专题八档位计算第1课时 档位简单计算-2023-2024学年人教版初中物理九年级全一册

第1课时　挡位简单计算 类型一 并联式 小明家的电热饮水机,有加热和保温两种工作状态,饮水机水箱内水温达到92 ℃时开关S1自动断开,处于保温状态;当水温降至一定温度t时,S1又闭合重新加热。饮水机的铭牌数据与电路原理图如下,求: 热水箱 水量 额定 电压 加热时 功率 保温时 功率 2 kg 220 V 605 W 121 W (1)正常加热时干路的电流; 解:(1)由P=UI可得,正常加热时干路的电流: I加热===2.75 A (2)电阻R2的阻值; (2)由电路图可知,当开关S闭合、S1断开时,电路为R1的简单电路,电路中的电阻最大,由P=可知,此时电功率最小,饮水机处于保温挡,保温挡功率P保温=121 W; R1===400 Ω 当开关S、S1都闭合时,R1和R2并联,此时电路中的电阻最小,由P=可知电功率最大,饮水机处于加热挡,加热挡功率P加热=605 W,此时R1的电功率P1=P保温=121 W,R2的电功率: P2=P加热-P1=605 W-121 W=484 W R2的电阻:R2===100 Ω (3)某次让饮水机在加热挡单独工作1 min,观察到家里标有“3 600 imp/(kW·h)”的电能表的指示灯闪了30次。求此时通过R1的电流是多大? (3)电能表的指示灯闪烁30次时,饮水机加热消耗的电能: W= kW·h=×3.6×106 J=3×104 J 并联总电阻:R并===80 Ω 饮水机加热时的实际电压: U实际===200 V 通过R1的电流:I1===0.5 A 类型二 短路式 小明家的电饭锅如图甲,额定电压为220 V,“煮饭”时额定功率为1 210 W,简化电路如图乙,S1为温控开关,发热电阻R1和R2的阻值不随温度变化。求: (1)正常“煮饭”状态,通过电饭锅的电流为多少安? 解:“煮饭”状态时,整个电路的电功率最大,电路中的总电阻最小,即:闭合开关S、S1,电路为仅有R2的简单电路;“保温”状态时,电路的总电阻最大,整个电路功率最小,即:仅闭合开关S,此时电路为R1与R2的串联电路。 (1)正常煮饭状态下的电流:I===5.5 A (2)电阻R2的阻值为多少欧? (2)R2的电阻:R2===40 Ω (3)若电饭锅在“保温”状态的总功率与“煮饭”状态的总功率之比为1∶16,求电阻R1的阻值为多少欧? (3)因为P保∶P煮=1∶16,则P保= 保温时,R1和R2串联,总电阻: R总====640 Ω 故R1的阻值: R1=R总-R2=640 Ω-40 Ω=600 Ω (4)若电阻R2在“保温”状态与“煮饭”状态时的功率之比为1∶16。 ①求电阻R1的阻值为多少欧? (4)①已知电阻R2在“保温”状态与“煮饭”状态时的功率之比为1∶16,即(R2)∶(R2)=1∶16 所以I保∶I煮=1∶4,即∶=1∶4 故R1的阻值:R1=3R2=3×40 Ω=120 Ω ②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(如图丙)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? ②电饭锅消耗的电能:W=×3.6×106 J=12 000 J 电饭锅的实际功率:P===250 W 此时整个电路的实际电压: U实===200 V 此时电路中的电流:I'===1.25 A R2两端的实际电压:U2=I'R2=1.25 A×40 Ω=50 V 类型三 三挡式 商业街移动摊位使用可显示电费的新型插座(如图甲)计费,某摊位使用空气炸锅(如图乙)烹制食物,如图丙所示是该空气炸锅加热部分的简化电路图,其额定电压为220 V,定值电阻R1和R2为发热体,其中R1=40 Ω。开关S1、S2、S3的通断可实现高、中、低三个挡位的调节(S1、S2不会同时闭合),只闭合S3时为中温挡,额定功率为440 W。 (1)求R2的电阻; 解:(1)当开关S1、S3闭合、S2断开时,两电阻并联,总电阻最小,此时电路总功率最大,为高温挡;只闭合S3时,电路为R2的简单电路,总电阻较小,此时电路总功率较大,为中温挡;当开关S1、S3断开、S2闭合时,两电阻串联,总电阻最大,此时电路总功率最小,为低温挡。 R2的电阻:R2===110 Ω (2)高温挡正常工作100 s,求电路产生的电热; (2)高温挡时R1的功率: P1===1 210 W 故此时电路产生的电热: Q1=W1=(P1+P中温)t1=(1 210 W+440 W)×100s=1.65×105 J (3)只有空气炸锅单独工作,表盘示数使用前后如图甲、丁所示,通过表盘显示的数据估算该空气炸锅消耗的电功率[已知商用电费单价为0.75元/(kW·h)]。 (3)空气炸锅消耗的电能: W==0.08 kW·h 空气炸锅工作的时间: t=9:25-9:10=15 min=0.25 h 空气炸锅消耗的电功率: P===0.32 kW=320 W 1.(2023·南充)有一台家用电水壶,如图所示是其内部电路的简化示意图,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。