Question

如圖所示是某電熱器的工作原理圖，R₁、R₂是發熱電阻，虛線框為電熱器的金屬外殼。它用一個旋轉開關可以實現電熱器多檔位工作的要求。其中旋轉開關內有一塊絕緣圓盤，在圓盤的左邊緣依次有4個金屬觸點①、②、③、④，右邊緣是一金屬板，可繞中心軸轉動的開關旋鈕兩端各有一個金屬滑片，轉動開關旋鈕可以將左邊緣相鄰的兩個觸點與右邊緣的金屬板同時連通。如旋到圖中位置S時，金屬滑片將1、2兩觸點同時與右邊緣金屬板接通。

導    線    規    格
導線橫截面積S/mm2	0．5	1	1.5	2.5
安全載流量I/ A	4	8	12	20

（1）如果請你為這臺電熱器配備一個三腳插頭，如圖乙所示，應該將電路圖中的地線接到插頭的　　  （選填“G”、“L”或“N”）腳。正常情況下，火線和零線之間的電壓為_______V。
（2）小明想在電路中加一個“傾倒開關”，使電熱器被碰倒時能自動斷開電路，以免引起火災。該開關最好應安裝在示意圖中A、B、C、D、E中的　　  _點處。
（3）如果 R₁＝R₂，旋鈕開關旋到位置S時的電功率為1000W，求R₁和R₂的阻值。
（4）當旋鈕開關旋到位置T時，通電1 min產生的熱量是多少？
（5）某種橡皮絕緣銅芯導線在常溫下安全載流量（長時間通電時的最大安全電流）如下表，請你計算說明應選橫截面積為多大的銅芯導線作為該電熱器的輸出導線，才符合既適用又經濟的原則？

Answer 1

（1）G，220；（2）A；（3）R₁和R₂的阻值為48.4Ω；（4）通電1min產生的熱量是3.0×10⁴J；（5）應選橫截面積為1mm²的導線．

試題分析：（1）家庭電路中，金屬用電器使用三腳插頭和三孔插座，是為了防止金屬用電器漏電時發生觸電事故．地線接用電器的金屬外殼，為了防止金屬外殼的用電器漏電時發生觸電事故，地線接三腳插頭的上腳，當三腳插頭插入三孔插座，能使金屬外殼接地，防止觸電事故的發生，即應該將電路圖中的地線接到插頭的G．正常情況下火線和零線之間的電壓是220V，火線和地線之間的電壓是220V，零線和地線之間的電壓是0V．
（2）電熱器被碰倒時火線和零線直接接觸會出現短路，電流過大，產生熱量會增多，會引起火災．為了防止短路現象，在電熱器被碰倒時，切斷火線，“傾倒開關”要接在火線上，所以傾倒開關接在A處．
（3）如旋到圖中位置S時，金屬滑片將1、2兩觸點同時與右邊緣金屬板接通，由此可判斷R₁被短路，已知電壓和功率，可求出電阻：R₁=R₂=U²/P=(220V)²/1000W=48.4Ω．
（4）當旋鈕開關旋到位置T時，R₁與 R₂串聯，因發熱電阻將電能全部轉化成內能，所以Q=W=Pt=U²t/R
通電1min產生的熱量是：Q=U²t /（R₁+R₂）=(220V)²×60s /（48.4Ω+48.4Ω）=3.0×10⁴J．
（5）電熱器工作時的最大功率是1000W，工作電壓是220V，
電熱器工作時的最大電流：I=P/U=1000W/220V≈4.55A
由表可知，應選橫截面積為1mm²的導線．