Question

如圖所示是某電熱器的工作原理圖，R₁、R₂是發(fā)熱電阻，虛線框為電熱器的金屬外殼。它用一個旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以實現(xiàn)電熱器多檔位工作的要求。其中旋轉(zhuǎn)開關(guān)內(nèi)有一塊絕緣圓盤，在圓盤的左邊緣依次有4個金屬觸點①、②、③、④，右邊緣是一金屬板，可繞中心軸轉(zhuǎn)動的開關(guān)旋鈕兩端各有一個金屬滑片，轉(zhuǎn)動開關(guān)旋鈕可以將左邊緣相鄰的兩個觸點與右邊緣的金屬板同時連通。如旋到圖中位置S時，金屬滑片將1、2兩觸點同時與右邊緣金屬板接通。

導(dǎo)    線    規(guī)    格
導(dǎo)線橫截面積S/mm2	0．5	1	1.5	2.5
安全載流量I/ A	4	8	12	20

（1）如果請你為這臺電熱器配備一個三腳插頭，如圖乙所示，應(yīng)該將電路圖中的地線接到插頭的　　  （選填“G”、“L”或“N”）腳。正常情況下，火線和零線之間的電壓為_______V。
（2）小明想在電路中加一個“傾倒開關(guān)”，使電熱器被碰倒時能自動斷開電路，以免引起火災(zāi)。該開關(guān)最好應(yīng)安裝在示意圖中A、B、C、D、E中的　　  _點處。
（3）如果 R₁＝R₂，旋鈕開關(guān)旋到位置S時的電功率為1000W，求R₁和R₂的阻值。
（4）當旋鈕開關(guān)旋到位置T時，通電1 min產(chǎn)生的熱量是多少？
（5）某種橡皮絕緣銅芯導(dǎo)線在常溫下安全載流量（長時間通電時的最大安全電流）如下表，請你計算說明應(yīng)選橫截面積為多大的銅芯導(dǎo)線作為該電熱器的輸出導(dǎo)線，才符合既適用又經(jīng)濟的原則？

Answer 1

（1）G，220；（2）A；（3）R₁和R₂的阻值為48.4Ω；（4）通電1min產(chǎn)生的熱量是3.0×10⁴J；（5）應(yīng)選橫截面積為1mm²的導(dǎo)線．

試題分析：（1）家庭電路中，金屬用電器使用三腳插頭和三孔插座，是為了防止金屬用電器漏電時發(fā)生觸電事故．地線接用電器的金屬外殼，為了防止金屬外殼的用電器漏電時發(fā)生觸電事故，地線接三腳插頭的上腳，當三腳插頭插入三孔插座，能使金屬外殼接地，防止觸電事故的發(fā)生，即應(yīng)該將電路圖中的地線接到插頭的G．正常情況下火線和零線之間的電壓是220V，火線和地線之間的電壓是220V，零線和地線之間的電壓是0V．
（2）電熱器被碰倒時火線和零線直接接觸會出現(xiàn)短路，電流過大，產(chǎn)生熱量會增多，會引起火災(zāi)．為了防止短路現(xiàn)象，在電熱器被碰倒時，切斷火線，“傾倒開關(guān)”要接在火線上，所以傾倒開關(guān)接在A處．
（3）如旋到圖中位置S時，金屬滑片將1、2兩觸點同時與右邊緣金屬板接通，由此可判斷R₁被短路，已知電壓和功率，可求出電阻：R₁=R₂=U²/P=(220V)²/1000W=48.4Ω．
（4）當旋鈕開關(guān)旋到位置T時，R₁與 R₂串聯(lián)，因發(fā)熱電阻將電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，所以Q=W=Pt=U²t/R
通電1min產(chǎn)生的熱量是：Q=U²t /（R₁+R₂）=(220V)²×60s /（48.4Ω+48.4Ω）=3.0×10⁴J．
（5）電熱器工作時的最大功率是1000W，工作電壓是220V，
電熱器工作時的最大電流：I=P/U=1000W/220V≈4.55A
由表可知，應(yīng)選橫截面積為1mm²的導(dǎo)線．