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多挡电热器的分析与计算多挡电热器是电流热效应的重要应用之一,它主要通过开关改变电路连接,变换电热器的发热状态,下面结合考题分析
一、电热丝串联对于电热丝串联的多挡电热器,只有一个电热丝工作时电热器处于高温状态,电热丝串联都工作时电热器处于低温状态例1严寒冬季,我国北方哨兵脚上穿有电热靴一只靴内加热电路如图1所示,电源电压恒定,S2为三挡旋钮开关(金属片M可分别拨至a、b、c处),电阻丝R
1、R2规格相同且阻值不变,b为电阻丝R1的中点这只电热靴的低温挡为6W,则其中温挡和高温挡分别为()A.8W,12WB.8W,24WC.12W,18WD.12W,24W解析电源电压恒定,根据公式可知,电热靴的低、中、高温挡由电阻决定电阻丝R
1、R2规格相同且阻值不变,设电阻丝R
1、R2的阻值为R金属片M拨至a处,电阻丝R
1、R2串联,电热靴为低温挡即金属片M拨至b处,电阻丝R
1、R2串联,电热靴为中温挡金属片M拨至c处,只有电阻丝R2工作,电热靴为高温挡答案A
二、电热丝并联对于电热丝并联的多挡电热器,开关都闭合时两个电热丝并联都工作电热器处于高温挡,单独一个电热丝工作时电路处于中温或低温挡例2某三挡电炖锅的工作电路可简化为如图2所示的电路图,其两段电热丝的阻值分别为R1和R2,且R1R2,说明书的部分参数如下表
(1)在低温挡工作时,电路中的电流多大(结果保留一位小数)
(2)请直接判断当开关S1断开、S2闭合时,电炖锅处于哪个挡位,并求出R2的阻值
(3)小颖对该电炖锅说明书中所标的功率值产生怀疑,她用所学知识和爸爸进行了如下实验关掉家里的其他用电器,只让电炖锅在高温挡单独工作,她观察到家中的电能表标着“1800revs/kW•h”,且在lmin内电能表的转盘转了15转请帮助她计算出电炖锅在高温挡工作时的实际功率,如与额定功率有差异,试写出一种可能原因解析1由于R1>R2,只闭合S1时,电阻R1工作,根据公式可知,电炖锅为低温挡电路中的电流2开关S1断开、S2闭合时,电阻R2工作,因R2<R1,所以电炖锅为中温挡由表知电阻3开关S
1、S2都闭合时,电阻R
1、R2并联进入电路,电炖锅为高温挡消耗的电能实际功率答案
10.9A2中温121Ω3500W差异的原因可能有实际电压偏低,电热丝的阻值不符合设计要求,电能表的测量存在误差等
三、串、并联转换对于串、并联转换电路,电热丝并联时电热器处于高温挡,一个电热丝单独工作时处于中温挡,电热丝串联工作时处于低温挡例3如图3所示是一种家用电烤箱内部结构电路简图,它有高、中、低三个挡位,已知R1=120Ω,R2=240Ω,求
(1)闭合S
1、S3,断开S2时,电烤箱处于什么挡位?电路中的电流是多大?
(2)闭合S3,断开S
1、S2时,通电一分钟电路中电流产生的热量是多大?
(3)当电烤箱处于低温挡时,它消耗的电功率是多大?(结果保留一位小数)解析1闭合S
1、S3,断开S2时,R1与R2并联,电路中总电阻最小,根据公式可知,电功率最大即为高温挡状态电路中的电流2闭合S3,断开S
1、S2时,电阻R1工作,电路为中温挡通电一分钟电流产生的热量3闭合S2,断开S
1、S3时,R1与R2串联,此时电烤箱处于低温挡电功率是答案1高温
2.75A
22.42×104J
3134.4WR1R2S1S2abcM图1图2220VR1R2S1S2S3图3。