換擋功率的計(jì)算

1、換擋功率的計(jì)算楊學(xué)亮生活中的電高壓鍋、電飯鍋、家用飲水機(jī)等家用電器都是換擋功率的用電器，它們都是利用開(kāi)關(guān)改變用電器連入電路中的電阻，來(lái)改變用電器的電功率。 以這些家用電器為載體的換擋功率的計(jì)算，往往被作為壓軸題出現(xiàn)在中考試題中。例1(2013?資陽(yáng))家庭用的電熱飲水機(jī)，有加熱和保溫兩種工作狀態(tài)加熱前溫控開(kāi)關(guān)Si處于閉合狀態(tài)，閉合開(kāi)關(guān)S后飲水機(jī)開(kāi)始加熱，當(dāng)水箱內(nèi)水溫達(dá)到98C時(shí)溫控開(kāi)關(guān)Si自動(dòng)斷開(kāi)，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)；當(dāng)水溫降至一定溫度t時(shí)，Si又閉合重新加熱.飲水機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)與電路原理圖如下： 水箱容量 額定電壓 加熱功率2L220V440W求：(1)正常加熱時(shí)通過(guò)飲水機(jī)的電流；(2) 正常加

2、熱時(shí)電阻R2的阻值；(3) 若飲水機(jī)重新加熱一次的時(shí)間為保溫功率40W解：(1) P=UI,正常加熱時(shí)通過(guò)飲水機(jī)的電流:5min，加熱一次消耗的電能.u莎而=2A;(2) /P=tf 由銘牌表數(shù)據(jù)知加熱時(shí)R2的功率:RP=P加熱一P保溫,P加熱-P保溫=，則440W-40W=解得：R2=121Q;(3) / 卩卩= =世世,W=P加熱t(yī)=440W 300s=1.32X105jt點(diǎn)撥：該用電器是通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)改變連入電路的電阻,分析電路可知，當(dāng)開(kāi)關(guān)Si閉合時(shí),電路中R1和R2并聯(lián)，這時(shí)電路中的電阻最小，由P匸可知，電壓一定，電阻最小，功R率最大，電路處于加熱狀態(tài)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，只接R1,電阻變大，功率

3、變小，電路處于保溫狀態(tài)。由于是并聯(lián)電路，開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)，R1的功率都不變。由銘牌表數(shù)據(jù)知加熱時(shí)R2的功率為：P加熱-P保溫=，代入數(shù)值即可求解。本題考查功率的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形 的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是明白開(kāi)關(guān)斷開(kāi)與閉合時(shí)電路的連接情況.例2(2013?柳州)學(xué)習(xí)了電學(xué)知識(shí)之后，小亮研究家中具有保溫功能的電飯鍋，畫(huà)出(1)R1、R2中哪個(gè)是加熱電阻？要使電飯鍋加熱，開(kāi)關(guān)S閉合還是斷開(kāi)？(2)電飯鍋正常加熱時(shí)，電路的電流是多大？(3)電路中電阻R1、R2的阻值各是多大？保溫時(shí)，R1、R2產(chǎn)生的電熱之比是多少?電飯鍋的電路原理圖如圖所示，電飯鍋的銘牌上部分內(nèi)容如下表額定電壓220V加熱功率1100

4、W保溫功率44W最大容積3L解: (1)電源電壓是220V不變，根據(jù)電功率的導(dǎo)出式P=L知，開(kāi)關(guān)當(dāng)S處于閉合時(shí)，R1+R2，由于S閉合時(shí)比斷開(kāi)S閉合，并且R1是加熱電阻.電阻R2的阻值為R2=R串-Ri=1100Q-440=1056Q;R2就短路，只有R1工作，當(dāng)S斷開(kāi)，兩電阻串聯(lián)，總電阻為 時(shí)電路中總電阻小，故電功率大，煮飯時(shí)需要功率大，需要(2) /P=UI-加熱狀態(tài)下通過(guò)Ri的電流為I熱=1L00WU額額220V=5A;(3) /I=UR電阻Ri的阻值為Ri= 1220V=44Q/ P=保溫狀態(tài)下電路的總電阻為R串=u2(220 V)2卩溫44W n保溫時(shí)，Ri、R2產(chǎn)生的電熱之比為Qi

5、Ri44 on-11I2R2I1056024=1100Q點(diǎn)撥：出題解題的關(guān)鍵還是要明白開(kāi)關(guān)斷開(kāi)與閉合時(shí)電路的連接情況, 開(kāi)關(guān)閉合，接入一個(gè)電阻，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，又串聯(lián)一個(gè)電阻，使電阻變大，由 電壓一定，電阻變大，功率變小，處于保溫狀態(tài)。由于是純電阻電路，我們學(xué)的所有公式都 可使用，要靈活應(yīng)用基本公式和變形公式。例3(2013?永州)小蕓爸爸在商店選中一款速熱式電熱水器， 小蕓閱讀說(shuō)明書(shū)后知道該電熱水器的額定功率是4400W額定電壓是220V，工作電路圖如圖所示(圖中R是給水 加熱的電阻)，小蕓向爸爸指出該電熱水器夏天4400W的額定功率過(guò)大，浪費(fèi)電能，冬天4400W的額定功率過(guò)小，不能滿足人對(duì)熱水

