2022年通用物理中考微专题-电功率-17-7 多挡位问题（含答案）

这是一份2022年通用物理中考微专题-电功率-17-7 多挡位问题（含答案），共14页。学案主要包含了基本概述，解答关键，计算题等内容，欢迎下载使用。

微专题17-7 多挡位问题
知识·解读
一、基本概述
1、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。
2、主要类型包括用电器的多挡位问题、电热器的多挡位问题。
二、解答关键
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。
典例·解读
类型一、电热器的多挡位问题
例1、某保温电热水壶电路如图所示，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12.1 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？
【答案】（1）加热状态；（2）4.55 A；（3）48.4 Ω；391.6 Ω.
【解析】(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＝＝≈4.55 A。
(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＝＝＝48.4 Ω；电热水壶处于保温状态时，R1与R2串联，由P＝I2R可知，
电路中的电流：I′＝＝＝0.5 A，电路中的总电阻：R＝＝＝440 Ω，
因串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－48.4 Ω＝391.6 Ω。

例2、图为电热水器的简化电路，它有加热和保温功能．R1和R2是两根电热丝，S为温控开关，1、2为开关的两个触点，当水温低于某个下限温度或高于某个上限温度时，S在两个触点间自动切换，使水温维持在设定的范围．已知热水器的加热功率为400 W，保温功率为100 W(忽略温度对电阻的影响)，则电路中R2＝________Ω.在使用过程中，若热水器连续工作10 min消耗电能1.2×105 J，此过程中热水器的保温工作时间是________s.
【答案】363； 400.
【解析】由电路图可知，开关与触点1连通时，电路为R1的简单电路，电热水器处于加热状态，由P＝可得，R1＝＝＝121 Ω；开关与触点2连通时，R1与R2串联，电热水器处于保温状态，电路的总电阻R ＝＝＝484 Ω，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以R2＝R－R1＝484 Ω－121 Ω＝363 Ω；热水器10 min消耗电能为1.2×105 J，则电热器的电功率P ＝＝＝200 W，由于电热水器先加热后保温，设加热时间为t1，则保温时间为600 s－t1，则有W ＝P加热t1＋P保温(600 s－t1)，即1.2×105 J＝400 W×t1＋100 W×(600 s－t1)，解得加热时间t1＝200 s，保温时间t保温＝600 s－200 s＝400 s.

类型二、用电器的多挡位问题
例3、如图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：

型号
SHZ2010－624
热风温度
50～75 ℃
额定功率
热风时：1000 W
冷风时：120 W
额定电压
220 V
质量
0.5 kg
（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。
【答案】（1）见解析；（2）4 A；（3）3.72×105 J.
【解析】（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。

(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＝＝＝4 A。
(3)由P＝变形可得消耗的电能：W＝P冷t冷＋P热t热＝120 W×10×60 s＋1000 W×5×60 s＝3.72×105 J。

例4、如图甲是文文同学家新买的一台冷暖空调扇，其内部简化电路如图乙所示，R1、R2均为发热电阻，R1的阻值为110 Ω， 是电动机．开关S1闭合后，当S2接1、2时吹冷风；当S2接2、3时吹温风；当S2接3、4时吹热风，此时空调扇的总功率为1 100 W．已知：电源电压为220 V, c冰＝2.1×103 J/(kg·℃)．求：
(1)吹冷风时，在空调扇内加入冰袋会使吹出的风温度变低．若冰袋内冰的质量为1 kg，温度从－16 ℃升高到－6 ℃时，冰从周围吸收的热量是多少？
(2)吹冷风时，电动机正常工作1 h消耗的电能为0.11 kW·h，此时通过电动机的电流是多少？
(3)吹热风时，R2的电阻是多少？
【答案】（1）2.1×104 J；（2）0.5 A；（3）88 Ω.
【解析】(1)由题意得温度变化量Δt＝－6 ℃－(－16 ℃)＝10 ℃
冰吸收的热量Q吸＝c冰mΔt＝2.1×103 J/(kg·℃)×1 kg×10 ℃＝2.1×104 J
(2)开关S闭合后，当S2接1、2时吹冷风，此时只有电动机工作，电动机的功率：

P冷＝＝＝0.11 kW＝110 W
通过电动机的电流I＝＝＝0.5 A
(3)吹热风时，R1的功率P1＝＝＝440 W
电阻R2的功率P2＝P总－P冷－P1＝1 100 W－110 W－440 W＝550 W
由P＝得，R2的阻值R2＝＝＝88 Ω.

