专题六 与电热有关的计算 第二课时 档位计算 课件 -2024-2025学年物理教科版九年级上册

第2课时　挡位计算 类型一 并联式 1.(2023·娄底)如图甲是一款采用增压技术的挂烫机,简化电路如图乙,电源电压为220 V,R1、R2是电热丝,R1=55 Ω,R2=110 Ω。开关S接2、3时处于慢热挡;开关S接3、4时处于速热挡。求: (1)挂烫机慢热过程中,电路中的电流; 解:(1)由电路图可知:开关S接2、3时处于慢热挡,只有电热丝R1接入电路中 则电路中的电流:I===4 A (2)挂烫机慢热工作1 min,电热丝产生的热量; (2)挂烫机慢热工作的时间:t=1 min=60 s 则电热丝产生的热量: Q=I2R1t=(4 A)2×55 Ω×60 s=5.28×104 J (3)挂烫机速热过程中的总电功率。 (3)开关S接3、4时,两电热丝并联,处于速热挡 R1的电功率:P1=UI1===880 W R2的电功率:P2=UI2===440 W 故挂烫机速热过程中的总电功率: P=P1+P2=880 W+440 W=1 320 W 2.小华对家里带有预约功能的电中药壶进行观察,铭牌如下表。其内部基本电路原理如图甲所示,其中R1、R2均为加热电阻,R2 阻值为484 Ω,小华用水代替中药做了相关研究,从开始预约到煮好后断电,其消耗的功率随时间变化的图像如图乙所示。求:[ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)] 电源 220 V 容积 1.5 L 高温挡功率 500 W 低温挡功率 100 W 预约功率 10 W 甲 乙 (1)预约过程中消耗的电能; 解:(1)由图乙可知:预约过程中所用的时间t=8 h 由表格数据可知:预约消耗的电功率: P预约=10 W=0.01 kW 则预约过程中消耗的电能: W1=P预约t=0.01 kW×8 h=0.08 kW·h 电源 220 V 容积 1.5 L 高温挡功率 500 W 低温挡功率 100 W 预约功率 10 W 甲 乙 (2)R1的阻值; 电源 220 V 容积 1.5 L 高温挡功率 500 W 低温挡功率 100 W 预约功率 10 W 甲 乙 (2)由图甲可知:当开关S、S1闭合时,R1与R2并联,电路总电阻较小,由P=可知:此时总功率较大,为高温状态,P高=500 W 当开关S闭合、S1断开时,电路只有R2工作,电路总电阻较大,由P=可知:此时总功率较小,为低温状态,P低=100 W 则R1的功率:P1=P高-P低=500 W-100 W=400 W 故R1的阻值:R1===121 Ω (3)若此电中药壶的高温挡加热效率为84%,将1.5 L水从20 ℃ 加热至100 ℃,需要多长时间? 电源 220 V 容积 1.5 L 高温挡功率 500 W 低温挡功率 100 W 预约功率 10 W 甲 乙 (3)水的体积:V=1.5 L=1.5×10-3 m3 水的质量: m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×1.5×10-3 m3=1.5 kg 水吸收的热量: Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1.5 kg×(100 ℃-20 ℃)=5.04×105 J 消耗的电能:W电===6×105 J 需要的时间:t===1200 s 类型二 短路式 3.(2023·乐山)如图所示,图甲为某电饭锅的实物图,图乙为其电路原理图,图丙为电饭锅铭牌的主要参数,R1和R2为电阻不变的电热丝,S1为总开关,S2为温控开关。该电饭锅可以通过S1、S2两个开关的断开与闭合实现加热、保温两个挡位的变化。将电饭锅接入电源电压为220 V的电路中,求: (1)电饭锅处于加热挡时的电流; 解:(1)电饭锅处于加热挡时的电流: I===4 A (2)电饭锅处于保温挡时,持续工作10 min,产生的热量; (2)电饭锅处于保温挡时,持续工作10 min,产生的热量: Q=W=P保t=80 W×10×60 s=4.8×104 J (3)R1和R2的阻值。 (3)由图乙可知:当开关S1闭合,S2断开时,R1、R2串联,根据串联电路的电阻特点可知:此时电路中的总电阻最大,由P=可知:电路中的总功率最小,电饭锅处于保温挡; 当开关S1、S2都闭合时,只有R1工作,电路中的总电阻最小,总功率最大,电饭锅处于加热挡, R1的阻值:R1===55 Ω R1、R2的串联总电阻:R===605 Ω 故R2的阻值:R2=R-R1=605 Ω-55 Ω=550 Ω 4.(2023·眉山)如图所示为某家用电水壶的简化电路图,如表为铭牌的部分参数,R1、R2为发热丝,其中R2=40 Ω。