苏科版物理九年级下册课课练：专题训练：多挡电路的识别与计算（含答案）

专题训练　
[多挡电路的识别与计算]
类型一　串联型双挡电路
　　方法诠释:因整个电路电压不变,但两电阻串联后总电阻变大,电路中的电流变小(依据I=),所以两电阻串联后一同接电源时的总功率,反比其中某一电阻单独接同样电源时的功率小(依据P=UI),因而串联电路中两电阻同时接入电路工作时为低温挡,其中某一电阻单独接电源工作时为高温挡.
1.某电饭锅有加热和保温两种工作状态,如图图所示是该电饭锅电路的示意图,S是用感温材料制作的开关,R1和R2均为电热丝,下列说法中正确的是 (　　)
A.开关闭合后,由加热转为保温,R2的功率增大
B.开关闭合后,由加热转为保温,R2的功率减小
C.开关断开后,由加热转为保温,R2的功率增大
D.开关断开后,由加热转为保温,R2的功率减小
2.如图图所示是具有加热和保温功能的某电热水壶的电路图,R1=44 Ω,R2=440 Ω.当开关S1断开、S2闭合时,电热水壶处于　　　　状态.该电热水壶处于加热状态时的功率是　　　　
W.保温5 min,电流产生的热量是　　　　J.
3.[2020·淮安]如图图所示为某养生壶的电路原理图,其中R1和R2都是发热电阻.该壶有加热和保温两种工作状态.该壶铭牌上提供的部分信息如图图下表所示.
养生壶容量 2 L
额定电压 220 V
保温功率 200 W
加热功率
R1阻值 44 Ω
(1)该壶允许装入水的最大质量是多少千克 (ρ水=1.0×103 kg/m3)
(2)S1、S2闭合后,该壶在额定电压下工作时的发热功率是多少瓦 结合表格中的数据判断电路处于哪一种工作状态
(3)R2的阻值是多少
(4)用该壶加热2 L的水,温度由50 ℃升高到100 ℃,水需要吸收多少热量 该壶消耗电能的80%被水吸收,该过程需要消耗多少电能 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
　　
类型二　并联型双挡电路
　　方法诠释:因并联电路中各支路工作互不影响,所以两电阻并联同时工作时的总功率,一定是两电阻各支路独立工作时的功率之和,因而仅某一支路工作时为低温挡,增加另一支路一起工作时为高温挡.
4.[2020-2021学年·连云港期末]如图图所示为一款有高、低温两挡的蒸汽电熨斗电路原理图(虚线框内为蒸汽电熨斗的发热部位).R1、R2为电热丝,其中R2=60.5 Ω.工作时,水升温并汽化成水蒸气,从而熨烫衣服.(电路中仅考虑R1、R2的阻值,保险丝在电路中相当于导线)
(1)闭合S1,当S2　　　　(选填“闭合”或“断开”)时,电熨斗处于高温挡.
(2)若电熨斗低温挡和高温挡的电功率之比是1∶5,则R1的电阻是　　　　Ω;当电熨斗处于高温挡时,通电1 min电路产生的总热量是　　　　J.
5.某新型电饭锅采用“聪明火”技术,能智能化控制食物在不同时间段的温度,以得到最佳的口感和营养,其简化电路如图图甲所示.R1和R2均为电热丝,S1是自动控制开关.把电饭锅接入220 V的电路中,在电饭锅工作的30 min内,电路中的总电流随时间变化的图像如图图图乙所示.求:
(1)当S和S1都闭合时,电饭锅的电功率.
(2)电热丝R2的阻值.
(3)工作30 min电饭锅产生的热量.
类型三　三挡电路
　　方法诠释:(1)两电阻并联电路,各支路均能独立工作,两者功率,一大一小,可分别实现低温挡和中温挡,当两者同时工作时,总功率为两者之和,此时为高温挡.(2)电路可以进行串、并联的转换.当一个电阻独立工作时,为中温挡;当该电阻和另一电阻串联时,总功率变小,为低温挡;当该电阻与另一电阻并联时,总功率变大,为高温挡.(3)串联电路,多次改变接入电路的总阻值,实现多挡调温,接入电阻的总阻值最小时为高温挡,接入电阻的总阻值最大时为低温挡.
