粤沪版物理九年级上册同步提优训练：第十五章 电能与电功率 专题训练 电热器多挡位问题（Word有答案）

专题训练 电热器多挡位问题 　　　　　　　　　　 　　　　 　　　
类型1　串联电路多挡位问题
1.[2020·扬州] 某型号的电烤箱有“高温”和“低温”两挡。电路如图图图所示,开关S接　　　　时,是“高温”挡。当开关S分别接“1”和“2”时,电流表的示数为5 A和1 A。则电阻R0=　　　　Ω,R=　　　　Ω。电烤箱处于“高温”挡工作10 min产生的热量为
　　　　J。
　
2.电饭锅在生活中给我们带来了便利,某型号电饭锅有加热和保温功能,如图图甲所示为其内部电路原理图,当开关S接触点　　　　 时,该电饭锅处于保温状态,图乙是该电饭锅工作时电功率与时间的关系图像,则图中阴影部分面积可以表示的物理量是　,其大小为　　　　。
3.某款迷你电炖盅有加热和保温两挡,加热挡的功率为100 W,如图图图所示是其简化的电路图,已知R1=4R2,电炖盅的旋钮开关处于图示位置时是　　　　挡,电炖盅在保温挡工作10 min产生的热量是　　　　J。
4.[2020·威海] 一款家用电煮锅有加热和保温两个挡位,工作电路如图图图所示。当开关S1闭合、S2　　　　(选填“断开”或“闭合”)时,处于加热挡位。若加热时电路中电阻为42 Ω,电路中电流为5 A,加热2 min,不计能量损失,能使质量为2 kg的水从20 ℃升高到　　　　℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
5.[2020·随州] 如图图图所示是一台饮水机的工作原理图,其中R1和R2是阻值不变的发热电阻,下表是它的部分参数。求:[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)1 kg的水温度从20 ℃升高到80 ℃吸收的热量。
(2)R2的阻值。
(3)饮水机正常工作时,加热效率为84%,则将1 kg的水从20 ℃加热到80 ℃需用多长时间。
　
额定电压 220 V
额定加热功率 2000 W
额定保温功率 88 W
6.[2020·遂宁] 如图图甲所示是某品牌的电热水壶,其工作电路简图如图图图乙所示,开关S可以控制其处于加热、保温和停止三个状态,其铭牌如图图图丙所示。该电热水壶在正常工作的情况下,将一壶25 ℃的水在标准大气压下加热到沸腾[假设电热丝产生的热量全部被水吸收,R1、R2的阻值不随温度变化,c水=4.2×103 J/(kg·℃),1 L=10-3m3]。求:
(1)水吸收的热量。
(2)R1、R2的阻值。
(3)加热这壶水到沸腾所用时间。(结果保留一位小数)
(4)实际加热这壶水到沸腾用时10.5 min,则实际电压是多少。
规律方法
(1)串联电路中接入的电阻个数越多总电阻越大。
(2)根据P=可知,电路中电阻变大时,用电器的电功率变小,即为低挡位;反之,为高挡位。
类型2　并联电路多挡位问题
7.[2019·广东] 某品牌电烤箱在额定电压下,功率从大到小有高挡、中挡和低挡。如图图图所示为电烤箱在不同挡位工作时的电路图,R1、R2为发热电阻丝,且阻值R1>R2,则高挡、中挡和低挡对应的电路图分别是图　　　　、图　　　　和图　　　　。(均选填“甲”“乙”或“丙”)
8.[2020·云南] 如图图甲所示是某款电热水龙头,图乙是它的电路原理图。R1、R2是电热丝,R1=24 Ω,R2=48 Ω。通过旋转手柄使扇形开关S同时接触两个相邻触点实现冷水、温水、热水挡的切换。当开关S接触2、3触点时,水龙头放出的是　　　　水。不考虑温度对电热丝阻值的影响,水龙头在热水挡正常工作时电路消耗的功率是　　　　W。
9.电饭煲具有保温和加热功能,晓东同学设计了如图图图所示的模拟电路(R1>R2),其中保温状态和加热状态电功率都最小的是 (　　)
10.[2020·广东] 某款电热饮水机具有加热和保温两挡,额定电压为220 V。如图图甲所示是其电路原理图,S0为温控开关,R1、R2为电热丝(阻值不变)。某次饮水机在额定电压下工作的电功率P与时间t的关系图像如图图图乙所示,求:
(1)饮水机处于加热挡阶段消耗的电能。
(2)饮水机处于保温挡时,通过R1的电流。
(3)R2的阻值。
规律方法
(1)并联电路中接入的电阻个数越多,总电阻越小。
(2)根据P=可知,单个电阻接入电路时,总电阻大,用电器的电功率小,即为低挡位;多个电阻并联时,总电阻小,用电器的电功率大,即为高挡位。
类型3　多挡位问题综合计算
11.如图图图所示,电源电压不变,R1、R2是两个相同的电阻,当闭合开关S1,断开S2、S3,通电20 min时,电路产生的热量为Q;同时闭合S2、S3,断开S1,若要产生相同的热量Q,则需通电 (　　)
　
A.5 min B.10 min C.20 min D.40 min
