Question

電熱毯是農(nóng)村普遍采用的取暖工具，小明使用的是一個兩檔（一檔是100W，另一檔是25W）的電熱毯．電熱毯電路如圖所示，閉合開關(guān)S時，電熱絲發(fā)熱功率為100W，斷開開關(guān)S時，電熱絲發(fā)熱功率為25W．
（1）求：串聯(lián)電阻R₀的阻值應(yīng)為多大？（電源電壓為220V，不計溫度對電熱絲阻值的影響）
（2）請你從能源有效利用的角度，通過計算分析說明該電熱毯的電路不是十分合理的．

Answer 1

解：（1）開關(guān)S閉合，等效電路如圖甲，通過R的電流為I₁；開關(guān)S斷開，等效電路如圖乙，通過R的電流為I₂．

圖甲中，由P=可得：
R===484Ω，
∵P=I²R，
∴==（）²==，
解得：=，
∵電源的電壓不變，
∴==，
解得：R₀=R=484Ω；
（2）當開關(guān)S閉合時，只有電熱毯R接入電路，電路的總功率等于發(fā)熱功率100W，利用率100%；
當開關(guān)S斷開時，電熱毯R和電阻R₀串聯(lián)接入電路，它們的電阻相同，R₀消耗的電功率和電熱毯消耗的電功率一樣大，R₀消耗的電功率即發(fā)熱功率為25W，電路總功率為50W，有效使用率為50%，故此電路設(shè)計不合理．
答：（1）串聯(lián)電阻R₀的阻值應(yīng)為484Ω；
（2）當開關(guān)S閉合時，只有電熱毯R接入電路，電路的總功率等于發(fā)熱功率100W，利用率100%；
當開關(guān)S斷開時，電熱毯R和電阻R₀串聯(lián)接入電路，它們的電阻相同，R₀消耗的電功率和電熱毯消耗的電功率一樣大，R₀消耗的電功率即發(fā)熱功率為25W，電路總功率為50W，有效使用率為50%，故此電路設(shè)計不合理．
分析：（1）閉合開關(guān)S時，電路為R的簡單電路，根據(jù)P=求出R的阻值；斷開開關(guān)S時，R與R₀串聯(lián)，根據(jù)P=I²R分別表示出兩種情況下R的電功率即可求出兩電流關(guān)系，利用電阻的串聯(lián)和歐姆定律表示出電源的電壓，利用電源的電壓不變即可求出R與R₀的阻值關(guān)系，進一步求出R₀的阻值；
（2）從能源有效利用的角度，分析說明該電熱毯的電路不是十分合理的原因．
點評：本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率公式的靈活應(yīng)用以及電路圖的評估，巧妙的利用功率關(guān)系求出電流關(guān)系、進一步求出兩電阻的阻值關(guān)系是關(guān)鍵．