第3节 多挡位电热器问题 学案 2025年中考物理人教版考点探究（陕西专版）

第3节 多挡位电热器问题 知识讲堂—— 陕西中考核心考点梳理 【核心突破】 多挡位电热器问题 如图,这是某电热锅内部简化电路图,电源电压恒为220 V,R1、R2是电热丝,R1的阻值为55 Ω。开关S、S1同时闭合时是高温挡,只闭合开关S时是低温挡,低温挡功率为440 W。问: (1)低温挡工作时的电流是多少? (2)R2的阻值是多少? (3)高温挡工作5 min,消耗的电能是多少? (变素材)如图甲,这是某自动控温电热水器的电路图,其中控制电路电压恒为6 V,R1为热敏电阻,置于水箱中产生的热量对水箱中水温的影响忽略不计,R1阻值随温度变化的关系如图乙所示,R2为可调电阻,用来设定电热水器的水温。R3、R4为纯电热丝,均置于水箱中,R3=22 Ω;电磁铁线圈电阻忽略不计,当电磁铁电流达到0.2 A时,继电器衔铁被吸下来。(工作过程中,电源电压均保持不变),请回答下列问题: 　　　 甲 乙 (1)图甲中电磁铁的上端为　　　　　(选填“N极”或“S极”)。  三种典型的多挡位用电器 多挡位的实质是利用开关控制接入电路的电阻的大小,从而改变用电器的电功率来实现对挡位的控制。家庭电路中U=220 V,根据P=可知:R越大,P越小,挡位就越低;R越小,P越大,挡位就越高。 短路式 低温挡:P低温= 高温挡:P高温= 并联式 低温挡:P低温= 高温挡:P高温=+ 单刀双掷开关式 低温挡:P低温= 中温挡:P中温= 高温挡:P高温=+ (2)加热时电热丝R3的功率为多少? (3)如果电热水器储有60 kg的水,电路处于加热状态,正常工作1小时,产生的热量80%被水吸收,则水温升高了多少 ?[c水=4.2×103 J/(kg·℃),结果保留1位小数] (4)如果将电热水器水温设为60 ℃,R2的阻值应该调至多少? 真题精粹 —— 陕西中考10年真题精选及拓展 考向1常规电热器　10年6考 1.(2024·陕西)中药煎煮方式分为“文火”和“武火”,小明受此启发,用手动开关S1、温控开关S2、水量开关S3、加热电阻R1和限流电阻R2(R1、R2阻值不随温度变化),设计了煎药壶电路,其中S1为总开关,电源电压为220V。闭合开关S1,能实现如表所示的功能,下列关于此电路的分析正确的是 (　　) 温度/℃ 温控开关S2 壶内水量V/L 水量开关S3 R1的功率P/W 煎煮 方式 <60 闭合 >0.2 闭合 800 武火 ≥60 断开 >0.2 闭合 800 武火 ≥60 断开 ≤0.2 断开 100 文火 A.温控开关S2与水量开关S3是串联的 B.加热电阻R1的阻值是484Ω C.若壶内水量小于0.2L,煎药壶工作时无法进行“武火”加热 D.若限流电阻R2断路,煎药壶工作时只能进行“武火”加热 2.(2024·陕西)物理科技小组在课外制作活动中,把一废旧电饭锅改造成一个由一根电热丝和两个开关组成的简易电饭锅。接通电源,手动开关闭合,电热丝工作,当锅内温度达到103 ℃时,手动开关自动断开,且无法自动闭合;接通电源,温控开关在锅内温度低于60 ℃时自动闭合,电热丝工作,锅内温度高于85 ℃时,温控开关自动断开。通过两个开关的通断,可实现加热和保温两种功能。根据以上描述,下列判断正确的是 (　　) A.接通电源,闭合手动开关,电热丝才能开始工作 B.当手动开关自动断开时,简易电饭锅马上进入保温状态 C.简易电饭锅加热时的功率大于保温时的功率 D.锅内温度由103 ℃降至60 ℃过程中,电热丝不工作 3.(2023·陕西)如图-1,这是某型号电暖器。它有高温、低温两个挡位,其简化电路图如图-2所示。R1和R2均为发热电阻,其部分参数如表所示。 　 图-1 图-2 额定电压 220 V 额定功率 高温挡 2 200 W 低温挡 1 100 W 图-3　 图-4 (1)该电暖器是利用电流的　　　　　效应工作的。当开关S1、S2均闭合时,电暖器处于　　　　　挡。  (2)该电暖器在低温挡正常工作时,电路中的电流是多少?在高温挡正常工作时,发热电阻R2的阻值是多少? (3)在某次用电高峰期,小明用如图-3所示的电力监测仪,测出该电暖器在低温挡工作时的实际电压为210 V,实际功率为900 W。小明认为实际功率小于额定功率,只是因为实际电压小于额定电压。请你通过计算,判断小明的观点是否正确。 4.(2023·陕西)某型号煎烤机有上、下两个加热盘,由两个开关控制其工作状态。