?微專題17-7 多擋位問題
知識·解讀
一、基本概述
1、用電器的多擋位問題是集電熱、電功、電功率于一體的綜合性問題，是電學(xué)問題的重點和難點。
2、主要類型包括用電器的多擋位問題、電熱器的多擋位問題。
二、解答關(guān)鍵
弄清楚用電器的工作特點，不同擋位對應(yīng)的功率、電流、電阻等物理量。例如：豆?jié){機工作時主要包括加熱和打漿兩個過程、全自動洗衣機工作時主要包括洗衣和脫水兩個過程、電吹風(fēng)工作時主要明確是吹冷風(fēng)還是吹熱風(fēng)等。
解答電熱器類問題需要把握好兩個關(guān)鍵點。
關(guān)鍵點一：正確判斷出電熱器的擋位
一般來說，電熱器通常有“高溫擋”“中溫擋”和“低溫擋”，根據(jù)電功率的公式P＝可知，當電壓一定時，電阻越大，電功率越小，電阻越小，電功率越大，所以高溫擋總電阻最小，低溫擋總電阻最大。
關(guān)鍵點二：明確不同擋位的電熱器結(jié)構(gòu)
1、短路式：如圖甲所示，兩個電阻串聯(lián)，用開關(guān)S1與其中的一個電阻并聯(lián)，當兩個開關(guān)都閉合時，電阻R2短路，只有一個電阻工作，此時為高溫擋；當開關(guān)S閉合、S1斷開時，兩個電阻串聯(lián)，總電阻最大，為低溫擋。
2、單刀雙擲式：如圖乙所示，將主要工作電阻R1放在干路上，一條支路只用導(dǎo)線，另一條支路連接附加電阻。當開關(guān)S擲向附加電阻支路時，兩電阻串聯(lián)，為低溫擋；當開關(guān)S擲向純導(dǎo)線支路時，只有主要電阻R1工作，為高溫擋。
3、并聯(lián)式：如圖丙所示，兩個電阻并聯(lián)，用開關(guān)S1控制兩個電阻，開關(guān)S2控制其中的電阻R2，當開關(guān)S1、S2同時閉合時，兩個電阻都工作，此時總電阻小，為高溫擋；當開關(guān)S1閉合、S2斷開時，只有電阻R1工作，此時總電阻大，為低溫擋。
典例·解讀
類型一、電熱器的多擋位問題
例1、某保溫電熱水壺電路如圖所示，S是溫控開關(guān)，電熱水壺上標有“220 V、1000 W”字樣，保溫時R1的電功率為12.1 W，問：（不考慮溫度對電阻阻值的影響）
（1）當開關(guān)S接a時電熱水壺處于保溫狀態(tài)還是加熱狀態(tài)？為什么？
（2）加熱狀態(tài)時，電熱水壺正常工作的電流是多少？
（3）R1和R2的阻值各是多少？
【答案】（1）加熱狀態(tài)；（2）4.55 A；（3）48.4 Ω；391.6 Ω.
【解析】(1)加熱狀態(tài)　理由：由電路圖可知，開關(guān)S接a時，電路為R1的簡單電路；當開關(guān)S接b時，電阻R1與R2串聯(lián)。由P＝可知，當開關(guān)S接a時，電功率較大，電熱水壺處于加熱狀態(tài)；當開關(guān)S接b時，電功率較小，電熱水壺處于保溫狀態(tài)。
(2)由P＝UI可得，電熱水壺正常工作時的電流：I＝＝≈4.55 A。
(3)電熱水壺處于加熱狀態(tài)時，電路為R1的簡單電路，由P＝變形可得R1的阻值：
R1＝＝＝48.4 Ω；電熱水壺處于保溫狀態(tài)時，R1與R2串聯(lián)，由P＝I2R可知，
電路中的電流：I′＝＝＝0.5 A，電路中的總電阻：R＝＝＝440 Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以，R2的阻值：R2＝R－R1＝440 Ω－48.4 Ω＝391.6 Ω。

