专项突破四 实践应用类 类型一 挡位类 1.如图甲所示是一款利用高温水蒸气熨烫衣服的家用便携式挂烫机,它正常工作的电压为220 V。有高温、低温两个加热挡位,其内部简化电路如图乙所示,当双触点开关S接触1和2时为关机状态。R1、R2是两个阻值不变的电热丝,R1=R2= 48.4 Ω,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。 (1)挂烫机使用低温挡位正常工作时的电功率为多少 (2)若某次使用时,用高温挡位正常工作,将0.2 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,水吸收的热量是多少 (3)若(2)问中用高温挡位正常工作,加热过程共用时80 s,则此次加热过程,该挂烫机的加热效率是多少 解:(1)当开关接触2和3时,R1与R2串联接入电路,挂烫机使用低温挡位工作,R1与R2串联的总电阻为 R总=R1+R2=48.4 Ω+48.4 Ω=96.8 Ω 使用低温挡位正常工作时的电功率: P低===500 W (2)水吸收的热量是:Q吸=c水m水(t-t0) =4.2×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×(100 ℃-20 ℃)=6.72×104 J (3)当开关接触3和4时,只有R2工作,用高温挡位加热,挂烫机高温挡位的电功率 P高===1 000 W 挂烫机高温挡位加热消耗的电能 W=P高t=1 000 W×80 s=8×104 J 该挂烫机的加热效率 η===84% 2.(2025·重庆三模)为了缓解现代人的视觉疲劳达到放松眼睛的效果,某公司研发制造了一款可充电的两挡可调式电加热眼罩(如图甲),图乙为其内部电路图。已知电源电压U为6 V,电热丝R1阻值为6 Ω,电热丝R2阻值为9 Ω,电路由一个三掷开关S控制,其他相关参数如表。求: 型号 017两挡式 额定充电(放电)电压 6 V 充电电流 600 mA 电池容量 1 200 mAh (1)在额定充电电压下,眼罩从电量为零到充满电需要多长时间; (2)眼罩充满电后,在低温挡下最多能工作多长时间; (3)为了佩戴舒适,眼罩内装有一层质量为100 g的胶垫,若高温挡开启10分钟,有50%的热量被胶垫吸收,则胶垫温度会升高多少摄氏度 [已知c胶垫=2× 103 J/(kg·℃)] 解:(1)在额定充电电压下,眼罩从电量为零到充满电需要的时间 t===2 h。 (2)根据P=可知,电源电压一定时,总电阻越大,总功率越小;当开关只接3时,只有R1接入,为低温挡,当开关接3、4时,两电阻并联,总电阻最小,总功率最大,为高温挡;眼罩充满电后,所储存的电能为W=UIt=6 V×1 200×10-3 A×3 600 s=25 920 J, 低温挡工作的功率为 P=UI===6 W, 眼罩充满电后,在低温挡下最多能工作的时间为t===4 320 s=1.2 h。 (3)若高温挡开启10分钟,产生的热量为 Q放=t+t=×10×60 s+×10×60 s=6 000 J, 有50%的热量被胶垫吸收,胶垫吸收的热量为Q吸=ηQ放=50%×6 000 J=3 000 J, 胶垫升高的温度为Δt===15 ℃。 3.如图甲所示为一种加热桌垫,寒冷的冬天可以给办公人员提供温暖。内部装有2根电阻丝,设置有2个挡位,高温挡功率为88 W,低温挡功率为22 W,电路图如图乙所示。 (1)桌垫以高温挡工作10 min,消耗的电能是多少 (2)电阻丝R1阻值的大小; (3)小明想利用电路图中的器材设计一个有高、中、低三个挡位加热桌垫,请你帮他在虚线框内设计电路图,并写出中温挡对应的开关状态。 解:(1)由P=得,桌垫以高温挡工作10 min 消耗的电能为W=P高t=88 W×10× 60 s=52 800 J (2)当S1、S2都闭合时,电路中只有R1工作,此时电阻较小,电路电功率较大,为高温挡,则电阻丝R1的阻值为 R1===550 Ω (3)因为电路中有两个电阻和两个开关,设计成并联电路,可以单独闭合一个开关,也能同时闭合两个开关,电路图如图所示: 当只闭合开关S1时,电路为R1接在电源两端的简单电路,电路中的电阻为R1,电路消耗的功率为P1=;当只闭合开关S2时,电路为R2接在电源两端的简单电路,电路中的电阻为R2,电路消耗的功率为P2=;当同时闭合开关S1、S2时,R1与R2并联,电路的总电阻为R总,电路消耗的功率为P=; R1与R2的总阻值为 R1+R2===2 200 Ω 所以R2的阻值为 R2=2 200 Ω-550 Ω=1 650 Ω 由并联电路电阻规律可得 ... ...
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