7多檔位開關(guān)控制計(jì)算（原卷版）

多檔位開關(guān)控制類型是要求學(xué)生掌握最多的知識點(diǎn)，尤其是復(fù)雜動態(tài)電路中，首先學(xué)生要對電路圖進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)之分，然后對應(yīng)出檔位；其次就是定好串聯(lián)和并聯(lián)之后如何在電源電壓不變的情況下找出最大電功率或者最小電功率從而找出檔位；最后就是串聯(lián)、并聯(lián)電路特點(diǎn)一定要熟記于心更好的面對混合電路時(shí)準(zhǔn)確找出應(yīng)對應(yīng)最大或者最小電功率。在學(xué)習(xí)焦耳定律以后，會遇到運(yùn)用焦耳定律解決電熱毯、電熱水器、電飯鍋、電暖氣等發(fā)熱體的檔位問題，也會遇到電吹風(fēng)、豆?jié){機(jī)等既發(fā)熱又做功的用電器的檔位問題。多檔位的實(shí)質(zhì)是在電壓不變時(shí)，利用多開關(guān)控制接入電路中電阻的大小，從而改變用電器電功率來實(shí)現(xiàn)對檔位的控制。常見的檔位：高溫檔、中溫檔、低溫檔；加熱檔、保溫檔。家庭電路中電源電壓U＝220V，根據(jù)知R總越大，P實(shí)越小，檔位越低；R總越小，P實(shí)越大，檔位越高。高溫檔：在相同時(shí)間內(nèi)放出的熱量最多，熱功率最大，電阻最??；中溫檔：在相同時(shí)間內(nèi)放出的熱量低于高溫檔，熱功率低于高溫檔，電阻高于高溫檔；低溫檔：在相同時(shí)間內(nèi)放出的熱量最少，熱功率最小，電阻最大。電路圖如下：電路圖（短路式）（并聯(lián)式）（單刀雙擲開關(guān)）低溫檔閉合S，兩電阻串聯(lián)，閉合S，只有R2接入電路，S1斷開，S2接b，R1、R2串聯(lián)，中溫檔只閉合S1，斷開S2，只有R1接入電路，高溫檔閉合S、S0，只有R1接入電路，S、S0均閉合，R1、R2并聯(lián)，S1閉合，S2接a，R1、R2并聯(lián)，原理利用開關(guān)控制局部短路的方式改變接入電路的電阻阻值大小，從而實(shí)現(xiàn)不同檔位的切換。利用串并聯(lián)電路電阻關(guān)系改變接入電路的電阻阻值大小，從而實(shí)現(xiàn)不同檔位的切換。利用單刀雙擲開關(guān)控制電路的通斷，改變接入電路的電阻大小，從而實(shí)現(xiàn)不同檔位的切換。并聯(lián)電路中求解總功率時(shí)，可以采用兩種方法：方法一：求出總電阻，然后再求解總功率（此方法計(jì)算量大，不推薦）；方法二：根據(jù)公式求解較為方便。技巧點(diǎn)撥1.電阻的求解由單獨(dú)接入一個(gè)電阻的檔位對應(yīng)的功率進(jìn)行求解；2.串并聯(lián)電路中，，。1、如圖是多擋位電熱器的工作電路圖，電熱器內(nèi)只有兩個(gè)阻值分別為R1＝50Ω和R2＝100Ω的電熱絲；旋鈕開關(guān)內(nèi)有一塊絕緣圓盤，在圓盤的邊緣依次有“0、1、2……9”共10個(gè)金屬觸點(diǎn)；可以繞中心軸轉(zhuǎn)動的旋鈕開關(guān)兩端各有一個(gè)金屬滑片，轉(zhuǎn)動旋鈕開關(guān)可以將相鄰的觸點(diǎn)連接。如旋鈕上的箭頭指向圖中位置D時(shí)，金屬滑片將2、3觸點(diǎn)接通，同時(shí)另一端將7、8觸點(diǎn)接通。電源電壓為220V。用這個(gè)旋鈕開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)電熱器有多擋位加熱功率的要求。請回答：（1）該電熱器可有幾個(gè)不同加熱擋位？（2）將此電熱器接入家庭電路中，電熱器在正常工作時(shí)每個(gè)擋位的功率各是多大？分別指出旋鈕開關(guān)接在哪個(gè)擋位。