R1为下盘电热丝,R2为上盘电热丝,两电热丝阻值相等,煎烤机的最大额定功率为2 200 W。图为煎烤机的内部简化电路图(不考虑温度对电热丝阻值的影响)。 (1)按照安全用电的要求,将a、b两点接入家庭电路,完成连线。 (2)煎烤机正常工作时电路中的最大电流是多少?以最大额定功率工作时,1 min消耗多少电能? (3)电热丝R1的阻值是多大? 5.(2018·陕西)图-1为一款陶瓷电煎药壶,工作电路简化为图-2所示,它在工作时,有高火加热、文火萃取和小功率保温三个过程。已知正常工作时,高火加热功率为500 W,文火萃取功率为100 W。若壶中药液的总质量为1 kg,且在额定电压下煎药时,药液的温度与工作时间的关系图像如图-3。 图-1　　　 图-2 图-3 (1)观察图像中高火加热过程可知:电煎药壶在前半段比在后半段时间的加热效率　　　　　,上述高火加热过程中,1 kg药液所吸收的热量是多少?[c药液取4.2×103 J/(kg·℃)]  (2)分析电路可知:当Sa接2,同时Sb　　　　　时,电路处于文火萃取阶段,电路中的电阻　　　　　在工作。  (3)已知电阻R2=484 Ω,则R1的阻值是多少?电煎药壶的额定保温功率是多少瓦? 6.(2017·陕西)图-1为某型号室内电加热器,有高温和低温两个挡位,额定电压为220 V,高温挡和低温挡功率分别为2 200 W和1 000 W,简化电路如图-2所示。 　　　 图-1 图-2 (1)使用电加热器时,要插入三孔插座,这是为了将金属外壳与　　　　　相连,当开关S1闭合、S2断开时,电加热器处于　　　　　温挡。  (2)请计算电阻丝R1的阻值和通过电阻丝R2的电流。(结果保留一位小数) (3)在额定电压下,使用高温挡工作3小时,电加热器产生的热量是多少焦耳? (1)小明断开家里的其他用电器,将该加热器的高温挡和额定功率为800 W的电饭锅接入电路,它们都正常工作,则标有3 000 r/(kW·h)的电能表的铝盘3 min 转了多少转? (2)某天,小明想了解家里电路的实际电压,他将家里的其他用电器都关闭,只让该加热器在低温挡工作,观察到家里标有“3 000 r/(kW·h)”字样的电能表铝盘2 min转过25转,则他家的实际电压是多大? 7.(2016·陕西)图-1为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机,它的正常工作电压为220 V,水箱装水最多为0.3 kg,加热功率有大小两个挡位,设计师最初设计的内部电路有如图-2甲、乙两种接法,其中电热丝R1=56 Ω,R2=44 Ω。 　 　　 　 甲 乙 图-1 　　　　　图-2 (1)高温水蒸气熨烫衣服时,水蒸气遇到衣服迅速　　　　　(填物态变化名称)成小水珠,放出热量,将衣服熨平。  (2)如果选择甲电路,电路中最大电流为　　　　　A,如果选择乙电路,电路中最大电流为　　　　　A,由于两个电路中所选熔断器里的熔丝允许通过的最大电流为8.2 A,故设计师最终选择了甲电路。(计算结果保留一位小数)  (3)请分别计算这款挂烫机两个挡位的额定功率。 (4)若将水箱中0.22 kg的水从25 ℃加热到100 ℃,挂烫机至少需要加热多长时间?[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)] 考向2使用电磁继电器进行自动控制的电热器　2022.34 8.(2022·陕西)图-1为某校物理小组设计的具有加热和保温功能的电热器内部简化电路。Rt为热敏电阻,阻值随温度升高而减小。R1、R2、R3均为电热丝,且R1=R2=400 Ω,闭合开关S1、S2,电热器开始加热。 (1)控制电路中,电磁铁的上端是　　　　　极。  (2)加热时,动触点a与上方静触点b、c接通,工作电路的总功率是多少? (3)电磁铁对衔铁的吸引力F与控制电路中电流I的关系如图-2所示。当电磁铁对衔铁的吸引力为1 N时,动触点a与下方静触点d接通,进入保温状态,此时热敏电阻Rt的阻值是多少? (4)保温状态下,R1的功率为64 W,则工作电路30 s消耗的电能是多少? 考向3电热器设计　2023.23 9.(2023·陕西)小明将废旧电热器上规格为“220 V　968 W”的完好电热丝R0拆下,用于科技小组制作电烘箱,设计电路如图-1所示。经过多次试验,当选用的电阻R1的阻值为5 Ω时,刚好满足箱体内烘干功率要求。(不考虑温度对电阻的影响) (1)电热丝R0的阻值是多少? (2)整个电路工作时的电流是多少?