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在學校創(chuàng)新比賽中,小亮同學設計了一個多檔位的電熱水器.圖甲所示是他設計的電熱水器的工作電路圖,R1和R2是兩根電熱絲.他設計的旋轉開關如圖乙所示,旋轉開關內有一塊絕緣圓盤,在圓盤的邊緣依次有共10個金屬觸點(在圖乙中用“○”表示,“○”中標有1、2、3、4編號,編號相同的觸點用導線連接).可以繞中心軸轉動的開關旋鈕兩端各有一個金屬滑片,轉動開關旋鈕可以將相鄰的觸點連接.例如,圖乙中,旋鈕上的箭頭指向圖中位置D,此時,金屬滑片將1、2兩觸點接通,同時另一端也將3、4兩觸點接通.當旋鈕上的箭頭指向A、B、C、D不同位置時,可以實現四檔加熱功率.他設計的四檔加熱功率如表所示:
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溫度檔位 高溫 中溫2 中溫1 低溫
加熱功率/W 1100 660 440 264
(1)旋鈕上的箭頭指向A、B、C、D不同位置時,分別對應哪一檔加熱功率?
(2)如果要實現旋轉開關沿某個方向轉動時,加熱功率依次遞減或遞增,通過計算,分析說明電熱絲R1和R2的阻值應該分別為多大?
分析:由電路圖可知,當順時針加熱功率遞減時,D位置電路消耗的功率最大;C位置時3、4兩點接通,加熱功率為660W,電路為R1的簡但電路;B位置時1、2兩點接通,加熱功率為440W,電路為R2的簡單電路;由電功率公式P=
U2
R
的變形公式可以求出電熱絲R1和R2的阻值.
解答:解:(1)電源電壓U一定,由P=
U2
R
可知,電阻R越大電功率越小,電阻R越小,電功率越大;由電路圖可知:
①開關置于D位置時,1與2、3與4連接,兩電阻并聯,此時電路電阻最小,此時電功率最大,處于高溫擋P1=1100W;
②開關置于C時,3與4相連,電阻R1接入電路,熱水器處于中溫2檔P2=660W;
③開關置于B時,1與2相連,電阻R2接入電路,熱水器處于中溫1檔P3=440W;
④開關置于A時,2與4相連,兩電阻串聯接入電路,電路電阻最大,此時電功率最小,熱水器處于低溫檔P4=264W.
(2)由電路圖可知:
D位置電路消耗的功率最大:P1=1100W,
C位置電路消耗的功率:P2=660W,
∵P=
U2
R
,
∴R1=
U2
P2
=
(220V)2
660W
≈73.3Ω,
B位置電路消耗的功率:P3=440W,
故R2=
U2
P3
=
(220V)2
440W
=110Ω,
答:(1)①開關置于D位置時,高溫擋P1=1100W;
②開關置于C時,中溫2檔P2=660W;
③開關置于B時,中溫1檔P3=440W;
④開關置于A時,低溫檔P4=264W.
(2)電熱絲R1的阻值約為73.3Ω,R2的阻值為110Ω.
點評:本題考查了電功率公式的靈活應用和電阻的串并聯特點,關鍵是會根據接線柱的連接判斷兩電阻的連接方式.
練習冊系列答案
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在學校創(chuàng)新比賽中,小亮同學設計了一個多檔位的電熱水器.如圖甲所示是他設計的電熱水器的工作原理圖,R1和R2是兩根電熱絲.他設計的旋轉開關如圖乙所示,旋轉開關內有一塊絕緣圓盤,在圓盤的邊緣依次有共10個金屬觸點(在圖乙中用“”表示,“”中標有1、2、3、4編號,編號相同的觸點用導線連接).可以繞中心軸轉動的開關旋鈕兩端各有一個金屬滑片,轉動開關旋鈕可以將相鄰的觸點連接.例如,圖乙中,旋鈕上的箭頭指向圖中位置D,此時,金屬滑片將1、2兩點接通,同時另一端也將3、4兩點接通.當旋鈕上的箭頭指向A、B、C、D不同位置時,可以實現四檔加熱功率.他設計的四檔加熱功率如下表所示:
溫度檔位 高溫 中溫2 中溫1 低溫
加熱功率/W 1100 660 440 264
(1)如果要實現旋轉開關沿某個方向轉動時,加熱功率依次遞減或遞增,通過計算,分析說明電熱絲R1和R2的阻值應分別為多大?
(2)小亮根據計算結果,借助電池組、電壓表和電流表分別截取了電阻大小符合要求的兩根電熱絲,并按電路圖連接好.經檢查無誤后,小亮將電熱器接入了家庭電路,同時借助電能表和手表測量電熱器在不同檔位工作時的實際消耗的電功率,結果發(fā)現每一檔的實際功率均小于按照電熱絲電阻值計算的結果,測量后發(fā)現電源電壓為220V.請簡單解釋產生這種的偏差原因.
(3)使用中他發(fā)現水溫開始升高較快,后來水溫升高越來越慢,最后甚至會保持某個溫度就不再升高,此時水并沒有沸騰.并且選擇加熱檔位功率越小,水能夠達到的最高溫度越低,這是為什么?

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1.如果要實現旋轉開關沿某個方向轉動時,加熱功率依次遞減或遞增,通過計算,分析說明電熱絲R1R2的阻值應該分別為多大?旋鈕上的箭頭指向A、B、C、D不同位置時,分別對應哪一檔加熱功率?
2.小亮根據計算結果,借助電池組、電壓表和電流表分別截取了電阻大小符合要求的兩根電熱絲,并按電路圖連接好。經檢查無誤后,小亮將電熱器接入家庭電路,同時借助電能表和手表測量電熱器在不同檔位工作時實際消耗的電功率,結果發(fā)現每一檔的實際功率均小于按照電熱絲電阻值計算的結果,測量后發(fā)現電源電壓為220V。請簡單解釋產生這種偏差的原因。
3.使用中他發(fā)現水溫開始升高較快,后來水溫升高越來越慢,最后甚至會保持某個溫度不再升高,此時水并沒有沸騰。并且選擇加熱檔位功率越小,水能夠達到的最高溫度越低,這是為什么?

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1.如果要實現旋轉開關沿某個方向轉動時,加熱功率依次遞減或遞增,通過計算,分析說明電熱絲R1R2的阻值應該分別為多大?旋鈕上的箭頭指向A、B、C、D不同位置時,分別對應哪一檔加熱功率?

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1.如果要實現旋轉開關沿某個方向轉動時,加熱功率依次遞減或遞增,通過計算,分析說明電熱絲R1R2的阻值應該分別為多大?旋鈕上的箭頭指向A、B、C、D不同位置時,分別對應哪一檔加熱功率?

2.小亮根據計算結果,借助電池組、電壓表和電流表分別截取了電阻大小符合要求的兩根電熱絲,并按電路圖連接好。經檢查無誤后,小亮將電熱器接入家庭電路,同時借助電能表和手表測量電熱器在不同檔位工作時實際消耗的電功率,結果發(fā)現每一檔的實際功率均小于按照電熱絲電阻值計算的結果,測量后發(fā)現電源電壓為220V。請簡單解釋產生這種偏差的原因。

3.使用中他發(fā)現水溫開始升高較快,后來水溫升高越來越慢,最后甚至會保持某個溫度不再升高,此時水并沒有沸騰。并且選擇加熱檔位功率越小,水能夠達到的最高溫度越低,這是為什么?

 

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