2、如圖為某品牌多功能電飯煲的簡化電路原理圖，電飯煲的額定電壓是220V，R2＝88，R3＝176，旋轉(zhuǎn)開關(guān)置于O和a時(shí)為關(guān)閉狀態(tài)，分別置于a和b、b和c、c和d，能實(shí)現(xiàn)低、中、高三個(gè)加熱檔位的轉(zhuǎn)換。低溫檔與高溫檔電流表的示數(shù)比為1∶6，不計(jì)溫度對電阻的影響。（1）開關(guān)置于（選填A(yù)．a(chǎn)bB．bcC．cd）時(shí)，電飯煲處于中溫檔；（2）電飯煲處于中溫檔時(shí)，在額定電壓下持續(xù)工作12min消耗的電能是；（3）電阻R1＝。3、康康家里有一臺電火鍋，部分技術(shù)參數(shù)如下表，圖甲是其內(nèi)部電路的工作原理簡圖，R1、R2均為阻值不變的加熱電阻，通過開關(guān)S、S1、S額定電壓220V高溫?fù)?100W低溫?fù)?80W保溫?fù)酢痢痢罻（1）電火鍋正常工作時(shí)，鍋內(nèi)水溫隨時(shí)間變化的圖象如圖所示。若用高溫?fù)醢奄|(zhì)量為4kg、初溫為50℃的水加熱到60℃，求此過程中水吸收的熱量和電火鍋的熱效率；（2）若改用低溫?fù)踅o（1）問中的水加熱，請比較使用高溫?fù)踹€是低溫?fù)醺?jié)能；（3）求電火鍋正常工作時(shí)保溫?fù)醯碾姽β省?、小超研究了家里的智能電熱馬桶蓋（如圖甲），設(shè)計(jì)出如圖乙所示的便座加熱電路，R1和R2是兩個(gè)定值電阻（表示兩個(gè)電熱絲），單刀雙擲開關(guān)S2可接a或b，該電路通過開關(guān)S1和S2的不同接法組合，實(shí)現(xiàn)“高溫?fù)?、中溫?fù)?、低溫?fù)酢比N加熱功能（見下表）。求：S1斷開斷開閉合閉合S2接b接a接a接b功率P0=0P1=24.2WP2=48.4WP3（1）R1的阻值是多少？（2）表中的P3是多少？（3）不使用其他用電器，只讓便座加熱電路以高溫?fù)豕ぷ?min，標(biāo)有“3000imp/kW?h”的電能表指示燈閃爍了20次，電路兩端實(shí)際電壓是多少？5、小洲家買了一個(gè)三擋位的電烤爐，電烤爐加熱板部分的簡化電路如圖甲所示，R1、R2是定值電阻，可通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)實(shí)現(xiàn)高、中、低擋位切換。電烤爐的相關(guān)參數(shù)如表格所示，求：額定電壓220V高溫檔功率中溫檔功率484W低溫檔功率242W（1）R1的阻值；（2）電烤爐高溫?fù)醯墓β剩唬?）若在用電高峰期，家庭電路的實(shí)際電壓為200V，電烤爐在高溫?fù)豕ぷ?0min能使圖乙中的電能表表盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。6、為了應(yīng)對家中天然氣停氣而不能及時(shí)燒熱水，媽媽從商場買了一個(gè)電熱水壺，其部分銘牌信息如圖甲所示，圖乙為電熱水壺的工作電路R1、R2均為電熱絲，當(dāng)開關(guān)S接a、b觸點(diǎn)時(shí)，電熱水壺的擋位不同。求：(1)求額定保溫時(shí)的電流；(2)R1和R2的阻值；(3)在用電高峰期，關(guān)閉家中其他用電器，只讓電熱水壺通電，使其處于加熱狀態(tài)3min，電能表（如圖丙所示）的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了120r，則電熱水壺加熱的實(shí)際電壓為多少？7、如圖甲所示為某電熱水器的原理圖，通過電磁繼電器自動控制電熱水器實(shí)現(xiàn)加熱狀態(tài)和保溫狀態(tài)的擋位變換，R1、R2為電熱絲，其中加熱功率為110W，保溫功率為40W。紅燈、綠燈是電熱水器工作時(shí)的指示燈，忽略指示燈對電路的影響。