【知识回顾】
1.在日常生活中，各类各样的家用家电，把电能转化成各类方式的能来满足人们的须要。
电电扇、洗衣机把电能转化成机械能。
电电扇洗衣机
电视机、电灯把电能转化成光能。
电视机电灯
炖锅、电热水器把电能转化成热能。
炖锅电热水器
充电宝充电时把电能转化成物理能。电吹风把电能转为热能和机械能。
充电宝电吹风
在家庭用家电中，我们接触最多的是加热设备，例如，电饼铛，破壁机，电烤炉，电热水壶,、电熨斗、热水器等。
在一般情况下，这种电热器常常都设有预热、加热、保温等多个档位，来满足人们的不同须要，提升生活质量。
电热锅电烤炉
【举手提问】
1.家用家电的发热原理是哪些？
2.哪些是非纯内阻用家电？
3.哪些是纯内阻用家电？
4.家用家电加热或保温的工作原理是哪些？
5.多档位家用家电是如何实现保温或加热的？
【新课学习】
一、家用家电的发热原理
在数学学中，把电压通过导体形成热量的现象称作电压的热效应。
家用家电就是借助了电压的热效应工作的家用加热设备。
导体形成热量的多少，可以用焦耳定理算出，即：电压通过导体形成的热量跟电压的二次方成反比，跟导体的阻值成反比，跟通电时间成反比。
估算公式：Q=I²Rt
从Q=I²Rt看出，电压通过导体时，导体有内阻能够形成热量，也就是说，
家用家电是借助导体的内阻来加热的家电设备。
例如，电炉子、电饼铛、电暖器、电烤炉等等，都是用内阻丝来加热。
内阻丝
电炉子电暖器
电饼铛电烤炉
二、非纯内阻用家电
1.按照焦耳定理Q=I²Rt可知，假如电压通过导体时，导体的内阻为零，这样的导体是不会发热的。
例如：超导体，有些导体在一定临界气温下，内阻为零，当电流通过时，超导体是不会形成热量的。
超导体材料
2.假如电压通过导体时，只有一少部份电能转化为热能，绝大部份电能转化为其他方式的能，这样的用家电被称为非纯内阻用家电。
例如：电吊扇，电压通过电吊扇将绝大部份电能转化为机械能，因为电吊扇的线圈有较小的内阻，按照焦耳定理Q=I²Rt，电吊扇有一少部份电能转化为热能。
电吊扇电动机线圈
也就是说，电吊扇将电能转化为机械能和热能，即：W电=W机+Q热
假如电吊扇消耗的电能为W电=4400J,因线圈的内阻转化成的热能Q=I²Rt=400J,
则，电吊扇转化成的机械能为：
W机=W电-Q=4400J-400J=4000J.
在家用家电中，像洗衣机、电冰柜、电视机、空调、破壁机、电吹风、抽油烟机等都是非纯内阻用家电。
电视机空调
电冰柜洗衣机
电吹风破壁机
三、纯内阻用家电
假如电压通过导体时,电能全部转化为热,而没有同时转化为其他方式的能量,这么,电压形成的热量Q就等于消耗的电能W电.
即：Q=W.
这句话可以理解为，假如一个用家电只有内阻低温档电功率怎么求，它会将全部电能转化成热能，
在数学学中，把只有阻值的电路称为纯内阻电路。
在家用家电中，像电炉子、电烤炉、电供暖、电饼铛、饮水机、电饭煲等都属于纯内阻用家电。
炖锅电热茶具
按照焦耳定理Q=I²Rt和电功公式W=UIt可知：
Q=W=I²Rt=UIt
又由于P=W/t,W=Pt
按照电功公式W=UIt和欧姆定理I=U/R.
推导入W=U²t/R.
所以，在纯内阻电路中，用下述公式都可以估算热量的大小：
例题：
将一只电阻为10Ω的电热丝接在电源电流为6V的电路中，通电10s钟电热丝形成的热量是多少焦耳？
▲电流形成热量的通常估算方式
四、家用家电加热和保温的工作原理
★1.工作原理：
我国家庭电路的电流是U=220V，我国家用家电的额定电流也是220V，家用家电的内阻R,在一定时间t内，形成的热量Q之间的关系为：
当电流一定时，在一定时间内，家用家电形成的热量跟内阻成正比，这就是家用家电加热或保温的原理。
例题：
1.在家庭电路中，“”的电热加湿器的内阻为R1=484Ω.正常工作5min，形成的热量是多少？
剖析：
由于家庭电路电流为220V，电热加湿器内阻为R1=484Ω,工作时间t=5min=300s.
