Question

15．2016年11月，常州出入境檢驗(yàn)檢疫局查獲一批進(jìn)口不合格電烤箱，電路存在安全隱患，檢驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)室按照規(guī)范重新連接烤箱電路，并將相關(guān)參數(shù)填入銘牌，請選擇其中一種方法完成電路設(shè)計(jì)并計(jì)算出相應(yīng)答案（兩種方法都做，以第一種為準(zhǔn)）

方法一

方法二

功能：如圖所示，兩根電阻絲規(guī)格相同且電阻不變，旋鈕開關(guān)S轉(zhuǎn)動(dòng)至斷開位置，電路不工作；開關(guān)S轉(zhuǎn)動(dòng)至抵檔位置，電路處于低功率工作狀態(tài)，兩根電阻絲都發(fā)熱；開關(guān)S轉(zhuǎn)動(dòng)至高檔位置，電路處于高功率工作狀態(tài)，僅有一根電阻絲發(fā)熱． （1）請以筆畫線代替導(dǎo)線完成電路連接． 測量：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，220V電源只接通電烤箱，電烤箱處于高檔位置，觀察到實(shí)驗(yàn)室電子式電能表的指示燈在5min內(nèi)閃爍了132次． （2）此過程中，電烤箱消耗電能1.32×105J 單根電阻絲的阻值為110Ω （3）銘牌 額定電壓 220V 低檔功率 220W 高檔功率 440W

功能：如圖所示，兩根電阻絲規(guī)格相同且電阻不變，旋鈕開關(guān)S轉(zhuǎn)動(dòng)至斷開位置，電路不工作；開關(guān)S轉(zhuǎn)動(dòng)至抵檔位置，電路處于低功率工作狀態(tài)，僅有一根電阻絲發(fā)熱；開關(guān)S轉(zhuǎn)動(dòng)至高檔位置，電路處于高功率工作狀態(tài)，兩根電阻絲都發(fā)熱． （4）請以筆畫線代替導(dǎo)線完成電路連接． 測量：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，220V電源只接通電烤箱，電烤箱處于低檔位置，觀察到實(shí)驗(yàn)室電子式電能表的指示燈在5min內(nèi)閃爍了132次． （5）此過程中，電烤箱消耗電能1.32×105J 單根電阻絲的阻值為110Ω （6）銘牌 額定電壓 220V 低檔功率 440W 高檔功率 880W

Answer 1

分析 方法一：（1）先根據(jù)題意可判斷兩電阻絲的連接方式，再根據(jù)安全用電的原則將它們連接起來即可；
（2）“3600imp/kW•h”表示每用電1kW•h指示燈閃爍3600次，可求出指示燈閃爍132次消耗的電能；
再根據(jù)W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t的變形公式求出烤箱處于高檔時(shí)電阻絲的阻值；
（3）當(dāng)電烤箱處于低溫檔時(shí)，兩電阻絲串聯(lián)，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電烤箱處于低溫檔時(shí)的電功率：
當(dāng)電烤箱處于高溫檔時(shí)，僅有一根電阻絲發(fā)熱，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電烤箱處于高溫檔時(shí)的電功率．
同理，再利用上述解題思路求出方法二中各小題的答案即可．

解答 解：
方法一：
（1）當(dāng)開關(guān)S轉(zhuǎn)動(dòng)至低檔位置，電路處于低功率工作狀態(tài)，兩根電阻絲都發(fā)熱，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電路電阻最大，則說明兩電阻串聯(lián)；
開關(guān)S轉(zhuǎn)動(dòng)至高檔位置，電路處于高功率工作狀態(tài)，僅有一根電阻絲發(fā)熱，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電路電阻最小，則另一根電阻絲被短路．
由安全用電知識可知，開關(guān)接在火線和電阻絲之間，金屬外殼接地線，如圖所示：

（2）電能表的指示燈閃爍132次，電阻絲消耗的電能：
W=$\frac{132imp}{3600imp/（kW•h）}$=$\frac{11}{300}$kW•h=1.32×10⁵J．
烤箱處于高檔工作時(shí)間t=5min=300s，
由W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t得，烤箱處于高檔時(shí)電阻絲的阻值：
R=$\frac{{U}^{2}}{W}$t=$\frac{（220V）^{2}}{1.32×1{0}^{5}J}$×300s=110Ω．
（3）當(dāng)電烤箱處于低溫檔時(shí)，兩電阻絲串聯(lián)，
電路總電阻：R_總=R+R=110Ω+110Ω=220Ω，
則電烤箱處于低溫檔時(shí)的電功率：
P_低=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{總}}$=$\frac{（220V）^{2}}{220Ω}$=220W．
當(dāng)電烤箱處于高溫檔時(shí)，僅有一根電阻絲發(fā)熱，
則電烤箱處于高溫檔時(shí)的電功率：
P_高=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（220V）^{2}}{110Ω}$=440W．
方法二：
（4）開關(guān)S轉(zhuǎn)動(dòng)至抵檔位置，電路處于低功率工作狀態(tài)，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電路電阻最大，僅有一根電阻絲發(fā)熱；
開關(guān)S轉(zhuǎn)動(dòng)至高檔位置，電路處于高功率工作狀態(tài)，兩根電阻絲都發(fā)熱，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電路電阻最小，則說明兩電阻并聯(lián)；
由安全用電知識可知，開關(guān)接在火線和電阻絲之間，金屬外殼接地線，如圖所示：

（5）電能表的指示燈閃爍132次，電阻絲消耗的電能：
W=$\frac{132imp}{3600imp/（kW•h）}$=$\frac{11}{300}$kW•h=1.32×10⁵J．
烤箱處于低檔工作時(shí)間t=5min=300s，
由W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t得，烤箱處于高檔時(shí)電阻絲的阻值：
R=$\frac{{U}^{2}}{W}$t=$\frac{（220V）^{2}}{1.32×1{0}^{5}J}$×300s=110Ω．
（6）當(dāng)電烤箱處于低溫檔時(shí)，僅有一根電阻絲發(fā)熱，
則電烤箱處于高溫檔時(shí)的電功率：
P_低′=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（220V）^{2}}{110Ω}$=440W．
當(dāng)電烤箱處于高溫檔時(shí)，兩電阻絲并聯(lián)，
電路總電阻：R_總′=$\frac{1}{2}$R=$\frac{1}{2}$×110Ω=55Ω，
則電烤箱處于高溫檔時(shí)的電功率：
P_高′=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{總}^{′}}$=$\frac{（220V）^{2}}{55Ω}$=880W．
故答案為：
方法一：（1）見上圖；（2）1.32×10⁵；110；（3）220；440；
方法二：（1）見上圖；（2）1.32×10⁵；110；（3）440；880．

點(diǎn)評 本題主要考查安全用電的原則、電能表參數(shù)的理解與電能的求法、電功率公式的應(yīng)用等知識點(diǎn)，關(guān)鍵是分析電路連接方式并利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$判斷電烤箱的低溫檔和高溫檔，有一定的難度．