第18章 人教九年级物理 专训2多挡位电热器的计算.docx

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第18章人教九年级物理专训2多挡位电热器的计算

专训2：

多挡位电热器的计算

名师点金：

由公式P＝

可知，电热器的电阻越小，其功率越大，挡位越高。

（1）对于并联电路来说，接入的电阻个数越多，挡位越高。

对于串联电路来说，接入的电阻个数越多，挡位越低。

（2）电热器的总功率等于每个电阻丝的功率之和。

并联型多挡位

1．【中考·广东】如图是某款有加热和保温功能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220V，加热时的总功率为880W，保温时的功率为40W，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）傍晚用电高峰期，若实际电压只有200V时，饮水机加热的实际总功率是多大？

（第1题图）

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自动与触点a、b接通，1挡加热器开始加热。

当锅内混合物质温度达到102℃时，开关S自动与a、b断开，并与触点c接通，2挡加热器工作，此时锅内混合物质温度不变，保持锅内压强不变，进入保压状态。

现将质量为2.0kg，初温为36℃的混合物质放入压力锅中，接通电路使其正常工作20min。

假设加热器产生的热量全部被混合物质吸收，混合物质的比热容为c＝4.0×103J/（kg·℃）。

求：

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/dm3

3

（1）R1、R2的阻值。

（2）电压力锅加热多少s后开始保压？

（3）电压力锅最后2min内消耗的电能。

（第2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220V，“煮饭”时额定功率为1210W，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48s。

则R2两端的实际电压为多少伏？

（第3题图）

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·℃）]

额定电压

220V

容积

30L

加热功率

2000W

保温功率

800W

（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35min需消耗多少电能？

加热效率是多少？

（第4题图）

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220V，低温挡、中温挡的额定功率分别为22W和44W。

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5h，消耗多少度电？

（3）高温挡加热的额定功率是多少瓦？

（第5题图）

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）。

（第6题图）

额定电压

220V

高挡发热功率

400W

水箱容积

3L

适用面积

20～40m2

（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；

（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30min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，工作过程中电源电压恒为220V，电熨斗金属底板质量为500g。

如图是它的工作电路，发热部分由调温电阻R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110Ω，预热时电熨斗以最大功率正常工作100s可使金属底板的温度由20℃升高到220℃[金属底板的比热容为0.44×103J/（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？

（第7题图）

答案

专训2

1．解：

（1）当开关S、S0闭合时，两电阻并联，电路中的总电阻最小，由P＝

可知电热饮水机功率最大，处于加热状态。

此时电路的总电流I＝

＝

＝4A。

（2）饮水机保温时电路为R2的简单电路，

电阻R2＝

＝

＝1210Ω。

饮水机加热时两电阻并联，电阻R1＝

＝

≈57.6Ω。

（3）R1和R2并联的总电阻R＝U2/P加热＝（220V）2/880W＝55Ω，当电路两端电压为200V时，饮水机在加热状态的实际功率P加热′＝

＝

≈727.3W。

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。

1挡加热时，R1消耗的电功率：

P1＝P加热1﹣P加热2＝550W－110W＝440W，

R1、R2的阻值分别为：

R1＝

＝

＝110Ω，R2＝

＝

＝440Ω；

（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＝cm（t－t0）＝4.0×103J/（kg·℃）×2kg×（102℃－36℃）＝5.28×105J，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′＝

＝

＝960s＝16min；

（3）由于电压力锅正常工作时间为20min，

所以电压力锅最后2min处于保压状态，

则消耗的电能：

W＝P加热2t″＝110W×2×60s＝1.32×104J。

3．解：

（1）由P＝UI可得，当电饭锅处于煮饭状态，I＝

＝

＝5.5A；

（2）电阻R2在“保温”状态与“煮饭”状态的功率之比为1∶16，

则I保2R2∶I煮2R2＝1∶16，I保∶I煮＝1∶4，

即

∶

＝1∶4，

所以R1＝3R2，R2＝

＝

＝40Ω，

所以R1＝3R2＝120Ω。

（3）指示灯闪烁4次所消耗的电能W＝

×4J＝1.2×104J，

P′＝

＝

＝250W，由P′＝

得，

U′2＝P′（R1＋R2）＝250W×160Ω，

所以U′＝200V。

U2＝

R2＝

＝50V。

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＝

＝

＝24.2Ω，

开关S跳至b触点位置时，两电阻串联，由P＝

可知：

P保温＝

，即800W＝

，

解得R2＝36.3Ω；

（3）水吸收的热量Q＝cmΔt＝4.2×103J/（kg·℃）×30kg×（55℃－25℃）＝3.78×106J；

（4）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%。

5．解：

（1）由P＝UI可得，低温挡加热的电流：

I＝

＝

＝0.1A；

（2）中温挡加热5h消耗的电能：

W＝P中温t＝44×10－3kW×5h＝0.22kW·h＝0.22度；

（3）当开关S1闭合、S2接b时，电路为R1的简单电路，马桶盖处于中温挡，R1的阻值：

R1＝

＝

＝1100Ω

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＝

＝

＝2200Ω，

R2的阻值：

R2＝R－R1＝2200Ω－1100Ω＝1100Ω，

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＝2×44W＝88W。

6．解：

（1）3、4

（2）由题图乙知，高挡发热功率：

P高＝400W，由P＝

可知R1的阻值：

R1＝

＝

＝121Ω。

（3）由题知，R2＝3R1，低挡位置时的发热功率：

P低＝

＝

＝

＝100W。

（4）由题图乙知，工作30min时，其中高挡加热10min，低挡加热20min，所以加湿器消耗的总电能：

W＝W高＋W低＝P高t高＋P低t低＝400W×10×60s＋100W×20×60s＝3.6×105J。

7．解：

（1）金属底板吸收的热量Q＝cmΔt＝0.44×103J/（kg·℃）×0.5kg×（220℃－20℃）＝4.4×104J。

（2）电熨斗的最大功率P最大＝W/t＝

＝440W。

（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＝

＝

＝110Ω。

（4）当调温电阻接入电路中的电阻R＝110Ω时，电熨斗的功率最小，总阻值R总＝R＋R0＝110Ω＋110Ω＝220Ω，电路中的电流I最小＝

＝

＝1A。