【知識回顧】
1.在日常生活中，各類各樣的家用家電，把電能轉(zhuǎn)化成各類方式的能來滿足人們的須要。
電電扇、洗衣機把電能轉(zhuǎn)化成機械能。
電電扇洗衣機
電視機、電燈把電能轉(zhuǎn)化成光能。
電視機電燈
燉鍋、電熱水器把電能轉(zhuǎn)化成熱能。
燉鍋電熱水器
充電寶充電時把電能轉(zhuǎn)化成物理能。電吹風(fēng)把電能轉(zhuǎn)為熱能和機械能。
充電寶電吹風(fēng)
在家庭用家電中，我們接觸最多的是加熱設(shè)備，例如，電餅鐺，破壁機，電烤爐，電熱水壺,、電熨斗、熱水器等。
在一般情況下，這種電熱器常常都設(shè)有預(yù)熱、加熱、保溫等多個檔位，來滿足人們的不同須要，提升生活質(zhì)量。
電熱鍋電烤爐
【舉手提問】
1.家用家電的發(fā)熱原理是哪些？
2.哪些是非純內(nèi)阻用家電？
3.哪些是純內(nèi)阻用家電？
4.家用家電加熱或保溫的工作原理是哪些？
5.多檔位家用家電是如何實現(xiàn)保溫或加熱的？
【新課學(xué)習(xí)】
一、家用家電的發(fā)熱原理
在數(shù)學(xué)學(xué)中，把電壓通過導(dǎo)體形成熱量的現(xiàn)象稱作電壓的熱效應(yīng)。
家用家電就是借助了電壓的熱效應(yīng)工作的家用加熱設(shè)備。
導(dǎo)體形成熱量的多少，可以用焦耳定理算出，即：電壓通過導(dǎo)體形成的熱量跟電壓的二次方成反比，跟導(dǎo)體的阻值成反比，跟通電時間成反比。
估算公式：Q=I2Rt
從Q=I2Rt看出，電壓通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體有內(nèi)阻能夠形成熱量，也就是說，
家用家電是借助導(dǎo)體的內(nèi)阻來加熱的家電設(shè)備。
例如，電爐子、電餅鐺、電暖器、電烤爐等等，都是用內(nèi)阻絲來加熱。
內(nèi)阻絲
電爐子電暖器
電餅鐺電烤爐
二、非純內(nèi)阻用家電
1.按照焦耳定理Q=I2Rt可知，假如電壓通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體的內(nèi)阻為零，這樣的導(dǎo)體是不會發(fā)熱的。
例如：超導(dǎo)體，有些導(dǎo)體在一定臨界氣溫下，內(nèi)阻為零，當(dāng)電流通過時，超導(dǎo)體是不會形成熱量的。
超導(dǎo)體材料
2.假如電壓通過導(dǎo)體時，只有一少部份電能轉(zhuǎn)化為熱能，絕大部份電能轉(zhuǎn)化為其他方式的能，這樣的用家電被稱為非純內(nèi)阻用家電。
例如：電吊扇，電壓通過電吊扇將絕大部份電能轉(zhuǎn)化為機械能，因為電吊扇的線圈有較小的內(nèi)阻，按照焦耳定理Q=I2Rt，電吊扇有一少部份電能轉(zhuǎn)化為熱能。
電吊扇電動機線圈
也就是說，電吊扇將電能轉(zhuǎn)化為機械能和熱能，即：W電=W機+Q熱
假如電吊扇消耗的電能為W電=4400J,因線圈的內(nèi)阻轉(zhuǎn)化成的熱能Q=I2Rt=400J,
則，電吊扇轉(zhuǎn)化成的機械能為：
W機=W電-Q=4400J-400J=4000J.
在家用家電中，像洗衣機、電冰柜、電視機、空調(diào)、破壁機、電吹風(fēng)、抽油煙機等都是非純內(nèi)阻用家電。
電視機空調(diào)
電冰柜洗衣機
電吹風(fēng)破壁機
三、純內(nèi)阻用家電
假如電壓通過導(dǎo)體時,電能全部轉(zhuǎn)化為熱,而沒有同時轉(zhuǎn)化為其他方式的能量,這么,電壓形成的熱量Q就等于消耗的電能W電.
即：Q=W.
