Question

【題目】在市科技創(chuàng)新大賽中，我校物理興趣小組小亮同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)多檔位的電熱水器． 圖甲所示是他設(shè)計(jì)的電熱水器的工作電路圖，R1和R2是兩根電熱絲，R1＞R2 ． 他設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)如圖18乙所示，旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)內(nèi)有一塊絕緣圓盤，在圓盤的邊緣依次有共 10 個(gè)金屬觸點(diǎn)（在圖乙中用“○”表示，“○”中標(biāo)有 1、2、3、4 編號(hào)，編號(hào)相同的觸點(diǎn)用導(dǎo)線連接）．可以繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的開(kāi)關(guān)旋鈕兩端各有一個(gè)金屬滑片，轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)旋鈕可以將相鄰的觸點(diǎn)連接．例如圖乙中，旋鈕上的箭頭指向圖中位置 D，此時(shí)，金屬滑片將 1、2 兩觸點(diǎn)接通，同時(shí)另一端也將 3、4 兩觸點(diǎn)接通．當(dāng)旋鈕上的箭頭指向 A、B、C、D 不同位置時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高溫，中溫2，中溫1，低溫四檔加熱功率．具體功率如表所示（保留整數(shù)）求：

溫度檔位	高溫	中溫 2	中溫 1	低溫
加熱功率/W	1100	660	440

（1）電熱水器在高溫檔正常工作時(shí)的電流；
（2）低溫檔的功率
（3）用電高峰期，用電器的實(shí)際電壓往往達(dá)不到額定電壓220V，若測(cè)得該電熱水器在高溫檔時(shí)的實(shí)際功率為891W，則此時(shí)實(shí)際電壓是多少？
（4）小亮根據(jù)計(jì)算結(jié)果，借助電池組、電壓表和電流表分別截取了電阻大小符合要求的兩根電熱絲，并按電路圖連接好，經(jīng)檢查無(wú)誤后，小亮將電熱器接入家庭電路，同時(shí)借助電能表和手表測(cè)量電熱器在不同檔位工作時(shí)實(shí)際消耗的電功率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每一檔的實(shí)際功率均小于按照電熱絲電阻值計(jì)算的結(jié)果，測(cè)量后發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)電源電壓為 220V．請(qǐng)簡(jiǎn)單解釋產(chǎn)生這種偏差的原因．

Answer 1

【答案】
（1）解：由表中數(shù)據(jù)知，高溫檔加熱功率為1100W，由P=UI可得高溫檔正常工作時(shí)的電流：

I= = =5A

（2）解：電源電壓U一定，由P= 可知，電阻R越大，電功率越��；電阻R越小，電功率越大；

由圖可知：

①開(kāi)關(guān)置于A時(shí)，2與4相連，兩電阻串聯(lián)接入電路，電路電阻最大，此時(shí)電功率最小，熱水器處于低溫檔；

②開(kāi)關(guān)置于B時(shí)，1與2相連，電阻R2接入電路，因?yàn)镽1＞R2，此時(shí)熱水器處于中溫2檔P2=660W；

③開(kāi)關(guān)置于C時(shí)，3與4相連，電阻R1接入電路，熱水器處于中溫1檔P3=440W；

④開(kāi)關(guān)置于D位置時(shí)，1與2、3與4連接，兩電阻并聯(lián)，此時(shí)電路電阻最小，此時(shí)電功率最大，處于高溫?fù)鮌高溫=1100W；

由P= 可得的阻值分別為：

R1= = =110Ω，R2= = ≈73Ω，

所以低溫檔功率：P低溫= = ≈264W

（3）解：由P= 可得正常工作時(shí)高溫檔電路的總電阻：R總= ，

實(shí)際電壓下的電路的總電阻：R總= ，

總電阻不變，所以： = ，即： = ，

解得：U實(shí)=198V

（4）解：電熱絲的電阻會(huì)隨溫度而變化；

在借助電池組、電壓表和電流表截取一定阻值的電熱絲時(shí)，電熱絲消耗的功率很小，一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量很少，故電熱絲的溫度低，此時(shí)電阻小；

當(dāng)電熱絲接入家庭電路工作時(shí)，消耗的電功率較大，一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量多，溫度升高顯著，電熱絲的電阻變大明顯；由P= 可知，此時(shí)電熱絲消耗的電功率比測(cè)得的電阻計(jì)算的電功率要小一些

【解析】（1）由P=UI計(jì)算電熱水器在高溫檔正常工作時(shí)的電流；（2）由圖乙，結(jié)合電路圖甲分析電熱水器工作情況，根據(jù)電路特點(diǎn)和電功率公式計(jì)算；（3）根據(jù)P= 表示出正常工作時(shí)電路總電阻和實(shí)際工作時(shí)的總電阻，根據(jù)電阻不變計(jì)算實(shí)際電壓；（4）根據(jù)導(dǎo)體電阻受溫度影響，由P= 分析解答．
【考點(diǎn)精析】本題主要考查了電功率的計(jì)算公式的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，需要掌握計(jì)算電功率公式：P =W/t ；P=UI ; 式中單位P→瓦(w)；W→焦；t→秒；U→伏（V）；I→安（A）計(jì)算電功率還可用公式：P=I2R和P= U2/R才能正確解答此題．