6.如图图所示是在新冠肺炎疫情期间提供给老年人使用的充电式暖宝宝的简化电路图,R1和R2均为发热电阻.该充电式暖宝宝可以通过S1、S2、S3三个开关的断开与闭合实现三个挡位(高温挡、中温挡、低温挡)的变化,只闭合S2时,该挡对应功率为22 W;只闭合S1时,该挡对应功率为44 W,则下列说法正确的是 (　　)
A.只闭合S1时为高温挡
B.R1和R2的阻值之比为1∶2
C.低温挡和高温挡的功率之比为1∶4
D.以中温挡发热100 s产生的热量为2200 J
7.严寒冬季,我国北方哨兵脚上穿有电热靴.一只靴内的加热电路如图图所示,电源电压恒定,S2为三挡旋钮开关(金属片M可分别拨至a、b、c处),电阻丝R1、R2的规格相同且阻值不变,b为电阻丝R1的中点.这只电热靴的低温挡为6 W,则中温挡为　　　　W;在高温挡通电10 min产生的热量是　　　　　J.
8.[2021·枣庄]康康家里有一台电火锅,部分技术参数如图图表所示,甲是其内部电路的工作原理简图,R1、R2均为阻值不变的加热电阻,　
额定电压 220 V
高温挡 1100 W
低温挡 880 W
保温挡 ×××W
通过开关S、S1、S2的通断可实现三个挡位功能的切换,其中S2是能分别与a、b两掷点相连的单刀双掷开关.[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)电火锅正常工作时,锅内水温随时间变化的图像如图图图乙所示.若用高温挡把质量为4 kg、初温为50 ℃的水加热到60 ℃,求此过程中水吸收的热量和电火锅的热效率.
(2)若改用低温挡给(1)中的水加热,请比较使用高温挡更节能还是低温挡更节能.
(3)求电火锅正常工作时保温挡的电功率.
答案
1.D　 由电路图可知,当开关闭合时,R1短路,只有R2接入电路;当开关断开时,两电热丝串联;则由P=可知,开关闭合时为加热状态;开关断开后,通过R2的电流减小,故R2的功率减小.
2.保温　1100　3×104　 (1)当开关S1断开、S2闭合时,R1与R2串联,电路的总电阻最大,电路的总功率最小,电热水壶处于保温状态;
(2)当只闭合开关S1时,电路为R1的简单电路,电路的总功率最大,电热水壶处于加热状态,
P加热===1100 W;
(3)保温5 min,电流产生的热量:Q=W=t=×5×60 s=3×104 J.
3.(1)由表格中的数据可知,该壶允许装入水的最大体积:
V=2 L=2 dm3=2×10-3 m3,
该壶允许装入水的最大质量:
m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×2×10-3 m3=2 kg.
(2)由电路图可知,S1、S2闭合后,电路为R1的简单电路,由表格中的数据可知,R1=44 Ω,
该壶在额定电压下工作时的发热功率:
P1===1100 W,
由1100 W>200 W可知,电路处于加热状态.
(3)由电路图可知,S1闭合、S2断开时,R1与R2串联,养生壶处于保温状态,
此时电路的总电阻:
R===242 Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,R2的阻值:
R2=R-R1=242 Ω-44 Ω=198 Ω.
(4)用该壶加热2 L的水,温度由50 ℃升高到100 ℃,水需要吸收的热量:
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-50 ℃)=4.2×105 J,
由η=×100%可得,
该过程需要消耗的电能:W===5.25×105 J.
