闭合、S2 接 b 时，电路为 R1 的简单 4 3．解：(1)由 P＝UI 可得，当电饭锅处于煮饭状 态，I＝＝＝5.5 A； (2)电阻 R2 在“保温”状态与“煮饭”状态的功率之比 电路，马桶盖处于中温挡， R1 的阻值： R1 ＝＝＝ 1 100 Ω 当开关 S1 断开、S2 接 b 时，R1 与 R2 串联，马桶 盖处于低温挡，则电路中的总电阻：R＝ ＝＝2 200 Ω， R2 的阻值：R2＝R－R1＝2 200 Ω－1 100 Ω＝1 100 Ω， 当开关 S1 闭合、S2 接 a 时，R1 与 R2 并联，电热 马桶盖处于高温挡，且 R1 与 R2 的功率相等，则高温挡 时的额定功率为： P 高温＝2P 中温＝ 2×44 W＝88 W。 6．解：(1)3、4 (2)由题图乙知，高挡发热功率： P 高 ＝400 W， 由 P＝可知 R1 的阻值：R1＝＝＝121 Ω。 (3)由题知，R2＝3R1，低挡位置时的发热功率： P 低＝＝＝＝100 W。 (4)由题图乙知，工作 30 min 时，其中高挡加热 10 min，低挡加热 20 min，所以加湿器消耗的总电 能： W＝W 高 ＋W 低 ＝P 高 t 高 ＋P 低 t 低 ＝ 400 W×10×60 s＋100 W×20×60 s＝3.6×105 J。 7 ． 解 ： (1) 金 属 底 板 吸 收 的 热 量 Q ＝ cmΔt ＝ 0.44×103 J/(kg· ℃)×0.5 kg×(220 ℃ － 20 ℃) ＝ 4.4×104 J。 (2)电熨斗的最大功率 P 最大＝W/t＝＝440 W。 (3)当调温电阻接入电路中的电阻为零时，只有定 值电阻 R0 连入电路，电熨斗的功率最大，定值电阻 R0 ＝＝＝110 Ω。 (