這句話可以理解為，假如一個用家電只有內(nèi)阻低溫檔電功率怎么求，它會將全部電能轉(zhuǎn)化成熱能，
在數(shù)學(xué)學(xué)中，把只有阻值的電路稱為純內(nèi)阻電路。
在家用家電中，像電爐子、電烤爐、電供暖、電餅鐺、飲水機、電飯煲等都屬于純內(nèi)阻用家電。
燉鍋電熱茶具
按照焦耳定理Q=I2Rt和電功公式W=UIt可知：
Q=W=I2Rt=UIt
又由于P=W/t,W=Pt
按照電功公式W=UIt和歐姆定理I=U/R.
推導(dǎo)入W=U2t/R.
所以，在純內(nèi)阻電路中，用下述公式都可以估算熱量的大小：
例題：
將一只電阻為10Ω的電熱絲接在電源電流為6V的電路中，通電10s鐘電熱絲形成的熱量是多少焦耳？
▲電流形成熱量的通常估算方式
四、家用家電加熱和保溫的工作原理
★1.工作原理：
我國家庭電路的電流是U=220V，我國家用家電的額定電流也是220V，家用家電的內(nèi)阻R,在一定時間t內(nèi)，形成的熱量Q之間的關(guān)系為：
當(dāng)電流一定時，在一定時間內(nèi)，家用家電形成的熱量跟內(nèi)阻成正比，這就是家用家電加熱或保溫的原理。
例題：
1.在家庭電路中，“”的電熱加濕器的內(nèi)阻為R1=484Ω.正常工作5min，形成的熱量是多少？
剖析：
由于家庭電路電流為220V，電熱加濕器內(nèi)阻為R1=484Ω,工作時間t=5min=300s.
則，加濕器形成的熱量為：
Q1=W=U2t/R1
=（220V）2×300s/484Ω=.
2.“”的電供暖的內(nèi)阻是R2=48.4Ω,正常工作5min，形成的熱量是多少？
電熨斗形成熱量的估算方式與加濕器的方式相同，即：
Q2=W=U2t/R2
=（220V）2×300s/48.4Ω=.
從以上估算可以看出，家用家電加熱的內(nèi)阻越大，它的電功率就越小，在一定時間內(nèi)形成的熱量少。
★2.家用家電保溫、加熱的電路聯(lián)接形式
依據(jù)公式：
可知：在電流一定時，家用家電一定時間內(nèi)，形成的熱量跟內(nèi)阻成正比.
也就是說，同一個用家電，當(dāng)內(nèi)阻減小時，電壓在一定時間內(nèi)形成的熱量少，用家電為高溫狀態(tài)，當(dāng)內(nèi)阻減少時，電壓在一定時間內(nèi)形成的熱量多，用家電為低溫狀態(tài)。
為此，家用家電用改變阻值的方式，改變相同時間形成的熱量的多少，因而在用家電上設(shè)置“高溫?fù)酢薄爸袦負(fù)酢焙汀暗蜏負(fù)酢钡葴乜亻_關(guān)。
電熱鍋、電烤爐控溫開關(guān)
家用家電的生產(chǎn)廠家，按照電熱器的不同機型和不同用途，通常采用下述幾種方法改變阻值來實現(xiàn)保溫和加熱。
●串聯(lián)
例題：
下邊是某機型烤箱有“高溫?fù)酢焙汀暗蜏負(fù)酢眱蓚€擋位,其原理如右圖所示:
若已知內(nèi)阻R0=44Ω,R=2156Ω,則當(dāng)開關(guān)放在(選填“1”或“2”)位置時為低溫?fù)?該烤箱高溫?fù)醯墓β适荳.
[電路剖析]
依據(jù)公式：
可知：當(dāng)電路內(nèi)阻最小時，熱量最大，烤箱為低溫?fù)酰訜幔?
①如右圖，電路中當(dāng)開關(guān)S接2時，電路對內(nèi)阻R短接（漏電），電路只有內(nèi)阻Ro工作，內(nèi)阻最小，烤箱為（加熱）低溫?fù)?
電飯煲的最大功率為：
②如右圖所示，當(dāng)電路開關(guān)S接1時，內(nèi)阻Ro與R串聯(lián)，此時電路內(nèi)阻最大，熱量最小，烤箱為高溫?fù)酰ū兀顟B(tài).
電飯煲的最小功率為：
●并聯(lián)
例題：
某電飯煲的電路原理圖如右圖所示,閉合開關(guān)S,當(dāng)S1斷掉時,處于檔，此時電飯煲的功率為(用字母表示).
當(dāng)S、S1都閉合時，處于擋，此時電飯煲的功率為(用字母表示).
[電路剖析]
①高溫加熱狀態(tài)剖析
方式一：
由于并聯(lián)電路電流相等，即：U=U1=U2,并聯(lián)內(nèi)阻越多，電路總內(nèi)阻越小.
