陕西省2024年物理中考热点备考重难专题：挡位类电热器相关计算（课后练习）

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(1)汤锅处于保温挡时温控开关S2应处于________状态；
(2)R2的电阻为多少？
(3)为了适应不同食材的烹煮条件，小明在不改变其内部电路元件的前提下对电路的连接方式进行了改装，如图丙所示，改装后的多功能汤锅有三个挡位(高温挡、中温挡和低温挡)，求新改进的高温挡工作10 min消耗多少度电？
(4)在某次使用汤锅炖汤时小明发现汤锅很热，但锅连接的导线几乎不热，请你利用所学的知识解释这一现象.
实战演练
1.(2021陕西22题)某型号煎烤机有上下两个加热盘，由两个开关控制其工作状态.R1为下盘电热丝.R2为上盘电热丝，两电热丝阻值相等，煎烤机的最大额定功率为2 200 W.如图为煎烤机的内部简化电路图(不考虑温度对电热丝阻值的影响).
(1)按照安全用电的要求，将a、b两点接入家庭电路，完成连线.
第2题图
(2)煎烤机正常工作时电路中的最大电流是多少？以最大额定功率工作时，1 min消耗多少电能？
(3)电热丝R1的阻值是多大？
2.(2023中考压轴题)某同学新买的电热饭盒，图甲是它的内部电路图.R1、R2都是加热电阻(R1＜R2)，R1的阻值为242 Ω.开关S可控制“加热”、“保温”或“断开”状态的转换，保温挡的功率是44 W.
第2题图
(1)当开关S接2时，电热饭盒处于________(选填“加热”或“保温”)挡.
(2)加热挡的功率.
(3)R2的阻值.
(4)当开关S接1时，通电10 min消耗的电能.
(5)在用电高峰期，该同学断开家中其他用电器，只让电热饭盒处于工作状态，1 min能使图乙所示的电能表的转盘转过9转，则电热饭盒的实际功率为多少？
创新考法
3.如图甲所示为学生进行坐位体前屈考试的情景，通过手指推动挡板在刻度尺上移动的距离得出成绩. 课后同学们讨论，能不能设计出一个自动显示成绩的仪器，在老师的指导下，同学们利用实验室器材设计了如图乙所示的电路，电源电压为6 V，电阻R1为一根长30 cm粗细均匀的电阻丝，其阻值与长度的关系如图丙所示，R2的阻值为30 Ω.
(1)若推板推得越远，显示的示数越大，则应将________(选填“电压”或“电流”)表作为显示器.
第3题图
(2)挡板在10 N力的作用下前进了10 cm，则手对挡板做的功为多少？
(3)某同学进行测量时，电压表的示数为1.5 V，则挡板向左移动了多少？
4. 如图甲所示为电子体重测量仪的原理，其中金属弹簧上端和滑动变阻器R′(最大值为20 Ω)的滑片焊接在一起，下端与电压表的一端及开关连接.R0为保护电阻，其阻值大小为5 Ω. 重力大小可通过电压表示数来转换，电源的电压为12 V.(g取10 N/kg)
(1)小华双脚站立在平台上，观察电压表的示数为U双，然后抬起一只脚，观察电压表的示数为U单，则U双________(选填“大于”“小于”或“等于”)U单.
第4题图
(2)已知小华质量为60 kg，平台所受压力F与变阻器接入电路的阻值之间的关系如图乙所示，求称量小华体重时，电压表的示数.
(3)在称量小红的体重时，电压表示数为8 V，则小红的质量是多少kg?
挡位类电热器相关计算
典例精讲
例 (1)断开 【解析】由I＝ eq \f(U,R) 、P＝UI得P＝ eq \f(U2,R) 可知，当电路中电阻越大时，多功能汤锅的功率越小；则分析电路图可知，当S1闭合S2断开时，R1、R2串联，为保温挡.
解：(2)当S1、S2均闭合时，电路为R2的简单电路，为加热挡；则R2的阻值
R2＝ eq \f(U2,P加热) ＝ eq \f(（220 V）2,1 100 W) ＝44 Ω
(3)分析图乙可知，当多功能汤锅处于保温挡时电路中的总电阻
R总＝ eq \f(U2,P保温) ＝ eq \f(（220 V）2,220 W) ＝220 Ω
由串联电路电阻规律可知R1的阻值R1＝R总－R2＝220 Ω－44 Ω＝176 Ω
分析图丙可知，当S、S1闭合时，电路为R1的简单电路，此时为低温挡；当S、S2闭合时，电路为R2的简单电路，为中温挡；当S、S1、S2均闭合时，R1、R2并联，为高温挡；高温挡的功率
P高温＝ eq \f(U2,R1) ＋ eq \f(U2,R2) ＝ eq \f(（220 V）2,176 Ω) ＋ eq \f(（220 V）2,44 Ω) ＝1 375 W
多功能汤锅以新高温挡工作10 min消耗的电能
W′＝P高温t′＝1 375 W×10×60 s＝8.25×105 J
(4)汤锅与导线串联，通过它们的电流相等，锅内发热电阻的阻值比导线阻值大很多，根据Q＝I2Rt可知，发热电阻产生的热量比导线产生的热量多得多，所以与其相连接的导线几乎不热.