12.[2019·重庆] 具有防雾、除露、化霜功能的汽车智能后视镜能保障行车安全,车主可通过旋钮开关实现功能切换。是模拟加热原理图,其中测试电源的电压为10 V,四段电热丝的电阻均为10 Ω,防雾、除露、化霜所需加热功率依次增大。下列说法正确的是(　　)
A.开关旋至“1”挡,开启化霜功能
B.开启防雾功能,电路总电阻为5 Ω
C.化霜与防雾电路的总功率之差为15 W
D.从防雾到除露,电路总电流变化1 A
13.[2019·威海] 火锅是人们比较喜欢的一种饮食方式,如图图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=242 Ω,R2=60.5 Ω。(忽略温度对电阻的影响)
(1)请指出开关置于什么接线柱时,电火锅处于低温挡
(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 min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 min,电能表的转盘转了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3000 r/(kW·h)]
14.[2020·东营] 空气炸锅,因其烹制食物脂肪含量低,美味酥脆,无油烟味,深受广大市民青睐。如图图甲所示为某品牌空气炸锅,其发热元件为两个电阻,R1=50 Ω,R2=200 Ω,额定工作电压为220 V,内部电路可简化为图乙所示电路。当开关S1闭合、S接b端时为高温挡;开关S1闭合、S接a端时为中温挡。
(1)中温挡正常工作时,求流过电阻R2的电流。
(2)高温挡正常工作时,求电阻R1、R2消耗的总功率。
(3)若用此空气炸锅加工薯条,原料薯条温度为20 ℃,炸熟至少需要达到170 ℃,求一次炸熟200 g薯条时其需要吸收的热量。[c薯条取3.63×103 J/(kg·℃)]
(4)若使用空气炸锅高温挡完成以上烹制,空气炸锅将电能转化为内能的效率为75%,求烹制一次薯条需要的时间。
规律方法
(1)根据开关的断开、闭合或连接触点的改变,判断电路的连接方式。
(2)当电阻串联时,总电阻最大,由P=可知用电器的电功率最小,为低挡位;当电阻并联时,总电阻最小,由P=可知用电器的电功率最大,为高挡位;当只有单个电阻接入电路时,为中挡位。　　　　　　　　　　 　　　　 　　
答案
1.1　44　176　6.6×105
2.2　电饭锅加热10 min消耗的电能　4.8×105 J
解： 由图甲可知,开关S接触点1时,只有R1连入电路中,电路的电阻较小,电源电压一定,由P=可知此时功率较大,所以此时电饭锅处于加热状态;S接触点2时,两电阻串联,电路的电阻较大,由P=可知此时功率较小,所以此时电饭锅处于保温状态。由图乙知,横坐标表示工作时间,纵坐标表示电饭锅的电功率,阴影部分面积S=Pt=W,即:阴影部分表示的是电饭锅加热10 min消耗的电能;由图知,P加热=0.8 kW,加热时间t加热=10 min= h,则电饭锅加热10 min消耗的电能:W加热=P加热t加热=0.8 kW× h= kW·h=4.8×105 J。
3.保温　1.2×104
解： 开关处于图示位置时,R1、R2串联,电路的总电阻最大,电源电压一定,由P=知,此时电路的总功率最小,为保温挡;当旋钮开关旋转后,电路为R2的简单电路,电路的总电阻最小,总功率最大,为加热挡。
由P=可得,R2的阻值:R2===484 Ω,
所以保温挡工作10 min产生热量:
Q=t=×10×60 s=1.2×104 J。
4.闭合　35
解： 由图可知,当开关S1闭合、S2断开时,该电路为R1和R2的串联电路;S1、S2闭合时,只有R1接入电路,根据P=可知,此时为高温挡。
水吸收的热量即电流产生的热量:
Q吸=Q放=I2R1t时=(5 A)2×42 Ω×2×60 s=1.26×105 J,
则水升高的温度:
Δt===15 ℃;
水的末温:t=t0+Δt=20 ℃+15 ℃=35 ℃。
5.(1)水升温所吸收的热量:
Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(80 ℃-20 ℃)=2.52×105 J。
(2) 当S1闭合、S2断开时,饮水机处于保温状态,R1、R2串联接入电路,
由P=得,两电阻串联时总电阻:R===550 Ω;
当S1、S2同时闭合时,饮水机处于加热状态,只有R1接入电路,由P=得R1的阻值:R1===24.2 Ω,
则R2的阻值:R2=R-R1=550 Ω-24.2 Ω=525.8 Ω。
(3)饮水机放出的热量:Q放===3×105 J;
由P=可得,加热所用的时间:
t====150 s。
6.(1)水的质量:m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×2×10-3 m3=2 kg,
