专题训练(三) 用电器多挡位问题
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专题训练（三） [用电器多挡位问题]
专 题 概 述
用电器的多挡位问题是集电热、电功、电功率于一体的综合性问题，是电学问题的重点和难点。其主要类型包括用电器的多挡位问题、电热器的多挡位问题。
解答用电器的多挡位问题时关键是弄清楚用电器的工作特点，不同挡位对应的功率、电流、电阻等物理量。例如：豆浆机工作时主要包括加热和打浆两个过程、全自动洗衣机工作时主要包括洗衣和脱水两个过程、电吹风工作时主要明确是吹冷风还是吹热风等。
解答电热器类问题需要把握好两个关键点。
关键点一：正确判断出电热器的挡位。一般来说，电热器通常有“高温挡”“中温
U2
挡”和“低温挡”，根据电功率的公式P＝可知，当电压一定时，电阻越大，电功率越
R小，电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。
关键点二：明确不同挡位的电热器结构。
（1）短路式：如图甲所示，两个电阻串联，用开关S1与其中的一个电阻并联，当两个开关都闭合时，电阻R2短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当开关S闭合、S1断开时，两个电阻串联，总电阻最大，为低温挡。
（2）单刀双掷式：如图乙所示，将主要工作电阻R1放在干路上，一条支路只用导线，另一条支路连接附加电阻。当开关S掷向附加电阻支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关S掷向纯导线支路时，只有主要电阻R1工作，为高温挡。
（3）并联式：如图丙所示，两个电阻并联，用开关S1控制两个电阻，开关S2控制其中的电阻R2，当开关S1、S2同时闭合时，两个电阻都工作，此时总电阻小，为高温挡；当开关S1闭合、S2断开时，只有电阻R1工作，此时总电阻大，为低温挡。
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►类型一 电热器的多挡位问题
1.如图3－ZT－1所示，电阻R1>R2，电源电压均为U，在相同时间内，图甲电路中电阻产生的总热量为Q甲，图乙电路中电阻产生的总热量为Q乙，图丙电路中电阻产生的总热量为Q丙，图丁电路中电阻产生的总热量为Q丁，则（ ）
图3－ZT－1
＞Q乙＞Q丙＞Q丁 丁＞Q丙＞Q乙＞Q甲 ＞Q乙＞Q甲＞Q丙 甲＞Q丙＞Q乙＞Q丁
甲
丁
2.电源电压均为U不变时，在相同的时间内，两电阻串联时总电阻最 ，产生的总热量最 ，发热功率最 ；两电阻并联时总电阻最 ，产生的总热量最 ，发热功率最 。如果电热器处于两电阻串联的状态，则电热器一般处于 （选填“高”“中”或“低”）挡位；如果电热器处于两电阻并联的状态，则电热器一般处于 （选填“高”“中”或“低”）挡位。
3.如图3－ZT－2所示是电热水壶的工作电路图，闭合开关S1，当电热水壶处于加热状态时，开关S2处于 状态。若电热水壶加热状态时的功率为1210 W，则电阻R1＝ Ω。如果保温状态下电热水壶的总功率是加热状态时的10%，则R2的功率为 W。
3
图3－ZT－2
4.某保温电热水壶电路如图3－ZT－3所示，S是温控开关，电热水壶上标有“220 V 1000 W”字样，保温时R1的电功率为 W，问：（不考虑温度对电阻阻值的影响）
（1）当开关S接a时电热水壶处于保温状态还是加热状态为什么 （2）加热状态时，电热水壶正常工作的电流是多少 （3）R1和R2的阻值各是多少
图3－ZT－3
5.某科技制作小组的同学利用两段阻值不同的电热丝R1和R2，设计成具有高、中、低三挡位的电热器，电路图如图3－ZT－4所示，其中R1＝2R2。在安全情况下，用三挡分别给同一容器中质量均为2 kg的水加热。[c水＝×10 J/（kg·℃）]
3
4
图3－ZT－4
电热器挡位 高温挡 中温挡 低温挡 额定电压 220 V 220 V 220 V 额定功率 100 W 水升高的温度 10 ℃ 8 ℃ 4 ℃ 加热时间 6 min 8 min 9 min （1）低温挡的工作电阻阻值是 ；中温挡的工作电阻阻值是 ；高温挡的工作电阻阻值是 。
