题目内容

9.某商场在“以旧换新”活动中有一款家用小型烤面包片的烤炉,可用旧代电烤炉换新代电烤炉,新代电烤炉有高、低两档加热方式,其高档加热的额定功率为800W,而旧代电烤炉的额定功率恒为800W,它们内部的简化电路分别如图甲、乙所示,发热体都是由两根完全相同的电热丝组成(不考虑温度对电阻的影响).

(1)新代电烤炉高温档正常工作5min,电热丝放出的总热量是多少?
(2)新代电烤炉中电热丝R1的阻值应为多少?
(3)小华对家中旧代电烤炉进行了简单改造,在图乙中的a、b两点间接入一个开关S1,请你通过计算说明,若开关S、S1均闭合时,对电热丝的使用寿命会造成什么影响?

分析 (1)新代电烤炉高温档正常工作时的功率和额定功率相等,根据W=Pt求出正常工作5min电热丝放出的总热量;
(2)发热体R1、R2是两根完全相同的电热丝,当开关S、S1、S2闭合时,R1、R2并联,电路中的总电阻最小,根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知新代电烤炉的功率最大,处于高温档,根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出电路中的总电阻,利用电阻的并联求出电热丝R1的阻值;
(3)根据P=UI求出旧电烤炉正常工作时电流,根据欧姆定律求出电路中的总电阻,利用电阻的串联求出R4的阻值,在图乙中的a、b两点间接入一个开关S1,当开关S、S1均闭合时,电路为R4的简单电路,根据欧姆定律求出电路中的电流,根据Q=I2Rt进行解答.

解答 解:(1)新代电烤炉高温档正常工作时的功率P高=800W,
则正常工作5min电热丝放出的总热量:
Q总=W总=P高t=800W×60s×5=2.4×105J;
(2)当开关S、S1、S2闭合时,R1、R2并联,新代电烤炉处于高温档,
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得,电路中的总电阻:
R=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{高}}$=$\frac{(220V)^{2}}{800W}$=60.5Ω,
因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,且发热体R1、R2是两根完全相同的电热丝,
所以,$\frac{1}{R}$=$\frac{1}{{R}_{1}}$+$\frac{1}{{R}_{2}}$=$\frac{1}{{R}_{1}}$+$\frac{1}{{R}_{1}}$=$\frac{2}{{R}_{1}}$,
则电热丝R1的阻值:
R1=2R=2×60.5Ω=121Ω;
(3)由P=UI得,旧电烤炉正常工作时电流:
I=$\frac{{P}_{高}}{U}$=$\frac{800W}{220V}$=$\frac{40}{11}$A,
由I=$\frac{U}{R}$可得,电路中的总电阻:
R′=$\frac{U}{I}$=$\frac{220V}{\frac{40}{11}A}$=60.5Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,且发热体R3、R4是两根完全相同的电热丝,
所以,R3=R4=$\frac{1}{2}$R′=$\frac{1}{2}$×60.5Ω=30.25Ω,
在图乙中的a、b两点间接入一个开关S1,当开关S、S1均闭合时,电路为R4的简单电路,
此时电路中的电流:
I′=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{220V}{30.25A}$=$\frac{80}{11}$A=2I,
即此时R2中电流是正常工作时的2倍,
由Q=I2Rt可知,相同时间内R4产生的热量是正常工作时的4倍,很容易因温度过高而熔断.
答:(1)新代电烤炉高温档正常工作5min,电热丝放出的总热量是2.4×105J;
(2)新代电烤炉中电热丝R1的阻值应为121Ω;
(3)开关S、S1均闭合时,将会缩短电热丝的使用寿命.

点评 本题考查了电阻的串并联、电热公式、焦耳定律的应用,明确电路的连接方式和工作特点是关键.

练习册系列答案
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13.小勇利用如图所示的实验装置“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的
条件”,他将实验中观察到的现象记录在如表中.
次数开关磁场方向导体AB的运动方向电流表指针的偏转方向
1断开上N下S向右运动不偏移
2闭合上N下S向右运动向左偏移
3闭合上N下S向左运动向右偏移
4闭合上N下S向上运动不偏移
5闭合上S下N向下运动不偏移
6闭合上S下N向右运动向右偏移
7闭合上S下N向左运动向左偏移
(1)分析得出:闭合电路中的部分导体在磁场里做切割磁感线运动时,导体中就会产生感应电流.
(2)比较实验2和3(或6和7)可知:在磁场方向一定时,感应电流的方向与导体切割磁感线运动方向有关.
(3)比较实验2、6或3、7可知:在导体切割磁感线运动方向不变时,感应电流的方向与磁场方向有关.
(4)这个现象在生产和生活中的重要应用是发电机;.
(5)针对这个实验,小勇进行了进一步的探究,他提出了“感应电流的大小可能与导体切割磁感线的运动速度有关”的猜想,于是他设计了如下的实验方案:①保持磁场强弱不变,让导体AB以不同(填“相同”或“不同”)的速度沿相同方向做切割磁感线运动,观察电流表指针偏转幅度大小.
②如果电流表指针偏转幅度不同,说明感应电流的大小与导体切割磁感线运动速度有关(填“有关”或“无关”).

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