实战演练
1.【思路分析】
(1)如答图所示
【解析】为了用电安全，控制用电器的开关应接在火线与用电器之间，所以电路连接如答图所示.
解：(2)由P＝UI可得，煎烤机正常工作时，电路中的最大电流I＝eq \f(P,U)＝eq \f(2 200 W,220 V)＝10 A
由P＝eq \f(W,t)得，煎烤机以最大额定功率工作时，1 min消耗的电能W＝Pt＝2 200 W×1×60 s＝1.32×105 J
(3)当开关S1、S2都闭合时，R1与R2并联，煎烤机以最大额定功率工作，由于R1＝R2得，P1＝P2
电热丝R1的额定功率P1＝eq \f(P,2)＝eq \f(2 200 W,2)＝1 100 W
由P＝UI、I＝eq \f(U,R)得
电热丝R1的阻值R1＝eq \f(U2,P1)＝eq \f(（220 V）2,1 100 W)＝44 Ω
2. (1)保温
【解析】加热电阻R1＜R2，由P＝UI＝ eq \f(U2,R) 可得，开关S接2时，只有R2接入电路，此时为保温挡；当开关S接1时，只有R1接入电路，此时为加热挡.
(2)加热挡的功率
P加热＝ eq \f(U2,R1) ＝ eq \f(（220 V）2,242 Ω) ＝200 W
(3)由P＝UI＝ eq \f(U2,R) 可得，R2的阻值
R2＝ eq \f(U2,P保温) ＝ eq \f(（220 V）2,44 W) ＝1 100 Ω
(4)由P＝ eq \f(W,t) 得，通电10 min消耗的电能
W′＝P加热t＝200 W×10×60 s＝1.2×105 J
(5)由图乙可知，消耗的电能W″＝ eq \f(n′,N) ＝ eq \f(9 r,3 000 r) kW·h＝0.003 kW·h
则电热饭盒的实际功率P实＝ eq \f(W″,t′) ＝ eq \f(0.003 kW·h,\f(1,60) h) ＝0.18 kW＝180 W
创新考法
3. (1)电流
解：(2)手对挡板做的功
W＝Fs＝10 N×0.1 m＝1 J
(3)由串联电路电压特点可知，当电压表示数为1.5 V时，R2两端的电压
U2＝U－U1＝6 V－1.5 V＝4.5 V
电路中的电流
I＝ eq \f(U2,R2) ＝ eq \f(4.5 V,30 Ω) ＝0.15 A
此时电阻R1接入电路中的阻值
R1＝ eq \f(U1,I) ＝ eq \f(1.5 V,0.15 A) ＝10 Ω
由图丙可知，此时R1接入电路中的长度为10 cm，则挡板向左移动了30 cm－10 cm＝20 cm
4. (1)等于
解：(2)平台所受压力
F＝G＝mg＝60 kg×10 N/kg＝600 N
F＝600 N时，变阻器接入电路的阻值为15 Ω
串联电路中总电阻等于各分电阻之和，则此时电路中的电流
I＝ eq \f(U,R0＋R′) ＝ eq \f(12 V,5 Ω＋15 Ω) ＝0.6 A
电压表的示数
UR′＝IR′＝0.6 A×15 Ω＝9 V
(3)在称量小红的体重时，电压表示数为8 V，根据串联电路中总电压等于各分电压之和可得，R0两端的电压
U0＝U－U′＝12 V－8 V＝4 V
串联电路中各处的电流相等，
则 eq \f(U′,R″) ＝ eq \f(U0,R0) ，即 eq \f(8 V,R″) ＝ eq \f(4 V,5 Ω)
解得：R″＝10 Ω
由图乙可知，对应的压力即小红的重力为400 N
由G＝mg可得，小红的质量
m′＝ eq \f(G′,g) ＝ eq \f(400 N,10 N/kg) ＝40 kg
挡位
加热挡
保温挡
功率P/W
1 100
220
求解
题干信息
所用公式
(2)煎烤机正常工作时，电路中的最大电流是多少？以最大额定功率工作时，1 min消耗多少电能？
煎烤机的最大额定功率为2 200 W，R1和R2两电热丝阻值相等
P＝UI
P＝eq \f(W,t)
(3)电热丝R1的阻值是多大？
I＝eq \f(U,R)