Question

2．图示为一款有高、低温两档的蒸汽电熨斗电路原理图，R₁，R₂为电热丝，其中R₂=242Ω，电熨斗处于低温档时，正常工作功率为550W，水升温并汽化成水蒸气从而熨烫衣服．
（1）电热丝是利用电流的热效应工作的．分析电路图，闭合S₁，当S₂闭合时，电熨斗处于高温挡．
（2）在高温档时通过电路的总电流是多大？通电3min在R₂上产生的热量是多少？
（3）若将该款电熨斗进行改造，使其正常工作时高温挡功率为1000W，要求对R₁进行改变，请你通过分析和计算，求出该电热丝改变后的阻值应为多少？

Answer 1

分析 （1）电流流过导体时，导体要发热，这种现象是电流的热效应；电源电压一定，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，电路电阻越小，功率越大，功率大，电熨斗处于高温挡，根据电路图分析电路结构，判断高温挡时，开关S₂的状态；
（2）已知电熨斗的功率，由功率的变形公式I=$\frac{P}{U}$可求出通过电路的电流，然后由欧姆定律可求出R₁的电阻，由W=Pt求出电熨斗3min产生的热量．
（3）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求得R₂的功率；由功率公式及并联电路的特点求出改造后R₁的功率，然后由功率的变形公式求出改造后电阻R₁的阻值．

解答 解：（1）电熨斗工作时，电流流过电阻产生热量，对水加热，使水汽化为蒸汽，因此电热丝是利用电流的热热效应工作的；由电路图知，闭合S₁，当S₂断开时，只有电阻R₁接入电路，此时电路阻值最大，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知此时电路功率最小，电熨斗处于低温档；由电路图可知，闭合S₁，当S₂闭合时，两电阻丝并联，电路电阻最小，电源电压U一定，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知此时电路功率最大，电熨斗处于高温挡；
（2）由P=UI可得，通过电路的电流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{550W}{220V}$=2.5A，
所以，R₁的电阻R₁=$\frac{U}{I}$=$\frac{220V}{2.5A}$=88Ω；
由P=$\frac{W}{t}$可得，通电t=3min=180s，产生的热量Q=W=Pt=550W×180s=9.9×10⁴J．
（3）电熨斗正常工作时，R₂的功率：P₂=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{242Ω}$=200W；
已知高温挡功率为1000W，改变R₁为R₁′，则R₁′的功率：P₁′=P-P₂=1000W-200W=800W；
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，R₁′的电阻：R₁′=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{1}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{800W}$=60.5Ω．
答：（1）热；闭合；
（2）通过电路的电流是2.5A；通电3min产生的热量是9.9×10⁴J；
（3）该电热丝改变后的阻值应为60.5Ω．

点评 本题考查了电熨斗的工作原理、求电熨斗的工作电流、电阻丝电阻、电熨斗产生的热量、电熨斗的改造等问题，分析电路结构，知道什么状态下电熨斗处于高温挡、什么条件下处于低温档是本题的难点，也是正确解题的前提；分清电路结构、熟练功率公式及其变形公式、欧姆定律、并联电路的特点是正确解题的关键；应知道利用电流的热效应工作的用电器工作时，电能转化为内能．