水吸收的热量:
Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-25 ℃)=6.3×105 J。
(2)开关S接2时处于加热状态,只有R1接入电路,R1的阻值:R1===40 Ω。
开关S接3时为保温状态,R1、R2串联,总电阻:R===484 Ω,
R2的阻值:R2=R-R1=484 Ω-40 Ω=444 Ω。
(3)加热时间:t====520.7 s。
(4)实际功率:P'===1000 W,
实际电压:U实===200 V。
7.丙　乙　甲　解： 由图甲知,只有开关S0、S1闭合,此时只有电阻丝R1接入电路中;由图乙知,只有开关S0、S2闭合,此时只有电阻丝R2接入电路中;由图丙知,三个开关都闭合,此时两电阻丝R1、R2并联接入电路中。由题知,R1>R2,由并联电路的电阻特点知,三个电路的电阻:R丙P乙>P甲,所以高挡、中挡和低挡对应的电路图分别是图丙、图乙、图甲。
8.温　3025　
解： 当开关S接触2、3触点时,电路中只有R1工作,水龙头放出的是温水;当开关S接触3、4触点时,R1、R2同时工作,此时为热水挡,电路消耗的功率:
P=+=+=3025 W。
9.C
10.(1) 由图乙可得,饮水机加热时,加热功率P1 =484 W ,加热时间t1 =5 min=300 s,故饮水机处于加热挡阶段消耗的电能:W1=P1t1=484 W×300 s=1.452×105 J。
(2)只闭合S时,R1接入电路,此时饮水机处于保温挡。由图乙可知,保温功率为P2 =44 W,流过R1的电流:
I2===0.2 A。
(3)当开关S、S0闭合时,R1与R2并联,处于加热挡,则R2的功率:P=P1-P2=484 W-44 W=440 W,由P=得R2的阻值:R2===110 Ω。
11.A　解： 由题知,R1、R2是两个相同的电阻,设R1=R2=R,由图可知,当闭合开关S1,断开S2、S3时,两电阻串联,总电阻为2R,电源电压不变,由焦耳定律可得,通电20 min电路产生的热量Q=×20 min,闭合S2、S3,断开S1时,两电阻并联,总电阻为,产生相同热量,则:Q=×t,×t=×20 min,所以t=5 min。
12.C　解： 当开关旋至“1”挡时,两段电阻丝串联接入电路,此时电路总电阻最大为2R=2×10 Ω=20 Ω,根据P=可知,此时电功率最小,开启防雾功能,A、B错误。开关旋至“1”挡时电路中的电流I1===0.5 A,此时电路的总功率P1=UI1=10 V×0.5 A=5 W;当开关旋至“2”挡时,一段电阻丝单独接入电路,电阻较大(大于并联时的总电阻),电路消耗的功率较小,开启除露功能,此时电路中的电流I2===1 A;从防雾到除露,电路总电流变化量为I2-I1=1 A-0.5 A=0.5 A,D错误。当开关旋至“3”挡时,两段电阻丝并联接入电路,总电阻最小,总功率最大,此时为化霜功能,电路的总电阻为R并=R=×10 Ω=5 Ω,电路的总电流为I3===2 A,此时总功率为P3=UI3=10 V×2 A=20 W,则化霜与防雾电路的总功率之差为P3-P1=20 W-5 W=15 W,C正确。
13.(1)当旋钮开关置于“1和2”接线柱时,R2、R3串联,电路总电阻最大,根据P=可知,电功率最小,电火锅处于低温挡。
(2)当旋钮开关置于“2和3”接线柱时,R3短路,电路为R2的简单电路,电路电阻较大,根据P=可知,电功率较大,电火锅处于中温挡;当旋钮开关置于“3和4”接线柱时,R1、R2并联,电路总电阻最小,根据P=可知,电功率最大,电火锅处于高温挡。高温挡时的电功率:P高=P1+P2=+=+=1000 W,由题意知,低温挡功率为高温挡功率的,即低温挡功率:P低=P高=×1000 W=200 W,由P=可得,低温挡时电路总电阻:R===242 Ω,因串联电路总电阻等于各分电阻之和,所以,R3的阻值:R3=R-R2=242 Ω-60.5 Ω=181.5 Ω。电火锅处于低温挡正常工作时,在1 min内产生的热量:Q=W=P低t=200 W×60 s=1.2×104 J。
(3)电能表的转盘转了81转,电火锅消耗的电能:W'==0.027 kW·h=9.72×104 J,则电火锅的实际功率:P'===810 W,因为电火锅的实际功率P'14.(1)空气炸锅处于中温挡时,流过R2的电流:I===1.1 A。
(2)高温挡工作时电阻R1、R2并联,电阻R1、R2消耗的总功率:P=P1+P2=+=+=1210 W。
(3)薯条所吸收的热量:Q=c薯条mΔt=3.63×103 J/(kg·℃)×200×10-3 kg×(170 ℃-20 ℃)=1.089×105 J。
(4)若使用空气炸锅高温挡完成以上烹制,由W=Pt和η=可知,所需时间:t====120 s。