1、专题12 多档位用电器相关计算一、电阻均为发热电阻多挡位的实质是利用多开关控制接入电路中总电阻的大小，从而改变用电器电功率来实现对挡位的控制R总越大，P实越小，挡位低；R总越小，P实越大，挡位高.短路式低温档只闭合S，两电阻串联，高温档闭合S、S0，只有R1接入电路，并联式低温档只闭合S，只有R2接入电路，高温档S、S0均闭合，R1、R2并联，单刀双掷式低温档S1断开，S2接b，R1、R2串联，中温档闭合S1，S2接b，只有R1接入电路，高温档S1闭合，S2接a，R1、R2并联，二、发热电阻和定值电阻串联根据QI2Rt，得PI2R计算发热功率，电路电流越大，发热功率越大。如图中，S1、S2均闭
2、合时为高温挡，只闭合S1时为低温挡，类型一两档位用电器1. 如图所示为某品牌电饭锅的简化电路图，R1和R2均为电热丝，S1是温度自动控制开关，已知电饭锅的额定电压为220 V，高温挡功率为1 320 W，低温挡功率为110 W求：（1）将锅内2 kg的水从20 加热到100 ，水吸收的热量；c水4.2103 J/（kg）（2）电热丝R2的阻值第1题图【解析】（1）水吸收的热量Q吸c水mt4.2103 J/（kg）（100 20 ）6.72105 J（2）由P可知，当S、S1都闭合时，电路中R1、R2并联，电路中电阻最小，电路处于高温挡，当S闭合、S1断开时，电路为R1的简单电路，电路处于低温挡
3、电阻R2的功率P2P高温P低温1 320 W110 W 1 210 W电阻R2的阻值R240 2. 下表为某品牌取暖用油汀的铭牌，其内部电路如图所示，R1和R2均为电热丝，S1是温度自动控制开关闭合开关S，30 min内油汀消耗的电能为0.88 kWh.求：（1）通过R1的电流；（2）电热丝R2的电阻；（3）30 min内开关S1闭合的时间额定电压220 V额定功率低温挡880 W高温挡2 200 W第2题图【解析】（1）由电路图及表中数据可知，当仅S闭合时处于低温挡，即流过电阻R1的电流为：I14 A；（2）当开关S、S1同时闭合时，处于高温挡，则电路中的总电流为I10 A则流过R2的电流为
4、：I2II110 A4 A6 A电热丝R2的阻值为：R236.7 （3）30 min内R1消耗的电能为W1P1t0.88 kW0.5 h0.44 kWhR2消耗的电能为W2WW10.88 kWh0.44 kWh0.44 kWhR2的电功率为P2PP12 200 W880 W1 320 W1.32 kWt2h20 min.3. 小明家某型号电热加湿器的原理如图甲R1、R2都是发热电阻，不考虑温度对电阻的影响，且R23R1；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”之间的切换（低挡为小功率加热，高挡为大功率加热），其部分技术参数如下表第3题图（1）开关处于
5、图示位置，电热加湿器的状态是_（选填“关”“低挡”或“高挡”）；（2）求电热加湿器中R1的阻值；（3）某次使用加湿器在额定电压下工作，加湿器注水仓中加注冷水已达到最大注水量，其工作30 min的功率与时间图像如图乙所示，如果电阻R1在此次高挡加热时产生的热量全部被水吸收，可以使注水仓中冷水的温度升高多少？计算结果保留整数，水的比热容为4.2103 J/（kg）（4）某一天，小明断开家中其他所有用电器，只接通加湿器在低挡加热，发现家中3 000 revs/（kWh）的电能表转盘在400 s内转了27圈，求此时电阻R2的实际功率是多少？【解析】（1）关（2）当开关处于2、3时，R1与R2串联，电路
6、的电阻最大，根据P可知，此时的功率较小，处于低挡，当开关处于3、4时，R2被短路，电路只有R1接入电路，电路的电阻最小，功率最大，处于高挡，则R1的阻值为R1121 （3）由图可知，电热加湿器在高挡的工作时间为10 min，则R1通电10 min产生的热量为Q放P高t400 W1060 s2.4105 J由于Q吸Q放，根据Q吸cmt可知，冷水升高的温度为t19 （4）由题知R23R1363 ，电热加湿器在低挡工作时消耗的电能为W3.6106 J3.24104 J由WPt和P得，电热加湿器的实际电压为U实198 V由于R1R213，根据串联分压的原理可知，U实U1U2、U1U213，则U2148
