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7.空气炸锅是一种新型家电，图甲所示是某型号空气炸锅，其内部电路如图乙所示，部分参数和食品加热时间如表所示。其工作原理是通过发热管迅速加热锅内空气，利用大功率风扇形成循环的热流，使盛放篮内的食品均匀受热，不放油也能达到类似煎炸的效果。
(1)求正常工作时通过发热管的电流。
(2)某次用该空气炸锅炸一锅薯条耗时15分钟，求所消耗的电能。
(3)根据空气炸锅的工作原理，发热管、风扇、盛放篮三者的位置从上到下依次是
(1)求正常工作时通过发热管的电流。
(2)某次用该空气炸锅炸一锅薯条耗时15分钟，求所消耗的电能。
(3)根据空气炸锅的工作原理，发热管、风扇、盛放篮三者的位置从上到下依次是
风扇、发热管、盛放篮
。答案
7. 解：(1)$I=\frac{P}{U}=\frac{1320\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}}=6\ \mathrm{A}$。
(2)$P_{\mathrm{总}}=1320\ \mathrm{W}+80\ \mathrm{W}=1400\ \mathrm{W},W=P_{\mathrm{总}}t=1400\ \mathrm{W}×15×60\ \mathrm{s}=1.26×10^6\ \mathrm{J}$。
答：(1)通过发热管的电流为6 A；(2)炸一锅薯条消耗的电能为$1.26×10^6\ \mathrm{J}$。
(3)风扇、发热管、盛放篮
(2)$P_{\mathrm{总}}=1320\ \mathrm{W}+80\ \mathrm{W}=1400\ \mathrm{W},W=P_{\mathrm{总}}t=1400\ \mathrm{W}×15×60\ \mathrm{s}=1.26×10^6\ \mathrm{J}$。
答：(1)通过发热管的电流为6 A；(2)炸一锅薯条消耗的电能为$1.26×10^6\ \mathrm{J}$。
(3)风扇、发热管、盛放篮
解析
【分析】
第(1)问，已知发热管的额定功率和额定电压，根据电功率公式P=UI变形可求电流；第(2)问，空气炸锅工作时发热管与风扇同时工作，总功率为两者功率之和，消耗电能用W=P总t计算，需将时间单位转换为秒；第(3)问，根据空气炸锅“发热管加热空气、风扇形成循环热流、盛放篮放食品”的工作原理，判断各部件位置顺序。
【解析】
(1) 空气炸锅正常工作时，发热管额定功率$P_{管}=1320\ \mathrm{W}$，额定电压$U=220\ \mathrm{V}$，由$P=UI$得通过发热管的电流：
$I=\frac{P_{管}}{U}=\frac{1320\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}}=6\ \mathrm{A}$。
(2) 风扇功率$P_{扇}=80\ \mathrm{W}$，总功率$P_{总}=P_{管}+P_{扇}=1320\ \mathrm{W}+80\ \mathrm{W}=1400\ \mathrm{W}$；加热时间$t=15\ \mathrm{min}=15×60\ \mathrm{s}=900\ \mathrm{s}$，消耗电能：
$W=P_{总}t=1400\ \mathrm{W}×900\ \mathrm{s}=1.26×10^6\ \mathrm{J}$。
(3) 风扇需形成循环热流，应在最上方；发热管加热空气，位于风扇下方；盛放篮放置食品，在最下方，故三者位置从上到下依次为风扇、发热管、盛放篮。
【答案】
(1) 通过发热管的电流为6 A；(2) 炸一锅薯条消耗的电能为$1.26×10^6\ \mathrm{J}$；(3) 风扇、发热管、盛放篮
【知识点】
电功率计算、电能计算、热对流原理
【点评】
本题结合生活实例考查物理知识应用，将电功率、电能计算与实际电器工作原理结合，难度适中，注重学生对基础公式的掌握和原理的理解。
【难度系数】
0.6
第(1)问，已知发热管的额定功率和额定电压，根据电功率公式P=UI变形可求电流；第(2)问，空气炸锅工作时发热管与风扇同时工作，总功率为两者功率之和，消耗电能用W=P总t计算，需将时间单位转换为秒；第(3)问，根据空气炸锅“发热管加热空气、风扇形成循环热流、盛放篮放食品”的工作原理，判断各部件位置顺序。
【解析】
(1) 空气炸锅正常工作时，发热管额定功率$P_{管}=1320\ \mathrm{W}$，额定电压$U=220\ \mathrm{V}$，由$P=UI$得通过发热管的电流：
$I=\frac{P_{管}}{U}=\frac{1320\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}}=6\ \mathrm{A}$。
