Question

14．如圖甲所示為一制膠廠熬膠時的電加熱器的電路原理圖，圖乙為旋轉(zhuǎn)開關的示意圖，開關內(nèi)有一塊絕緣的圓盤，在圓盤的邊緣有6個金屬觸點（在圖乙中用“○”表示，“○”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(zhuǎn)動的開關旋鈕兩端各有一個金屬滑片，轉(zhuǎn)動開關旋鈕可以將相鄰的觸點連接．如旋鈕上的箭頭指向圖中位置A時，金屬滑片將1、2觸點接通，同時另一端將3、4觸點接通；如旋鈕上的箭頭指向圖中位置B時，金屬滑片將2、4觸點接通，另一端沒有與觸點接觸．圓盤邊緣的1、2、3、4金屬觸點對應于甲圖的1、2、3、4觸點．用這個旋轉(zhuǎn)開關可以實現(xiàn)加熱狀態(tài)的轉(zhuǎn)換．圖甲中R₁、R₂是兩只阻值相同的電熱絲．旋轉(zhuǎn)開關在某一位置時對膠進行加熱，使其升溫；當膠的溫度達到一定溫度時，旋轉(zhuǎn)開關轉(zhuǎn)到另一位置改變其加熱狀態(tài)，使加熱器產(chǎn)生的熱量剛好補充向環(huán)境的散熱，讓膠保持在該恒溫下加熱一段時間，達到粘性最強．
（1）旋轉(zhuǎn)開關在A位置時對膠進行加熱，使其快速升溫．當膠的溫度達到一定溫度時，旋轉(zhuǎn)開關轉(zhuǎn)到B位置時改變加熱狀態(tài)，使加熱器產(chǎn)生的熱量剛好補充向環(huán)境的散熱，讓膠保持在該恒溫．（均選填“A”或“B”）
（2）膠加熱升溫階段，電熱器的功率為1100W，則每根電熱絲的阻值為多大？
（3）旋轉(zhuǎn)開關轉(zhuǎn)到另一位置改變其加熱狀態(tài)，加熱器無論怎樣加熱，膠的溫度始終保持不變，則膠每1min向環(huán)境的散熱為多少？

Answer 1

分析 （1）由電路圖分析開關接A和B時電路的連接方式，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析各應處于何種狀態(tài)；
（2）膠加熱升溫階段，求出每根電阻絲的功率，然后由電功率的變形公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出每根電阻絲的阻值；
（3）膠處于保溫階段時，兩電阻串聯(lián)，由電功公式W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t求出膠每分鐘向環(huán)境散失的熱量．

解答 解：
（1）由電路圖可知，當旋轉(zhuǎn)開關在A位置時，觸點1與2、3與4接通，兩電阻并聯(lián)，電路總電阻最小，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知此時電路的總功率最大，處于加熱升溫階段；
當旋轉(zhuǎn)開關在B位置時，觸點2與4接通，兩電阻串聯(lián)接入電路，電路中電阻最大，電路總功率較小，處于保溫狀態(tài)；
（2）加熱升溫階段，旋轉(zhuǎn)開關在A位置，此時兩電阻并聯(lián)，每根電熱絲的功率為P=$\frac{1}{2}$×1100W=550W，
每根電熱絲的阻值R₁=R₂=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（{220V）}^{2}}{550W}$=88Ω；
（3）加熱器無論怎樣加熱，膠的溫度始終保持不變，即應處于保溫狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)開關在B位置時，兩電熱絲串聯(lián)，膠的溫度始終保持不變，
每1min向環(huán)境的散熱與每分鐘產(chǎn)生的熱量相等：
Q=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$t=$\frac{（220V）^{2}}{88Ω+88Ω}$×60s=1.65×10⁴J．
答：（1）A；B．（2）每根電熱絲的阻值是88Ω．（3）膠每1min向環(huán)境散熱為1.65×10⁴J．

點評 本題考查了串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的特點，以及電功率、電功、電阻的計算，關鍵是歐姆定律和電功率公式等靈活應用，難點是雙刀雙擲開關處于不同位置時電路串并聯(lián)的辨別．