Question

9．圖示為一款有高、低溫兩擋的蒸汽電熨斗電路原理圖．R₁、R₂為電熱絲，其中R₂=44Ω，水升溫并汽化成水蒸氣，從而熨燙衣服．
（1）電熱絲是利用電流的熱效應(yīng)工作的．分析電路圖，要使電熨斗處于高溫?fù)酰�請指出開關(guān)S₁、S₂的斷開、閉合情況．
（2）電熨斗處于低溫?fù)鯐r，正常工作功率為200W．求：R₁的電阻是多大？通電3min產(chǎn)生的熱量是多少？
（3）若將該款電熨斗進(jìn)行改造，使其正常工作時高溫?fù)豕β蕿?000W．要求只改變其中一個電熱絲的阻值，請你通過分析和計算，求出該電熱絲改變后的阻值應(yīng)為多少？

Answer 1

分析 （1）電源電壓一定，由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電路電阻越小，功率越大，電熨斗處于高溫?fù)�，根�?jù)電路圖分析電路結(jié)構(gòu)得出兩開關(guān)所處的狀態(tài)；
（2）電熨斗處于低溫檔，此時只有電阻R₁接入電路，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出R₁的阻值，再根據(jù)Q=W=Pt求出通電3min產(chǎn)生的熱量；
（3）當(dāng)開關(guān)S₁與S₂都閉合時，R₁與R₂并聯(lián)，電熨斗處于高溫?fù)�，根�?jù)并聯(lián)電路中各支路獨立工作、互不影響可知R₁的電功率，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點和P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出R₂電功率，根據(jù)電熨斗進(jìn)行改造后正常工作時高溫?fù)豕β蕿?000W判斷需要改造的電阻，根據(jù)電路的總功率等于各用電器功率之和判斷改造后電阻的電功率，再根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出改造后電阻的阻值．

解答 解：（1）由電路圖可知，開關(guān)S₁、S₂都閉合時，兩電阻絲并聯(lián)，總電阻最小，
電源電壓一定，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，此時電路的總功率最大，電熨斗處于高溫?fù)酰?br />（2）由電路圖可知，當(dāng)S₁閉合，S₂斷開時，電路為R₁的簡單電路，電熨斗處于低溫檔，
則R₁的電阻：
R₁=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{低溫}}$=$\frac{（220V）^{2}}{200W}$=242Ω；
通電3min產(chǎn)生的熱量：
Q=W=P_低溫t=200W×3×60s=3.6×10⁴J；
（3）當(dāng)開關(guān)S₁與S₂都閉合時，R₁與R₂并聯(lián)，電熨斗處于高溫?fù)酰?br />因并聯(lián)電路中各支路獨立工作、互不影響，
所以，R₁的電功率P₁=P_低溫=200W，
因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，
所以，此時R₂的電功率：
P₂=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{（220V）^{2}}{44Ω}$=1100W，
因電熨斗進(jìn)行改造后，正常工作時高溫?fù)豕β蕿?000W，
所以，只能改造電阻R₂，改造后R₂的電功率：P₂′=P_高溫′-P₁=1000W-200W=800W，
則電阻R₂改變后的阻值：
R₂′=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{2}′}$=$\frac{（220V）^{2}}{800W}$=60.5Ω．
答：（1）要使電熨斗處于高溫?fù)�，開關(guān)S₁、S₂應(yīng)都閉合；
（2）電熨斗處于低溫?fù)鯐r，R₁的電阻是242Ω，通電3min產(chǎn)生的熱量是3.6×10⁴J；
（3）可將電阻R₂的阻值改為60.5Ω，電熨斗正常工作時高溫?fù)豕β适?000W．

點評 本題考查了并聯(lián)電路的特點和電功率公式以及電熱公式的靈活應(yīng)用，分清電熨斗處于不同檔位時電路的連接方式是關(guān)鍵，難點是電路改造時需要改變電阻的判斷．