Question

圖（1）是用來焊接自來水管的塑料熱熔器。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為溫控開關，S₁是手控開關，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參數(shù)。

產(chǎn)品名稱	便攜自動控溫式PPR/PP-R塑料管材	額定電壓	220 V
型號	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
相對濕度	45%～95%	安全指標	絕緣電阻不小于1 ΜΩ

（1）請說出加熱和保溫狀態(tài)下，開關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，某次熔接時要需熔化80 g PVC，則正常情況下至少要加熱多長時間？

（4）在設計時，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，你認為先選哪一種比較合適，請說明理由。

Answer 1

以新科技為背景主要考查電阻的串聯(lián)、歐姆定律的應用、電功率的計算、電功與熱量的綜合計算等知識，關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S₁閉合、S₂斷開時，兩電阻串聯(lián)，為保溫狀態(tài)；當開關S₁與S₂都閉合時，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間。第（4）題，燈泡正常發(fā)光時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：當開關S₁閉合、S₂斷開時，兩電阻串聯(lián)，電路中電阻最大；當開關S₂閉合時，只有R₁工作此時電路中電阻最��；根據(jù)P＝可知，開關S₁閉合、S₂斷開時，熱熔器處于保溫狀態(tài)；開關S₁S₂閉合時，熱熔器處于加熱狀態(tài)。

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

保溫時，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，

當其指示時，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，

當起指示時，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，應選“3 V 10 mA”的發(fā)光二極管。

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

消耗的電能少。                                                     

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

       在寫關系式時，注意以下幾點：①畫好正確的電路圖后找變化和不變化的物理量，一般可以找到某個電阻不變和總電壓不變。利用電學知識解決考查電學知識的題目，列出相關關系式。②分析熱學情境，解答相關問題，列出相關關系式。③依據(jù)功能原理或能耗比，列出兩者相關的關系式。

       在備考時，一定要記清熱學、電學相關計算公式及適用條件，強化物理現(xiàn)象的分析。答題時，要認真仔細，不可機械套用公式，依據(jù)計算題解答規(guī)范逐步列式計算，不可因一步錯而喪失得分機會。