培优·训练
一、选择题
1、如图所示，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（　 ）
A、Q甲＞Q乙＞Q丙＞Q丁 B、Q丁＞Q丙＞Q乙＞Q甲
C、Q丁＞Q乙＞Q甲＞Q丙 D、Q甲＞Q丙＞Q乙＞Q丁
2、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是12 W，只闭合开关S1时，加热器的电功率是8 W．则下列判断正确的是(　　)
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、该加热器功率最小电功率是8 W
额定电压
220 V
额定功率
高温挡
中温挡
低温挡
880 W
440 W
220 W
3、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，则下列说法正确的是(　　)



A、当开关S1断开，S2接a时，电火锅使用的是高温挡
B、当电火锅使用中温挡正常工作时，电路中电流为1 A
C、当电火锅使用中温挡正常工作时，接入电路的电热丝的阻值为11 Ω
D、用电火锅高温挡在额定电压下烧水7分钟，电流做功为369 600 J
4、在综合实践活动中，小明设计了一种电热饮水机电路，如图甲所示．R1和R2均为电热丝，S2是自动控制开关，可实现“低挡”“高挡”之间的转换．饮水机工作时功率随时间的关系图像如图乙所示．下列说法正确的是(　　)
A、30 min内电路消耗的总电能是6.6×104 J
B、饮水机工作时，通过电阻R1的电流为0.5 A
C、高温挡的功率为220 W
D、电阻R2的阻值为110 Ω
二、填空题
1、如图所示，电源电压保持不变，R1、R2、R3均为定值电阻，R1：R2＝2：3，S为单刀双掷开关。当S接到1时，电流表的示数为0.4A，R1消耗的功率为P1，此时R3消耗的功率为1.6W；当S接到2时，R2消耗的功率为P2，已知P1：P2＝32：27．则电源电压为________V，R1为________Ω，R3为________Ω．
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。
4、某电饭锅内部电加热器原理电路如图所示，它有烧煮和保温两挡．开关S断开时，电饭锅处于______挡；已知R1＝605 Ω，电饭锅烧煮时的功率是保温时的11倍，则R2＝______Ω.
5、如图甲是一款多挡位电炒锅，图乙是其内部简化工作电路图，R1、R2、R3是加热电阻，其中R3的电阻值为60.5 Ω.接通电源，只闭合开关S1时电炒锅的功率为600 W，再闭合S2电炒锅的功率为1 000 W，则电炒锅的最大电功率为________W，加热电阻R2的阻值为________Ω.
6、如图甲是一种家用电暖器，图乙是其简化的电路图，已知R1 额定电压
220 V
功率选择
一挡 　950 W
二挡　1 150 W
三挡　2 100 W
三、计算题
1、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＝4.2×103 J/（kg·℃）]
电热器挡位
额定电压
额定功率
水升高的温度
加热时间
高温挡
220 V

10 ℃
6 min
中温挡
220 V

8 ℃
8 min
低温挡
220 V
100 W
4 ℃
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？






项目
参数
电源电压/V
220
低温挡功率/W
275
中温挡功率/W
550
高温挡功率/W
1100
容积/L
1
2、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。图乙所示是某品牌养生壶简化电路图。[ρ水＝1×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]




（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。






额定电压
220 V
频率
50 Hz
洗衣功率
330 W
脱水功率
300 W
最大电流
5 A
3、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？









型号
SYL－624
额定电压
220 V
频率
50 Hz
电机功率
120 W
加热功率
1210 W
容量
1000 mL
4、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：




（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？










5、小亮家里的一款迷你电饭锅，电路图如图所示，额定电压为220 V，电饭锅有加热和保温两挡，“加热”时额定功率为550 W，发热电阻R1和R2阻值不随温度变化，电阻R1在“保温”状态和“加热”状态时功率之比为1∶400.求：
(1)正常“加热”状态，通过电饭锅的电流是多少？
(2)正常“加热”状态，通电10 min产生的热量是多少？
(3)R2的阻值是多少？










微专题17-7 多挡位问题
例1、【答案】（1）加热状态；（2）4.55 A；（3）48.4 Ω；391.6 Ω.
【解析】(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＝＝≈4.55 A。
(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＝＝＝48.4 Ω；电热水壶处于保温状态时，R1与R2串联，由P＝I2R可知，
电路中的电流：I′＝＝＝0.5 A，电路中的总电阻：R＝＝＝440 Ω，
因串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－48.4 Ω＝391.6 Ω。
例2、【答案】363； 400.
【解析】由电路图可知，开关与触点1连通时，电路为R1的简单电路，电热水器处于加热状态，由P＝可得，R1＝＝＝121 Ω；开关与触点2连通时，R1与R2串联，电热水器处于保温状态，电路的总电阻R ＝＝＝484 Ω，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以R2＝R－R1＝484 Ω－121 Ω＝363 Ω；热水器10 min消耗电能为1.2×105 J，则电热器的电功率P ＝＝＝200 W，由于电热水器先加热后保温，设加热时间为t1，则保温时间为600 s－t1，则有W ＝P加热t1＋P保温(600 s－t1)，即1.2×105 J＝400 W×t1＋100 W×(600 s－t1)，解得加热时间t1＝200 s，保温时间t保温＝600 s－200 s＝400 s.
例3、【答案】（1）见解析；（2）4 A；（3）3.72×105 J.
【解析】（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。

