Question

（2012?宜賓） 如圖所示，是某魚缸水溫凋節(jié)器的原理圖，其中R₁為阻值可調(diào)的電熱絲，開關(guān)S₂為單刀雙擲開關(guān)．開關(guān)S₁閉合．S₂接b時(shí)，電路處于加熱狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)S₁斷開、S₂接a時(shí)，電路處于保溫狀態(tài)．已知U=220V，R₂=600Ω，R₂不會(huì)短路．取水的比熱容c=4.2×10³ J/（kg?℃）．試問：
（1）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時(shí)，通過(guò)電阻R₂的電流為多少？
（2）當(dāng)電路處于保溫狀態(tài)時(shí)，若電路消耗的功率P=48.4W，則電熱絲R₁連入電路的阻值應(yīng)為多少？
（3）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時(shí)，要將缸中m=48.4 kg的水溫度升高△t=2.0℃，現(xiàn)調(diào)節(jié)電熱絲R₁使其阻值為

R

′ 1

=200Ω，則加熱需多少時(shí)間？（假設(shè)電熱全部被水吸收，且無(wú)熱量散失）

Answer 1

分析：（1）開關(guān)S₁閉合、S₂接b時(shí)，電路處于加熱狀態(tài)，兩電阻并聯(lián)，根據(jù)I=

U

R

求出通過(guò)電阻R₂的電流；
（2）當(dāng)開關(guān)S₁斷開、S₂接a時(shí)，兩電阻串聯(lián)，根據(jù)R=

U2

P

求出電路的總電阻，再根據(jù)電阻的串聯(lián)求出電熱絲R₁連人電路的阻值；
（3）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時(shí)，兩電阻并聯(lián)，根據(jù)Q=cm△t求出水吸收的熱量，電流做的功即為水吸收的熱量，根據(jù)電阻的并聯(lián)特點(diǎn)求出電路中的總電阻，再根據(jù)W=Q=Pt=

U2

R

t即可求出加熱時(shí)間．

解答：解：（1）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時(shí)，等效電路圖如下圖所示：

通過(guò)電阻R₂的電流I₂=

U

R2

=

220V

600Ω

≈0.37A；
（2）當(dāng)電路處于保溫狀態(tài)時(shí)，等效電路圖如下圖所示：


電路的總電阻R=

U2

P

=

(220V)2

48.4W

=1000Ω，
R₁=R-R₂=1000Ω-600Ω=400Ω；
（3）當(dāng)電路處于加熱狀態(tài)時(shí)，等效電路圖如下圖所示：

水需要吸收熱量：
Q=c_水m_水△t=4.2×10³J/（kg?℃）×48.4kg×2℃=406560J，
電路中的總電阻：
R_總=

R1′R2

R1′+R2

=

200Ω×600Ω

200Ω+600Ω

=150Ω，
此時(shí)電路的總功率P_加熱′=

U2

R總

=

(220V)2

150Ω

=

968

3

W，
加熱時(shí)間t=

W

P′加熱

=

Q

P′加熱

=

406560J

968 3 W

=1260s．
答：（1）通過(guò)電阻R₂的電流約為0.37A；
（2）電熱絲R₁連人電路的阻值應(yīng)為400Ω；
（3）加熱需1260s．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了串聯(lián)、并聯(lián)電阻特點(diǎn)和電功率公式的應(yīng)用，以及電阻、吸熱、加熱時(shí)間的計(jì)算，關(guān)鍵是公式的靈活運(yùn)用和開關(guān)閉合、斷開時(shí)電路連接方式的判斷．