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专题15电热器及其挡位问题
知识一提出问题
(1)现有两只电阻R1,R2(R1R1),一个电压为U的电源,你可以组装几种出连接方式不同的电路?
(2)这些连接方式中电路总电阻分别是多少?关系如何?
(3)这些连接方式中电路总功率分别是多少?关系如何?
结论:由P=U2/R可知:当U一定时,发热功率P与电阻R成反比,即电阻越大发热功率越小,电阻越小发热功率越大。
知识点二电热器多档问题
(1)串联电路的多档问题
①短路式:两个电阻串联,把开关与其中一个电阻并联,如下图所示。当闭合开关时,有一个电阻短路,只有一个电阻工作,此时为高温档:当断开开关时,两电阻串联,电阻大一些,电热器的功率小一些,此时为低温档。
②单刀双掷式:主要工作电阻放在干路上,一条支路用导线,一条支路连接附加电阻。当开关掷向附加电阻的支路时,两电阻串联,为低温档:当开关向导线支路时,只有主要工作电阻工作,此时为高温档。
③公式计算:闭合S时,R短路,为高温档:P=U2/Ro闭合S断开时,R、Ro串联,为低温档:
Ro是发热电阻R是分压电阻时,P低=[U/(R+Ro)]2/Ro
R、Ro都是发热电阻时,P高=U2/(R1+R2)
(2)并联电路的多档问题
公式计算:
闭合S1接bS2断开时,低温档:P=U2/(R1+R2)
只闭合S?时,中温档:P=U2/R1
闭合S1接a、S?时,高温档:P=U2/R1+U2/R2
(2023?营口)某款带保温功能的电水壶,其简化电路图如图所示。S为总开关,S1为自动控制开关,R1和R2为阻值不变的发热电阻,R2=840Ω,加热功率为1210W。电水壶将质量1kg、初温20℃的水烧开,加热效率为84%。[c水=4.2×103J/(kg?℃),标准大气压]。求:
(1)水吸收的热量;
(2)把水烧开需要多长时间(结果保留整数);
(3)电水壶的保温功率。
(2023?随州)如图1是陈老师办公室电热水壶的照片,如图2是其内部电路的简化图。电路主要由并联的两个支路组成:一支路是由指示灯(2V0.1W)和“限流电阻”串联而成;另一支路接有发热盘(发热电阻)。已知电源电压为220V,水的比热容为4.2×103J?(kg?℃)﹣1。
(1)判断“限流电阻”是“大电阻”还是“小电阻”(小于10Ω为“小电阻”,大于100Ω为“大电阻”)。直接写出你判断的结论无需证明无需说明理由。。
(2)用该电热水壶给壶内1kg、20℃的水加热,已知加热功率为1000W,加热时80%的热量被壶内的水吸收,求多长时间可以将水烧开(100℃)?
(2023?山西)如图是某多功能电饭锅,具有加热和保温两挡功能(S1为总开关,S2为温控开关),其内部有两个加热电阻丝R1和R2(R1的电阻是198Ω,R2的电阻是44Ω)。某次将2kg初温为20℃的米和水加热到100℃,然后自动转入保温状态。下表是电饭锅铭牌上的部分参数,求解下列问题。[米和水混合物的比热容为4.0×103J/(kg?℃)]
容量/kg
3.0
额定电压/V
220
加热功率/W
1100
保温功率/W
200
(1)加热过程中,米和水吸收的热量。
(2)正常加热时,通过电路的电流。
(3)请你在虚线框内画出电饭锅的电路图,并结合所画的电路图说明开关是何种状态时电饭锅处于加热状态。
(2023?安徽)为估测一个电热水壶烧水时的电功率,小林在壶中装入质量为1kg的水,接入家庭电路中,通电加热210s,水温从20℃上升到70℃。已知水的比热容为4.2×103J/(kg?℃)。
(1)求该过程中水吸收的热量;
(2)若电流产生的热量全部被水吸收,请通过计算估测该热水壶的电功率;
(3)用上述方案估测出的电功率与实际功率相比,偏大还是偏小?简要说明原因。
(2023?无锡)图甲是某型号电开水器结构简图,图乙是它的电路原理图,控制进水口的浮球阀由不锈钢浮球、绕O点转动的金属杆ABC、连杆CD、活塞组成。使用时,将插头插入家庭电路的插座中,电压为220V。冷水自进水口进入冷水箱,再经连通管进入煮水箱,当冷水箱水位达到设定高度,浮球浮起,AB水平,连杆CD水平向右推动活塞堵住进水口,停止进水,同时开关S2闭合,开关S1与触点2接通,煮水箱中的电热管R1工作,额定煮水功率为3300W,水沸腾后经出水管溢入贮水箱,冷水再补充入煮水箱,冷水箱中水位下降,进水口打开进水,同时S2断开,重复上述过程,至贮水箱中注满水后,开关S1与触点1接通,贮水箱中的电热管R2工作,进行保温,额定保温功率为660W。保温时,S3同时接通,当电磁铁线圈中的电流达到0.02A,衔铁P被吸起(开关断开);当电磁铁线圈中电流减小到0.01A,衔铁P被释放(开关重新接通),使贮水箱内热水温度维持在90℃~95℃
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