例2、圖為電熱水器的簡化電路，它有加熱和保溫功能．R1和R2是兩根電熱絲，S為溫控開關(guān)，1、2為開關(guān)的兩個觸點，當水溫低于某個下限溫度或高于某個上限溫度時，S在兩個觸點間自動切換，使水溫維持在設(shè)定的范圍．已知熱水器的加熱功率為400 W，保溫功率為100 W(忽略溫度對電阻的影響)，則電路中R2＝________Ω.在使用過程中，若熱水器連續(xù)工作10 min消耗電能1.2×105 J，此過程中熱水器的保溫工作時間是________s.
【答案】363； 400.
【解析】由電路圖可知，開關(guān)與觸點1連通時，電路為R1的簡單電路，電熱水器處于加熱狀態(tài)，由P＝可得，R1＝＝＝121 Ω；開關(guān)與觸點2連通時，R1與R2串聯(lián)，電熱水器處于保溫狀態(tài)，電路的總電阻R ＝＝＝484 Ω，因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以R2＝R－R1＝484 Ω－121 Ω＝363 Ω；熱水器10 min消耗電能為1.2×105 J，則電熱器的電功率P ＝＝＝200 W，由于電熱水器先加熱后保溫，設(shè)加熱時間為t1，則保溫時間為600 s－t1，則有W ＝P加熱t(yī)1＋P保溫(600 s－t1)，即1.2×105 J＝400 W×t1＋100 W×(600 s－t1)，解得加熱時間t1＝200 s，保溫時間t保溫＝600 s－200 s＝400 s.

類型二、用電器的多擋位問題
例3、如圖甲所示是某品牌電吹風(fēng)機，圖乙是其內(nèi)部的電路簡圖，表格中列出了有關(guān)參數(shù)。求：

型號
SHZ2010－624
熱風(fēng)溫度
50～75 ℃
額定功率
熱風(fēng)時：1000 W
冷風(fēng)時：120 W
額定電壓
220 V
質(zhì)量
0.5 kg
（1）畫出吹熱風(fēng)和冷風(fēng)時的等效電路圖。
（2）計算吹熱風(fēng)時，通過電熱絲的電流。
（3）某人用此電吹風(fēng)機吹冷風(fēng)10 min，吹熱風(fēng)5 min，共消耗多少電能。
【答案】（1）見解析；（2）4 A；（3）3.72×105 J.
【解析】（1）電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時，電動機和電熱絲并聯(lián)，等效電路圖如圖甲所示；電吹風(fēng)吹冷風(fēng)時，只有電動機工作，等效電路圖如圖乙所示。

(2)吹熱風(fēng)時，電熱絲的功率：PR＝P熱－P冷＝1000 W－120 W＝880 W，因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，所以，由P＝UI可得，通過電熱絲的電流：IR＝＝＝4 A。
(3)由P＝變形可得消耗的電能：W＝P冷t冷＋P熱t(yī)熱＝120 W×10×60 s＋1000 W×5×60 s＝3.72×105 J。

例4、如圖甲是文文同學(xué)家新買的一臺冷暖空調(diào)扇，其內(nèi)部簡化電路如圖乙所示，R1、R2均為發(fā)熱電阻，R1的阻值為110 Ω， 是電動機．開關(guān)S1閉合后，當S2接1、2時吹冷風(fēng)；當S2接2、3時吹溫風(fēng)；當S2接3、4時吹熱風(fēng)，此時空調(diào)扇的總功率為1 100 W．已知：電源電壓為220 V, c冰＝2.1×103 J/(kg·℃)．求：
(1)吹冷風(fēng)時，在空調(diào)扇內(nèi)加入冰袋會使吹出的風(fēng)溫度變低．若冰袋內(nèi)冰的質(zhì)量為1 kg，溫度從－16 ℃升高到－6 ℃時，冰從周圍吸收的熱量是多少？
(2)吹冷風(fēng)時，電動機正常工作1 h消耗的電能為0.11 kW·h，此時通過電動機的電流是多少？
(3)吹熱風(fēng)時，R2的電阻是多少？
【答案】（1）2.1×104 J；（2）0.5 A；（3）88 Ω.
【解析】(1)由題意得溫度變化量Δt＝－6 ℃－(－16 ℃)＝10 ℃
冰吸收的熱量Q吸＝c冰mΔt＝2.1×103 J/(kg·℃)×1 kg×10 ℃＝2.1×104 J
(2)開關(guān)S閉合后，當S2接1、2時吹冷風(fēng)，此時只有電動機工作，電動機的功率：

P冷＝＝＝0.11 kW＝110 W
通過電動機的電流I＝＝＝0.5 A
(3)吹熱風(fēng)時，R1的功率P1＝＝＝440 W
電阻R2的功率P2＝P總－P冷－P1＝1 100 W－110 W－440 W＝550 W
由P＝得，R2的阻值R2＝＝＝88 Ω.