(2) 风扇功率$P_{扇}=80\ \mathrm{W}$，总功率$P_{总}=P_{管}+P_{扇}=1320\ \mathrm{W}+80\ \mathrm{W}=1400\ \mathrm{W}$；加热时间$t=15\ \mathrm{min}=15×60\ \mathrm{s}=900\ \mathrm{s}$，消耗电能：
$W=P_{总}t=1400\ \mathrm{W}×900\ \mathrm{s}=1.26×10^6\ \mathrm{J}$。
(3) 风扇需形成循环热流，应在最上方；发热管加热空气，位于风扇下方；盛放篮放置食品，在最下方，故三者位置从上到下依次为风扇、发热管、盛放篮。
【答案】
(1) 通过发热管的电流为6 A；(2) 炸一锅薯条消耗的电能为$1.26×10^6\ \mathrm{J}$；(3) 风扇、发热管、盛放篮
【知识点】
电功率计算、电能计算、热对流原理
【点评】
本题结合生活实例考查物理知识应用，将电功率、电能计算与实际电器工作原理结合，难度适中，注重学生对基础公式的掌握和原理的理解。
【难度系数】
0.6
8.小明家买了一台电烤箱，发热功率有高温、中温、低温三挡。小明根据电烤箱的工作情况，跟同学们在实验室组成模拟电烤箱的实验电路(如图所示)。电源输出电压稳定为6 V，两个发热电阻分别为$R_1=10\ \Omega,R_2=20\ \Omega$。单刀双掷开关$S_2$可分别与触点a、b接通。请你参与小明与同学们的研究，分析和解答以下问题。
(1)两个开关分别处于什么状态时，模拟电烤箱电路处于低温挡？为什么？
(2)模拟电烤箱电路处于中温挡工作时，消耗的电功率是多少？
(3)模拟电烤箱电路处于高温挡工作时，通电10 min，电流产生多少热量？
(1)两个开关分别处于什么状态时，模拟电烤箱电路处于低温挡？为什么？
(2)模拟电烤箱电路处于中温挡工作时，消耗的电功率是多少？
(3)模拟电烤箱电路处于高温挡工作时，通电10 min，电流产生多少热量？
答案
8. 解：(1)当开关$\mathrm{S}_1$断开，$\mathrm{S}_2$接$a$时，电路处于“低”挡位。此时电阻$R_1$和$R_2$串联，接入电路的电阻最大，当电压不变时，根据$P=\frac{U^2}{R}$可知，此时电功率最小。
(2)当开关$\mathrm{S}_1$闭合，$\mathrm{S}_2$接$a$时，只有电阻$R_2$接入电路，电路处于“中”挡位。此时电功率$P_{\mathrm{中}}=P_2=\frac{U^2}{R_2}=\frac{6\ \mathrm{V}×6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=1.8\ \mathrm{W}$。
(3)当开关$\mathrm{S}_1$闭合，$\mathrm{S}_2$接$b$时，两个电阻并联接入电路，此时电路处于“高”挡位。$P_{\mathrm{高}}=P_1+P_2=\frac{U^2}{R_1}+P_2=\frac{6\ \mathrm{V}×6\ \mathrm{V}}{10\ \Omega}+1.8\ \mathrm{W}=5.4\ \mathrm{W}$。通电10 min产生热量$Q=W=P_{\mathrm{高}}t=5.4\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=3240\ \mathrm{J}$。
(2)当开关$\mathrm{S}_1$闭合，$\mathrm{S}_2$接$a$时，只有电阻$R_2$接入电路，电路处于“中”挡位。此时电功率$P_{\mathrm{中}}=P_2=\frac{U^2}{R_2}=\frac{6\ \mathrm{V}×6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=1.8\ \mathrm{W}$。
(3)当开关$\mathrm{S}_1$闭合，$\mathrm{S}_2$接$b$时，两个电阻并联接入电路，此时电路处于“高”挡位。$P_{\mathrm{高}}=P_1+P_2=\frac{U^2}{R_1}+P_2=\frac{6\ \mathrm{V}×6\ \mathrm{V}}{10\ \Omega}+1.8\ \mathrm{W}=5.4\ \mathrm{W}$。通电10 min产生热量$Q=W=P_{\mathrm{高}}t=5.4\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=3240\ \mathrm{J}$。
解析
【分析】要判断电烤箱的挡位，需根据电源电压不变时，电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$：电路总电阻越大，电功率越小，挡位越低。因此需先分析不同开关状态下的电路连接方式（串联、并联或单个电阻接入），再结合电阻大小判断挡位，最后根据对应公式计算功率和热量。
