《2025年新课程实践与探究丛书九年级物理全一册人教版》

例2 (2024·齐齐哈尔)如图甲所示是一款利用高温水蒸气熨烫衣服的家用便携式挂烫机,它的正常工作电压为 $ 220\ V $。有高温、低温两个加热挡位,其内部简化电路图如图乙所示,当双触点开关 $ S $ 接触 $ 1 $ 和 $ 2 $ 时为关机状态。$ R_1 $、$ R_2 $ 是两个阻值不变的电热丝,$ R_1 = R_2 = 48.4\ \Omega $。问：
(1)挂烫机使用低温挡位正常工作时的电功率为多少？
(2)若某次使用时,用高温挡位正常工作,将 $ 0.2\ kg $ 的水从 $ 20\ \celsius $ 加热到 $ 100\ \celsius $,则水吸收的热量是多少？
(3)若(2)问中用高温挡位正常工作,加热过程共用时 $ 80\ s $,则此次加热过程中,该挂烫机的加热效率是多少？

思路点拨 (1)当开关旋至 $ 2 $ 和 $ 3 $ 时,$ R_1 $、$ R_2 $ 串联,此时电路中电阻最大,根据电阻的串联和 $ P = UI = \dfrac{U^2}{R} $ 可知,为低温挡位,据此求出挂烫机使用低温挡位正常工作时的电功率；(2)先根据 $ Q_{吸} = cm(t - t_0) $ 可求出水吸收的热量；(3)根据 $ P = UI = \dfrac{U^2}{R} $ 求出高温挡位的功率,再求出加热这些水消耗的电能,利用 $ \eta = \dfrac{Q_{吸}}{W} × 100\% $ 可求得挂烫机的加热效率。
规律总结 先识别电路连接,再选择相关公式计算。

答案： 例2.
(1)当开关旋至2和3时,R₁、R₂串联,此时电路中电阻最大,R=R₁+R₂=48.4Ω+48.4Ω=96.8Ω,由P=UI=U²/R可知此时电路的功率最小,为低温挡,其功率为P=UI=U²/R=(220V)²/96.8Ω=500W。
(2)将0.2kg的水从20℃加热到100℃,水吸收的热量:Q吸=c水m水(t-t₀)=4.2×10³J/(kg·℃)×0.2kg×(100℃-20℃)=6.72×10⁴J。
(3)当开关旋至3和4时,R₁被短路,此时电路为R₂的简单电路,由P=UI=U²/R可知此时电路的功率最大,为高温挡,挂烫机高温挡的电功率:P高=U²/R₂=(220V)²/48.4Ω=1000W,用高温挡位正常工作,加热过程共用时80s,由P=W/t可得,消耗的电能为:W=P高t=1000W×80s=8×10⁴J,则挂烫机的加热效率为:η=Q吸/W×100%=6.72×10⁴J/8×10⁴J×100%=84%。