Question

如圖所示，是某魚缸水溫調(diào)節(jié)器的原理圖，其中R₁為阻值可調(diào)的電熱絲，開關(guān)S₂為單刀雙擲開關(guān)．開關(guān)S₁閉合、S₂接b時，電路處于加熱狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)S₁斷開、S₂接a時，電路處于保溫狀態(tài)．已知U=220V，R₂=880Ω，R₁不會短路．取水的比熱容c=4.2×10³ J/（kg?℃）．試問：
（1）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時，通過電阻R₂的電流為多少？
（2）當(dāng)電路處于保溫狀態(tài)時，若電路消耗的功率P=48.4W，則電熱絲R₁連入電路的阻值應(yīng)為多少？
（3）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時，要將缸中m=48.4 kg的水溫度升高△t=2℃，現(xiàn)調(diào)節(jié)電熱絲R₁使其阻值為R₁′=200Ω，則加熱需多少時間？（假設(shè)電熱全部被水吸收，且無熱量散失）

Answer 1

解：（1）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時，等效電路圖如下圖所示：

通過電阻R₂的電流：
I₂===0.25A；
（2）當(dāng)電路處于保溫狀態(tài)時，等效電路圖如下圖所示：

電路的總電阻R===1000Ω，
則R₁=R-R₂=1000Ω-880Ω=120Ω；
（3）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時，等效電路圖如下圖所示：

水需要吸收熱量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×48.4kg×2℃=406560J，
電路中的總電阻：
R_總===105.6Ω，
此時電路的總功率：
P_加熱′===W，
加熱時間：
t====8870.4s．
答：（1）通過電阻R₂的電流約為0.25A；
（2）電熱絲R₁連人電路的阻值應(yīng)為120Ω；
（3）加熱需8870.4s．
分析：（1）開關(guān)S₁閉合、S₂接b時，電路處于加熱狀態(tài)，兩電阻并聯(lián)，根據(jù)I=求出通過電阻R₂的電流；
（2）當(dāng)開關(guān)S₁斷開、S₂接a時，兩電阻串聯(lián)，根據(jù)R=求出電路的總電阻，再根據(jù)電阻的串聯(lián)求出電熱絲R₁連人電路的阻值；
（3）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時，兩電阻并聯(lián)，根據(jù)Q=cm△t求出水吸收的熱量，電流做的功即為水吸收的熱量，根據(jù)電阻的并聯(lián)特點求出電路中的總電阻，再根據(jù)W=Q=Pt=t即可求出加熱時間．
點評：本題考查了串聯(lián)、并聯(lián)電阻特點和電功率公式的應(yīng)用，以及電阻、吸熱、加熱時間的計算，關(guān)鍵是公式的靈活運用和開關(guān)閉合、斷開時電路連接方式的判斷．