Question

圖（1）是用來(lái)焊接自來(lái)水管的塑料熱熔器。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（2）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。下表列出了它的技術(shù)參數(shù)。

產(chǎn)品名稱	便攜自動(dòng)控溫式PPR/PP-R塑料管材	額定電壓	220 V
型號(hào)	20~32 MM（配Ф20 Ф25 Ф32模頭）	加熱頭溫度	260±5℃
環(huán)境溫度	﹣20℃～50℃	功率	加熱：1 000 W，保溫：250 W
相對(duì)濕度	45%～95%	安全指標(biāo)	絕緣電阻不小于1 ΜΩ

（1）請(qǐng)說(shuō)出加熱和保溫狀態(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1 kg PVC塑料需要吸收10⁶ J熱量，某次熔接時(shí)要需熔化80 g PVC，則正常情況下至少要加熱多長(zhǎng)時(shí)間？

（4）在設(shè)計(jì)時(shí)，若指示燈ND可在“3 V 0.3 A”普通燈泡和“3 V 10 mA”的發(fā)光二極管中任選一種，你認(rèn)為先選哪一種比較合適，請(qǐng)說(shuō)明理由。

Answer 1

以新科技為背景主要考查電阻的串聯(lián)、歐姆定律的應(yīng)用、電功率的計(jì)算、電功與熱量的綜合計(jì)算等知識(shí)，關(guān)鍵是分析電路圖得出電路中電阻的變化和從節(jié)約能源的角度選取指示燈的規(guī)格。第（1）題，根據(jù)公式P＝可知，電阻越小，電功率越大；當(dāng)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)，兩電阻串聯(lián)，為保溫狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁與S₂都閉合時(shí)，只有R₁工作，為加熱狀態(tài)。第（2）題，由銘牌可知保溫功率和加熱功率，分別根據(jù)R＝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。第（3）題，已知熔化1 kg PVC塑料需要吸收的熱量，據(jù)此求出熔化80 g PVC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。第（4）題，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流和額定電流相等，根據(jù)P＝UI求出兩種指示燈所在支路消耗的電功率，即可從節(jié)約能源的角度選取比較合適的哪種燈。

解答：（1）解：當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)，兩電阻串聯(lián)，電路中電阻最大；當(dāng)開(kāi)關(guān)S₂閉合時(shí)，只有R₁工作此時(shí)電路中電阻最小；根據(jù)P＝可知，開(kāi)關(guān)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)，熱熔器處于保溫狀態(tài)；開(kāi)關(guān)S₁S₂閉合時(shí)，熱熔器處于加熱狀態(tài)。

（2）解：加熱時(shí)，電路為R₁的簡(jiǎn)單電路，則R₁＝＝48.4 Ω       

保溫時(shí)，R₁和R₂串聯(lián)，則R_總＝＝193.6 Ω，

R₂＝R_總－R₁＝193.6 Ω－48.4 Ω＝145.2 Ω

答：R₂電阻的阻值為145.2 Ω。                                           

（3）解：由熔化1 kg PVC塑料需要吸收10⁶ J熱量知，

熔化80 g PVC需要的熱量Q＝＝8×10⁴ J。               

由功能原理知，W＝Q＝8×10⁴ J。      

故需要的加熱時(shí)間t＝＝80 s。

答：正常情況下至少要加熱80 s。                                        

（4）解：若指示燈為“3 V 0.3 A”普通燈泡時(shí)，

當(dāng)其指示時(shí)，該支路消耗的電能P_燈＝U_燈I_燈＝3 V×0.3 A＝0.9 W。       

若指示燈為“3 V 10 mA”的發(fā)光二極管時(shí)，

當(dāng)起指示時(shí)，該支路消耗的電能P_管＝U_管I_管＝3 V×10×10^﹣3 A＝0.03 W， 

0.03 W＜0.9 W，故從節(jié)約能源的角度可知，應(yīng)選“3 V 10 mA”的發(fā)光二極管。

答：指示燈ND應(yīng)選“3 V 10 mA”的發(fā)光二極管，原因：指示燈正常工作時(shí)，

消耗的電能少。                                                     

【電熱學(xué)綜合題的做法】可依據(jù)下列步驟思考作答：①認(rèn)真仔細(xì)地閱讀題目，包括電路圖等。②畫(huà)出正確的等效電路圖，分析各物理量之間的關(guān)系及變化量、如何變化。③就每一個(gè)電路圖根據(jù)題目所給出的條件寫(xiě)出關(guān)系式。④找出各個(gè)關(guān)系式之間的關(guān)系，尤其是要找出連接電學(xué)知識(shí)和熱學(xué)知識(shí)的關(guān)系量。這些量在電學(xué)中為電功（能）或電功率，在熱學(xué)中為熱量或內(nèi)能，聯(lián)系二者的為功能原理或能耗比。這樣就可以將電學(xué)知識(shí)和熱學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)。⑤整理作答。  

       在寫(xiě)關(guān)系式時(shí)，注意以下幾點(diǎn)：①畫(huà)好正確的電路圖后找變化和不變化的物理量，一般可以找到某個(gè)電阻不變和總電壓不變。利用電學(xué)知識(shí)解決考查電學(xué)知識(shí)的題目，列出相關(guān)關(guān)系式。②分析熱學(xué)情境，解答相關(guān)問(wèn)題，列出相關(guān)關(guān)系式。③依據(jù)功能原理或能耗比，列出兩者相關(guān)的關(guān)系式。

       在備考時(shí)，一定要記清熱學(xué)、電學(xué)相關(guān)計(jì)算公式及適用條件，強(qiáng)化物理現(xiàn)象的分析。答題時(shí)，要認(rèn)真仔細(xì)，不可機(jī)械套用公式，依據(jù)計(jì)算題解答規(guī)范逐步列式計(jì)算，不可因一步錯(cuò)而喪失得分機(jī)會(huì)。