多擋位電熱器電功率問題探究

成峰

摘要：近年來全國各地的中考題涉及多擋位電熱器的電學實例很多，如電暖器、電飯鍋、電熱水器等。根據新課標的要求，落實“雙減”，讓學生在眼花繚亂的題目中，尋找到根源，減量增效，進一步提升學生的思維能力，對四種情況進行分類、探究，總結出方法。

關鍵詞：多擋位? 電功率? 總電阻? 焦耳定律? 雙減

中考題涉及多擋位電熱器的電學實例很多，如電暖器、電飯鍋、電熱水器等。這些電器之所以能夠實現多擋位電功率變化，關鍵在于通過開關的不同通斷組合等，實現電路連接方式的變化，引起電路總電阻的變化，進而引起電功率的變化。這類問題因為涉及歐姆定律、串并聯電路的電流、電壓、電阻規律實際電功率、焦耳定律的計算，對學生的綜合能力要求高。如何解決這類問題呢？本文對多擋位電熱器電功率的理解，進行了探究。

一、解題思路

（一）抓住一個不變

家庭電路的電壓為220V。對于用電器而言，無論其通過開關怎樣通斷，其實際功率如何變化，大小是多少，用電器電路的U總是不變的，我國家庭電路電壓恒為220V。

（二）掌握三個對應

用電器高功率對應電路總電阻最小，用電器低功率擋對應電路總電阻最大。由公式P=[220V2R總]分析可知，當通過開關的通斷引起用電器“總電阻”變化時，用電器的功率就變化，于是就引起“擋位的變化”。具體就是：高溫擋，總電阻最小，用電器功率最大；低溫擋，總電阻最大，用電器功率最小；中溫擋，介于兩者之間

（三）弄清四種情況

常見電路主要有有四種典型情況，即單開關串聯兩擋位式和單開關并聯兩擋位式，以及多開關組合或扇形開關多擋位式。若用電器電路中有兩個電阻，且R1

二、典型例題

例：具有防霧、除露、化霜功能的汽車智能后視鏡能保障行車安全，車主可通過旋鈕開關實現功能切換，防霧、除露、化霜所需加熱功率依次增大。如圖是簡化后的后視鏡加熱電路，四個發熱電阻的阻值均為100Ω，當開關旋至“1”擋時，電路中的電流為0.5A。（忽略溫度對電阻阻值的影響）求：

（1）電源電壓；

（2）除露與防霧電路的總功率之差；

（3）后視鏡玻璃的質量約為400g，玻璃的比熱容為0.75×103J/（kg·℃），當開啟化霜功能時，加熱效率為50%，為使后視鏡玻璃溫度升高10℃，需加熱多長時間？

【分析】（1）當開關旋至“1”擋時，R3、R4串聯，根據串聯電路特點可知電路的總電阻，根據歐姆定律求出電源電壓；

（2）當開關旋至“2”擋時，只有R3工作，當開關旋至“3”擋時，R1、R2并聯，根據串并聯電路的特點和P＝[U2R]可知汽車智能后視鏡防霧、除露、化霜功能的電路連接；再根據P＝[U2R]分別求出防霧、除露功能的電功率，據此可求出除露與防霧電路的總功率之差；

（3）知道后視鏡玻璃的質量、玻璃的比熱容和升高的溫度，利用Q吸＝cmΔt求出玻璃吸收的熱量；根據效率公式求出后視鏡消耗的電能；根據P＝[Wt]求出加熱的時間。

【解答】解：（1）當開關旋至“1”擋時，R3、R4串聯，

總電阻：R＝R3+R4＝100Ω+100Ω＝200Ω，

由I＝[UR]可知，電源電壓：U＝IR＝0.5A×200Ω＝100V；

（2）當開關旋至“2”擋時，只有R3工作，當開關旋至“3”擋時，R1、R2并聯；

根據串并聯電路的電阻特點可知，串聯電路的總電阻大于任一分電阻，并聯電路的總電阻小于任何一個分電阻，

則當開關旋至“1”擋時，R3、R4串聯，電路中的總電阻最大，P＝[U2R]可知，此時的電功率最小，后視鏡處于防霧功能；

后視鏡處于防霧功能時的電功率：P防霧＝[U2R]＝[100V2200Ω]＝50W；

當開關旋至“3”擋時，R1、R2并聯，電路中的電阻最小，電功率最大，后視鏡處于除霜功能；

后視鏡處于化霜功能時的電功率：P化霜＝[U2R1]+[U2R2]＝[100V2100Ω]+[100V2100Ω]＝200W；

當開關旋至“2”擋時，只有R3工作，后視鏡處于除露功能；

后視鏡處于除露功能是的電功率：P除露＝[U2R3]＝[100V2100Ω]＝100W；

則除露與防霧電路的總功率之差：ΔP＝P除露﹣P防霧＝100W﹣50W＝50W；

（3）當開啟化霜功能時，玻璃吸收的熱量：

Q吸＝cmΔt＝0.75×103J/（kg·℃）×400×10﹣3kg×10℃＝3000J，

由η＝[Q吸W]可知，后視鏡消耗的電能：W＝[Q吸η]＝[3000J50%]＝6000J，

由P＝[Wt]可知，需要加熱的時間：t＝[WP化霜]＝[6000J200W]＝30s。

【點評】本題是電熱綜合題，主要考查串并聯電路的特點、歐姆定律的應用、電功率公式、吸熱公式以及效率公式的靈活運用，能正確分析后視鏡各種功能的對應的電路連接是解題的關鍵。

三、總結

從新課標的要求，注重貼近學生的生活，聚焦思維增長點，引領學生從感性認識向理性思考發展。本文較好地體現了物理“從生活走向物理，從物理走向社會”課程理念，注重時代性，加強物理課程內容與生產生活、現代化社會及科技發展的聯系。

當然，實際這些電器的內部遠比題目呈現的電路復雜得多，但是只要我們緊緊抓住學生必備知識與關鍵能力的培養，理解聯系實際，創設與生活生產實踐、體育運動等緊密聯系的情境化試題，引導學生在真實問題情境中學以致用，才能真正落實核心素養的培養。

在平時的教學中，對學生進行情景教學，這也是落實“雙減”的有效措施，減量增效，真正使學生在學習中得到思維提升，全面發展。