7.小華設(shè)計(jì)了一個(gè)三個(gè)檔位的電火鍋,其內(nèi)部電路如圖檢所示,R1、R2為電熱絲,R3為電位器(圖中用電阻器表示),通過控制開關(guān)S1、S2、S3的通斷可使電火鍋在三個(gè)不同的檔位工作,其中檔位Ⅰ、Ⅱ功率較小,功率大小可通過電位器調(diào)節(jié);檔位Ⅲ功率為最大值且不可調(diào)節(jié).
(1)說明此電路處于最大電功率檔時(shí),需要閉合的開關(guān).
(2)為使此電火鍋能在電壓不足的山區(qū)使用,小華按以下要求進(jìn)行設(shè)計(jì):當(dāng)電壓200V,最大功率1000W;只閉合開關(guān)S1時(shí)電路處于檔位Ⅰ,功率可從100W調(diào)節(jié)到400W,請按上述要求計(jì)算出滿足要求的電熱絲R1的阻值和電位器的最大電阻值R3
(3)接上述要求,只閉合開關(guān)S2時(shí),電路處于檔位Ⅱ,請計(jì)算處于這個(gè)檔位時(shí)通過電阻絲R2的電流變化范圍.

分析 (1)在電壓一定時(shí),根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知,電阻最小時(shí),電功率最大,同樣的電阻,串聯(lián)時(shí)電阻最大,并聯(lián)時(shí)電阻最小,結(jié)合電阻的串并聯(lián)判斷閉合什么開關(guān)時(shí)電路中電阻最。
(2)由圖可知,當(dāng)只閉合S1時(shí),滑動變阻器與R1串聯(lián);根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知,當(dāng)R3處于阻值為零處時(shí),檔位I功率為最大值400W;當(dāng)R3處于阻值最大處時(shí),檔位I功率為最小值100W;根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可和電阻的串聯(lián)求出滿足要求的電熱絲R1的阻值和電位器的最大電阻值.
(3)當(dāng)S1,S2,S3都閉合時(shí),電路的功率為最大值,根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$,可結(jié)合電壓200V、最大功率1000W求出R2的阻值;當(dāng)只閉合開關(guān)S2時(shí),R2、R3串聯(lián),若R3處于阻值為零處時(shí)流過電阻絲R2的電流最大,若R3處于阻值最大處時(shí)流過電阻絲R2的電流最小,根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出最大和最小電流,即可得出處于這個(gè)檔位時(shí)流過電阻絲R2的電流的變化范圍.

解答 解:(1)由電路圖可知,當(dāng)開關(guān)S1,S2,S3閉合時(shí),電路簡化如圖1,由簡圖可知R1、R2并聯(lián),電路中的電阻最;
根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知,此電路處于最大電功率檔;

(2)當(dāng)只閉合S1,電路簡化如圖2:

若R3處于阻值為零處時(shí),檔位I功率為最大值:
P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{(200V)^{2}}{{R}_{1}}$=400W,
解得:R1=100Ω,
若R3處于阻值最大處時(shí),檔位I功率為最小值:
P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{3}}$=$\frac{(200V)^{2}}{100Ω+{R}_{3}}$=100W,
解得:R3=300Ω
(3)由(1)可知,當(dāng)S1,S2,S3都閉合時(shí),電路的功率為最大值:
P總大═$\frac{{U}^{2}}{{R}_{并}}$=$\frac{(200V)^{2}}{\frac{{R}_{1}{R}_{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}}$=1000W,
將R1=100Ω代入得:R2≈66.67Ω;
當(dāng)只閉合S2時(shí),電路簡化如圖3所示:

若R3處于阻值為零處時(shí),流過電阻絲R2的電流最大:
I=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{200V}{\frac{200}{3}Ω}$=3A;
若R3處于阻值最大處時(shí),流過電阻絲R2的電流最。
I=$\frac{U}{{R}_{2}+{R}_{3}}$=$\frac{200V}{\frac{200}{3}Ω+300Ω}$≈0.55A;
電流的變化范圍約為0.55A~3A.
答:(1)此電路處于最大電功率檔時(shí),應(yīng)閉合的開關(guān)是S1,S2,S3;
(2)滿足要求的電熱絲R1的阻值為100Ω,電位器的最大電阻值R3為300Ω;
(3)只閉合開關(guān)S2時(shí),電路處于檔位Ⅰ、Ⅱ時(shí),流過電阻絲R2的電流的變化范圍為0.55A~3A.

點(diǎn)評 本題考查了串聯(lián)電路和并聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用,關(guān)鍵是電功率公式的靈活運(yùn)用和畫出等效電路圖,難點(diǎn)是根據(jù)電功率公式分析電火鍋的檔位.

練習(xí)冊系列答案
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(2)百葉箱中的溫度計(jì),是利用液體的熱脹冷縮規(guī)律制成的;溫度計(jì)的刻度均勻,這說明測溫物質(zhì)在測溫范圍內(nèi)溫度改變相同時(shí),測溫物質(zhì)體積的改變量相同.
(3)測量最低氣溫的溫度計(jì)應(yīng)采用凝固點(diǎn)較低的液體作為測溫物質(zhì);測量最高氣溫的溫度計(jì)體溫計(jì)(選填“體溫計(jì)”或“實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)”)的結(jié)構(gòu)是相似的.

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(2)若電壓表的量程為0~3V,該電子秤可稱最大質(zhì)量為多少kg.
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