多挡位电热器电功率问题探究

成峰

摘要：近年来全国各地的中考题涉及多挡位电热器的电学实例很多，如电暖器、电饭锅、电热水器等。根据新课标的要求，落实“双减”，让学生在眼花缭乱的题目中，寻找到根源，减量增效，进一步提升学生的思维能力，对四种情况进行分类、探究，总结出方法。

关键词：多挡位  电功率  总电阻  焦耳定律  双减

中考题涉及多挡位电热器的电学实例很多，如电暖器、电饭锅、电热水器等。这些电器之所以能够实现多挡位电功率变化，关键在于通过开关的不同通断组合等，实现电路连接方式的变化，引起电路总电阻的变化，进而引起电功率的变化。这类问题因为涉及欧姆定律、串并联电路的电流、电压、电阻规律实际电功率、焦耳定律的计算，对学生的综合能力要求高。如何解决这类问题呢？本文对多挡位电热器电功率的理解，进行了探究。

一、解题思路

（一）抓住一个不变

家庭电路的电压为220V。对于用电器而言，无论其通过开关怎样通断，其实际功率如何变化，大小是多少，用电器电路的U总是不变的，我国家庭电路电压恒为220V。

（二）掌握三个对应

用电器高功率对应电路总电阻最小，用电器低功率挡对应电路总电阻最大。由公式P=[220V2R总]分析可知，当通过开关的通断引起用电器“总电阻”变化时，用电器的功率就变化，于是就引起“挡位的变化”。具体就是：高温挡，总电阻最小，用电器功率最大；低温挡，总电阻最大，用电器功率最小；中温挡，介于两者之间

（三）弄清四种情况

常见电路主要有有四种典型情况，即单开关串联两挡位式和单开关并联两挡位式，以及多开关组合或扇形开关多挡位式。若用电器电路中有两个电阻，且R1

二、典型例题

例：具有防雾、除露、化霜功能的汽车智能后视镜能保障行車安全，车主可通过旋钮开关实现功能切换，防雾、除露、化霜所需加热功率依次增大。如图是简化后的后视镜加热电路，四个发热电阻的阻值均为100Ω，当开关旋至“1”挡时，电路中的电流为0.5A。（忽略温度对电阻阻值的影响）求：

（1）电源电压；

（2）除露与防雾电路的总功率之差；

（3）后视镜玻璃的质量约为400g，玻璃的比热容为0.75×103J/（kg·℃），当开启化霜功能时，加热效率为50%，为使后视镜玻璃温度升高10℃，需加热多长时间？

【分析】（1）当开关旋至“1”挡时，R3、R4串联，根据串联电路特点可知电路的总电阻，根据欧姆定律求出电源电压；

（2）当开关旋至“2”挡时，只有R3工作，当开关旋至“3”挡时，R1、R2并联，根据串并联电路的特点和P＝[U2R]可知汽车智能后视镜防雾、除露、化霜功能的电路连接；再根据P＝[U2R]分别求出防雾、除露功能的电功率，据此可求出除露与防雾电路的总功率之差；

（3）知道后视镜玻璃的质量、玻璃的比热容和升高的温度，利用Q吸＝cmΔt求出玻璃吸收的热量；根据效率公式求出后视镜消耗的电能；根据P＝[Wt]求出加热的时间。

【解答】解：（1）当开关旋至“1”挡时，R3、R4串联，

总电阻：R＝R3+R4＝100Ω+100Ω＝200Ω，

由I＝[UR]可知，电源电压：U＝IR＝0.5A×200Ω＝100V；

（2）当开关旋至“2”挡时，只有R3工作，当开关旋至“3”挡时，R1、R2并联；

根据串并联电路的电阻特点可知，串联电路的总电阻大于任一分电阻，并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，

则当开关旋至“1”挡时，R3、R4串联，电路中的总电阻最大，P＝[U2R]可知，此时的电功率最小，后视镜处于防雾功能；

后视镜处于防雾功能时的电功率：P防雾＝[U2R]＝[100V2200Ω]＝50W；

当开关旋至“3”挡时，R1、R2并联，电路中的电阻最小，电功率最大，后视镜处于除霜功能；

后视镜处于化霜功能时的电功率：P化霜＝[U2R1]+[U2R2]＝[100V2100Ω]+[100V2100Ω]＝200W；

当开关旋至“2”挡时，只有R3工作，后视镜处于除露功能；

后视镜处于除露功能是的电功率：P除露＝[U2R3]＝[100V2100Ω]＝100W；

则除露与防雾电路的总功率之差：ΔP＝P除露﹣P防雾＝100W﹣50W＝50W；

（3）当开启化霜功能时，玻璃吸收的热量：

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

由η＝[Q吸W]可知，后视镜消耗的电能：W＝[Q吸η]＝[3000J50%]＝6000J，

由P＝[Wt]可知，需要加热的时间：t＝[WP化霜]＝[6000J200W]＝30s。

【点评】本题是电热综合题，主要考查串并联电路的特点、欧姆定律的应用、电功率公式、吸热公式以及效率公式的灵活运用，能正确分析后视镜各种功能的对应的电路连接是解题的关键。

三、总结

从新课标的要求，注重贴近学生的生活，聚焦思维增长点，引领学生从感性认识向理性思考发展。本文较好地体现了物理“从生活走向物理，从物理走向社会”课程理念，注重时代性，加强物理课程内容与生产生活、现代化社会及科技发展的联系。

当然，实际这些电器的内部远比题目呈现的电路复杂得多，但是只要我们紧紧抓住学生必备知识与关键能力的培养，理解联系实际，创设与生活生产实践、体育运动等紧密联系的情境化试题，引导学生在真实问题情境中学以致用，才能真正落实核心素养的培养。

在平时的教学中，对学生进行情景教学，这也是落实“双减”的有效措施，减量增效，真正使学生在学习中得到思维提升，全面发展。