Question

【題目】學完電學知識后,老師讓同學們為學校的植物溫室設計一個有加熱擋和保溫擋的電熱器,要求加熱功率為400 W,保溫功率為40 W。如圖甲所示是小明設計的電路,其中R1、R2都是發熱體;圖乙是小剛設計的電路,其中R3是發熱體,R4是置于室外的定值電阻,電源電壓為220 V。

(1)電熱器加熱10 min,產生多少熱量?

(2)在圖乙電路中,當開關斷開時,是保溫狀態還是加熱狀態?

(3)求圖甲電路中的R1及R2的阻值。

(4)你認為哪位同學設計的電路比較好,說明理由。

Answer 1

【答案】(1) 2.4×105 J；(2)保溫；(3) 1210 Ω；134.4 Ω；(4)詳見解析

【解析】

(1)電熱器加熱10 min，產生的熱量為

Q=W=Pt=400 W×10×60 s=2.4×105 J；

(2)由圖乙可以看出，開關斷開時，兩電阻串聯，開關閉合時，只有電阻R3接入電路，可見開關斷開時，電路電阻比開關閉合時電阻大，電源電壓U不變，由電功率公式P=可知，電阻越大，電功率越小，因此開關斷開時，電路處于保溫狀態；

(3)電熱器的功率

P加熱=400 W，

P保溫=40 W，

由圖甲可知，開關斷開時，只有電阻R1接入電路，處于保溫狀態，開關閉合時，兩電阻并聯接入電路，加熱器處于加熱狀態；電阻R1阻值為

R1===1210Ω，

處于加熱狀態時，電阻R2的功率

P2=P加熱-P保溫=400 W-40 W=360 W，

電阻R2的阻值為

R2==≈134.4 Ω。

(4)小明設計的甲電路比較好，因為在乙電路中，電阻R4置于室外，消耗的電能沒有被利用，損耗掉了，而甲電路的電能利用效率高，因此小明設計的甲電路好。