培優(yōu)·訓(xùn)練
一、選擇題
1、如圖所示，電阻R1>R2，電源電壓均為U，在相同時間內(nèi)，圖甲電路中電阻產(chǎn)生的總熱量為Q甲，圖乙電路中電阻產(chǎn)生的總熱量為Q乙，圖丙電路中電阻產(chǎn)生的總熱量為Q丙，圖丁電路中電阻產(chǎn)生的總熱量為Q丁，則（　 ）
A、Q甲＞Q乙＞Q丙＞Q丁 B、Q丁＞Q丙＞Q乙＞Q甲
C、Q?。綫乙＞Q甲＞Q丙 D、Q甲＞Q丙＞Q乙＞Q丁
2、如圖所示是加熱器的電路圖．設(shè)電源電壓保持不變，R1、R2均為發(fā)熱電阻絲，通過開關(guān)S1和S2的通斷組合，可得到不同加熱擋位．該加熱器最大電功率是12 W，只閉合開關(guān)S1時，加熱器的電功率是8 W．則下列判斷正確的是(　　)
A、該加熱器只有兩個加熱擋位
B、加熱器兩個發(fā)熱電阻絲的阻值之比R1∶R2＝1∶3
C、加熱器功率最大時，R1與R2的電流之比為2∶1
D、該加熱器功率最小電功率是8 W
額定電壓
220 V
額定功率
高溫擋
中溫擋
低溫擋
880 W
440 W
220 W
3、某電器廠設(shè)計了一種具有高、中、低溫三擋的家用電火鍋，該火鍋產(chǎn)品銘牌和電路圖如圖所示，則下列說法正確的是(　　)



A、當開關(guān)S1斷開，S2接a時，電火鍋使用的是高溫擋
B、當電火鍋使用中溫擋正常工作時，電路中電流為1 A
C、當電火鍋使用中溫擋正常工作時，接入電路的電熱絲的阻值為11 Ω
D、用電火鍋高溫擋在額定電壓下燒水7分鐘，電流做功為369 600 J
4、在綜合實踐活動中，小明設(shè)計了一種電熱飲水機電路，如圖甲所示．R1和R2均為電熱絲，S2是自動控制開關(guān)，可實現(xiàn)“低擋”“高擋”之間的轉(zhuǎn)換．飲水機工作時功率隨時間的關(guān)系圖像如圖乙所示．下列說法正確的是(　　)
A、30 min內(nèi)電路消耗的總電能是6.6×104 J
B、飲水機工作時，通過電阻R1的電流為0.5 A
C、高溫擋的功率為220 W
D、電阻R2的阻值為110 Ω
二、填空題
1、如圖所示，電源電壓保持不變，R1、R2、R3均為定值電阻，R1：R2＝2：3，S為單刀雙擲開關(guān)。當S接到1時，電流表的示數(shù)為0.4A，R1消耗的功率為P1，此時R3消耗的功率為1.6W；當S接到2時，R2消耗的功率為P2，已知P1：P2＝32：27．則電源電壓為________V，R1為________Ω，R3為________Ω．
2、電源電壓均為U不變時，在相同的時間內(nèi)，兩電阻串聯(lián)時總電阻最________，產(chǎn)生的總熱量最________，發(fā)熱功率最________；兩電阻并聯(lián)時總電阻最________，產(chǎn)生的總熱量最________，發(fā)熱功率最________。如果電熱器處于兩電阻串聯(lián)的狀態(tài)，則電熱器一般處于________（選填“高”“中”或“低”）擋位；如果電熱器處于兩電阻并聯(lián)的狀態(tài)，則電熱器一般處于________（選填“高”“中”或“低”）擋位。
3、如圖所示是電熱水壺的工作電路圖，閉合開關(guān)S1，當電熱水壺處于加熱狀態(tài)時，開關(guān)S2處于________狀態(tài)。若電熱水壺加熱狀態(tài)時的功率為1210 W，則電阻R1＝________Ω。如果保溫狀態(tài)下電熱水壺的總功率是加熱狀態(tài)時的10%，則R2的功率為________W。
4、某電飯鍋內(nèi)部電加熱器原理電路如圖所示，它有燒煮和保溫兩擋．開關(guān)S斷開時，電飯鍋處于______擋；已知R1＝605 Ω，電飯鍋燒煮時的功率是保溫時的11倍，則R2＝______Ω.
5、如圖甲是一款多擋位電炒鍋，圖乙是其內(nèi)部簡化工作電路圖，R1、R2、R3是加熱電阻，其中R3的電阻值為60.5 Ω.接通電源，只閉合開關(guān)S1時電炒鍋的功率為600 W，再閉合S2電炒鍋的功率為1 000 W，則電炒鍋的最大電功率為________W，加熱電阻R2的阻值為________Ω.
6、如圖甲是一種家用電暖器，圖乙是其簡化的電路圖，已知R1

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