Question

如圖示，是一種電熨斗電路圖，R₁、R₂為相同的電熱絲，S為檔位開關，使用時接入220V的照明電路．
（1）說明分別使用電熨斗低溫、高溫檔位時，S的通斷情況．
（2）若電熨斗低溫檔位功率為121W，求每根電熱絲電阻為多大？
（3）在使用高溫檔位達到一定溫度時，由于環(huán)境溫度較低，電熨斗每分鐘對外散熱1.2×10⁴J，為保持這一溫度恒定，應在電路中串聯多大的分壓電阻？為了保證各檔位正常使用，怎樣設計這一部分的電路？試畫出．兩種設計方案．

Answer 1

【答案】分析：（1）電熨斗的溫度高低與電熨斗的電功率大小有關（電功率大時溫度高，電功率小時溫度低），而電熨斗的電功率大小與電阻大小有關（電阻大時電功率小，電阻小時電功率大），開關的閉合、斷開會改變電路的電阻（閉合時R₁被短路，斷開時R₁與R₂串聯）；
（2）先根據公式R=算出兩根電熱絲串聯時的總電阻，然后除以2即為每根電熱絲的電阻；
（3）先根據公式P=算出電熱絲R₂的功率，然后再根據公式U²=PR算出電熱絲R₂兩端的電壓，再根據串聯電路電壓規(guī)律算出串聯電阻兩端的電壓，最后根據歐姆定律及其應用算出串聯電阻的阻值．
為了保證各檔位正常使用，我們可以設計出兩種方案：①將串聯電阻串聯接在電路中，然后給它兩端并接一個開關；②將串聯電阻一端接在R₂的右端，然后在R₁與R₂的中間接一個單刀雙擲開關．
解答：解：（1）當S斷開時，R₁與R₂串聯，此時電路的總電阻最大，根據公式P=可知，此時的電功率最小，則電熨斗處于低溫檔位；
當S閉合時，R₁被短路，此時電路的總電阻最小，電功率最大，電熨斗處于高溫檔位；
答：S閉合時，電熨斗處于高溫檔位；S斷開時，電熨斗處于低溫檔位．
（2）當S斷開時，R₁與R₂串聯，電熨斗處于低溫檔位，
則R₁與R₂串聯時的總電阻：R_總===400Ω，
因為R₁、R₂為相同的電熱絲，所以每根電熱絲的電阻為200Ω；
答：每根電熱絲電阻為200Ω．
（3）電熱絲R₂的電功率：P₂===200W，
電熱絲R₂兩端的電壓：U₂===200V，
則串聯電阻兩端的電壓：U_串=U-U₂=220V-200V=20V，
電路中的電流：I₂===1A，
則串聯電阻的阻值：R_串===20Ω．
因此，為保持這一溫度恒定，應在電路中串聯20Ω的分壓電阻．
為了保證各檔位正常使用，我們可以設計出兩種方案：
①將串聯電阻串聯接在電路中，然后給它兩端并接一個開關S′．當閉合S和S′時，電路中只有R₂，此時電熨斗處于高溫狀態(tài)；當斷開S，閉合S′時，電熱絲R₁與R₂串聯，此時電熨斗處于低溫狀態(tài)；當閉合S、斷開S′時，電熱絲R₂與R_串串聯，電熨斗保持這一溫度恒定．答案如圖：

②將串聯電阻一端接在R₂的右端，然后在R₁與R₂的中間接一個單刀雙擲開關S″．當閉合S，S″接R₂時，電熨斗處于高溫狀態(tài)；當斷開S，S″接R₂時，電熨斗處于低溫狀態(tài)；當斷開S，S″接R_串時，電熨斗保持這一溫度恒定．答案如圖：

點評：本題的綜合性較強且難度較大，所涉及的公式有歐姆定律公式，電功率公式，其中在第（3）問中，算電熱絲兩端的電壓所用到的公式在很多計算題中都很少用到，一定要注意該公式．
第（3）問中的作圖設計，也是本題的一大難點，設計電路圖的關鍵是要了解開關的應用：開關不僅可以控制電路的通斷，還可以改變電路的結構狀態(tài)．