【考点】多挡位电热器挡位判断。
★考点二:
多挡位电热器的相关计算:
◆典例一:
(2019·江西)如图甲所示,是小姬妈妈为宝宝准备的暖奶器及其内部电路的结构示意图和铭牌,暖奶器具有加热、保温双重功能,当双触点开关连接触点1和2时为关闭状态,连接触点2和3时为保温状态,连接触点3和4时为加热状态(温馨提示:
最适合宝宝饮用的牛奶温度为40℃)
(1)求电阻R2的阻值;
(2)把400g牛奶从20
加热到40
,求牛奶所吸收的热量【c牛奶=4.0×103J/(kg·
)】
(3)如图乙所示,是暖奶器正常加热和保温过程中温度随时间变化的图象,求暖奶器在加过程中的热效率。
(结果保留到小数点后一位)
【答案】
(1)242Ω
(2)3.2×104J(3)72.7%。
【解析】
(1)由题意可知,当S接“2、3”时,电路为R1的简单电路,暖奶器处于保温状态;当接“3、4”时,电路为R1、R2并联,暖奶器处于加热状态。
因电路中的总功率等于各用电器功率之和,所以,R2的电功率P2=P加热-P保温=220W-20W=200W,由
可得,电阻R2的阻值
;
(2)牛奶从20℃加热到40℃吸收的热量Q=cm(t-t0)=4.0×103J/(kg·℃)×0.4kg×(40℃-20℃)=3.2×104J;
(3)由乙图像可知,加热200s时消耗的电能W=Pt=220W×200s=44000J,则暖奶器在加过程中的热效率
。
【考点】多挡位电热器的相关计算。
◆典例二:
(2019·绍兴)电加热眼罩对缓解眼疲劳有一定效果。
如图甲是一款市场上的产品,小敏查阅使用说明书,其相关参数如下表乙。
(1)当该款眼罩还剩10%的电池容量时,在额定电压下充电,充满电至少需要多少时间?
(2)图丙是小敏设计的可以手动调节高、中、低三挡加热的电热眼罩原理图。
电源电压U
恒为4.8伏,已知电热丝R1阻值为4欧,电热丝R2阻值为6欧,开关S3只接a或b。
①丙图电路中S1闭合,S2断开,S3接a时,加热电路为(选填“高”、“中”或“低”)温挡挡。
②中温挡功率为多少瓦?
③高温挡工作20分钟,眼罩消耗的电能为多少焦?
【答案】
(1)1.44h
(2))①低②5.76瓦③11520焦。
【解析】
(1)由表格数据可知,充电电流为500mA,电池容量为800mAh,当该款眼罩还剩10%的电池容量时,在额定电压下充电,根据Q=It可得,充满电至少需要的时间
;
(2)①丙图电路中,S1闭合,S2断开,S3接a时,两电阻串联;S1、S2闭合,S3接a时,为R1的简单电路;S1、S2闭合,S3接b时,两电阻并联;根据串联电路的总电阻大于其中任一电阻,并联电路的电阻小于其中任一电阻,由
可知,以上三种情况分别为低温挡、中温挡和高温挡;所以丙图电路中S1闭合,S2断开,S3接a时,加热电路为低温挡;
②S1、S2闭合,S3接a时,为R1的简单电路,为中温挡,则中温挡的功率
;
③S1、S2闭合,S3接b时,两电阳井联,为高温挡,高温挡工作20分钟,眼罩消耗的电能为两电阻消耗的电能之和,为
。
【考点】多挡位电热器的相关计算。
1、(2019·贵阳)如图所示是加热器的电路图,设电源电压保持不变,R1、R2均为发热电阻丝,通过开关S1和S2的通断组合,可得到不同加热挡位。
该加热器最大电功率为12W,只闭合开关S1时,加热器的电功率是8W。
则下列判断正确正确的是()
A.该加热器只有两个加热挡位
B.加热器两个发热电阻丝的阻值之比R1:
R2=1:
3
C.加热器功率最大时,R1与R2的电流之比为2:
1
D.该加热器的最小电功率是8W
【答案】C。
【解析】只闭合S1时,R1发热,为一个加热挡;只闭合S2时,R2发热,为一个加热挡;同时闭合S1、S2,为一个加热挡,所以该加热器有三个加热挡位,A错误;同时闭合S1、S2,电阻R1、R2并联,电阻最小,根据
可知,此时加热器电功率最大,是两个电阻电功率之和,为12W,由于只闭合开关S1时,加热器的电功率是8W,所以只闭合S2时,加热器的电功率为4W,是该加热器的最小电功率,D错误;R1、R2两个发热电阻丝电功率之比P1:
P2=8W:
4W=2:
1,由于
可知,R1与R2的阻值之比
,C错误;根据并联电路电流与电阻成反比可得I1:
I2=R2:
R1=2:
1,C正确。
故选C。
【考点】多挡位电热器的相关计算。
2、(2019·重庆A)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。
下图是模拟加热原理图,其中测试电源的电压为10V,四段电热丝电阻均为10Ω,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5Ω
C.化霜与防雾电路的总功率之差为15WD.从防雾到除露,电路总电流变化1A
【答案】C。
