Question

13．生活在高原的人們常用高壓鍋煮食物，下圖是電力高壓鍋和它的工作電路圖．R₂=2R₁=120Ω，S₁為壓力開關(guān)，當(dāng)壓強達(dá)到設(shè)定值時會自動斷開，S₂為限時開關(guān)，可以設(shè)定加熱時間．
（1）當(dāng)鍋內(nèi)氣壓為110千帕?xí)r，鍋內(nèi)氣體對鍋蓋（面積為400cm²）的壓力有多大？
（2）資料：在由電阻構(gòu)成的電路中，電壓相同時，電流越大，相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多．根據(jù)電路圖，加熱時開關(guān)S₁、S₂的狀態(tài)應(yīng)為S₁、S₂都閉合時，保溫時S₁、S₂的狀態(tài)S₁斷開，只有S₂閉合．
（3）你能通過計算說明上一小題的判斷嗎？

Answer 1

分析 （1）已知壓強和受力面積，根據(jù)F=pS求受到的壓力；
（2）根據(jù)題意：S₁為壓力開關(guān)，當(dāng)壓強達(dá)到設(shè)定值時會自動斷開，S₂為限時開關(guān)，可以設(shè)定加熱時間，結(jié)合P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$，在電壓相同時，電路的電阻越�。ù螅�，功率越大（�。�，為高（低）溫檔，判斷不同情況下的開關(guān)狀態(tài)；
（3）根據(jù)不同狀態(tài)下的電路連接，求出并聯(lián)的總電阻，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求加熱功率和保溫功率，并比較大�。�

解答 解：
（1）由題可知，鍋內(nèi)氣壓p=110千帕，鍋蓋面積S=400cm²，
由p=$\frac{F}{S}$可得，此時鍋內(nèi)氣體對鍋蓋的壓力：
F=pS=110×10³Pa×400×10^-4m²=4400N；
（2）由題知，S₁為壓力開關(guān)，當(dāng)壓強達(dá)到設(shè)定值時會自動斷開，S₂為限時開關(guān)，可以設(shè)定加熱時間；
根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，在電壓相同時，電路中的電阻越�。ù螅�，功率越大（�。�，為高（低）溫檔，
根據(jù)并聯(lián)電阻的規(guī)律，當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都閉合時，兩電阻并聯(lián)，電阻最小，功率最大，為加熱狀態(tài)；當(dāng)達(dá)到以一定壓力時，壓力開關(guān)S₁斷開，只有S₂閉合，功率較小，為保溫狀態(tài)；
（3）已知R₂=2R₁=120Ω，則R₁=60Ω，
開關(guān)S₁、S₂都閉合時，兩電阻并聯(lián)的總電阻：
R_并=$\frac{{R}_{1}{R}_{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{60Ω×120Ω}{60Ω+120Ω}$=40Ω，
此時的加熱功率：
P_加=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{并}}$=$\frac{（220V）^{2}}{40Ω}$=1210W；
S₁斷開，只有S₂閉合時，保溫功率：
P_保=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{（220V）^{2}}{120Ω}$≈403.3W；
比較可知，P_保＜P_加．
故答案為：（1）當(dāng)鍋內(nèi)氣壓為110千帕?xí)r，鍋內(nèi)氣體對鍋蓋（面積為400cm²）的壓力為4400N；
（2）S₂都閉合時；S₁斷開，只有S₂閉合；
（3）開關(guān)S₁、S₂都閉合時加熱功率為1210W，功率大；S₁斷開，只有S₂閉合時的保溫功率為403.3W，功率較�。�

點評 本題考查串聯(lián)、并聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律和電功率、壓強知識的運用，關(guān)鍵是根據(jù)題意確定不同狀態(tài)下電路的連接情況．