初中物理讲义：电学中多档位问题的解题方法

初中物理讲义：电学中多档位问题的解题方法

电学中多档位问题的解题方法【学习目标】1.掌握电学的基本规律，熟记计算公式。2.理解多档位问题的分析方法。【知识点剖析】物理知识源于生活，又服务于生活。在学习焦耳定律之后，我们会遇到运用焦耳定律解决电热毯、电热水器、电饭锅、电暖气等发热体的档位问题，也会遇到电吹风、豆浆机等既发热又做功的用电器的档位问题。多档位的实质是利用多开关控制接入电路中电阻的大小，从而改变用电器电功率来实现对档位的控制。家庭电路中电源电压U=220V，根据P=U^2/R，总电阻越大，实际功率越小，档位越低；总电阻越小，实际功率越大，档位越高。高温档：在相同时间内放出的热量最多，热功率最大，电阻R高最小。中温档：在相同时间内放出的热量低于高温档，热功率低于高温档，电阻R中高于高温档。低温档：在相同时间内放出的热量最少，热功率最小，电阻R低最大。利用开关控制局部短路的方式改变接入电路的电阻阻值大小，从而实现不同档位的切换。注意：并联电路中求解总功率时，可以采用两种方法：方法一：求出总电阻，然后再求解总功率（此方法计算量大，不推荐）。方法二：根据公式P=U^2/(R1+R2)求解较为方便。【考点分析】第一类考查：纯电阻电路中，对多档位的识别，对应档位的电流大小、放出热量、热功率、电阻阻值等的计算。的时候，电路为R1串联R2，电饭煲的功率较小。根据图丙可知，在5～10min内，电饭煲的功率约为800W；（2）根据图丙可知，在15～30min内，电饭煲消耗的总电能为（1200+800）W×15min/60min=500J，根据热学知识可知，电饭煲产生的总热量等于消耗的电能，即500J；（3）根据电路图和功率公式P=U^2/R，可得R1=220^2/1200=40.33Ω，R2=220^2/800=60.5Ω。答：（1）5～10min内，电饭煲的功率约为800W；（2）15～30min内，电饭煲产生的总热量为500J；（3）电热丝R1的阻值为40.33Ω，R2的阻值为60.5Ω。（1）电饭煲在30分钟内产生的总热量为9.9×105J，其中功率为440W的时间为15分钟，功率为660W的时间为15分钟。（2）当S和S1闭合时，R1和R2并联，电路中的总电流为3A。（3）当电饭煲实际电压为198V时，电路的总电阻为R，实际功率为534.6W。解答：（1）电饭煲在30分钟内产生的总热量为9.9×105J，其中功率为440W的时间为15分钟，功率为660W的时间为15分钟。（2）当S和S1闭合时，R1和R2并联，电路中的总电流为3A。（3）当电饭煲实际电压为198V时，电路的总电阻为R，实际功率为534.6W。例3.小华家买了一个家用电吹风，其电路如图所示，电吹风在额定电压下工作。已知电动机的电阻为1Ω，电热丝的电阻为44Ω，主要技术参数如下表。请回答以下问题：（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多少？（2）电热丝工作时的电功率是多少？（3）电吹风吹冷风5分钟产生的热量是多少？机械效率为多少？解答：（1）当电吹风吹冷风时，只有电动机工作，其功率为110W。由P=UI可得，通过电动机的电流为0.5A。（2）当电吹风吹热风时，电动机和电热丝同时工作，电动机与电热丝并联，总功率为1210W，电热丝的电功率为P2=P-P1=1210W-110W=1100W。由P=RI^2可得，电热丝的电阻值为44Ω。（3）电吹风吹冷风5分钟产生的热量（电流通过电动机产生的热量）为Q1=I1^2R1t=（0.5A）^2×1Ω×300s=75J。机械效率需要额外的数据才能计算，无法回答。某应急灯的铭牌显示，它有两个并联的灯泡，当外部电路停电时，应急灯会亮起。此时，电池电压为6V，额定功率为2×103W。现在有以下两个问题：（1）两个灯泡的总电流是多少A？2分钟内消耗的电能是多少？根据功率公式P=UI，可以求出两个灯泡的总电流为1A。根据能量公式W=Pt，可以求出2分钟内消耗的电能为720J。（2）如果2分钟内消耗的电能全部转化为内能，能否使20℃、1kg的水温度上升到