依據(jù)公式：
可知：S、S1都閉合時，R1、R2并聯(lián)，如右圖所示：
此時電路內(nèi)阻最小，熱量最大，也就是烤箱的電功率最大，烤箱在低溫?fù)酰訜幔┕ぷ?
技巧二：
S、S1都閉合時，內(nèi)阻R1、R2同時工作，形成的總熱量是R1、R2熱量之和，即：Q=Q1+Q2.這么，
或烤箱的總功率為R1、R2功率之和，即：P=P1+P2
則：
所以，當(dāng)烤箱的電源開關(guān)S和控溫開關(guān)S1都閉合時，兩只內(nèi)阻同時工作，烤箱處于低溫加熱狀態(tài)。
②低溫預(yù)熱狀態(tài)
方式一：
當(dāng)S閉合S1斷掉，烤箱只有內(nèi)阻R2工作，比S1閉合時內(nèi)阻大，功率小，如右圖所示：
方式二：
當(dāng)S閉合S1斷掉，烤箱只有內(nèi)阻R2工作，在一定時間內(nèi)形成的熱量為：
Q=U2t/R1
電飯煲的電功率為：P=U2/R1
由此看出，當(dāng)電飯煲只有一只內(nèi)阻工作時，烤箱處于預(yù)熱、保溫或高溫狀態(tài)。
●多開關(guān)
例題：
該電飯煲的二代產(chǎn)品可以實現(xiàn)“高溫”、“中溫”、“低溫”三擋加熱,電路原理圖如右圖所示：
（1）開關(guān)S1,開關(guān)S2閉合至(選填“a”或“b”)時,內(nèi)阻R1和內(nèi)阻R2并聯(lián),處于(選填“高溫”“中溫”或“低溫”)擋,此時電飯煲的功率P=.
（2）開關(guān)S1斷掉、開關(guān)S2閉合至b端時,該二代電飯煲處于(選填“高溫”“中溫”或“低溫”)擋,此時電飯煲的功率為.
（3）電飯煲處于中溫?fù)鯐r,開關(guān)的閉合情況是.
[電路剖析]
此題剖析思路跟以上方式相同.
①當(dāng)開關(guān)S1閉合，S2接a時內(nèi)阻R1、R2并聯(lián)，這些狀態(tài)電路中電阻最小，或則說，這些狀態(tài)R1、R2同時工作低溫檔電功率怎么求，烤箱的電功率最大，在一定時間內(nèi)形成的熱量最多，是低溫?fù)酢?span style="display:none">L73物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
或
=(220V)2/44Ω+(220V)2/2156Ω
=1100W+22.44W=1122.44W
②當(dāng)開關(guān)S1斷掉，S2接b時，內(nèi)阻R1、R2串聯(lián)，這些狀態(tài)電路中電阻最大，如右圖所示：
依據(jù)公式：
得：這些狀態(tài)下烤箱的電功率為：
③當(dāng)開關(guān)S1閉合，S2接b時，內(nèi)阻R2被漏電，烤箱只有內(nèi)阻R1工作，如右圖所示：
烤箱在這些狀態(tài)下的電功率要比低溫加熱時小，但比高溫狀態(tài)時要大，所以，此時烤箱處于“中溫”狀態(tài)。
烤箱的電功率為：P=U2/R1.
（4）高考真題實例
(2020徐州)(8分)
圖甲是一款紫砂烤箱,其簡化電路如圖乙所示,R1、R2是電熱絲,R1的電阻為110Ω,通過單獨或同時閉合S1、S2實現(xiàn)高溫、中溫、高溫三個擋位間的切換,其標(biāo)牌如圖丙所示：
求:
(1)高溫?fù)跫訜釙r電壓的大小;
(2)電熱絲R2的電阻;
(3)已知粥的比熱容
C粥=4.0×103J/(kg·℃),將2.2kg的粥用低溫?fù)鯊?0℃加熱到74℃需要的時間.
