沪科版物理九年级全册课课练：专题训练 电热器的多挡位计算（含答案）

专题训练
[电热器的多挡位计算]
类型一　串联型多挡位电热器
　　方法诠释:电热器的实际功率不同,对应的挡位不同,实际功率越大,挡位越高。根据P=可知,当电源电压U保持不变时,电阻越小,电热器的功率越大。串联型多挡位电热器一般通过局部短路来改变挡位,串联的电阻越少,电热器的功率越大,挡位越高。
1.冬天,人们常用电热毯来取暖。如图图ZT9-1所示是某品牌电热毯的等效电路,有高温挡和低温挡,低温挡电功率为25 W,已知电阻R=484 Ω。求:
(1)开关S闭合时电热毯处于　　　　挡。
(2)电热毯在低温挡工作1 h所消耗的电能。
(3)电阻R0的阻值。
图ZT9-1
2.[2020·十堰] 如图图ZT9-2甲所示为某电饭锅的简化电路原理图,R1和R2为加热电阻,且阻值保持不变,R1=44 Ω,S为靠近加热盘的感温开关,1、2是开关连接的触点,加热盘温度达到103 ℃时,S自动切换到保温状态。某次煮饭时,仅将电饭锅接入220 V的电路,按下开关S与触点1连接,工作了10 min,S自动切换到保温状态,保温时图乙所示电能表的转盘在1 min内转过5转。求:
图ZT9-2
(1)加热状态时,电饭锅消耗的电能。
(2)R2的阻值。
(3)用电高峰时,实际电压只有额定电压的80%,电饭锅加热状态的实际功率。
3.[2020·绍兴] 如图图ZT9-3所示是某电烤箱的内部简化电路图,下表是电烤箱铭牌的部分信息,R0和R均为电热丝,其他电阻均忽略不计。已知R=202 Ω。
图ZT9-3
额定电压 220 V
频率 50 Hz
额定功率 高温挡
低温挡 200 W
(1)电烤箱A、B触点中连接火线的是　　　　触点。
(2)闭合总开关,将旋钮开关转到如图图所示位置,此时电烤箱处于　　　　　(选填“高温挡”或“低温挡”)。
(3)在额定电压下,电烤箱高温挡工作2 min产生的热量为　　　　　　J。
类型二　并联型多挡位电热器
方法诠释:根据P=可知,当电源电压U保持不变时,电阻越小,电热器的功率越大。并联型多挡位电热器一般通过开关的通断来改变挡位,而且各支路可以单独工作,也可以同时工作。当并联的电阻越多时,总电阻越小,用电器的功率越大,挡位越高。
4.[2020·镇江] 某电烤箱内部简化电路如图图ZT9-4所示,R1和R2为长度和材料均相同的电热丝,铭牌上的部分参数如图表所示。该电烤箱处于低温挡时,正常工作12 min所消耗的电能为　　　　kW·h,R2的阻值为　　　　Ω,R1的横截面积比R2的　　　　。
图ZT9-4
电烤箱参数表
额定电压 220 V
额定功率 高温挡 1500 W
低温挡 500 W
5.[2020·云南] 如图图ZT9-5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,水龙头在热水挡位正常工作时电路消耗的功率是　　　　W。
图ZT9-5
6.[2020·盐城] 如图图ZT9-6甲所示为某电烤箱的内部简化电路,S1为自动控制开关,R1和R2均为电热丝,图乙是电烤箱正常工作时电流随时间变化的图像。求:
(1)低温挡工作时的功率。
(2)电热丝R2的阻值。
(3)15 min内R1消耗的电能。
图ZT9-6
类型三　混合型多挡位电热器
　　方法诠释:根据P=可知,当电源电压U保持不变时,电阻越小,电热器的功率越大。混合型电热器的电路中一般有多个电阻,通过多个开关的组合或旋转,可以将电阻并联、串联或单个接入电路。当电阻串联时,总电阻最大,功率最小,处于低挡位;当电阻单独接入电路时,总电阻较大,功率较小,处于中挡位;当电阻并联时,总电阻最小,功率最大,处于高挡位。
7.[2019·通辽] 有一台热水器,内部简化电路如图图ZT9-7所示,R1和R2均为电热丝,R1=88 Ω,R2=22 Ω。
(1)如图何控制S1和S2,使热水器处于高温挡
(2)求低温挡正常工作5 min电热丝产生的热量。
(3)求中温挡正常工作时热水器的功率。
图ZT9-7
8.[2019·威海改编] 火锅是人们比较喜欢的一种饮食方式,如图图ZT9-8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的阻值为242 Ω,R2的阻值为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,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
图ZT9-8
答案
1.(1)高温
(2)低温挡电功率为25 W,所以工作1 h消耗的电能为W=Pt=25 W×3600 s=9×104 J。
(3)在低温挡工作时电功率为25 W,此时R和R0串联,电路中总电阻为R总===1936 Ω,
所以R0=R总-R=1936 Ω-484 Ω=1452 Ω。