求：型號LWLZ20﹣19電源AD220V、50Hz加熱功率1000W保溫功率40W水容量1.0L（1）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時(shí)，燈亮；（“紅”或“綠”）（2）該熱水器加熱擋工作5min電熱絲產(chǎn)生的熱量；（3）電熱絲R2的阻值；（4）控制電路電源電壓恒為6V，R3為滑動變阻器，規(guī)格為“250Ω2A”，R0為熱敏電阻（置于電熱水器內(nèi)），其阻值隨溫度的變化如圖乙所示，工作時(shí)，當(dāng)電磁鐵線圈中的電流I≥10mA時(shí)，電磁鐵的銜鐵才能被吸下來；小明通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片來改變電熱水器的最高溫度，結(jié)果無論怎樣調(diào)節(jié)都無法使最高溫度達(dá)到40℃，請你通過計(jì)算說明，應(yīng)該如何改進(jìn)原來的控制電路才能實(shí)現(xiàn)最高溫度達(dá)到40℃。（要求不能改變原電路中各元件的規(guī)格）8、如圖甲為新型電飯鍋，它能智能化地控制食物在不同時(shí)間段的溫度，以得到最佳的營養(yǎng)和口感。小明了解到電飯鍋的簡化電路如圖乙所示，R1和R2均為電熱絲，S1和S2為溫控開關(guān)，其中S2有A、B兩個(gè)觸點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)“高溫”“中溫”和“低溫”三擋的轉(zhuǎn)換。當(dāng)S1閉合，S2連接觸點(diǎn)A時(shí)，處于高溫?fù)酰邷毓β?100W。已知R1=55Ω，問：(1)處于高溫?fù)鯐r(shí)電飯鍋正常工作時(shí)電路中的總電流是多大？(2)求電阻R2的阻值。(3)當(dāng)S1斷開，S2連接觸點(diǎn)B時(shí)，處于低溫?fù)酰蟠藭r(shí)電路的總功率。(4)如圖丙是在一次煮飯過程中電飯鍋功率與時(shí)間的關(guān)系圖像，求本次煮飯過程中電飯鍋消耗的電能。9、如圖甲所示為小明家的電飯鍋，銘牌上附有中國能效標(biāo)識，從銘牌上可知該電飯鍋能效等級為三級，額定電壓為220V，加熱功率為1210W。電飯鍋的簡化電路圖如圖乙所示，有加熱和保溫兩擋，由開關(guān)S調(diào)節(jié)，其中R1和R2均為發(fā)熱電阻，且阻值不隨著溫度的變化而改變。求：（1）小明想利用如圖丙所示的電能表測量電飯鍋的保溫功率，他關(guān)閉家里的其它用電器，讓電飯鍋處于“保溫”狀態(tài)下正常工作，觀察到電能表轉(zhuǎn)盤在5min內(nèi)轉(zhuǎn)了22圈。則該電飯鍋的保溫功率為多少？（2）電阻R1、R2的阻值分別為多少？（3）小明上網(wǎng)查詢了解，國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定電飯鍋在該加熱功率下正常工作時(shí)，三級能效的熱效率值（電熱轉(zhuǎn)化效率）范圍為81%≤η<86%。他用學(xué)過的知識對電飯鍋進(jìn)行測試：在加熱狀態(tài)下，將溫度為23℃、質(zhì)量為2.2kg的水加熱到100℃，電飯鍋正常工作用時(shí)700s。已知c水=4.2×103J/(kg℃)，請你通過計(jì)算幫助小明判斷該電飯鍋的熱效率值是否達(dá)到三級能效。10、某班級教室里有一款飲水機(jī)，其工作電路可簡化為如圖甲所示的電路。S是溫度控制開關(guān)，根據(jù)飲水機(jī)內(nèi)水杯中水溫的變化自動切換加熱和保溫兩種工作狀態(tài)，R1、R2是加熱管的電阻（不考慮阻值受溫度變化影響），它的部分技術(shù)參數(shù)如表所示、試回答下列問題：（1）S閉合時(shí)，飲水機(jī)處于工作狀態(tài)。R2的阻值是Ω。（2）水杯中裝滿20℃水時(shí)，飲水機(jī)正常工作，加熱多長時(shí)間可將水燒開？[水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），當(dāng)時(shí)氣壓設(shè)定為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，不考慮熱損失]（3）最近一次使用時(shí)，加熱管