(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＝＝＝4 A。
(3)由P＝变形可得消耗的电能：W＝P冷t冷＋P热t热＝120 W×10×60 s＋1000 W×5×60 s＝3.72×105 J。
例4、【答案】（1）2.1×104 J；（2）0.5 A；（3）88 Ω.
【解析】(1)由题意得温度变化量Δt＝－6 ℃－(－16 ℃)＝10 ℃
冰吸收的热量Q吸＝c冰mΔt＝2.1×103 J/(kg·℃)×1 kg×10 ℃＝2.1×104 J
(2)开关S闭合后，当S2接1、2时吹冷风，此时只有电动机工作，电动机的功率：
P冷＝＝＝0.11 kW＝110 W
通过电动机的电流I＝＝＝0.5 A
(3)吹热风时，R1的功率P1＝＝＝440 W
电阻R2的功率P2＝P总－P冷－P1＝1 100 W－110 W－440 W＝550 W
由P＝得，R2的阻值R2＝＝＝88 Ω.
培优·训练
一、选择题
1、C
2、C 　
【解析】发热电阻丝R1和R2并联，由于电源电压保持不变，闭合S1和S2时电路总功率为P＝P1＋P2＝＋＝12 W；只闭合S1时只有R1接入电路P1＝＝8 W；只闭合S2时只有R2接入电路P2＝＝12 W－8 W＝4 W；该加热器有12 W、8 W、4 W三个加热功率挡位，A错误；＝＝＝＝，则R1∶R2＝1∶2，B错误；并联电路电流与电阻成反比，R1与R2的电流之比为2∶1，C正确；只闭合S2时电路加热功率为4 W，D错误．故选C.
3、D　
4、D
二、填空题
1、12;20;10
2、大　少　小　小　多　大　低　高
3、闭合　40　108.9
4、保温　60.5　
【解析】由图可知，当开关S断开时，电路为R1的简单电路，电饭锅处于保温挡；因电路中总功率等于各用电器功率之和，且烧煮时的功率是保温时的11倍， 所以，两电热丝的功率之比：＝＝＝， 由P＝UI＝可得，两电热丝的阻值之比：＝＝＝， 则R2＝R1＝×605 Ω＝60.5 Ω.
5、 1 800　 121　
【解析】由题可知，电源电压为220 V时，电阻R1的功率为P1＝600 W，电阻R2的功率为P2＝1 000 W－600 W＝400 W，电阻R3的功率为P3＝＝＝800 W，电炒锅的最大电功率为1 800 W，加热电阻R2的阻值为R2＝＝＝121 Ω.
6、 S1　6.9×105　
【解析】根据P＝可知，在电压不变时，电功率和电阻成反比，所以当电暖气处于二挡工作时，应该是只有电阻较小的R1工作，所以应该闭合开关S1；电暖器在第二挡正常工作10 min产生的热量是Q＝W＝Pt＝1 150 W×10×60 s＝6.9×105 J.
三、计算题
1、 (1)484 Ω　242 Ω　161.3 Ω
(2)中温挡时只有R2工作，由(1)可知，R＝242 Ω，则P中＝＝＝200 W，则W中＝P中t中＝200 W×8×60 s＝9.6×104 J；
水吸收的热量：Q＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×8 ℃＝6.72×104 J；
电热器的效率：η＝＝＝70%。
[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。
低温挡的工作电阻：R1＝＝＝484 Ω；
中温挡的工作电阻：R2＝R1＝×484 Ω＝242 Ω；
高温挡的工作电阻：由＝＋得，R′＝＝≈161.3 Ω。
2、(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，由P＝可知，总功率最大，所以此时养生壶为高温挡。
(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P＝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＝＝＝2.5 A，
由I＝得，R1的阻值：R1＝＝＝88 Ω。
(3)由P＝UI得，养生壶在低温挡工作时电路中的电流为I低＝＝＝1.25 A。
(4)由ρ＝变形可得水的质量：m＝ρ水V＝1×103 kg/m3×1×10－3 m3＝1 kg，
水吸收的热量：Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃－12 ℃)＝3.696×105 J，
由η＝和W＝Pt得，烧开一壶水需要的时间为t＝＝＝＝420 s。
3、(1)由公式P＝UI可得通过洗衣机的电流：I洗衣＝＝＝1.5 A。
(2)该洗衣机消耗的电能：W＝W洗衣＋W脱水＝P洗衣t洗衣＋P脱水t脱水＝0.33 kW× h＋0.3 kW× h＝0.16 kW·h。
4、(1)并联　内
(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阻：R＝＝＝40 Ω。
(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＝6.678×105 J。
5、解：(1)正常“加热”状态，通过电饭锅的电流I＝＝＝2.5 A
(2)正常“加热”状态，通电10 min产生的热量Q＝Pt＝550 W×10×60 s＝3.3×105 J
(3)正常“加热”状态，只有R1接入电路，由I＝得，R1的电阻为R1＝＝＝88 Ω
电阻R1在“保温”状态与“煮饭”状态时的功率之比为1∶400
即IR1∶IR1＝1∶400
所以I保∶I加热＝1∶20
即∶＝1∶20
所以R2＝1 672 Ω