Question

12．小霞家購置了一臺(tái)集加熱和保溫為一體的溫?zé)犭娝畨兀�其銘牌如下表所示．如圖所示是電水壺的結(jié)構(gòu)電路示意圖，S是用感溫材料制造的溫控開關(guān)，R₁是分壓電阻；R₂是發(fā)熱電阻絲．分析電路圖可知，當(dāng)S接通時(shí)，飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)；當(dāng)S斷開時(shí)處于保溫狀態(tài)．（電阻R₁、R₂的阻值不隨溫度的變化而變化）

加熱功率	2.2kW	最大容積	1L
額定電壓	220V	頻率	50Hz

（1）在加熱狀態(tài)下，電路中的電流是多大？
（2）保溫狀態(tài)時(shí)，R₂的功率是550W，求R₁的電阻；
（3）傍晚用電高峰供電電壓下降，實(shí)際電壓為額定電壓之的$\frac{1}{\sqrt{2}}$，閉合開關(guān)S，燒開同一壺水的時(shí)間會(huì)變長．小霞設(shè)想在R₂旁邊再連接一個(gè)發(fā)熱電阻絲R₃，保證加熱時(shí)間與在額定電壓下的加熱時(shí)間相同．R₃應(yīng)如何接入？并計(jì)算R₃的阻值．（不計(jì)熱損失）

Answer 1

分析 （1）由表格數(shù)據(jù)可知加熱功率，根據(jù)P=UI求出電路中的電流；
（2）由電路圖可知，開關(guān)S閉合時(shí)，電路為R₂的簡單電路，電路中的總電阻最小，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)，根據(jù)R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出R₂的阻值；開關(guān)S斷開時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，電路中的總電阻最大，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)，知道R₂的功率，根據(jù)P=I²R求出電路中的電流，利用歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出R₁的電阻；
（3）保證加熱時(shí)間與在額定電壓下的加熱時(shí)間相同，說明改裝后的飲水機(jī)功率和不改裝前飲水機(jī)的功率相等，在實(shí)際電壓降低時(shí)要使飲水機(jī)功率不變應(yīng)并聯(lián)電阻R₃，根據(jù)題意求出實(shí)際電壓，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出R₂的電功率，總功率減去R₂的電功率即為R₃的電功率，再根據(jù)R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出R₃的阻值．

解答 解：（1）由P=UI可得，在加熱狀態(tài)下，電路中的電流：
I=$\frac{{P}_{加熱}}{U}$=$\frac{2.2×1{0}^{3}W}{220V}$=10A；
（2）開關(guān)S閉合時(shí)，電路為R₂的簡單電路，飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，R₂的阻值：
R₂=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{加熱}}$=$\frac{（220V）^{2}}{2.2×1{0}^{3}W}$=22Ω；
開關(guān)S斷開時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)，
由P=I²R可得，電路中的電流：
I′=$\sqrt{\frac{{P}_{2}}{{R}_{2}}}$=$\sqrt{\frac{550W}{22Ω}}$=5A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電路中的總電阻：
R=$\frac{U}{I′}$=$\frac{220V}{5A}$=44Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，R₁的電阻：
R₁=R-R₂=44Ω-22Ω=22Ω；
（3）因保證加熱時(shí)間與在額定電壓下的加熱時(shí)間相同，
所以，改裝后的飲水機(jī)功率和不改裝前飲水機(jī)的功率相等，在實(shí)際電壓降低時(shí)要使飲水機(jī)功率不變應(yīng)并聯(lián)電阻R₃，
電路的實(shí)際電壓：
U_實(shí)=$\frac{1}{\sqrt{2}}$U=$\frac{1}{\sqrt{2}}$×220V=110$\sqrt{2}$V，
此時(shí)R₂的電功率：
P₂=$\frac{{{U}_{實(shí)}}^{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{（110\sqrt{2}V）^{2}}{22Ω}$=1100W，
R₃的電功率：
P₃=P_加熱-P₂=2.2×10³W-1100W=1100W，
R₃的阻值：
R₃=$\frac{{{U}_{實(shí)}}^{2}}{{P}_{3}}$=$\frac{（110\sqrt{2}V）^{2}}{1100W}$=22Ω．
答：（1）在加熱狀態(tài)下，電路中的電流是10A；
（2）R₁的電阻為22Ω；
（3）R₃應(yīng)與R₂并聯(lián)，其阻值為22Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串并聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式的靈活應(yīng)用，明確加熱和保溫時(shí)電路的連接方式是解題的關(guān)鍵，要注意從題干中獲取有用的信息．