4.(1)闭合　(2)242　6×104
(1)电熨斗处于高温挡时电路的总功率最大,由P=可知,电源电压一定时,电路的总电阻较小,由电路图可知,当S1、S2都闭合时,R1与R2并联,电路的总电阻较小,此时电熨斗处于高温挡.
(2)电熨斗处于低温挡时电路的总功率较小,由P=知,电源电压一定时,电路的总电阻较大,由电路图可知,当S1闭合、S2断开时,电路中只有R1接入电路,电路的总电阻较大,此时电熨斗处于低温挡,
所以低温挡功率:P低温=,
高温挡功率:P高温=P1+P2=+,已知电熨斗低温挡和高温挡的电功率之比是1∶5,即P低温∶P高温=∶+=1∶5,
所以=1∶4,R1∶R2=4∶1,R1=4R2=4×60.5 Ω=242 Ω;
当电熨斗处于高温挡时,通电1 min产生的热量:Q=W=P高温t=+t=+×60 s=6×104 J.
5.(1)当S和S1都闭合时,电阻R1与R2并联;由图乙可知此时电流Imax=3 A,
则电功率Pmax=UImax=220 V×3 A=660 W.
(2)当开关S1断开时,电路中只有R1工作,由图乙可知,通过R1的电流I1=2 A,
则根据并联电路的电流特点可知,电阻R1与R2并联时,通过R2的电流:I2=Imax-I1=3 A-2 A=1 A,
根据欧姆定律得,电热丝R2的阻值:R2===220 Ω.
(3)只有R1工作时的电功率:
P1=UI1=220 V×2 A=440 W;
由图乙可知,R1和R2并联工作的时间:t'=10 min+(20 min-15 min)=15 min=900 s,
仅R1工作的时间:t″=(15 min-10 min)+(30 min-20 min)=15 min=900 s,
则R1和R2并联工作时产生的热量:Q'=W'=Pmaxt'=660 W×900 s=5.94×105 J,
仅R1工作时产生的热量:Q″=W″=P1t″=440 W×900 s=3.96×105 J,
则工作30 min电饭锅产生的热量:Q=Q'+Q″=5.94×105 J+3.96×105 J=9.9×105 J.
6.C
7.8　7200　 (1)由电路图可知,当S1闭合、M接a时,R1与R2串联,电路中的总电阻最大,总功率最小,此时电热靴处于低温挡,低温挡的功率:
P低===6 W,则=12 W;当S1闭合、M接b时,R1与R2串联,电热靴处于中温挡,则中温挡的功率:
P中===×=×12 W=8 W;
(2)当S1闭合、M接c时,只有R2工作,电热靴处于高温挡,P高===12 W,
通电10 min产生的热量:
Q=P高t=12 W×10×60 s=7200 J.
8.(1)若用高温挡把质量为4 kg、初温为50 ℃的水加热到60 ℃,水吸收的热量:
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×4 kg×(60 ℃-50 ℃)=1.68×105 J;
由图乙可知,用高温挡把质量为4 kg、初温为50 ℃的水加热到60 ℃,所用时间为t1=3 min
=180 s,消耗的电能为W1=P高t1=1100 W×180 s=1.98×105 J,
所以电火锅的热效率为η1=×100%=×100%≈84.8%.
(2)若用低温挡给(1)中的水加热,由图乙可知,所用时间为t2=5 min=300 s,消耗的电能为W2=
P低t2=880 W×300 s=2.64×105 J,因为W1(3)由公式P=可知,当电压不变时,电阻越小,电功率越大,
在图甲中,当闭合S、S1时,只有电阻R1工作,电火锅处于低温挡,
R1的电阻为R1===55 Ω,
当闭合S、S1,S2接a时,电阻R1和R2并联,电火锅处于高温挡,则电阻R2的电功率:
P2=P高-P低=1100 W-880 W=220 W,
R2的电阻为R2===220 Ω,
当S闭合、S1断开,S2接b时,电阻R1和R2串联,电火锅为保温挡,则电火锅正常工作时,保温挡的电功率为P保===176 W.