专题16　电学多挡位计算 课件(共30张PPT) 2023-2024学年物理人教版九年级全一册

(共30张PPT)
电学多挡位计算
专题16
第十八章　电功率
多挡位的实质是在电压不变时，利用多开关控制接入电路中电阻的大小，从而改变用电器电功率来实现对挡位的控制。
常见的挡位：加热挡、保温挡；高温挡、中温挡、低温挡。
电路图 (短路式) (并联式)
(单刀双掷开关)
低温挡 闭合S，两电阻串联，P低＝ 闭合S，只有R2接入电路，P低＝ S1断开，S2接b，R1、R2串联，P低＝
中温挡 —— 只闭合S1，断开S2，只有R1接入电路，P中＝
高温挡 闭合S、S0，只有R1接入电路，P高＝ S、S0均闭合，R1、R2并联，P高＝＋ S1闭合，S2接a，R1、R2并联，P高＝＋
原理 利用开关控制局部短路的方式改变接入电路的电阻阻值大小，从而实现不同挡位的切换。 利用串并联电路电阻关系改变接入电路的电阻阻值大小，从而实现不同挡位的切换。 利用单刀双掷开关控制电路的通断，改变接入电路的电阻大小，从而实现不同挡位的切换。
注意：并联电路中求解总功率时，可以采用两种方法。
方法一：求出总电阻，然后再求解总功率(此方法计算量大，不推荐)；
一、两挡位用电器
例1　(2023·苏州模拟)如图是一款养生壶和它的电路简图，该壶有“加热”和“保温”两挡。电源电压为220 V，电阻丝R1＝R2＝44 Ω，当开关________闭合时，养生壶在“加热”挡工作。壶内1 kg的水从20 ℃到烧开所需加热时间为336 s。若不计热量损失，加热过程中电热壶的实际功率________(选填“小于”“大于”或“等于”)额定功率。[已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，当地气压为1标准大气压]
S1和S2
小于
解析　由题图乙可知，当开关S2断开时，R1、R2串联，根据串联电路的电阻特点可知，当开关S1和S2都闭合时，只有R1工作，电路中的电阻最小，根据P＝ 可知，电功率最大，养生壶处于加热挡。
变式训练1　(2023·淮北二模)如图甲是某款电热饮水机，它具有加热和保温两挡，额定电压为220 V。图乙是其工作原理图，R1、R2为阻值不变的电热丝，某次饮水机在额定电压下工作的电功率P与时间t的关系图象如图丙所示。求：
(1)饮水机加热5 min消耗的电能；
答案　1.947×105 J　
解析　由题图乙可得，加热功率P加热＝649 W，
加热时间t加热＝5 min＝300 s，
加热挡阶段消耗的电能为W加热＝P加热t加热＝649 W
×300 s＝1.947×105 J。
(2)饮水机处于保温挡时，通过R1的电流I1；
答案　0.2 A
解析　只闭合S时，R1接入电路，此时饮水机处于保温挡，由题图乙可知，保温功率为P保温＝44 W，
(3)电阻R1、R2的阻值。
答案　1 100 Ω　80 Ω
若R2单独工作，其功率为P2＝P加热－P保温＝649 W－44 W＝605 W
变式训练2　如图所示是一种电热水龙头和它的电路简图。旋转手柄可使扇形开关S同时接触两个相邻触点，从而控制流出的水为冷水、温水或热水。已知R1、R2是电热丝，R2＝55 Ω，温水挡的电功率是2.2 kW。求：
(1)当流出水为温水时，接入
电阻的值；
答案　见解析
(2)当流出水为温水时，该水龙头1 min消耗的电能若由燃油燃烧提供，所需燃油的质量；(燃油的热值为
4.4×107 J/kg)
答案　见解析
流出温水1 min消耗电能 W＝Pt＝2 200 W×60 s＝1.32×105 J
由题意可知，燃油释放的热量为Q放＝W＝1.32×105 J
(3)若该水龙头1 min能放出约1 kg的温水，效率为84%，则温水升高的温度；
答案　见解析
(4)当开关打到什么位置时，处于加热状态？
答案　见解析
解析　开关打至3位置时，同时接触2和3两个相邻触点，电路由R1单独工作到R1与R2并联，电路电阻变小，电路电功率变大，电路处于加热状态，流出的水为热水。
二、三挡位用电器
例2　(2023·南平一模)图甲是一款紫砂电饭锅，其简化电路如图乙所示，R1、R2是电热丝，R1的阻值为110 Ω，通过单独或同时闭合S1、S2实现低温、中温、高温三个挡位间的切换，其铭牌如图表所示，求：
加热效率 80%
额定电压 220 V
电功率 低温挡 440 W
中温挡 880 W
高温挡
(1)低温挡加热时电流的大小；
答案　2 A　
(2)电热丝R2的阻值；
答案　55 Ω　
(3)已知粥的比热容c＝4.0×103 J/(kg·℃)，将2 kg的粥用高温挡从20 ℃加热到100 ℃需要的时间。(结果保留整数)
答案　606 s
解析　将2 kg的粥用高温挡从20 ℃加热到100 ℃时粥吸收的热量
Q吸＝cmΔt＝4.0×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－20 ℃)＝6.4×105 J
高温挡时，两电阻并联，并联电路中总功率等于各支路功率之和，
因此P高＝P低＋P中＝440 W＋880 W＝1 320 W
变式训练3　(2023·重庆沙坪坝区期中)小洲家买了一个三挡位的电烤炉，电烤炉加热板部分的简化电路如图甲所示，R1、R2是定值电阻，可通过旋转开关实现高、中、低挡位切换。电烤炉的相关参数如表格所示，求：
额定电压 220 V
高温挡功率
中温挡功率 484 W
低温挡功率 242 W
(1)R1的阻值；
答案　100 Ω　
解析　当旋转开关接2时，电路中只有R1接入
电路，此时电路处于中温挡工作。
(2)电烤炉高温挡的电功率；
额定电压 220 V
高温挡功率
中温挡功率 484 W
低温挡功率 242 W
答案　968 W
解析　当旋转开关接1时，电路中R1和R2串联接入
电路，此时电路处于低温挡工作。
R2的阻值R2＝R总－R1＝200 Ω－100 Ω＝100 Ω
当旋转开关接3时，电路中R1和R2并联接入电路，此时电路处于高温挡工作。
(3)若在用电高峰期，家庭电路的实际电压为200 V，电烤炉在高温挡工作30 min能使图乙中的电能表表盘转动的圈数。
额定电压 220 V
高温挡功率
中温挡功率 484 W
低温挡功率 242 W
答案　1 200 r
解析　若在用电高峰期，家庭电路的实际电压
为200 V，
电烤炉在高温挡工作30 min消耗的电能W＝P实t＝0.8 kW
×0.5 h＝0.4 kW·h
由题图乙可知，电能表标3 000 r/kW·h字样，表示每消耗1 kW·h的电能，电能表的表盘转
3 000 r。则电烤炉在高温挡工作30 min，电能表的表盘转动的圈数n＝0.4 kW·
h×3 000 r/kW·h＝1 200 r。