电水壶的加热功率为1 000 W,保温功率为44 W,用此电水壶加热初温为20 ℃、体积为1 L的水400 s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=4.2×103 J/(kg·℃)]。下列说法正确的是 (　C　) 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3.36×104 J C.此电水壶加热挡的热效率为84% D.此电水壶处于保温挡时,其接入电路电阻的阻值为48.4 Ω 2.如图所示是一款3D打印笔的简化电路图,其中R1、R2均为发热电阻,电阻不变,其部分参数如表所示。开关S1闭合,单刀多掷开关S2仅与2接触时,打印笔处于　高温　(选填“高温”“中温”或“低温”)挡;高温挡的额定功率为　176　W。 3.中国茶文化源远流长。如图甲所示是一款煮茶器,有“加热”和“保温”两个挡位,其简化电路图如图乙所示,R1和R2均为发热电阻,煮茶器部分参数如表。煮茶器中装有初温为20 ℃的水,在标准大气压下,将水刚好加热到沸腾,用时700 s,在此过程中煮茶器的加热效率为80%。求: 额定电压 220 V 保温挡功率 100 W 加热挡功率 900 W 甲 (1)发热电阻R1的阻值; 解:(1)由电路图可知:只闭合开关S1时,电路为R1的简单电路,此时电路中的总电阻较大(比并联的总电阻大),根据P=可知:煮茶器的总功率小,处于保温挡 则R1的电阻:R1===484 Ω (2)加热过程中煮茶器消耗的电能; (2)加热过程中煮茶器消耗的电能: W=P加热t=900 W×700 s=6.3×105 J (3)煮茶器中水吸收的热量: Q吸=ηW=80%×6.3×105 J=5.04×105 J 则煮茶器中水的质量:m== =1.5 kg 4.如图甲所示是一款新型智能养生壶,它具有加热、保温两挡功能,壶内部简化电路如图乙所示,其中R1和R2为电热丝,S2为自动控制开关,该养生壶的主要参数如表所示。 产品名称 智能养生壶 额定电压 220 V 额定加热功率 1 100 W 额定保温功率 100 W (1)求该养生壶在加热状态正常工作时的电流; 解:(1)在加热状态,该养生壶正常工作时的电流: I===5 A (2)求电热丝R1的阻值; (2)由图乙可知,当开关S1闭合,S2断开时,电阻R1、R2串联,养生壶处于保温挡;当开关S1、S2都闭合时,电阻R1被短路,电路只有R2工作,养生壶处于加热挡。 电热丝R2的阻值:R2===44 Ω 养生壶处于保温状态时串联电路的总电阻: R===484 Ω 电热丝R1的阻值: R1=R-R2=484 Ω-44 Ω=440 Ω (3)某天早上,将该养生壶接入家庭电路中单独工作,在该养生壶给水加热的过程中,观察到家里电能表(如图丙)的转盘在120 s内转了110转,则该养生壶加热时的实际电压是多大? (3)电能表转盘转过110转,养生壶消耗的电能: W== kW·h=1.32×105 J 实际加热功率:P实===1 100 W 因为养生壶的实际功率等于额定功率,所以养生壶的实际电压等于额定电压,为220 V。 5.某品牌电热水器有慢加热、快加热和保温三个工作状态,铭牌上的部分参数如下表所示,其中快加热功率参数模糊不清。它能够把水加热到最高温度为75 ℃,简化电路如图所示,R1、R2均为加热电阻(温度对电阻的影响忽略不计)。电热水器中已装满质量为40 kg、温度为25 ℃的水。[已知水的比热容为c水=4.2×103 J/(kg·℃)] (1)用该热水器把水加热到最高温度,求水需要吸收的热量; 解:(1)水需要吸收的热量: Q=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×40 kg×(75 ℃-25 ℃)=8.4×106 J (2)开关S1闭合,S2接b,电热水器处于慢加热工作状态,求R1的阻值; (2)开关S1闭合、S2接b时,R2被短路,电路为R1的简单电路,电热水器处于慢加热挡, 由P=可得,电阻R1的阻值: R1===48.4 Ω (3)若加热电阻产生的热量有84%被水吸收,用该电热水器把原有的水加热到最高温度,用快加热功率进行加热需要多长时间? (3)开关S1断开、S2接b时,R1与R2串联,电路中电阻最大,总功率最小,电热水器处于保温挡,此时电路的总电阻: R串===96.8 Ω R2的阻值: R2=R串-R1=96.8 Ω-48.4 Ω=48.4 Ω 开关S1闭合、S2接a时,R1与R2并联,电路总电阻最小,总功率最大,电热水器处于快加热挡; 由电阻的并联可得:=+ 即=+=5 000 s 解得R并=24.2 Ω 则电热水器快加热挡功率: P快加热===2 000 W 加热电阻产生的热量有84%被水吸收,用该电热水器把原有的水加热到最高温度, 则由η=可得,电热水器消耗的电能: W===1×107 J 分别用慢加热挡和快加热挡加热时,水吸收的热量不变、且热效率也不变,所以用两挡加热时消耗的电能相同,都为W=1×107 J, 由P=可得,用快加热功率加热所用的时间: t快== $$