（2）电热器用中温挡工作时，电热器的效率是多少
·东营多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图3－ZT－5乙所示是某品牌养生壶简化电路图。[ρ（kg·℃）]
水
＝1×10 kg/m，c33
水
＝×10 J/
3
5
图3－ZT－5 项目 电源电压/V 低温挡功率/W 中温挡功率/W 高温挡功率/W 容积/L 参数 220 275 550 1100 1 （1）开关S1、S2处于什么状态，养生壶为高温挡说明判断依据。 （2）求R1的阻值。
（3）养生壶在低温挡工作时，求电路中的电流大小。
（4）在标准大气压下，使用高温挡将初温是12 ℃的一壶水烧开，若养生壶高温挡加热效率为80%，求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。
►类型二 用电器的多挡位问题
7.下表为某型号双缸洗衣机的铭牌，请解答下列问题： （1）在额定电压下洗衣时，通过洗衣机的电流为多大
（2）若洗衣用时20 min，脱水用时10 min，则该洗衣机消耗的电能共是多少千瓦时
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额定电压 频率 洗衣功率 脱水功率 最大电流
220 V 50 Hz 330 W 300 W 5 A 8.小明的妈妈为了改善早餐的营养搭配，买了一台全自动豆浆机，如图3－ZT－6甲所示。豆浆机的主要结构：中间部位是一个带动刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热管，负责对液体加热煮沸，如图乙所示。下表是这个豆浆机的主要技术参数，图丙所示是豆浆机正常工作做一次豆浆的过程中电热管和电动机交替工作的P－t图象，请解答下列问题：
图3－ZT－6 型号 SYL－624 7
额定电压 频率 电机功率 加热功率 容量 220 V 50 Hz 120 W 1210 W 1000 mL （1）由图丙可知，豆浆机中的电动机和电热管的连接方式是 。电热管工作时把电能转化为 能。
（2）豆浆机电热管的电阻是多大
（3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少
9.如图3－ZT－7甲所示是某品牌电吹风机，图乙是其内部的电路简图，表格中列出了有关参数。求：
图3－ZT－7
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型号 热风温度 SHZ2010－624 50～75 ℃ 热风时：1000 W 额定功率 冷风时：120 W 额定电压 质量 （1）画出吹热风和冷风时的等效电路图。 （2）计算吹热风时，通过电热丝的电流。
（3）某人用此电吹风机吹冷风10 min，吹热风5 min，共消耗多少电能。
220 V kg 9
详解详析
1．C
2．大 少 小 小 多 大 低 高 3．闭合 40
4．(1)加热状态 理由：由电路图可知，开关S接a时，电路为R1的简单电路；当开
U2
关S接b时，电阻R1与R2串联。由P＝可知，当开关S接a时，电功率较大，电热水壶
R处于加热状态；当开关S接b时，电功率较小，电热水壶处于保温状态。
(2)由P＝UI可得，电热水壶正常工作时的电流：I＝
P加热1000 W
＝≈ A。 U220 V
U2
(3)电热水壶处于加热状态时，电路为R1的简单电路，由P＝变形可得R1的阻值：R1
RU2（220 V）22＝＝＝ Ω；电热水壶处于保温状态时，R1与R2串联，由P＝IR可知，电路P加热1000 W
中的电流：I′＝
P1
＝错误!＝ A，电路中的总电阻：R＝错误!＝错误!＝440 Ω，因串R1
联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，R2的阻值：R2＝R－R1＝440 Ω－ Ω＝ Ω。
5．(1)484 Ω 242 Ω Ω
U2（220 V）2