6、的需要.兩人交流討論后根據(jù)自家的實(shí)際情況， 從節(jié)約、低碳、環(huán)保的角度，提出了以下選購(gòu)要求：該電熱水器額定電壓是220V;夏天額定功率是2200W，春、秋兩季額定功率是4400W，冬季額定功率是6600W.求:(1)如圖所示，該電熱水器正常工作15min，加熱電阻R消耗的電 能？(2)如圖所示，該電熱水器正常工作時(shí)，電路中電流強(qiáng)度是多大？(3)請(qǐng)你用兩個(gè)加熱電阻R1,R2和兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1,S2設(shè)計(jì)出符合小蕓以上 、兩個(gè)選購(gòu) 要求的電熱水器加熱工作電路圖(畫(huà)在答題卡的指定位置)，并計(jì)算出加熱電阻R1和R2的阻值各是多大？解：(1)正常工作15min加熱電阻R消耗的電能：W=Pt=4400W X156

7、0s=3.96 106J;(2)由P=UI可得，電熱水器正常工作時(shí)電路的電流強(qiáng)度：l=20A;220V(3)由題意可知，兩加熱電阻并聯(lián)，分別用一個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路，如下圖所示: 夏季：只閉合開(kāi)關(guān)S1時(shí)，電路為R1的簡(jiǎn)單電路，總功率P仁2200W,u可得：R仁衛(wèi)=得(220V)2R 22?0W n由P=22 Q,和上題不同的P可知,R2(1)0.14(2)120;60(3)當(dāng)開(kāi)關(guān)位于“3”檔時(shí)，R1與R2串聯(lián)，電熱毯功率為30W。 Q=W=Pt=30WX30X60s=5.4X104JQ1W1P1t12000W10 60s 1.2 106J(3)rW2P2-0.55kW h2.2kWt2115h60因

8、為2kWP23kW所以選擇的是“加熱模式3”因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)電熱絲所作的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以電阻R1產(chǎn)生的熱量春、秋兩季：只閉合開(kāi)關(guān)S2時(shí)，電路為R2的簡(jiǎn)單電路，總功率P2=4400W,（22CV）2 *4400W則R2=U2=11 Q,冬季： 同時(shí)閉合開(kāi)關(guān)S1和S2，總功率P總=P1+P2=2200W+4400W=6600W.點(diǎn)撥： 此題的難點(diǎn)是設(shè)計(jì)電路， 還是要通過(guò)開(kāi)關(guān)的閉合斷開(kāi)來(lái)改變電路的連接， 來(lái)改變 電阻。 兩個(gè)電阻， 要設(shè)計(jì)三檔， 設(shè)計(jì)并聯(lián)電路要簡(jiǎn)單些。 通過(guò)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)電路中直接只接R2、同時(shí)接R2和R1并聯(lián)。跟蹤練習(xí)：1（2013陜西）圖示為某種家用電熱水器工作電路的簡(jiǎn)化圖.表中為

9、其三種加熱模式 的相關(guān)參數(shù).（1）該電熱水器的插頭應(yīng)接入 _孔插座.（2）若該電熱水器按“加熱模式T連續(xù)正常工作10min，通過(guò)發(fā)熱電 阻的電流是多少？產(chǎn)生的熱量是 多少？ （計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）（3）若該電熱水器連續(xù)正常工作15min，消耗電能0.55 kW h.通過(guò)計(jì)算說(shuō)明該電熱水器采用了哪種加熱模式.2（2013武漢）下圖是一種調(diào)溫型電熱毯的電路示意圖，R1和R2是兩根相同的電熱絲。圖中虛線框內(nèi)是“三刀四檔”滑動(dòng)式調(diào)溫開(kāi)關(guān)，“三刀”（即AB、CD EF三個(gè)滑片）只能同時(shí)并排向左或向右滑 動(dòng)，使開(kāi)關(guān)處于“1”、“2”、“3”、“4”檔中的某一 檔位上。當(dāng)開(kāi)關(guān)處于“4”檔時(shí)，電熱毯不發(fā)熱；當(dāng)R1、開(kāi)關(guān)處于其他三檔中的某一檔位時(shí)，電熱毯的最小發(fā)熱功率為（1）電熱毯以最小發(fā)熱功率工作時(shí)，流過(guò)電路中的電流為 數(shù)）（2）（3）開(kāi)關(guān)