本文会对1道电热综合计算题(原创题)进行讲解。
题目:
天慢慢变冷了,小明看到爷爷睡觉的时候还是用热水袋取暖,于是从网上给爷爷买了一个电热毯。如图1所示是该电热毯及产品参数,图2是该电热毯的电路示意图,R0是电热毯发热电阻丝,R是可串联在电路中的定值电阻,S是温控开关,开关上标有“升温、睡眠、关断”的字样(不计温度对电阻的影响)。求:
(1)求发热电阻丝R0的阻值;
(2)当电热毯处于睡眠档时电路中的电流为0.1A,求电阻R的阻值;
(3)若电热毯处于升温档时,每天工作1小时,处于睡眠档时,每天工作7小时,则每天要消耗多少度电。
分析:
这是一道电热综合的计算题(多档位问题),主要考察的是:
电功率的计算及档位的变化情况
初中物理的电热综合计算题中,涉及到档位的变化时,档位通常有3种:
①用电器工作时,电路中只有1个发热电阻丝;
②用电器工作时,电路中有2个发热电阻丝(或1个发热电阻丝和1个高值电阻)串联;
③用电器工作时,电路中有2个发热电阻丝(或1个发热电阻丝和1个高值电阻)并联。
一般情况下,第③种情况下电路消耗的电功率最大(高档),第②种情况下电路消耗的电功率最小(低档),第①种情况下电路消耗的电功率介于②③两种情况下电路消耗的电功率之间(中档)。
(1)
求发热电阻丝R0的阻值,最好的方法就是让电路中只有R0,然后根据P=U²/R求出阻值。
而当电路中只有R0时,整个电路消耗的电功率最大,由题意知此时的电功率就等于该电热毯的最大功率44W(此时的等效电路图如下)。
所以,据P=U²/R和此时的电路的电功率44W可以求出R0的阻值:
(2)
首先计算当电路的电功率最大时,电路中的电流I=P/U=44W/220V=0.2A,
又因为电热毯处于睡眠档时电路中的电流为0.1A,
所以可知当电热毯处于睡眠档时,电路中R和R0串联。
(或因为由(1)知当电路中只有R0时,电路中的电流I=P/U=44W/220V=0.2A≠0.1A,又因为该电热毯是2档调温,所以当电热毯处于睡眠档时,电路中R和R0串联)
再根据欧姆定律I=U/R即可计算出R的阻值:
(3)
根据前两问,可以求得:
该电热毯在升温档时的电功率:P1=Pmax=44W
该电热毯在睡眠档时的电功率:P2=UI=220V×0.1A=22W
再根据公式W=Pt分别求出该电热毯在两个档位时分别消耗的电能。
最后,把该电热毯在两个档位时分别消耗的电能相加,就是每天要消耗的电的度数。
综上所述,答案如下图所示:
(注:写解答过程时记得写“解”字)
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