Question

如圖示，是一種電熨斗電路圖，R₁、R₂為相同的電熱絲，S為檔位開關(guān)，使用時(shí)接入220V的照明電路．
（1）說(shuō)明分別使用電熨斗低溫、高溫檔位時(shí)，S的通斷情況．
（2）若電熨斗低溫檔位功率為121W，求每根電熱絲電阻為多大？
（3）在使用高溫檔位達(dá)到一定溫度時(shí)，由于環(huán)境溫度較低，電熨斗每分鐘對(duì)外散熱1.2×10⁴J，為保持這一溫度恒定，應(yīng)在電路中串聯(lián)多大的分壓電阻？為了保證各檔位正常使用，怎樣設(shè)計(jì)這一部分的電路？試畫出．兩種設(shè)計(jì)方案．

Answer 1

解：（1）當(dāng)S斷開時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，此時(shí)電路的總電阻最大，根據(jù)公式P=可知，此時(shí)的電功率最小，則電熨斗處于低溫檔位；
當(dāng)S閉合時(shí)，R₁被短路，此時(shí)電路的總電阻最小，電功率最大，電熨斗處于高溫檔位；
答：S閉合時(shí)，電熨斗處于高溫檔位；S斷開時(shí)，電熨斗處于低溫檔位．
（2）當(dāng)S斷開時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，電熨斗處于低溫檔位，
則R₁與R₂串聯(lián)時(shí)的總電阻：R_總===400Ω，
因?yàn)镽₁、R₂為相同的電熱絲，所以每根電熱絲的電阻為200Ω；
答：每根電熱絲電阻為200Ω．
（3）電熱絲R₂的電功率：P₂===200W，
電熱絲R₂兩端的電壓：U₂===200V，
則串聯(lián)電阻兩端的電壓：U_串=U-U₂=220V-200V=20V，
電路中的電流：I₂===1A，
則串聯(lián)電阻的阻值：R_串===20Ω．
因此，為保持這一溫度恒定，應(yīng)在電路中串聯(lián)20Ω的分壓電阻．
為了保證各檔位正常使用，我們可以設(shè)計(jì)出兩種方案：
①將串聯(lián)電阻串連接在電路中，然后給它兩端并接一個(gè)開關(guān)S′．當(dāng)閉合S和S′時(shí)，電路中只有R₂，此時(shí)電熨斗處于高溫狀態(tài)；當(dāng)斷開S，閉合S′時(shí)，電熱絲R₁與R₂串聯(lián)，此時(shí)電熨斗處于低溫狀態(tài)；當(dāng)閉合S、斷開S′時(shí)，電熱絲R₂與R_串串聯(lián)，電熨斗保持這一溫度恒定．答案如圖：

②將串聯(lián)電阻一端接在R₂的右端，然后在R₁與R₂的中間接一個(gè)單刀雙擲開關(guān)S″．當(dāng)閉合S，S″接R₂時(shí)，電熨斗處于高溫狀態(tài)；當(dāng)斷開S，S″接R₂時(shí)，電熨斗處于低溫狀態(tài)；當(dāng)斷開S，S″接R_串時(shí)，電熨斗保持這一溫度恒定．答案如圖：

分析：（1）電熨斗的溫度高低與電熨斗的電功率大小有關(guān)（電功率大時(shí)溫度高，電功率小時(shí)溫度低），而電熨斗的電功率大小與電阻大小有關(guān)（電阻大時(shí)電功率小，電阻小時(shí)電功率大），開關(guān)的閉合、斷開會(huì)改變電路的電阻（閉合時(shí)R₁被短路，斷開時(shí)R₁與R₂串聯(lián)）；
（2）先根據(jù)公式R=算出兩根電熱絲串聯(lián)時(shí)的總電阻，然后除以2即為每根電熱絲的電阻；
（3）先根據(jù)公式P=算出電熱絲R₂的功率，然后再根據(jù)公式U²=PR算出電熱絲R₂兩端的電壓，再根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律算出串聯(lián)電阻兩端的電壓，最后根據(jù)歐姆定律及其應(yīng)用算出串聯(lián)電阻的阻值．
為了保證各檔位正常使用，我們可以設(shè)計(jì)出兩種方案：①將串聯(lián)電阻串連接在電路中，然后給它兩端并接一個(gè)開關(guān)；②將串聯(lián)電阻一端接在R₂的右端，然后在R₁與R₂的中間接一個(gè)單刀雙擲開關(guān)．
點(diǎn)評(píng)：本題的綜合性較強(qiáng)且難度較大，所涉及的公式有歐姆定律公式，電功率公式，其中在第（3）問(wèn)中，算電熱絲兩端的電壓所用到的公式在很多計(jì)算題中都很少用到，一定要注意該公式．
第（3）問(wèn)中的作圖設(shè)計(jì)，也是本題的一大難點(diǎn)，設(shè)計(jì)電路圖的關(guān)鍵是要了解開關(guān)的應(yīng)用：開關(guān)不僅可以控制電路的通斷，還可以改變電路的結(jié)構(gòu)狀態(tài)．