求: (1)电水壶的加热功率; 解:由图可知:当开关S1闭合、S2接2时,R1、R2串联,根据串联电路的电阻特点可知:此时电路中的总电阻最大,由P=可知:电路中的总功率最小,电水壶处于保温状态;当开关S1闭合、S2接1时,只有R2工作,电路中总电阻最小,总功率最大,电水壶处于加热状态 (1)电水壶加热状态的功率: P加热===1 210 W (2)电水壶处于保温挡时,正常工作5 min消耗的电能; (2)电水壶处于保温挡时,正常工作5 min消耗的电能: W=P保温t=40 W×5×60 s=1.2×104 J (3)R1的阻值。 型号 SDS-15X05 容量 1 L 额定电压 220 V 额定频率 50 Hz 加热功率 ?W 保温功率 40 W (3)R1、R2的串联总电阻: R===1 210 Ω 则R1的阻值:R1=R-R2=1 210 Ω-40 Ω=1 170 Ω 类型三 三挡式 5.(2023·鞍山)中医药是中华文化的瑰宝,在疾病治疗方面具有不可替代的作用。图甲为小明同学家的小型电中药锅,其电路简图如图乙所示,通过开关S1和S2的不同接法组合,可以实现三挡加热功能,其中定值电阻R1、R2都是发热电阻,其部分参数如下表所示。[已知ρ药液=1.0×103 kg/m3,c药液=4.2×103 J/(kg·℃)]求: 额定电压/V 220 额定功率/W 高温挡880 中温挡440 低温挡　  (1)锅中的1 L药液从25 ℃加热到35 ℃,药液吸收的热量; 解:(1)药液的体积:V=1 L=1 dm3=1×10-3 m3 药液的质量: m=ρ药液V=1.0×103 kg/m3×1×10-3 m3=1 kg 则药液吸收的热量: Q吸=c药液m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(35 ℃-25 ℃)=4.2×104 J 额定电压/V 220 额定功率/W 高温挡880 中温挡440 低温挡　  (2)低温挡的功率; (2)由图乙可知:当开关S1闭合,S2接1时,R1、R2并联,此时电路中的总电阻最小,电路中的总功率最大,电中药锅处于高温挡;当开关S1打开、S2接2时,R1、R2串联,此时电路中的总电阻最大,电路中的总功率最小,电中药锅处于低温挡; 当开关S1闭合,S2接2时,只有R1工作,电中药锅处于中温挡,由表格数据可知:电中药锅中温挡的功率P中=440 W R1的阻值:R1===110 Ω 则高温挡工作时,R2的电功率: P2=P高-P中=880 W-440 W=440 W R2的阻值:R2===110 Ω R1、R2的串联总电阻: R=R1+R2=110 Ω+110 Ω=220 Ω 低温挡的功率:P低===220 W (3)若该中药锅以中温挡的工作电路给已煲好的药液温热110 s,实际消耗的电能为4×104 J,则此时电路的实际电压。 (3)电路的实际电压: U实===200 V 6.(2023·广安)轩轩设计了一款高、中、低三个挡位的迷你多功能电锅,其部分设计参数如表所示,简化电路如图所示,R0、R1、R2为电热丝,其中R1=15 Ω。电锅在高温挡、中温挡工作时,开关S2均处于闭合状态;在低温挡工作时,开关S1、S2均处于断开状态,闭合开关S,移动滑片,可调节低温挡的功率。 额定电压 30 V 高温挡功率 150 W 中温挡功率 ?W 低温挡功率范围 20~50 W (1)求电锅在高温挡正常工作时的电流; 解:(1)电锅在高温挡正常工作时的电流: I高===5 A (2)求电锅中温挡功率; (2)当开关S、S1、S2都闭合时,R1、R2并联,电路中的总电阻最小,由P=可知:电路中的总功率最大,电锅处于高温挡; 当开关S、S2闭合,S1断开时,只有R2工作,电路中总电阻较小,总功率较大,电锅处于中温挡 高温挡时R1消耗的电功率: P1===60 W 因为R2在高温挡和中温挡消耗的电功率不变, 即P高=P1+P2=P1+P中 所以电锅中温挡功率: P中=P高-P1=150 W-60 W=90 W (3)R0现有“30 Ω　3 A”“40 Ω 2 A”“50 Ω　1.5 A”三种规格,为了达到轩轩设计的低温挡功率范围,请通过计算说明他选择的哪一种。 (3)由于电锅中温挡功率为90 W,则R2的阻值: R2===10 Ω 在低温挡工作时,开关S1、S2均处于断开状态,开关S闭合,由图可知,此时R0、R2串联,移动滑片,通过改变R0接入电路的阻值可调节低温挡的功率 当低温挡的功率最小为20 W时,电路中的最大总电阻:R总大===45 Ω 则R0接入电路的最大阻值: R0大=R总大-R2=45 Ω-10 Ω=35 Ω 故规格为“30 Ω　3 A”的R0不符合要求 当低温挡功率最大为50 W时,电路中的电流: I低==≈1.67 A 则规格为“50 Ω　1.5 A”的R0不符合要求 综上所述,应该选择规格为“40 Ω　2 A”的R0。 $$