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专题训练七　多挡位电路问题
并联型多挡位电路
1.(2024达州中考)如图所示是某品牌电热毯内部电路简化图,该电热毯具有高低两挡加热功能,下列说法正确的是 (　　)
A.只闭合开关S1时,电路处于高温挡 B.只闭合开关S2时,电路处于低温挡
C.同时闭合开关S1、S2时,电路处于高温挡 D.同时闭合开关S1、S2时,电路处于低温挡
2.(2024西藏中考)如图乙所示为扎西家两挡位电热水壶(如图甲所示)的简化电路原理图,S1为温控开关,当水沸腾时会自动断开。R1和R2为加热定值电阻,R1=44 Ω,保温挡的功率为110 W。求:
(1)加热时R1的电功率。
(2)在加热挡工作时电路的总电流。
(3)某次烧水,电热水壶将水加热至沸腾耗时5 min,自动跳转至保温挡工作5 min,在这10 min内电热水壶消耗的电能。
3.(2024青海中考)月球上盖房子,真的遥不可及吗 我国某高校科研团队提出设想:利用月球土壤烧制出月壤砖,为人类在月球上建起科研基地做准备。如图甲所示,是“飞天”兴趣小组为月球科研基地工作人员设计的一款节能水暖电热毯,主要特点是A、B两区既可以单独使用,也可以同时使用,从而达到节能高效的目的。简化电路如图乙所示,电源电压U=220 V,RA、RB均为电热丝,RA=RB=440 Ω。已知水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)。
(1)单独使用A区时,若将电热毯中质量为0.5 kg的水从20 ℃加热到50 ℃,用时600 s,求:
①水吸收的热量Q吸。
②消耗的电能W。
③正常工作时的加热效率η(结果保留一位小数)。
(2)如果同时使用A区和B区,电路中的总功率P。
串联型多挡位电路
4.(2024齐齐哈尔中考)如图甲所示是一款利用高温水蒸气熨烫衣服的家用便携式挂烫机,它的正常工作电压为220 V。有高温、低温两个加热挡位,其内部简化电路如图乙所示,当双触点开关S接触1和2时为关机状态。R1、R2是两个阻值不变的电热丝,R1=R2=48.4 Ω。
(1)求挂烫机使用低温挡位正常工作时的电功率。
(2)若某次使用时,用高温挡位正常工作,将0.2 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,求水吸收的热量。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)若(2)中用高温挡位正常工作,加热过程共用时80 s,求此次加热过程中该挂烫机的加热效率。
混合型多挡位电路
5.小明家买了一个既可以烤肉、又可以吃火锅的多挡位电火锅,其内部电路原理如图所示,部分参数如表所示,R1、R2、R3均为发热电阻,R3的阻值为44 Ω。旋转开关S,让其与触点1和2、2和3或3和4接触时,可实现不同挡位的转换。
物理量 参数
额定电压 220 V
中温挡功率 1 100 W
低温挡功率 440 W
(1)使用中温挡时旋转开关应该旋转到与　　　　　触点接触的位置,简单说明理由: 　 　 　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)电加热器电路中R1、R2的阻值各为　　　　、　　　　。
(3)在高温挡模式下,向锅内装2 kg温度为20 ℃的水,高温挡连续正常工作210 s,水温升高到70 ℃,求这时电火锅的加热效率η。[电热丝的电阻不随温度变化,c水=4.2×103 J/(kg·℃),水吸收的热量跟电火锅消耗的电能的比值叫作加热效率]
【详解答案】
1.C　解析:只闭合开关S1时,只有R1接入电路,由P=,此时电热毯电功率较小,为低温挡,故A错误;只闭合开关S2时,电路断路,故B错误;由电路图可知,当开关S1、S2闭合时,R1和R2并联,因为电阻越并越小,所以此时电路电阻最小,而电源电压一定,由P=可知,此时电热毯电功率最大,为高温挡,故C正确,D错误。故选C。
2.解:(1)加热时,R1和R2并联,R1的电功率为
===1 100 W。
(2)根据P=可知,当只闭合开关S时,为保温挡,电阻R2的阻值为
R2===440 Ω,
在加热挡工作时电路的总电流为
I并=+=+=5.5 A。
(3)加热5 min电热水壶消耗的电能为
W加热=UI并t=220 V×5.5 A×5×60 s=3.63×105 J,
保温5 min电热水壶消耗的电能为
W保温=P保t=110 W×5×60 s=3.3×104 J,
在这10 min内电热水壶消耗的电能为
W=W加热+W保温=3.63×105 J+3.3×104 J=3.96×105 J。
3.解:(1)①水吸收的热量为
Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×(50 ℃-20 ℃)=6.3×104 J;
②当闭合S和S1时,A区单独工作,RA单独工作的功率为
PA===110 W,
则消耗的电能为
WA=PAt=110 W×600 s=6.6×104 J;
③正常工作时的加热效率为
η=×100%=×100%≈95.5%。
(2)当S、S1、S2都闭合时,A、B两区同时工作,RA、RB并联,并联电路各支路电压相等,RA=RB,根据P=可知RA、RB功率相等,则如果同时使用A区和B区,电路中的总功率为P=2PA=2×110 W=220 W。
4.解:(1)当开关接触2和3时,R1与R2串联接入电路,使用低温挡位工作,R1与R2串联的总电阻为R总=R1+R2=
48.4 Ω+48.4 Ω=96.8 Ω,
使用低温挡位正常工作时的电功率
P低===500 W。
(2)水吸收的热量是Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×(100 ℃-20 ℃)=6.72×104 J。
(3)当开关接触3和4时,只有R2工作,用高温挡位加热,挂烫机高温挡位的电功率P高===1 000 W,
挂烫机用高温挡位加热消耗的电能
W=P高t=1 000 W×80 s=8×104 J,
该挂烫机的加热效率
η=×100%=×100%=84%。
5.解:(1)2和3　当开关S与触点2和3接触时,电路中只有R2,由P=可知为中温挡　
(2)66 Ω　44 Ω
(3)旋转开关S,让其与触点3和4接触时,R2与R3并联,为高温挡,
P高=+=+=2 200 W,
锅内装2 kg温度为20 ℃的水,水温升高到70 ℃,吸收的热量
Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(70 ℃-20 ℃)=4.2×105 J,
高温挡连续正常工作210 s,消耗的电能
W=P高t=2 200 W×210 s=4.62×105 J,电火锅的加热效率
η=×100%=×100%≈90.9%。

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