【中考真題訓(xùn)練】
1.(2019廣州)
如圖所示是加熱器的電路圖設(shè)電源電流保持不變,R1、R2均為發(fā)熱內(nèi)阻絲,通過開關(guān)S1和S2的通斷組合,可得到不同加熱擋位該加熱器最大電功率是12W,只閉合開關(guān)S1時,加熱器的電功率是8W.則下述判定正確的是（）
A.該加熱器只有兩個加熱擋位
B.加熱器兩個發(fā)熱內(nèi)阻絲的電阻之比R1:R2=1:3
C.加熱器功率最大時,R1與R2的電壓之比為2:1
D.該加熱器的最小電功率是8W
2.(2019南京)(多選)
如圖甲是一個電加熱器的工作原理圖,其中R1和R2是電阻不變的發(fā)熱內(nèi)阻;圖乙是它的部份參數(shù)。當(dāng)電加熱器正常工作時,下述說法正確的是（）
A.只閉合開關(guān)S,加熱器的功率為990W
B.開關(guān)S閉合,S1由斷掉到閉合,電路中電流變大,R2的功率變大
C.加熱器在保溫狀態(tài)下工作5min,形成3.3×104J的熱量
D.內(nèi)阻R1與R2的電阻之比為1:8
3.(2020南京)
某機型的電烤爐有“高溫”和“低溫”兩擋.電路如圖
開關(guān)S接時,是“高溫”擋.當(dāng)開關(guān)S分別接“1”和“2”時,電壓表的示數(shù)為5A和1A，則內(nèi)阻Ro=Ω、R=Ω.電烤爐處于“高溫”擋工作10min形成的熱量為J.
4.(2020恩施)(9分)
右圖為電吹風(fēng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和電路原理圖.其中電熱絲通電后可以發(fā)熱,電動機通電后可以送風(fēng),當(dāng)選擇開關(guān)O接在C、D位置時,電吹風(fēng)處于取締狀態(tài).已知電吹風(fēng)寒風(fēng)擋的額定功率為44W,電吹風(fēng)熱風(fēng)擋的額定功率為484W,額定電流均為220V.當(dāng)電吹風(fēng)處于正常工作狀態(tài)時
求:
(1)電吹風(fēng)吹冷風(fēng)時,電路中的電壓是多大?
(2)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時,電路中每小時耗電是多少度(1度=1kW·h)?
(3)電吹風(fēng)電熱絲的阻值是多大?
5.(2020莊河、葫蘆島)(9分)
如圖所示是一款電蒸籠的簡化電路圖,它具有低溫和高溫兩個擋位.低溫?fù)跫訜峁β蕿?000W.R1、R2均為加熱內(nèi)阻絲,R2的阻值為72.6Ω.
求:
(1)內(nèi)阻R1的電阻是多少?
(2)電蒸籠高溫?fù)醯墓β适嵌嗌?
(3)若不計熱量損失,用電蒸籠低溫?fù)鯇?.5kg水從20℃加熱到100℃,需
要多長時間?[C水=4.2×103J/(kg·℃)]
6.(2020新鄉(xiāng))(8分)
如圖甲是某品牌家用面包機,該面包機配有好多q版模型,可以作出多種多樣的創(chuàng)意小糕點.
圖乙是該面包機的簡化電路圖,可以實現(xiàn)面包機的低、中、高三擋加熱功能.
單獨閉合開關(guān)S1時,面包機處于440W的高溫?fù)跫訜釥顟B(tài);
單獨閉合開關(guān)S2時,電阻為55Ω的阻值R2讓面包機處于中溫?fù)跫訜釥顟B(tài).
求面包機正常工作時:
(1)高溫?fù)跫訜犭妷?
(2)中溫?fù)跫訜峁β?
(3)低溫?fù)跫訜?min消耗的電能.
7.(2020長沙)(8分)
如圖甲為新型電飯煲,它能智能化地控制食物在不同時間段的氣溫,以得到最佳的營養(yǎng)和味道.小明了解到電飯煲的簡化電路如圖乙所示,R1和R2均為電熱絲,S1和S2為控溫開關(guān),其中S2有A、B兩個觸點,可實現(xiàn)“高溫”“中溫”和“低溫”三擋的轉(zhuǎn)換.當(dāng)S1閉合,S2連接觸點A時,處于“高溫”擋,低溫功率1100W.已知R1=55Ω,
求：
(1)處于“高溫”擋時,烤箱正常工作時電路中的總電壓是多大.
(2)內(nèi)阻R2的電阻.
(3)當(dāng)S1斷掉,S2連接觸點B時,處于“低溫”擋,此時電路的總功率.
(4)如圖丙是在一次盛飯過程中烤箱功率與時間的關(guān)系圖象,求本次煮
飯過程中烤箱消耗的電能.
參考答案：
1.C2.BC
3.1441766.6×105
4.（1）0.2A（2）0.（度）（3）110Ω
5.（1）24.2Ω（2）500W（3）420s
6.（1）2A（2）880W（3）3.96×105J
7.（1）5A（2）220Ω（3）176W（4）1.5048×106J
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