7、.5 V根据P可知，R2的实际功率为P2实60.75 W4. 如图甲为常用的电热饮水机，其电路原理如图乙所示该饮水机的额定电压为220 V，加热电功率为1 100 W，保温电功率为44 W，R1、R2均为电热丝（R1、R2的电阻不随温度变化）请问：（1）当S闭合时，饮水机处于_（选填“加热”或“保温”）状态，此时电路中的电流是多大？（2）电热丝R1的电阻是多大？（3）饮水机加热工作时，将0.5千克初温为20 的水加热到97 ，需要多长时间（假设电能全部转化为水的内能）?第4题图【解析】（1）首先要根据P来判断多挡位问题，当S闭合时，此时R1被短路，电路中电阻最小，因此功率最大，为加热挡，此时电
8、路中电流：I5 A（2）R244 ，开关断开时，两电阻串联，此时为保温挡，R总R1R21 100 ，则R1R总R21 100 44 1 056 （3）电能全部转化为水吸收的热量：即W电Q吸，P热tcmt因此可知通电时间：t147 s5. 某电热水器具有加热和保温功能，其工作原理如图甲所示其中控制电路中的电磁铁线圈电阻不计，R为热敏电阻，热敏电阻中允许通过的最大电流I015 mA，其阻值R随温度变化的规律图像如图乙所示，电源电压U1恒为6 V当电磁铁线圈中的电流I8 mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点a、b接触，加热电路接通；当电磁铁线圈中的电流I8 mA时，继电器上方触点c接触，保温电
9、路接通热敏电阻R和工作电路中的三只电阻丝R1、R2、R3均置于储水箱中，U2220 V，加热时的功率P加热2 200 W，保温时的功率P保温110 W，加热效率90%，R22R1，水的比热容c水4.2103 J/（kg）水箱内最低温度为0 .第5题图（1）为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为多大？若R0为该值，试求热水器刚开始保温时水的温度（2）电阻丝R1、R2、R3的阻值分别为多少欧姆？（3）该热水器在加热状态下，将44 kg、20 的水加热到50 需要多少时间？【解析】（1）热敏电阻中允许通过的最大电流I015 mA，此时控制电路中电阻最小R总小400 由图像得水箱内最低温度为0
10、 时热敏电阻最小，R最小100 保护电阻阻值至少为R0R总小R最小400 100 300 热水器刚开始保温时，控制电路中的总电阻R总750 热敏电阻的阻值RR总R0750 300 450 由乙图像得，储水箱中水温是70 （2）加热状态时，电阻R1、R2并联在工作电路中并联电路的总电阻R并22 又R并，R22R1代入数据得R133 ，R266 保温状态时，电阻R2、R3串联在工作电路中R串440 R3R串R2440 66 374 （3）水吸收的热量：Q吸cm（tt0）电流做的功：W加热加热时间：t加热2 800 s6. 如图甲是某电吹风的工作原理图电吹风工作时，可以分别吹出热风和凉风为了防止温度
11、过高，用一个PTC电阻R0与电阻为100 的电热丝R串联，R0的阻值随温度的变化如图乙所示（1）当开关S指向1位置时，电吹风吹_风；（2）该电吹风吹热风时，其温度基本恒定在200 左右，当它的温度继续升高时，R0的电阻将_，电热丝的发热功率将_（两空均选填“增大”、“不变”或“减小”）；（3）该电热丝的最大发热功率是多少？第6题图【答案】（1）热（2）增大减小【解析】（1）当开关S指向1位置时，电热丝与电动机并联，它们同时工作，电动机吹热风；（2）从图像中可以看出，当温度高于200 时，PTC电阻的阻值增大，则它分得的电压也增大，而电热丝分得的电压减小，根据公式P可知，电热丝的发热功率将减小；
12、（3）从图像可知，当温度为35 ，PTC的电阻最小为10 ，此时电路中的最大电流为I2 A，电热丝的最大发热功率为PI2R（2 A）2100 400 W.7. 如图（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R156 ，R244 .第7题图（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
13、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c4.2103 J/（kg）?【解析】（1）液化（2）58.9（3）挂烫机大功率挡工作时，电路中电流为5 A，此时功率P大UI220 V5 A1 100 W挂烫机小功率挡工作时，R1、R2串联，电路中电流I总2.2 A小功率挡的功率P小UI总220 V2.2 A484 W（4）水吸收的热量Q吸cm（tt0）4.2103 J/（kg）0.22 kg（100 25 ）6.93104 J
