成峰

摘要：近年來(lái)全國(guó)各地的中考題涉及多擋位電熱器的電學(xué)實(shí)例很多，如電暖器、電飯鍋、電熱水器等。根據(jù)新課標(biāo)的要求，落實(shí)“雙減”，讓學(xué)生在眼花繚亂的題目中，尋找到根源，減量增效，進(jìn)一步提升學(xué)生的思維能力，對(duì)四種情況進(jìn)行分類、探究，總結(jié)出方法。

關(guān)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(xué)實(shí)例很多，如電暖器、電飯鍋、電熱水器等。這些電器之所以能夠?qū)崿F(xiàn)多擋位電功率變化，關(guān)鍵在于通過(guò)開關(guān)的不同通斷組合等，實(shí)現(xiàn)電路連接方式的變化，引起電路總電阻的變化，進(jìn)而引起電功率的變化。這類問題因?yàn)樯婕皻W姆定律、串并聯(lián)電路的電流、電壓、電阻規(guī)律實(shí)際電功率、焦耳定律的計(jì)算，對(duì)學(xué)生的綜合能力要求高。如何解決這類問題呢？本文對(duì)多擋位電熱器電功率的理解，進(jìn)行了探究。

一、解題思路

（一）抓住一個(gè)不變

家庭電路的電壓為220V。對(duì)于用電器而言，無(wú)論其通過(guò)開關(guān)怎樣通斷，其實(shí)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(guó)家庭電路電壓恒為220V。

（二）掌握三個(gè)對(duì)應(yīng)

用電器高功率對(duì)應(yīng)電路總電阻最小，用電器低功率擋對(duì)應(yīng)電路總電阻最大。由公式P=[220V2R總]分析可知，當(dāng)通過(guò)開關(guān)的通斷引起用電器“總電阻”變化時(shí)，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?fù)酰傠娮枳钚?，用電器功率最大；低溫?fù)?，總電阻最大，用電器功率最??；中溫?fù)?，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(guān)串聯(lián)兩擋位式和單開關(guān)并聯(lián)兩擋位式，以及多開關(guān)組合或扇形開關(guān)多擋位式。若用電器電路中有兩個(gè)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(guò)旋鈕開關(guān)實(shí)現(xiàn)功能切換，防霧、除露、化霜所需加熱功率依次增大。如圖是簡(jiǎn)化后的后視鏡加熱電路，四個(gè)發(fā)熱電阻的阻值均為100Ω，當(dāng)開關(guān)旋至“1”擋時(shí)，電路中的電流為0.5A。（忽略溫度對(duì)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(zhì)量約為400g，玻璃的比熱容為0.75×103J/（kg·℃），當(dāng)開啟化霜功能時(shí)，加熱效率為50%，為使后視鏡玻璃溫度升高10℃，需加熱多長(zhǎng)時(shí)間？

【分析】（1）當(dāng)開關(guān)旋至“1”擋時(shí)，R3、R4串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)可知電路的總電阻，根據(jù)歐姆定律求出電源電壓；

（2）當(dāng)開關(guān)旋至“2”擋時(shí)，只有R3工作，當(dāng)開關(guān)旋至“3”擋時(shí)，R1、R2并聯(lián)，根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)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(jù)P＝[U2R]分別求出防霧、除露功能的電功率，據(jù)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(zhì)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(jù)效率公式求出后視鏡消耗的電能；根據(jù)P＝[Wt]求出加熱的時(shí)間。

【解答】解：（1）當(dāng)開關(guān)旋至“1”擋時(shí)，R3、R4串聯(lián)，

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(dāng)開關(guān)旋至“2”擋時(shí)，只有R3工作，當(dāng)開關(guān)旋至“3”擋時(shí)，R1、R2并聯(lián)；

根據(jù)串并聯(lián)電路的電阻特點(diǎn)可知，串聯(lián)電路的總電阻大于任一分電阻，并聯(lián)電路的總電阻小于任何一個(gè)分電阻，

則當(dāng)開關(guān)旋至“1”擋時(shí)，R3、R4串聯(lián)，電路中的總電阻最大，P＝[U2R]可知，此時(shí)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(shí)的電功率：P防霧＝[U2R]＝[100V2200Ω]＝50W；

當(dāng)開關(guān)旋至“3”擋時(shí)，R1、R2并聯(lián)，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(shí)的電功率：P化霜＝[U2R1]+[U2R2]＝[100V2100Ω]+[100V2100Ω]＝200W；

當(dāng)開關(guān)旋至“2”擋時(shí)，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(dāng)開啟化霜功能時(shí)，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(shí)間：t＝[WP化霜]＝[6000J200W]＝30s。

【點(diǎn)評(píng)】本題是電熱綜合題，主要考查串并聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律的應(yīng)用、電功率公式、吸熱公式以及效率公式的靈活運(yùn)用，能正確分析后視鏡各種功能的對(duì)應(yīng)的電路連接是解題的關(guān)鍵。

三、總結(jié)

從新課標(biāo)的要求，注重貼近學(xué)生的生活，聚焦思維增長(zhǎng)點(diǎn)，引領(lǐng)學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)向理性思考發(fā)展。本文較好地體現(xiàn)了物理“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”課程理念，注重時(shí)代性，加強(qiáng)物理課程內(nèi)容與生產(chǎn)生活、現(xiàn)代化社會(huì)及科技發(fā)展的聯(lián)系。

當(dāng)然，實(shí)際這些電器的內(nèi)部遠(yuǎn)比題目呈現(xiàn)的電路復(fù)雜得多，但是只要我們緊緊抓住學(xué)生必備知識(shí)與關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，理解聯(lián)系實(shí)際，創(chuàng)設(shè)與生活生產(chǎn)實(shí)踐、體育運(yùn)動(dòng)等緊密聯(lián)系的情境化試題，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)問題情境中學(xué)以致用，才能真正落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

在平時(shí)的教學(xué)中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行情景教學(xué)，這也是落實(shí)“雙減”的有效措施，減量增效，真正使學(xué)生在學(xué)習(xí)中得到思維提升，全面發(fā)展。