2.(1)由图甲可知,当开关S与触点1连接时,电路中只有R1,电路中电阻较小;当开关S与触点2连接时,电路中R1、R2串联,电路中电阻较大。电源电压一定,由P=可知,当开关S与触点1连接时,电路电功率较大,电饭锅处于加热状态;当开关S与触点2连接时,电路电功率较小,电饭锅处于保温状态。按下开关S与触点1连接,加热10 min,电饭锅消耗的电能:W加热=UIt=t=×10×60 s=6.6×105 J。
(2)当开关S与触点2连接时,R1、R2串联,电路电功率较小,电饭锅处于保温状态,工作1 min消耗的电能:W保温= kW·h=×3.6×106 J=6000 J,保温功率:P保温===100 W,由P=可得:R串===484 Ω,R2的阻值:R2=R串-R1=484 Ω-44 Ω=440 Ω。
(3)用电高峰时,实际电压U实际=220 V×80%=176 V,电饭锅加热状态的实际功率:P实际===704 W。
3.(1)A　(2)低温挡　(3)1.452×105
(1)由电路图可知,总开关与A触点相连,根据安全用电的原则可知,连接火线的是A触点;(2)由电路图可知,将旋钮开关转到如图图所示位置,R0与R串联,此时电路的总电阻最大,由P=UI=可知,电源电压不变时,电路的总功率最小,电烤箱处于低温挡;(3)由电路图可知,R0与R串联,电烤箱处于低温挡,此时电路的总电阻:R总===242 Ω,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,R0的阻值:R0=R总-R=242 Ω-202 Ω=40 Ω,电烤箱处于高温挡时,电路为R0的简单电路,工作2 min产生的热量:Q=W=t=×2×60 s=1.452×105 J。
4.0.1　48.4　小　 由电路图可知,当S1、S2都闭合时,R1、R2并联,电路的总电阻最小,由P=可知,电烤箱的电功率较大,此时电烤箱处于高温挡;开关S1闭合、S2断开时,电路为R1的基本电路,电路的电阻较大,由P=可知,电烤箱的电功率较小,此时电烤箱处于低温挡。(1)电烤箱在低温挡正常工作12 min消耗的电能:W=P低t=500×10-3 kW× h=0.1 kW·h;(2)由P=可得,R1的阻值:R1===96.8 Ω,R2的功率:P2=P高-P低=1500 W-500 W=1000 W,R2的阻值:R2===48.4 Ω;(3)因R1>R2,而R1和R2为长度和材料均相同的电热丝,则R1的横截面积比R2小。
5.温　3025　 (1)当开关S接触2、3触点时,只有电阻R1接入电路,电路的电阻最大,由P=UI=可知,电源的电压一定时,电路的电功率最小,水龙头放出的是温水;(2)当开关S接触3、4触点时,电阻R1和R2并联,电路的总电阻最小,总功率最大,水龙头处于热水挡,因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,所以,电路中的总电阻:R===16 Ω,水龙头在热水挡位正常工作时电路消耗的功率:P===3025 W。
6.(1)由图可知,只闭合开关S,电路为R1的基本电路,电路的电阻较大,由P=可知电功率较小,处于低温挡;当S和S1闭合时,两个电阻并联,电路的总电阻较小,由P=可知电功率较大,处于高温挡;由P=UI可知,电源电压不变,低温挡时通过电路的电流较小;由图乙可知,低温挡时的电流是6 A,低温挡工作时的功率为P低=UI1=220 V×6 A=1320 W。
(2)由图乙可知,高温挡时的总电流是10 A,由并联电路的特点可知通过R1的电流不变,由并联电路电流的规律可知,通过R2的电流为I2=I-I1=10 A-6 A=4 A,电热丝R2的阻值为R2===55 Ω。
(3)15 min内R1消耗的电能:
W1=UI1t=220 V×6 A×15×60 s=1.188×106 J=0.33 kW·h。
7.(1)由图知,当闭合开关S1,并将S2拨至位置a时,R1和R2并联接入电路,此时电路中的总电阻最小,电源电压不变,由P=可知,此时总功率最大,热水器处于高温挡。
(2)当断开S1,并将S2拨至位置b时,R1和R2串联接入电路,由P=可知,此时总功率最小,热水器处于低温挡。
此时热水器正常工作5 min电热丝产生的热量:
Q=t=×5×60 s=1.32×105 J。
(3)当闭合开关S1,并将S2拨至位置b时,R2短路,电路为R1的基本电路,热水器处于中温挡;
此时电路的功率:P中===550 W。
8.(1)当旋钮开关置于“1和2”接线柱时,R2、R3串联,电路中电阻最大,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,电路中电阻最小,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:P低=P高=×1000 W=200 W,
由P=可得,低温挡时电路的总电阻:
R总===242 Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,R3的阻值:R3=R总-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。