Question

冬天，小明同學(xué)使用電熱毯時，發(fā)現(xiàn)電熱毯有高溫和低溫檔，她決定探究電熱毯內(nèi)部電路．圖甲、乙分別為她和小亮設(shè)計的電熱毯的模擬電路圖，電源電壓均為6V（電爐絲相當(dāng)于電熱毯內(nèi)部發(fā)熱電阻）．
（1）圖甲中定值電阻R₁=10?（置于電熱毯外部），電爐絲R₂=20?，請計算低溫檔時發(fā)熱電功率；
（2）圖乙中兩根電爐絲R₂=20?，R₃=10?，請計算高溫檔時的發(fā)熱功率；
（3）請對兩個同學(xué)設(shè)計的模擬電路進(jìn)行評價（指出你認(rèn)為好的設(shè)計電路，并說明優(yōu)點和缺點）．

Answer 1

解：（1）從甲圖可知，開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，電阻R₁和R₂串聯(lián)，
此時電路中的總電阻最大，電路中的發(fā)熱電功率最小，為低溫檔，
∵R₁=10Ω，R₂=20Ω，∴此時電路中的總電阻為：R=R₁+R₂=10Ω+20Ω=30Ω，
而U=6V，則低溫檔時電路中的電流為I===0.2A，
此時的發(fā)熱電功率，即電爐絲R₂的功率為：P=I²R₂=（0.2A）²×20Ω=0.8W．
（2）從乙圖可知，開關(guān)S₁、S₂閉合，電阻R₂和R₃并聯(lián)，
此時電路中的總電阻最小，電路中的發(fā)熱電功率最大，為高溫檔，
∵R₂=20Ω、R₃=10Ω，
∴此時電路中的總電阻為：R′===Ω，
而U=6V，則高溫檔時發(fā)熱電功率為：P===5.4W．
（3）乙圖設(shè)計的電路好，在乙圖中只將開關(guān)S₁閉合，則電阻R₂連入電路，
只將開關(guān)S₂閉合，則電阻R₃連入電路，將開關(guān)S₁、S₂閉合，電阻R₂和R₃并聯(lián)，則乙圖可設(shè)置三個檔．
答：（1）低溫檔時發(fā)熱電功率為0.8W．
（2）高溫檔時發(fā)熱電功率為5.4W．
（3）乙圖設(shè)計的電路好，乙圖可設(shè)置三個檔．
分析：（1）當(dāng)電熱毯處于低溫檔時，此時電路中的發(fā)熱電功率最小，由公式P=可知，此時電路中的總電阻最大，從甲圖可知，應(yīng)將開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，電阻R₁和R₂串聯(lián)． 
（2）當(dāng)電熱毯處于高溫檔時，此時電路中的發(fā)熱電功率最大，由公式P=可知，此時電路中的總電阻最小，從乙圖可知，應(yīng)將開關(guān)S₁、S₂閉合，電阻R₂和R₃并聯(lián)． 
（3）由開關(guān)的位置和開關(guān)斷開和閉合時對電路的影響進(jìn)行分析和判斷．
點評：本題考查了開關(guān)斷開和閉合對電路的影響，以及串、并聯(lián)電路電阻的特點，并可以利用公式P=計算電功率．