【解析】由图知道,当开关旋至“1”挡时,两条电阻丝串联接入电路,此时电路总电阻为2R=2×10Ω=20Ω;当开关旋至“2”挡时,一条电阻丝单独接入电路,电路中的电阻为R=10Ω;当开关旋至“3”挡时,两条电阻丝并联接入电路,路的总电阻是:
;由
可知,开关旋至“1”挡时,电阻最大,功率最小,是防雾功能;当开关旋至“3”挡时,电阻最小,功率最大,是化霜功能;当开关旋至“2”挡时,是除露功能。
综上,A、B错误;化霜与防雾电路的总功率之差P1-P2=
,C正确;防雾时电路中的电流是
,除露时电路中的电流
,所以从防雾到除露,电路总电流变化量ΔI=I2-I1=1A-0.5A=0.5A,D错误。
故选C。
【考点】多挡位电热器挡位判断与计算。
3、(2019·南充)如图是电热饮水机电路原理图,已知R1=100Ω,R2=20Ω,当开关S1、S2闭合时,饮水机处于___________状态(填“保温”或“加热”),饮水机的保温功率与加热功率之比为___________。
【答案】加热5:
6。
【解析】当开关S1、S2都闭合时,电路为R1的简单电路,当S1闭合、S2断开时R1与R2串联,两电阻串联时总电阻大于任何一个分电阻,所以当开关S,S1都闭合时,电路中的电阻最小,由
可知,电路中的总功率最大,饮水机处于加热状态;饮水机处于加热状态时,电路消耗的的功率
,处于保温状态时,电路消耗的功率
,所以饮水机的保温功率与加热功率之比
。
【考点】多挡位电热器挡位判断。
4、(2019·绵阳)某一天晚上睡觉前,小文同学用有预约功能的电饭煲为家人第二天早餐煲粥。
小文将大米等食材放入电饭煲内,接通220V家庭电路,经过了待机、加热、保温三个过程,早餐前断开电源,电饭煲消耗的电功率随时间变化的图像如图甲所示,电饭煲加热过程消耗的电能是______kW·h。
已知小文家电饭煲加热和保温部分基本电路原理如图乙所示,S是接通家庭电路的开关,S1是自动开关,R1和R2为电阻不变的电热丝,则R2=_____Ω。
【答案】0.88220。
【解析】由甲图可知,0-5h功率为44W,此时间段为待机;5-6h功率为880W,此时间段为加热;6-7h功率为220W,此时间段为保温。
电饭煲加热过程时间为1h,则加热过程消耗的电能为W=Pt=0.88kW×1h=0.88kW·h;由电路图可知,当开关S、S1同时闭合时,R1和R2并联,电路总电阻最小,发热功率最大,为加热电路;当开关S闭合、S1断开时,只有R2工作,为保温电路。
因保温功率为220W,即R2功率为220W,则
。
【考点】多挡位电热器计算。
5、(2019·盐城)新型电饭锅煮饭时采用“高温”和“低温”两种方式交替加热,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。
高、低温挡的额定功率见下表。
煮饭时,闭合开关S,电饭锅正常工作30min消耗的电能为0.44kW•h。
求:
额定电压
220V
额定功率
低温挡
440W
高温挡
1100W
(1)煮饭时通过R1的电流;
(2)电热丝R2的电阻;
(3)30min内R2消耗的电能。
【答案】
(1)2A
(2)73.33Ω(3)0.22kw·h。
【解析】
(1)煮饭时,闭合开关S,由电路图可知,此时电路只有R1电热丝发热,此时为低温挡,即R1工作时的功率为P低=440W,此时通过R1的电流为
;
(2)当S、S1都闭合时,R1与R2并联,为高温挡,功率为P高=1100W,即R1和R2的总功率为P总=P高=1100W。
电热丝R2的功率为P2=P高-P低=1100W-440W=660W,则R2的电阻为R2=
。
(3)电饭锅正常工作时采用“高温”和“低温”两种方式交替加热,不管是高温挡还是低温挡,R1都工作,则30min内R1消耗的电能为W1=P低t=0.44kW×0.5h=0.22kW•h。
因电饭锅消耗的总电能为0.44kW•h,则R2消耗的电能为W2=W-W1=0.44kW•h-0.22kW•h=0.22kW•h。
【考点】多挡位电热的计算。
6、(2019·威海)火锅是人们比较喜欢的一种饮食方式,如图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为242Ω,R2为60.5Ω。
(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3000r/(kW•h)]
【答案】
(1)旋钮开关置于“1和2”接线柱时
(2)181.5欧姆1.2×104J焦耳
(3)此时电火锅不正常工作。
【解析】
(1)当旋钮开关置于“1和2”接线柱时,R2、R3串联,电路电阻最大,根据
可知,电功率最小,火锅处于低温挡;当旋钮开关置于“2和3”接线柱时,R3被短路,电路为R2的简单电路,电路电阻较大,根据