整个电路工作1 h产生的热量是多少? (3)图-1电路工作时存在着电能没有被充分利用的不足。在保证箱体内烘干功率及R0不变的情况下,请你针对电路中的不足进行改进,在图-2中将改进的电路图补充完整,并在图中标出相关电阻的阻值。(此问不要求写出计算过程) 【参考答案】 知识讲堂 核心突破 例　解:(1)只闭合开关S时是低温挡,电路中只有R2工作,低温挡功率为440 W,根据P=UI可知,低温挡工作时的电流: I===2 A (2)根据I=可知,R2的阻值:R2===110 Ω (3)R1的电功率:P1===880 W 电路的总功率即高温挡的功率:P=P低+P1=440 W+880 W=1320 W 高温挡工作5 min,消耗的电能:W=Pt=1320 W×5×60 s=3.96×105 J 变式训练　解:(1)S极 (2)加热时电热丝R3的功率:P===2200 W (3)电路处于加热状态,正常工作1小时产生的热量: Q=Pt=2200 W×3600 s=7.92×106 J 被水吸收的热量: Q吸=80%×Q=80%×7.92×106 J=6.336×106 J 由Q吸=cmΔt变形得: Δt==≈25.1 ℃ (4)如果将热水器中的水温设置为60 ℃,此时控制电路中的电流刚好为0.2 A,由I=可知,此时控制电路的总电阻:R总===30 Ω 由图像可知,60 ℃时R1的阻值为10 Ω,则R2的阻值: R2=R总-R1=30 Ω-10 Ω=20 Ω 真题精粹 1.D　解析:根据电路中只有两个电阻,而R1的功率可以改变,说明电路中的电流改变,则两个电阻必须串联,武火时,限流电阻被短路,当温控开关和水量开关同时断开时,两个电阻串联,处于文火状态,而只有温控开关断开时,限流电阻仍是短路状态,故温控开关和水量开关并联与限流电阻R2并联,若壶内水量小于0.2L,但温度低于60 ℃,温控开关将限流电阻短路,仍是武火加热,故A、C错误;武火时,限流电阻被短路,只有R1工作,R1的功率是800 W;其电阻R1===60.5Ω,故B错误;若限流电阻R2断路,当温度开关和水量开关中任意一个闭合,是武火加热,如果温度开关和水量开关都断开,则电路断路,不能加热,故D正确。 2.D 3.解:(1)热　高温 (2)由P=UI可知,低温挡正常工作时,电路中的电流:I低温===5 A 高温挡时,两电阻并联,由并联电路的特点可知此时R1两端的电压与低温挡R1两端的电压相等,由P=UI=可知,此时R1的电功率与低温挡R1的电功率相等,即P1=P低温=1 100 W 则此时R2的电功率: P2=P高温-P1=2 200 W-1 100 W=1 100 W 由P=UI=可知,R2的电阻: R2===44 Ω (3)由P=UI=可知,R1的电阻: R1===44 Ω 实际电压为210 V时低温挡的实际功率: P低温'==≈1 002 W>900 W 因此小明的观点不正确。 4.解:(1)如图所示: (2)煎烤机正常工作时电路中的最大电流: I===10 A 以最大额定功率工作时,1 min消耗的电能: W=Pt=2 200 W×60 s=132 000 J (3)两开关都闭合,两电阻并联接入电路,并联电路各支路两端电压相等,两电热丝阻值相等,由P=可知两电热丝的功率相等,电路总功率等于各部分功率之和,所以电热丝R1的功率:P1=P=×2 200 W=1 100 W 电热丝R1的阻值:R1===44 Ω 5.解:(1)在高火加热的前、后半段时间内,功率不变,时间相同,由W=Pt可知消耗的电能相同;由图-3可知前半段时间药液温度升高的值小、后半段温度升高的值大,而药液的质量不变、比热容不变,由Q吸=cmΔt可知前半段药液吸收的热量少,由η=可知,前半段的加热效率比后半段的加热效率低;1 kg药液所吸收的热量: Q吸=c药液m药液Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(98 ℃-18 ℃)=3.36×105 J (2)分析电路可知:当Sa接2,Sb闭合时,电路中R1、R2并联,电路中电阻最小,由P=可知此时电功率最大,处于高火加热状态;当Sa接2,Sb断开时,电路中只有R2工作,电路中电阻较大,由P=可知此时电功率较大,处于文火萃取状态;当Sa接1,Sb断开时,电路中R1、R2串联,电路中电阻最大,由P=可知此时电功率较小,处于小功率保温状态; (3)当Sa接2,Sb闭合时,电路中R1、R2并联,电路处于高火加热状态;高火加热状态的电功率: P加热=P1+P文火 R1的电功率: P1=P加热-P文火=500 W-100 W=400 W 由P=可得: R1===121 Ω 当Sa接1,Sb断开时,电路中R1、R2串联,处于小功率保温状态;保温功率: P保温===80 W 6.