【解析】
(1) 低温挡：当开关$\mathrm{S}_1$断开，$\mathrm{S}_2$接$a$时，$R_1$与$R_2$串联接入电路，总电阻$R_{\mathrm{串}}=R_1+R_2=10\ \Omega+20\ \Omega=30\ \Omega$，为所有状态中总电阻最大的情况。电源电压$U=6\ \mathrm{V}$不变，根据$P=\frac{U^2}{R}$，此时电路电功率最小，故为低温挡。
(2) 中温挡：当开关$\mathrm{S}_1$闭合，$\mathrm{S}_2$接$a$时，$R_1$被短路，只有$R_2$接入电路，总电阻$R=R_2=20\ \Omega$。此时电功率$P_{\mathrm{中}}=\frac{U^2}{R_2}=\frac{(6\ \mathrm{V})^2}{20\ \Omega}=1.8\ \mathrm{W}$。
(3) 高温挡：当开关$\mathrm{S}_1$闭合，$\mathrm{S}_2$接$b$时，$R_1$与$R_2$并联接入电路，各电阻两端电压均为电源电压$6\ \mathrm{V}$。总功率$P_{\mathrm{高}}=P_1+P_2=\frac{U^2}{R_1}+\frac{U^2}{R_2}=\frac{(6\ \mathrm{V})^2}{10\ \Omega}+\frac{(6\ \mathrm{V})^2}{20\ \Omega}=3.6\ \mathrm{W}+1.8\ \mathrm{W}=5.4\ \mathrm{W}$。通电时间$t=10\ \mathrm{min}=600\ \mathrm{s}$，电流产生的热量$Q=W=P_{\mathrm{高}}t=5.4\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=3240\ \mathrm{J}$。
【答案】(1)当$\mathrm{S}_1$断开、$\mathrm{S}_2$接$a$时，电路为低温挡；(2)$1.8\ \mathrm{W}$；(3)$3240\ \mathrm{J}$
【知识点】电功率计算、串并联电路特点、焦耳定律
【点评】本题是结合电路分析的电功率应用典型题，核心是通过开关状态判断串并联电路，利用$P=\frac{U^2}{R}$分析挡位，需掌握电路连接判断和公式的灵活应用，难度适中。
【难度系数】0.6
【解析】
(1) 低温挡：当开关$\mathrm{S}_1$断开，$\mathrm{S}_2$接$a$时，$R_1$与$R_2$串联接入电路，总电阻$R_{\mathrm{串}}=R_1+R_2=10\ \Omega+20\ \Omega=30\ \Omega$，为所有状态中总电阻最大的情况。电源电压$U=6\ \mathrm{V}$不变，根据$P=\frac{U^2}{R}$，此时电路电功率最小，故为低温挡。
(2) 中温挡：当开关$\mathrm{S}_1$闭合，$\mathrm{S}_2$接$a$时，$R_1$被短路，只有$R_2$接入电路，总电阻$R=R_2=20\ \Omega$。此时电功率$P_{\mathrm{中}}=\frac{U^2}{R_2}=\frac{(6\ \mathrm{V})^2}{20\ \Omega}=1.8\ \mathrm{W}$。
(3) 高温挡：当开关$\mathrm{S}_1$闭合，$\mathrm{S}_2$接$b$时，$R_1$与$R_2$并联接入电路，各电阻两端电压均为电源电压$6\ \mathrm{V}$。总功率$P_{\mathrm{高}}=P_1+P_2=\frac{U^2}{R_1}+\frac{U^2}{R_2}=\frac{(6\ \mathrm{V})^2}{10\ \Omega}+\frac{(6\ \mathrm{V})^2}{20\ \Omega}=3.6\ \mathrm{W}+1.8\ \mathrm{W}=5.4\ \mathrm{W}$。通电时间$t=10\ \mathrm{min}=600\ \mathrm{s}$，电流产生的热量$Q=W=P_{\mathrm{高}}t=5.4\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=3240\ \mathrm{J}$。
【答案】(1)当$\mathrm{S}_1$断开、$\mathrm{S}_2$接$a$时，电路为低温挡；(2)$1.8\ \mathrm{W}$；(3)$3240\ \mathrm{J}$
【知识点】电功率计算、串并联电路特点、焦耳定律
【点评】本题是结合电路分析的电功率应用典型题，核心是通过开关状态判断串并联电路，利用$P=\frac{U^2}{R}$分析挡位，需掌握电路连接判断和公式的灵活应用，难度适中。
【难度系数】0.6