(2)中温挡时只有R2工作，由(1)可知，R＝242 Ω，则P中＝＝＝200 W，
R2242 Ω
则W中＝P中t中＝200 W×8×60 s＝×10 J；
水吸收的热量：Q＝c水mΔt＝×10 J/(kg·℃)×2 kg×8 ℃＝×10 J； 电热器的效率：η＝
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4
4
Q＝错误!＝70%。 W中
U2
[解析] (1)根据P＝可知，并联电路中的电阻越小，电功率越大，由于R1＝2R2，则
R只有R1工作时为低温挡，当只有R2工作时为中温挡，当R1、R2并联同时工作时为高温挡。
U2（220 V）2
低温挡的工作电阻：R1＝＝＝484 Ω；
P低100 W
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11
中温挡的工作电阻：R2＝R1＝×484 Ω＝242 Ω；
22高温挡的工作电阻：由
111R1R2484 Ω×242 Ω＝＋得，R′＝＝≈ Ω。 R′R1R2R1＋R2484 Ω＋242 Ω
6．(1)由图知，当开关S1闭合、S2接B时，电阻R1、R2并联，电路中的总电阻最小，
U2
由P＝可知，总功率最大，所以此时养生壶为高温挡。
R(2)由图知，当开关S1断开、S2接A时，电阻R1、R2串联，电路中的总电阻最大，由PU2
＝可知，总功率最小，养生壶处于低温挡；当S1，S2接A闭合时，只有电阻R1接入电R路，养生壶处于中温挡。
由P＝UI得，在中温挡正常工作时通过R1的电流为I1＝
P中550 W＝＝ A， U220 V
由I＝得，R1的阻值：R1＝＝
URU220 V
＝88 Ω。
I1 A
P低275 W
＝＝ A。 U220 V
－3
3
(3)由P＝UI得，养生壶在低温挡工作时电路中的电流为I低＝
(4)由ρ＝变形可得水的质量：m＝ρ水V＝1×10 kg/m×1×10 m＝1 kg， 水吸收的热量：Q×10 J，
由η＝
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mV33
吸
＝c水
m(t－t0)＝×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃－12 ℃)＝
Q吸WQ吸
和W＝Pt得，烧开一壶水需要的时间为t＝＝＝错误!＝420 s。 WP高P高ηP洗衣330 W
＝＝ A。 U220 V
t11
＝ kW× h＋ kW× h
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7．(1)由公式P＝UI可得通过洗衣机的电流：I洗衣＝
(2)该洗衣机消耗的电能：W＝W＝ kW·h。
8．(1)并联 内
洗衣
＋W脱水
＝P洗衣
t洗衣
＋P脱水脱水
U2
(2)由题知，加热功率P1＝1210 W，U＝220 V，由公式P＝变形得豆浆机的加热电
R11
U2（220 V）2
阻：R＝＝＝40 Ω。
P11210 W
(3)由图象可知，豆浆机正常工作做一次豆浆，电热管工作时间t1＝9 min＝540 s，电动机工作时间t2＝2 min＝120 s，由公式P＝变形得豆浆机正常工作做一次豆浆消耗的电能：W＝P1t1＋P2t2＝1210 W×540 s＋120 W×120 s＝×10 J。
9．(1)电吹风吹热风时，电动机和电热丝并联，等效电路图如图甲所示；电吹风吹冷风时，只有电动机工作，等效电路图如图乙所示。
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Wt
(2)吹热风时，电热丝的功率：PR＝P热
－P冷
＝1000 W－120 W＝880 W，因并联电路中
各支路两端的电压相等，所以，由P＝UI可得，通过电热丝的电流：IR＝＝
PR880 W
＝4 A。
U220 V
(3)由P＝变形可得消耗的电能：W＝P×60 s＝×10 J。
5
Wt冷
t冷＋P热
t热＝120 W×10×60 s＋1000 W×5
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