2024年中考物理二轮复习电功率计算之多档位电热器问题

中考物理二轮复习 电功率计算之多档位电热器问题 一、档位解说 多档位电热器问题是集电功、电热、电功率的综合性问题，是电学的重点和难点，也一直是中考的热点问题。多档位电热器内部电路结构一般是两个电阻多个开关，通过开关的断开和闭合以及其他方式改变总电阻的大小。当在电路中电源电压保持不变的情况下，出现高、中、低三个档位，要求计算出它对应的电功率，象这类问题，我们通常的解题思路是采用公式来进行计算。 解答此类问题需要把握好两个关键点： 关键点一是明确不同档位电热器内部电路结构； 关键点二是正确判断出电热器的不同档位。 加热（高温挡）状态 电功率高 电压恒定、电功率高、总电阻小 保温（低温挡）状态 电功率低 电压恒定、电功率低、总电阻大 当电压一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温档电阻最小（两个电阻一般并联），低温档电阻最大（两个电阻一般串联），由此判断出电路中高、中、低三个档位。 1.挡位分析 发热体是纯电阻：Q=W=Pt P大→高温，P小→低温（没有特殊说明就默认全部电路都是发热体） 思路： 总结：串联（R总大）是低温，并联（R总小）是高温。 2.挡位说明 三部分：开关情况、电路情况、挡位情况。 如图所示，S1闭合，S2接b，只有R1连入电路，中温挡；S1闭合，S2接a，R1和R2并联，高温挡；S1闭合，S2断开，只有R1连入电路，中温挡；S1断开，S2接b，R1和R2串联，低温挡。 3.求电阻：串联先求R总，再求R2；并联先求P2，再求R2 已知：P高、P低、U 思路： 二、电路类型 1.短路型 ①当开关S断开时，R1、R2串联，此时电路消耗的电功率： 处于低温档 ②当开关S闭合时，R2短路，电路中只接入R1，此时电路消耗的电功率： 处于高温档 ∵ U相同，（R1+R2）>R1 ∴ P1<P2 2.并联型 ①当开关S闭合，S0断开时，只接入R2，此时电路消耗的电功率： 处于低温档 ②当开关S、S0均闭合时，R1和R2并联，此时电路消耗的电功率： 处于高温档 ∵ U相同，R并<R2 ∴ P1<P2 3.单刀双掷型 ①当开关S1闭合，S2接a时，R1短路，只接入R2，此时电路消耗的电功率： 处于中温档 ②当开关S1断开，S2接a时，均闭合时，R1和R2串联，此时电路消耗的电功率： 处于低温档 ③当开关S1闭合，S2接b时，R1和R2并联，此时电路消耗的电功率： 处于高温档 ∵ U相同，R并<R2<（R1+R2） ∴ P2<P1<P3 三、典例引领 例题：有一台热水器，内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝，R1=100Ω，R2=10Ω。 （1）如何控制S1和S2，使热水器处于高温档； （2）求中温档正常工作时热水器的功率； （3）低温档正常工作10min电热丝产生的热量。 分析：（1）根据公式可知，加热时电路的总电阻较小，再根据并联电路的电阻特点判断电路中电阻的大小关系，从而可以判断出电热水器处于处于什么状态； （2）先根据判断出电路处于中温档时电路的结构，然后根据求出中温档正常工作时热水器的功率； （3）先根据判断出电路处于低温档时电路的结构，然后根据求出低温档正常工作10min电热丝产生的热量。 解答：（1）由可知，电阻越小，功率越大 当S1闭合，S2拨至位置a时，R1和R2并联接入电路，此时电路中的总电阻最小，功率最大，热水器处于高温档。 （2）当S1闭合，S2接b点时，R2短路，只有R1接入电路中，热水器处于中温档，此时热水器的功率为： （3）当S1断开，S2接b点时，R1和R2串联，总电阻最大，热水器处于低温档，它工作10min电热丝产生的热量为： 答案：（1）当S1闭合，S2接a点时，R1和R2并联，总电阻最小，热水器处于高温档； （2）中温档正常工作时热水器的功率为484W； （3）低温档正常工作10min电热丝产生的热量为2.64×105J。 四、趁热打铁 1.（2021年德州中考题）如图甲所示，电火锅可以通过控制开关实现高、中、低三档加热，电路图如图乙所示，R1、R2是电热丝，当S1断开、S2接a时，电火锅为________档；当S1闭合、S2接b时，电火锅为_______档；当S1断开、S2接b时，只有_______（选填“R1”或“R2”）接入电路，电火锅为________档。 