Question

4．李明同學(xué)的新家裝修時(shí)，他看到水電工用如圖甲所示某種型號(hào)的塑料熱熔器來(lái)熔接塑料水管．通電后，加熱頭發(fā)熱，使需接上的塑料水管的兩頭熔化，將它們對(duì)接、緊壓在一起，冷卻后，就可以拼成一根水管了．其電路部分如圖乙所示，S₂為溫控開(kāi)關(guān)，S₁是手控開(kāi)關(guān)． ND為指示燈，R₁是限流電阻，R₂和R₃均為加熱電阻．下表是它的主要技術(shù)參數(shù)．

產(chǎn)品名稱(chēng)	便攜自動(dòng)控溫式 PPR/PP-R塑料管材
額定電壓	220V
加熱頭溫度	260±5℃
功  率	加熱：1 000W保溫：250W
安全指標(biāo)	絕緣電阻不小于1MΩ

（1）請(qǐng)說(shuō)出加熱狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)S₁和S₂所處的狀態(tài)；
（2）求出R₂的電阻值；
（3）若熔化1kg的PVC塑料需要吸收10⁶ J的熱量，某次熔接時(shí)需要熔化200g的PVC，則正常情況下至少要加熱多長(zhǎng)時(shí)間？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電阻越小，電功率越大；當(dāng)開(kāi)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)，兩電阻串聯(lián)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S₂閉合時(shí)，只有R₃工作．
（2）由銘牌可知保溫功率和加熱功率，分別根據(jù)R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出加熱和保溫時(shí)電路中的總電阻，再根據(jù)電阻的串聯(lián)求出R₂的電阻值．
（3）已知熔化1kgPVC塑料需要吸收的熱量，據(jù)此求出熔化200gPVC需要的熱量，再根據(jù)Q=W=Pt求出正常情況下的加熱時(shí)間．

解答 解：
（1）由題R₂和R₃均為加熱電阻．當(dāng)開(kāi)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)，兩R₂、R₃電阻串聯(lián)，電路中電阻最大；當(dāng)開(kāi)關(guān)S₂閉合時(shí)，只有R₃工作此時(shí)電路中電阻最小；
根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，開(kāi)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)處于保溫狀態(tài)，開(kāi)關(guān)S₁、S₂閉合時(shí)處于加熱狀態(tài)．
（2）加熱時(shí)，電路為R₃的簡(jiǎn)單電路，則
R₃=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{加熱}}$=$\frac{（220V）^{2}}{1000W}$=48.4Ω，
保溫時(shí)，R₂、R₃串聯(lián)，則
R_總=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{保溫}}$=$\frac{（220V）^{2}}{250W}$=193.6Ω，
R₂=R_總-R₃=193.6Ω-48.4Ω=145.2Ω．
（3）熔化200gPVC需要的熱量：
Q=$\frac{200g}{1000g}$）×10⁶J=2×10⁵J，
由P=$\frac{W}{t}$得：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{Q}{P}$=$\frac{2×1{0}^{5}J}{1000W}$=200s．
答：（1）加熱狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)S₁和S₂都閉合；
（2）R₂的電阻值為145.2Ω；
（3）熔化200g的PVC，則正常情況下至少要加熱200s．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電阻的串聯(lián)和電功率公式、電熱公式的靈活運(yùn)用，關(guān)鍵是分析電路圖得出電路中電阻的變化．