可知,电功率较大,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,电路电阻最小,根据
可知,
电功率最大,火锅处于高温挡。
(2)高温挡时的电功率P高=P1+P2=
,由题意知,低温挡功率为高温挡功率的
,即低温挡的功率P低=
P高=
×1000W=200W,由
得,低温挡时电路总电阻
,串联电路总电阻等于各分电阻之和,
所以,R3的阻值R3=R﹣R2=242Ω﹣60.5Ω=181.5Ω。
电火锅处于低温挡正常工作时,在1分钟内产生的热量Q=W=P低t=200W×60s=1.2×104J。
(3)电能表的表盘转了81转,电火锅消耗的电能
=9.72×104J,则电火锅的功率
,因为电火锅的实际功率P′<P高,所以,此时电火锅不正常工作。
【考点】多挡位电热器的相关计算。
7、(2019·宿迁)某电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅,该火锅产品铭牌和电路图如图所示:
额定电压
220V
额定功率
高温挡
中温挡
低温挡
880W
440W
220W
(1)当开关S1断开,S2接a时,该电火锅选用______挡工作(选填“高温”“中温“或“低温”)。
(2)当电火锅使用中温挡正常工作时,电路中电流是多大?
接入电路的电热丝的阻值是多少?
(3)用电火锅高温挡在额定电压下烧水7分钟,电流做了多少功?
若电热丝产生的热量全部被水吸收,在1个标准大气压下,能使1kg初温为20℃的水升高多少℃(c水=4.2×103J/(kg•℃))?
【答案】
(1)低温
(2)2A110Ω(3)3.696×105J80℃。
【解析】
(1)由图可知,当S1断开,S2接a端,R1和R2串联,此时电路的总电阻最大,由
可知,此时总功率最小,则该电火锅选用低温挡工作;
(2)当开关S1断开,S2接b时,电阻R2单独接入电路,为中温挡,此时电路中的电流
,由欧姆定律可得,接入电路的电热丝的阻值
;
(3)用电火锅高温挡在额定电压下烧水7分钟,电流做的功W=P高温t=880W×7×60s=3.696
×105J;因电热丝产生的热量全部被水吸收,则Q吸=cm△t可得水升高的温度
,因为在1个标准大气压下,水的沸点是100℃,且水的初温为20℃,所以只能使水升高80℃。
【考点】多挡位电热器的相关计算。
8、(2019·泰安)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I0=15mA,其阻值R随温度变化的规律图象如图乙所示,电源电压U1恒为6V,当电磁铁线圈中的电流I>8mA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I≤8mA时,继电器上方触点c接触,保温电路接通,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,U2=220V,加热时的功率P加热=2200W,保温时的功率P保温=110W,加热效率η=90%,R2=2R1,水的比热容c水=4.2×103J/(kg•℃),水箱内最低温度为0℃。
(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44kg、20℃的水加热到50℃需要多少时间?
【答案】
(1)450Ω70℃
(2)R1、R2、R3的阻值分别为33Ω、66Ω、374Ω(3)2800s。
【解析】
(1)由题意可知,热敏电阻中允许通过的最大电流I0=15mA,电源电压U1=6V,控制电路中最小值是
;由图像可知,当水箱内最低温度为0℃时,热敏电阻阻R最小,R最小=100Ω,保护电阻阻值至少为R0=R总小﹣R最小=400Ω﹣100Ω=300Ω,热水器刚开始保温时,控制电路中的总电阻
,热敏电阻的阻值R=R总﹣R0=750Ω﹣300Ω=450Ω,由图乙可知,此时水温为70℃;
(2)由题意和电路图知,衔铁被吸下时,R1、R2并联,电热水器处于加热状态,所以有
……………………………………………………………………………………
并联电路的总电阻
……………………………………………
R2=2R1………………………………………………………………………………………………
联合
,解R1=33Ω,R2=66Ω;
根据题意可知,电磁继电器上方触点和触点c接通时,电热水器处于保温状态,则由电路图知,此时R2、R3串联,根据电阻的串联特点和欧姆定律可得
,
解得:
R3=R串-R2=440Ω-66Ω=374Ω;
(3)水吸收的热量Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×44kg×(50℃﹣20℃)=5.544×106J:
根据热效率公式
得,加热电路消耗的电能
,加热时间
。
【考点】多挡位电热器的相关计算。