1、高考物理二轮专题复习 专题15 多挡位电热器的相关计算解析版专题15 多挡位电热器的相关计算多挡位电热器是焦耳定律的一个重要应用，涉及到电热、电功、电功率的综合性问题，是电学问题的重点和难点。多挡位电热器的相关计算是中考中一个重要的考点，更侧重电功率的考查。通过多挡位电热器的考查，能很好的考查学生对电路结构的认识，同时更能考查对电功率和电热的计算能力。1、多挡位电热器是利用电流的热效应工作的。电热器电路是纯电阻电路，一般接在家庭电路，电压为220V，是个常量，所以：（1）比较电热的多少一般用Q=W=t，比较功率的大小用。（2）如果已知各挡功率，计算电热（电功）用Q=W=Pt。（3）如果没有已知
2、功率，通常通过计算出电功率，再用Q=W=t计算电热。当然根据题目已知也可以用其他公式进行计算。2、多个加热电阻的电热器：多挡位电热器，顾名思义，电热器有多个挡位，不同挡位电功率不同。由于用电器多接在220V电压下工作，所以依据可知：当电路中电阻越大，电功率越小，为低挡位（保温挡）工作；当电路中电阻越小，电功率越大，为高挡位（加热挡）工作；当电阻介于大电阻和小电阻之间时，为中温挡。通常家用多挡电热器是通过改变开关状态，改变工作电路结构，从而改变用电器消耗的电功率，实现高温挡、中温挡和低温挡的转换的。高温挡通过开关的转换，实现电路的并联，并联支路越多，电阻越小，功率越大，温度越高；低温挡通过开关的
3、转换，实现电路的串联联，串联电阻越多，电阻越大，功率越小，温度越低；3、只有一个加热电阻的电热器：串联电阻分压，使加热管的电压改变从而引起电功率变化。这类题目中要特别注意区分加热电阻和分压电阻，分压电阻的电热是不能用来加热的。4、电热器是用来加热的，所以常常与比热容相关计算联系起来，考查被加热的物质吸收的热量、温度变化等，进而计算加热效率。被加热的物质吸收的热量Q吸=cmt，消耗的电能W=Pt，加热效率。当电能全部转化为水的内能时，W=Q吸。在计算过程中，要注意被加热的物质的温度变化时，“升高了”还是“升高到”。一、中考题型分析中考中，多挡位电热的计算是中考中一个重要的考点，综合性强，往往是中
4、考中压轴的题目。主要以综合应用计算题的形式出现，常常结合考查电路结构、欧姆定律、电功率、电热及其变形公式等内容，分值7分左右；当然也会有填空、选择题，分数较少，2-3分。二、典例精析考点一：多挡位电热器挡位判断：典例一：(2019广东)某品牌电烤箱在额定电压下，功率从大到小有高挡、中挡和低挡。如图为电烤箱在不同挡位工作时的电路图，R1、R2为发热电阻丝，且阻值R1R2，则高挡、中挡和低挡对应的电路图分别是_ _图、_ _图和_ _图。(选填“甲”“乙”或“丙”)【答案】丙 乙 甲。【解析】图甲只闭合开关S0、S1，只有电阻丝R1接入电路中；图乙只闭合开关S0、S2，只有电阻丝R2接入电路中；图
5、丙三个开关都闭合，两电阻丝R1、R2并联接入电路中；由于R1R2，甲、乙、丙三个电路的电阻关系R丙R乙R甲，电源电压一定，由可知，P丙P乙P甲，所以高挡、中挡和低挡对应的电路图分别是丙图、乙图、甲图。【考点】多挡位电热器挡位判断。典例二：（2019成都）如图甲是一种家用电暖器，图乙是其简化的电路图，已知R1R2，电暖器的部分参数如表中所示。闭合开关S，要让电暖器处于第二挡工作，则应再将开关 闭合；若电暖器在第二挡正常工作10min，则产生的热量是 J。额定电压220V功率选择一挡950W二挡1150W三挡2100W【答案】S1 6.9105。【解析】根据可知，电阻最大时，电功率最小，由于R1R
6、2，所以只闭合S、S2时，只有R2接入电路，电路中的电阻最大，电功率最小，为一挡；闭合S、S1、S2时，R1、R2并联接入电路，电路中的电阻最小，电功率最大，为三挡；只闭合S1时，只有R1接入电路，电路中的电阻介于最大和最小值之间，为二挡，所以要让电暖器处于第二挡工作，则应再将开关S1；电暖器在第二挡正常工作10min，产生的热量Q=Pt=1150W1060s=6.9105J。【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
7、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=4.0103J/(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）242 （2）3.2104J （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
8、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)= 4.0103J/(kg) 0.4kg (40-20)= 3.2104J；（3）由乙图像可知，加热200s时消耗的电能W=Pt=220W200s=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
9、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。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。中温挡功率为多少瓦？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）)低 5.76瓦 11520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）丙图电路中，S1闭合，S2断开，S3接a时，两电阻串联；S1、S2闭合，S
10、3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；S1、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； S1、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
11、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=1：3C. 加热器功率最大时，R1与R2的电流之比为2：1D. 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，
12、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10，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
13、阻为5C. 化霜与防雾电路的总功率之差为15W D. 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=210=20；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=10；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
14、除露，电路总电流变化量I=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=100，R2=20，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
15、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_kWh。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=_。【答案】0.88 220。【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880
16、W，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=0.88kW1h=0.88kWh；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
17、能为0.44kWh。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）73.33 （3）0.22kwh。【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
18、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=0.44kW0.5h=0.22kWh。因电饭锅消耗的总电能为0.44kWh，则R2消耗的电能为W2=W-W1=0.44kWh-0.22kWh=0.22kWh。【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242，R2为60.5。（忽略温度对电阻
19、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/（kWh）【答案】（1）旋钮开关置于“1和2”接线柱时 （2）181.5欧姆 1.2104J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，
20、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1000W200W，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=RR2=24260.5=181.5。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=200W60s=1.2104J。（3）电能表的表盘转了81转，电火锅消耗的电能 =9.72104J，则电火锅的功率，因为电火
21、锅的实际功率PP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880W440W220W（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=4.2103J/（kg）
22、？【答案】（1）低温 （2）2A 110 （3）3.696105J 80。【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=880W760s=3.696105J；因电热丝产生的热量全部被水吸收，则Q吸=cmt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
23、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I015mA，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I8mA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I8mA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=90%，R2=2R1，水的比热容c水=4
24、.2103J/（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）450 70 （2）R1、R2、R3的阻值分别为33、66、374 （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=100，保护电阻阻值至少为R0=R总小R最小=400100
25、=300，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=750300=450，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=33，R2=66；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=440-66=374；（3）水吸收的热量Q吸=cm（tt0）=4.2103J/（kg）44kg（5020）=5.544106J：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。