14、要使加热时间最短，应选用大功率挡，且电流产生的热量全部被水吸收所以有WQ，由P得，加热时间t63 s一题多解：（3）问还可以这样解：挂烫机大功率挡工作时，只有R2接入电路，由PUI、I得，此时功率P大1 100 W挂烫机小功率挡工作时，R1、R2串联，由PUI、I得，此时功率P小484 W类型二三档位用电器8. 如图甲是家用电暖器，利用电热给煤油加热取暖图乙为其简化的电路原理图，已知电阻R1R2，铭牌见下表在电暖器跌倒时，跌倒开关S自动断开，切断电源，保证安全电暖器有“高温挡”、“中温挡”和“低温挡”三个挡位，解答下列问题：已知c煤油2.1103 J/（kg），煤油0.8103kgm3第8题图
15、额定电压220 V煤油体积25 L功率选择1 500 W/1 100 W/400 W三挡可调操作方式手动（1）煤油温度升高20 时，吸收了多少焦耳的热量？（2）R1的阻值是多少？（写出必要的文字说明）（3）某同学用两个阻值和R1、R2均相同的电热丝串联，制成一个新的电热器，将它接在家庭电路中工作11 min，产生的热量是多少？【解析】（1）煤油的质量为mV0.8103 kg/m325103 m320 kg温度升高20 吸收的热量为Q吸cmt2.1103 J/（kg）20 kg20 8.4105 J（2）由于R1R2，根据P可知，当电压一定时，电阻越大，功率越小，故当S、S1闭合时，R1单独工作
16、，电路中电阻最大，电暖器处于低温挡，R1121 （3）当S、S2闭合时，R2单独工作，电暖器处于中温挡，R244 串联后的电阻为R串R1R2121 44 165 产生的热量为Qt1160 s1.936105 J9. 小亮家新装了一台智能电热马桶盖，如图甲所示，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220 V，低温挡、中温挡的额定功率分别为22 W和44 W利用所学的电学知识他设计了一个等效电路图，如图乙所示，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5 h，消耗多
17、少度电？（3）高温挡加热的额定功率是多少瓦？第9题图【解析】（1）低温挡的工作电流：I低0.1 A（2）中温挡加热5 h，消耗电能E电WP中t0.044 kW5 h0.22 kWh0.22度（3）低温挡时，S1断开、S2接b，R1和R2串联，R低温R1R22 200 中温挡时，只闭合S1，R1接入电路，R中温R11 100 R2R低温R12 200 1 100 1 100 高温挡时，S1闭合、S2接a，R1和R2并联：R高温550 高温挡的额定功率：P高88 W10. 火锅是人们比较喜欢的一种饮食方式如图所示为小明家使用的一款电火锅工作电路的原理图它有高、中、低三个加热挡位，旋钮开关可以分别置
18、于“0和1”、“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱正常工作时，低温挡功率为高温挡功率的，R1为242 ，R2为60.5 .（忽略温度对电阻的影响）（1）请指出开关置于什么接线柱时，火锅处于低温挡？（2）R3的阻值是多少欧姆？电火锅处于低温挡正常工作时，在1分钟内产生的热量是多少焦耳？（3）小明关闭家中的其他用电器，只让电火锅独立工作，用高温挡加热汤液2分钟，电能表的表盘转了81转，请通过计算判断此时电火锅是否正常工作？电能表的铭牌上标有3 000 r/（kWh）第10题图【解析】（1）当旋钮开关置于1和2接线柱时，火锅处于低温挡；（2）当旋钮开关置于3和4接线柱时，电阻R1和R2并联，此时
19、电路电阻最小，根据公式P可知，此时电路功率最大，处于高温挡则R1和R2的功率分别为P1200 W；P2800 W；此时高温挡的功率为P高温P1P2200 W800 W1 000 W，所以P低温P高温1 000 W200 W，所以低温挡时电路中的总电阻为R242 ，所以R3RR2242 60.5 181.5 ，低温挡1 min产生的热量等于低温挡工作1 min时电流做的功，故QWPt200 W60 s12 000 J（3）高温挡加热2 min火锅实际消耗的电能为W0.027 kWh，t2 min h此时火锅处于高温挡的实际功率为P实0.81 kW810 W1 000 W，故此时电火锅不是正常工作