则，加湿器形成的热量为：
Q1=W=U²t/R1
=（220V）²×300s/484Ω=.
2.“”的电供暖的内阻是R2=48.4Ω,正常工作5min，形成的热量是多少？
电熨斗形成热量的估算方式与加湿器的方式相同，即：
Q2=W=U²t/R2
=（220V）²×300s/48.4Ω=.
从以上估算可以看出，家用家电加热的内阻越大，它的电功率就越小，在一定时间内形成的热量少。
★2.家用家电保温、加热的电路联接形式
依据公式：
可知：在电流一定时，家用家电一定时间内，形成的热量跟内阻成正比.
也就是说，同一个用家电，当内阻减小时，电压在一定时间内形成的热量少，用家电为高温状态，当内阻减少时，电压在一定时间内形成的热量多，用家电为低温状态。
为此，家用家电用改变阻值的方式，改变相同时间形成的热量的多少，因而在用家电上设置“高温挡”“中温挡”和“低温挡”等温控开关。
电热锅、电烤炉控温开关
家用家电的生产厂家，按照电热器的不同机型和不同用途，通常采用下述几种方法改变阻值来实现保温和加热。
●串联
例题：
下边是某机型烤箱有“高温挡”和“低温挡”两个挡位,其原理如右图所示:
若已知内阻R0=44Ω,R=2156Ω,则当开关放在(选填“1”或“2”)位置时为低温挡,该烤箱高温挡的功率是W.
[电路剖析]
依据公式：
可知：当电路内阻最小时，热量最大，烤箱为低温挡（加热）.
①如右图，电路中当开关S接2时，电路对内阻R短接（漏电），电路只有内阻Ro工作，内阻最小，烤箱为（加热）低温挡.
电饭煲的最大功率为：
②如右图所示，当电路开关S接1时，内阻Ro与R串联，此时电路内阻最大，热量最小，烤箱为高温挡（保温）状态.
电饭煲的最小功率为：
●并联
例题：
某电饭煲的电路原理图如右图所示,闭合开关S,当S1断掉时,处于档，此时电饭煲的功率为(用字母表示).
当S、S1都闭合时，处于挡，此时电饭煲的功率为(用字母表示).
[电路剖析]
①高温加热状态剖析
方式一：
由于并联电路电流相等，即：U=U1=U2,并联内阻越多，电路总内阻越小.
依据公式：
可知：S、S1都闭合时，R1、R2并联，如右图所示：
此时电路内阻最小，热量最大，也就是烤箱的电功率最大，烤箱在低温挡（加热）工作.
技巧二：
S、S1都闭合时，内阻R1、R2同时工作，形成的总热量是R1、R2热量之和，即：Q=Q1+Q2.这么，
或烤箱的总功率为R1、R2功率之和，即：P=P1+P2
则：
所以，当烤箱的电源开关S和控温开关S1都闭合时，两只内阻同时工作，烤箱处于低温加热状态。
②低温预热状态
方式一：
当S闭合S1断掉，烤箱只有内阻R2工作，比S1闭合时内阻大，功率小，如右图所示：
方式二：
当S闭合S1断掉，烤箱只有内阻R2工作，在一定时间内形成的热量为：
Q=U²t/R1
电饭煲的电功率为：P=U²/R1
由此看出，当电饭煲只有一只内阻工作时，烤箱处于预热、保温或高温状态。
●多开关
例题：
该电饭煲的二代产品可以实现“高温”、“中温”、“低温”三挡加热,电路原理图如右图所示：
（1）开关S1,开关S2闭合至(选填“a”或“b”)时,内阻R1和内阻R2并联,处于(选填“高温”“中温”或“低温”)挡,此时电饭煲的功率P=.
（2）开关S1断掉、开关S2闭合至b端时,该二代电饭煲处于(选填“高温”“中温”或“低温”)挡,此时电饭煲的功率为.
（3）电饭煲处于中温挡时,开关的闭合情况是.
[电路剖析]
此题剖析思路跟以上方式相同.
①当开关S1闭合，S2接a时内阻R1、R2并联，这些状态电路中电阻最小，或则说，这些状态R1、R2同时工作低温档电功率怎么求，烤箱的电功率最大，在一定时间内形成的热量最多，是低温挡。
或
=(220V)²/44Ω+(220V)²/2156Ω
=1100W+22.44W=1122.44W
②当开关S1断掉，S2接b时，内阻R1、R2串联，这些状态电路中电阻最大，如右图所示：
依据公式：
得：这些状态下烤箱的电功率为：
③当开关S1闭合，S2接b时，内阻R2被漏电，烤箱只有内阻R1工作，如右图所示：
烤箱在这些状态下的电功率要比低温加热时小，但比高温状态时要大，所以，此时烤箱处于“中温”状态。
烤箱的电功率为：P=U²/R1.