解析：（1）当S1断开、S2接a时，R1和R2串联，总电阻最大，电火锅处于低温档。 （2）当S1闭合、S2接b时，R1和R2并联，总电阻最小，电火锅处于高温档。 （3）当S1断开、S2接b时，只有R2接入电路，电火锅处于中温档。 答案：低；高；R2；中。 2.图甲是具有高温、低温两档的电热饭盒，电阻R1=200Ω，简化电路如图乙所示，R1、R2均是发热电阻，且R2的阻值是R1的4倍。求： （1）高温档功率是多少？ （2）高温档加热10min，不计热量损失，可以将2kg饭菜升高的温度是多少？【饭菜的比热容取3×103J/（kg·℃）】 （3）如果低温档工作时的实际功率是40W，则实际电压是多少？ 解析：（1）当开关S接2时，R2断路，只有R1接入电路中，电热饭盒处于高温档，此时它的功率为： （2）高温档加热10min产生的热量为：Q=P高t=242W×10×60s=1.452×105J 不计热量损失，则有：Q吸=Q，cmΔt=Q ∴ （3）当开关S接1时。R1和R2串联，总电阻最大，电热饭盒处于低温档， 串联的总电阻为：R串=R1+R2=200Ω+200Ω×4=1000Ω 由可得电路两端实际电压为： 3.小华家里的某品牌电烤箱内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝，该电烤箱设有高温和低温两档，当两端所加电压为220V时，其功率分别为1100W和440W。求： （1）若某种食物需要用该电烤箱高温档烘烤0.1h，该电烤箱消耗的电能； （2）电路中R1的阻值； （3）在低温档正常工作时，电路中的电流和R1的功率。 解析：（1）该电烤箱消耗的电能：W=Pt=1.1kW×0.1h=0.11kW·h=3.96×105J （2）当开关S1、S2都闭合时，R2短路，只有R1接入电路，此时电烤箱处于高温档，R1的阻值为： （3）当开关S1闭合，S2断开时，R1和R2串联，电烤箱处于低温档，电路中的电流为： 由于R1和R2串联，所以I2=I1=I=2A，R1的功率为：P1=I12R=（2A）2×44Ω=176W 4.有一种挂式电热水器内部简化电路如图所示，该热水器设有高、中、低三档，已知电热丝R1=55Ω，高温档加热功率为1100W，电热转化效率为80%，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。求： （1）将2kg水从20℃加热到75℃需要吸收多少热量？ （2）用高温档将2kg水从20℃加热到75℃需要多少时间； （3）只闭S、S2时，电热水器的电功率是多少？ 解析：（1）水吸收的热量：Q吸=cm（t－t0）=4.2×103J/（kg·℃）×2kg×（75℃－20℃）=4.62×105J （2）由可得，消耗的电能为： 由可得，需要的加热时间为： （3）当S、S1、S2都闭合时，R1和R2并联，总电阻最小，总功率最大，热水器处于高温档，此时电热丝R1的功率： 因电路的总功率等于各用电器功率之和，所以电热丝R2的功率：P2=P高－P1=1100W－880W=220W 只闭合S、S2时，只有R2接入电路，电热水器的电功率即为电热丝R2的功率为220W。 5.下表为某电烤箱铭牌的部分参数（其中高温档的额定功率模糊不清），其简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝（电阻不随温度变化），求：该电烤箱： （1）在低温档正常工作时的电流； （2）中温档正常工作5min消耗的电能； （3）在高温档正常工作时的额定功率（计算结果保留一位小数）。 解析：（1）当S1接右端点，S2断开时，R1和R2串联，总电阻最大，电烤箱处于低温档，此时正常工作的电流为： （2）中温档正常工作5min消耗的电能为：W=P中t=1100W×5×60s=3.3×105J （3）当S1接左端点，S2闭合时，R1和R2并联，总电阻最小，电烤箱处于高温档，当电烤箱处于低温档时，则有： 当开关S1接右端点时，S2闭合，R2短路，只有R1接入电路中，电烤箱处于中温档，此时消耗的电功率为： 所以R1的阻值为： 由R1+R2=110Ω可得：R2=66Ω R1和R2并联的总电阻为： 高温档正常工作时的额定功率为： 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $$