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多擋電熱器的分析與計算 多擋電熱器是電流熱效應(yīng)的重要應(yīng)用之一，它主要通過開關(guān)改變電路連接，變換電熱器的發(fā)熱狀態(tài)，下面結(jié)合考題分析。 一、電熱絲串聯(lián) 對于電熱絲串聯(lián)的多擋電熱器，只有一個電熱絲工作時電熱器處于高溫狀態(tài)，電熱絲串聯(lián)都工作時電熱器處于低溫狀態(tài)。 R1 R2 S1 S2 a b c M 圖 1 例1 嚴寒冬季，我國北方哨兵腳上穿有電熱靴。一只靴內(nèi)加熱電路如圖1所示，電源電壓恒定，S2為三擋旋鈕開關(guān)（金屬片M可分別撥至a、b、c處），電阻絲R1、R2規(guī)格相同且阻值不變，b為電阻絲R1的中點。這只電熱靴的低溫擋為6W，則其中溫擋和高溫擋分別為（ ） A.8W，12W B.8W，24W C.12W，18W D.12W，24W 解析 電源電壓恒定，根據(jù)公式可知，電熱靴的低、中、高溫擋由電阻決定 電阻絲R1、R2規(guī)格相同且阻值不變，設(shè)電阻絲R1、R2的阻值為R 金屬片M撥至a處，電阻絲R1、R2串聯(lián)，電熱靴為低溫擋 即 金屬片M撥至b處，電阻絲R1、R2串聯(lián)，電熱靴為中溫擋 金屬片M撥至c處，只有電阻絲R2工作，電熱靴為高溫擋 答案 A 二、電熱絲并聯(lián) 對于電熱絲并聯(lián)的多擋電熱器，開關(guān)都閉合時兩個電熱絲并聯(lián)都工作電熱器處于高溫擋，單獨一個電熱絲工作時電路處于中溫或低溫擋。 例2 某三擋電燉鍋的工作電路可簡化為如圖2所示的電路圖，其兩段電熱絲的阻值分別為R1和R2，且R1> R2，說明書的部分參數(shù)如下表。 （1）在低溫擋工作時，電路中的電流多大?（結(jié)果保留一位小數(shù)） （2）請直接判斷當開關(guān)S1斷開、S2閉合時，電燉鍋處于哪個擋位，并求出R2的阻值。 （3）小穎對該電燉鍋說明書中所標的功率值產(chǎn)生懷疑，她用所學(xué)知識和爸爸進行了如下實驗：關(guān)掉家里的其他用電器，只讓電燉鍋在高溫擋單獨工作，她觀察到家中的電能表標著“1800 revs／(kW?h)”，且在l min內(nèi)電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了15轉(zhuǎn)。請幫助她計算出電燉鍋在高溫擋工作時的實際功率，如與額定功率有差異，試寫出一種可能原因。 圖 2 解析 (1)由于R1＞R2，只閉合S1時，電阻R1工作，根據(jù)公式可知，電燉鍋為低溫擋 電路中的電流 (2)開關(guān)S1斷開、S2閉合時，電阻R2工作，因R2＜R1，所以電燉鍋為中溫擋 由表知 電阻 (3)開關(guān)S1、S2都閉合時，電阻R1、R2并聯(lián)進入電路，電燉鍋為高溫擋 消耗的電能 實際功率 答案 (1)0.9A (2)中溫 121Ω (3)500W 差異的原因可能有：實際電壓偏低，電熱絲的阻值不符合設(shè)計要求，電能表的測量存在誤差等 三、串、并聯(lián)轉(zhuǎn)換 對于串、并聯(lián)轉(zhuǎn)換電路，電熱絲并聯(lián)時電熱器處于高溫擋，一個電熱絲單獨工作時處于中溫擋，電熱絲串聯(lián)工作時處于低溫擋。 220V R1 R2 S1 S2 S3 圖 3 例3 如圖3所示是一種家用電烤箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路簡圖，它有高、中、低三個擋位，已知R1=120Ω，R2=240Ω，求： （1）閉合S1、S3，斷開S2時，電烤箱處于什么擋位？電路中的電流是多大？ （2）閉合S3，斷開S1、S2時，通電一分鐘電路中電流產(chǎn)生的熱量是多大？ （3）當電烤箱處于低溫擋時，它消耗的電功率是多大？（結(jié)果保留一位小數(shù)） 解析 (1)閉合S1、S3，斷開S2時，R1與R2并聯(lián)，電路中總電阻最小，根據(jù)公式可知，電功率最大即為高溫擋狀態(tài) 電路中的電流 (2)閉合S3，斷開S1、S2時，電阻R1工作，電路為中溫擋 通電一分鐘電流產(chǎn)生的熱量 (3)閉合S2，斷開S1、S3時，R1與R2串聯(lián)，此時電烤箱處于低溫擋 電功率是 答案 (1)高溫 2.75A (2)2.42104J (3)134.4W