（4）高考真题实例
(2020徐州)(8分)
图甲是一款紫砂烤箱,其简化电路如图乙所示,R1、R2是电热丝,R1的电阻为110Ω,通过单独或同时闭合S1、S2实现高温、中温、高温三个挡位间的切换,其标牌如图丙所示：
求:
(1)高温挡加热时电压的大小;
(2)电热丝R2的电阻;
(3)已知粥的比热容
C粥=4.0×10³J/(kg·℃),将2.2kg的粥用低温挡从20℃加热到74℃需要的时间.
【中考真题训练】
1.(2019广州)
如图所示是加热器的电路图设电源电流保持不变,R1、R2均为发热内阻丝,通过开关S1和S2的通断组合,可得到不同加热挡位该加热器最大电功率是12W,只闭合开关S1时,加热器的电功率是8W.则下述判定正确的是（）
A.该加热器只有两个加热挡位
B.加热器两个发热内阻丝的电阻之比R1:R2=1:3
C.加热器功率最大时,R1与R2的电压之比为2:1
D.该加热器的最小电功率是8W
2.(2019南京)(多选)
如图甲是一个电加热器的工作原理图,其中R1和R2是电阻不变的发热内阻;图乙是它的部份参数。当电加热器正常工作时,下述说法正确的是（）
A.只闭合开关S,加热器的功率为990W
B.开关S闭合,S1由断掉到闭合,电路中电流变大,R2的功率变大
C.加热器在保温状态下工作5min,形成3.3×104J的热量
D.内阻R1与R2的电阻之比为1:8
3.(2020南京)
某机型的电烤炉有“高温”和“低温”两挡.电路如图
开关S接时,是“高温”挡.当开关S分别接“1”和“2”时,电压表的示数为5A和1A，则内阻Ro=Ω、R=Ω.电烤炉处于“高温”挡工作10min形成的热量为J.
4.(2020恩施)(9分)
右图为电吹风的内部结构示意图和电路原理图.其中电热丝通电后可以发热,电动机通电后可以送风,当选择开关O接在C、D位置时,电吹风处于取缔状态.已知电吹风寒风挡的额定功率为44W,电吹风热风挡的额定功率为484W,额定电流均为220V.当电吹风处于正常工作状态时
求:
(1)电吹风吹冷风时,电路中的电压是多大?
(2)电吹风吹热风时,电路中每小时耗电是多少度(1度=1kW·h)?
(3)电吹风电热丝的阻值是多大?
5.(2020庄河、葫芦岛)(9分)
如图所示是一款电蒸笼的简化电路图,它具有低温和高温两个挡位.低温挡加热功率为2000W.R1、R2均为加热内阻丝,R2的阻值为72.6Ω.
求:
(1)内阻R1的电阻是多少?
(2)电蒸笼高温挡的功率是多少?
(3)若不计热量损失,用电蒸笼低温挡将2.5kg水从20℃加热到100℃,需
要多长时间?[C水=4.2×10³J/(kg·℃)]
6.(2020新乡)(8分)
如图甲是某品牌家用面包机,该面包机配有好多q版模型,可以作出多种多样的创意小糕点.
图乙是该面包机的简化电路图,可以实现面包机的低、中、高三挡加热功能.
单独闭合开关S1时,面包机处于440W的高温挡加热状态;
单独闭合开关S2时,电阻为55Ω的阻值R2让面包机处于中温挡加热状态.
求面包机正常工作时:
(1)高温挡加热电压.
(2)中温挡加热功率.
(3)低温挡加热5min消耗的电能.
7.(2020长沙)(8分)
如图甲为新型电饭煲,它能智能化地控制食物在不同时间段的气温,以得到最佳的营养和味道.小明了解到电饭煲的简化电路如图乙所示,R1和R2均为电热丝,S1和S2为控温开关,其中S2有A、B两个触点,可实现“高温”“中温”和“低温”三挡的转换.当S1闭合,S2连接触点A时,处于“高温”挡,低温功率1100W.已知R1=55Ω,
求：
(1)处于“高温”挡时,烤箱正常工作时电路中的总电压是多大.
(2)内阻R2的电阻.
(3)当S1断掉,S2连接触点B时,处于“低温”挡,此时电路的总功率.
(4)如图丙是在一次盛饭过程中烤箱功率与时间的关系图象,求本次煮
饭过程中烤箱消耗的电能.
参考答案：
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
精华推荐
▼