Question

图（1）是用来焊接自来水管的塑料热熔器。通电后，加热头发热，使需接上的塑料水管的两头熔化，将它们对接、紧压在一起，冷却后，就可以拼成一根水管了。其电路部分如图（2）所示，S₂为温控开关，S₁是手控开关，ND为指示灯，R₁是限流电阻。R₂和R₃均为加热电阻。下表列出了它的技术参数。

产品名称	便携自动控温式PPR/PP-R塑料管材	额定电压	220 V
型号	20~32 MM（配Ф20 Ф25 Ф32模头）	加热头温度	260±5℃
环境温度	﹣20℃～50℃	功率	加热：1 000 W，保温：250 W
相对湿度	45%～95%	安全指标	绝缘电阻不小于1 ΜΩ

（1）请说出加热和保温状态下，开关S₁和S₂所处的状态；

（2）求出R₂的电阻值；

（3）若熔化1 kg PVC塑料需要吸收10⁶ J热量，某次熔接时要需熔化80 g PVC，则正常情况下至少要加热多长时间？

（4）在设计时，若指示灯ND可在“3 V 0.3 A”普通灯泡和“3 V 10 mA”的发光二极管中任选一种，你认为先选哪一种比较合适，请说明理由。

Answer 1

以新科技为背景主要考查电阻的串联、欧姆定律的应用、电功率的计算、电功与热量的综合计算等知识，关键是分析电路图得出电路中电阻的变化和从节约能源的角度选取指示灯的规格。第（1）题，根据公式P＝可知，电阻越小，电功率越大；当S₁闭合、S₂断开时，两电阻串联，为保温状态；当开关S₁与S₂都闭合时，只有R₁工作，为加热状态。第（2）题，由铭牌可知保温功率和加热功率，分别根据R＝求出加热和保温时电路中的总电阻，再根据电阻的串联求出R₂的电阻值。第（3）题，已知熔化1 kg PVC塑料需要吸收的热量，据此求出熔化80 g PVC需要的热量，再根据Q＝W＝Pt求出正常情况下的加热时间。第（4）题，灯泡正常发光时的电流和额定电流相等，根据P＝UI求出两种指示灯所在支路消耗的电功率，即可从节约能源的角度选取比较合适的哪种灯。

解答：（1）解：当开关S₁闭合、S₂断开时，两电阻串联，电路中电阻最大；当开关S₂闭合时，只有R₁工作此时电路中电阻最小；根据P＝可知，开关S₁闭合、S₂断开时，热熔器处于保温状态；开关S₁S₂闭合时，热熔器处于加热状态。

（2）解：加热时，电路为R₁的简单电路，则R₁＝＝48.4 Ω       

保温时，R₁和R₂串联，则R_总＝＝193.6 Ω，

R₂＝R_总－R₁＝193.6 Ω－48.4 Ω＝145.2 Ω

答：R₂电阻的阻值为145.2 Ω。                                           

（3）解：由熔化1 kg PVC塑料需要吸收10⁶ J热量知，

熔化80 g PVC需要的热量Q＝＝8×10⁴ J。               

由功能原理知，W＝Q＝8×10⁴ J。      

故需要的加热时间t＝＝80 s。

答：正常情况下至少要加热80 s。                                        

（4）解：若指示灯为“3 V 0.3 A”普通灯泡时，

当其指示时，该支路消耗的电能P_灯＝U_灯I_灯＝3 V×0.3 A＝0.9 W。       

若指示灯为“3 V 10 mA”的发光二极管时，

当起指示时，该支路消耗的电能P_管＝U_管I_管＝3 V×10×10^﹣3 A＝0.03 W， 

0.03 W＜0.9 W，故从节约能源的角度可知，应选“3 V 10 mA”的发光二极管。

答：指示灯ND应选“3 V 10 mA”的发光二极管，原因：指示灯正常工作时，

消耗的电能少。                                                     

【电热学综合题的做法】可依据下列步骤思考作答：①认真仔细地阅读题目，包括电路图等。②画出正确的等效电路图，分析各物理量之间的关系及变化量、如何变化。③就每一个电路图根据题目所给出的条件写出关系式。④找出各个关系式之间的关系，尤其是要找出连接电学知识和热学知识的关系量。这些量在电学中为电功（能）或电功率，在热学中为热量或内能，联系二者的为功能原理或能耗比。这样就可以将电学知识和热学知识联系起来。⑤整理作答。  

       在写关系式时，注意以下几点：①画好正确的电路图后找变化和不变化的物理量，一般可以找到某个电阻不变和总电压不变。利用电学知识解决考查电学知识的题目，列出相关关系式。②分析热学情境，解答相关问题，列出相关关系式。③依据功能原理或能耗比，列出两者相关的关系式。

       在备考时，一定要记清热学、电学相关计算公式及适用条件，强化物理现象的分析。答题时，要认真仔细，不可机械套用公式，依据计算题解答规范逐步列式计算，不可因一步错而丧失得分机会。