解:(1)①电加热器属于金属外壳用电器,因此与电加热器外壳相连接的是地线,这样即使金属外壳带电,电流也会通过地线导入大地,从而防止触电事故的发生;②当开关S1闭合、S2断开时,电路为R1的简单电路,电路中的总电阻最大,根据P=UI=可知电路的总功率最小,电加热器处于低温挡; (2)当开关S1闭合、S2断开时,电路为R1的简单电路,电加热器处于低温挡,由P=UI=可得,电阻丝R1的阻值: R1===48.4 Ω 当开关S1、S2闭合时,R1与R2并联,电路中的总电阻最小,电路的总功率最大,电加热器处于高温挡,因电路中总功率等于各用电器功率之和,所以,R2的功率: P2=P高温-P低温=2 200 W-1 000 W=1 200 W 由P=UI可得,通过电阻丝R2的电流: I2==≈5.5 A (3)在额定电压下,使用高温挡工作3小时,电加热器产生的热量: Q=W=P高温t=2 200 W×3×3 600 s=2.376×107 J 补充设问 解:(1)由P=可知,电加热器3 min消耗的电能W1=P1t=2.2 kW× h=0.11 kW·h 电饭锅3 min消耗的电能: W2=P2t=0.8 kW× h=0.04 kW·h 消耗的总电能: W=W1+W2=0.11 kW·h+0.04 kW·h=0.15 kW·h 3 000 r/(kW·h)表示电路中用电器每消耗1 kW·h电能,电能表的转盘转过3 000 r,则电能表的铝盘3 min的转数: n=0.15 kW·h×3 000 r/(kW·h)=450 r (2)W== kW·h P实===0.25 kW=250 W 由P实=得250 W= 解得U实=110 V 7.解:(1)高温水蒸气熨烫衣服时,水蒸气遇到衣服迅速由气态变成液态,是液化现象;水蒸气液化时,要放出大量的热,从而将衣服熨平; (2)如果选择甲电路,当开关旋至1、2之间时,电路中只有电阻R2工作,此时电路中的电流最大: I大===5 A 如果选择乙电路,当开关旋至1、2之间时,R1、R2并联,电路中电流最大: I大'=I1+I2=+=+=3.9 A+5 A=8.9 A (3)挂烫机以大功率挡工作时,电路中电流为5 A,此时的功率: P1=UI大=220 V×5 A=1 100 W 挂烫机以小功率挡工作时,R1、R2串联,此时的功率: P2===484 W (4)水吸收的热量:Q=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×0.22 kg×(100 ℃-25 ℃)=6.93×104 J 由P=得,所需时间:t'===63 s 8.解:(1)根据安培定则知,电磁铁的上端为N极; (2)由电路图知,动触点a与上方静触点b、c接通,R1、R2并联,总电阻: R并===200 Ω 加热时,工作电路的总功率: P加热===242 W (3)由图-2知,当电磁铁对衔铁的吸引力为1 N时,动触点a与下方静触点d接通,此时控制电路通过的电流为0.2 A,根据I=得,此时热敏电阻Rt的电阻: Rt===30 Ω (4)保温时,R1和R3串联,根据P=UI和I=得, 电路中的电流为:I串联===0.4 A 工作电路消耗的电能: W=UI串联t=220 V×0.4 A×30 s=2 640 J 9.解:(1)规格为“220 V　968 W”的完好电热丝R0,根据P=,电阻丝的阻值:R0===50 Ω (2)图-1中,两电阻串联,由电阻的串联规律知,总电阻:R=R0+R1=50 Ω+5 Ω=55 Ω 由欧姆定律知,整个电路工作时的电流: I===4 A 整个电路工作1 h产生的热量: Q=W=UIt=220 V×4 A×1×3 600 s=3.168×106 J (3)在图-1中,电烘箱的电功率: P01=I2R0=(4 A)2×50 Ω=800 W R2串===60.5 Ω,由串联电阻的规律知,故应串联的电阻: R2=60.5 Ω-50 Ω=10.5 Ω 即将R2=10.5 Ω的电阻与R0=50 Ω的电阻串联后作为电烘箱体的加热丝即可,如下左图所示。或将R1=5 Ω与R0=50 Ω串联再与R2串联(R2=60.5 Ω-5 Ω-50 Ω=5.5 Ω),如下图所示。 学科网（北京）股份有限公司 $$