Question

【題目】在市科技創(chuàng)新大賽中,我校物理興趣小組小亮同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)多檔位的電熱水器。 如圖甲所示是他設(shè)計(jì)的電熱水器的工作電路圖, R1 和R2 是兩根電熱絲，R1 >R2。 他設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)開關(guān)如圖乙所示,旋轉(zhuǎn)開關(guān)內(nèi)有一塊絕緣圓盤, 在圓盤的邊緣依次有共 10 個(gè)金屬觸點(diǎn)（在圖乙中用“○”表示, “○”中標(biāo)有 1、2、3、4 編號(hào),編號(hào)相同的觸點(diǎn)用導(dǎo)線連接）�？梢岳@中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的開關(guān)旋鈕兩端各有一個(gè)金屬滑片, 轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)旋鈕可以將相鄰的觸點(diǎn)連接。例如圖乙中, 旋鈕上的箭頭指向圖中位置 D, 此時(shí), 金屬滑片將 1、2 兩觸點(diǎn)接通,同時(shí)另一端也將 3、4 兩觸點(diǎn)接通。當(dāng)旋鈕上的箭頭指向 A、B 、C、D 不同位置時(shí), 可以實(shí)現(xiàn)高溫，中溫2，中溫1，低溫四檔加熱功率.具體功率如下表所示（保留整數(shù)）

求：（1）電熱水器在高溫檔正常工作時(shí)的電流；

（2）低溫檔的功率

（3）用電高峰期，用電器的實(shí)際電壓往往達(dá)不到額定電壓220V，若測(cè)得該電熱水器在高溫檔時(shí)的實(shí)際功率為891W，則此時(shí)實(shí)際電壓是多少？

（4）小亮根據(jù)計(jì)算結(jié)果, 借助電池組、電壓表和電流表分別截取了電阻大小符合要求的兩根電熱絲, 并按電路圖連接好，經(jīng)檢查無誤后, 小亮將電熱器接入家庭電路, 同時(shí)借助電能表和手表測(cè)量電熱器在不同檔位工作時(shí)實(shí)際消耗的電功率, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)每一檔的實(shí)際功率均小于按照電熱絲電阻值計(jì)算的結(jié)果, 測(cè)量后發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)電源電壓為 220V 。請(qǐng)簡(jiǎn)單解釋產(chǎn)生這種偏差的原因。

Answer 1

【答案】（1）5A （2）264 W （3）198 V （4）電熱絲的電阻隨著溫度的升高而增大

【解析】（1）由表中數(shù)據(jù)知，高溫檔加熱功率為1100W，由P=UI可得高溫檔正常工作時(shí)的電流： ；
（2）電源電壓U一定，由可知，電阻R越大，電功率越小；電阻R越小，電功率越大；由圖可知：
①開關(guān)置于A時(shí)，2與4相連，兩電阻串聯(lián)接入電路，電路電阻最大，此時(shí)電功率最小，熱水器處于低溫檔；
②開關(guān)置于B時(shí)，1與2相連，電阻R2接入電路，因?yàn)?/span>R1＞R2，此時(shí)熱水器處于中溫2檔P2=660W；
③開關(guān)置于C時(shí)，3與4相連，電阻R1接入電路，熱水器處于中溫1檔P3=440W；
④開關(guān)置于D位置時(shí)，1與2、3與4連接，兩電阻并聯(lián)，此時(shí)電路電阻最小，此時(shí)電功率最大，處于高溫?fù)?/span>P高溫=1100W；
由可得的阻值分別為： ，

，
所以低溫檔功率： ；
（3）由可得正常工作時(shí)高溫檔電路的總電阻： ，
實(shí)際電壓下的電路的總電阻： ，
總電阻不變，所以： ，即： ，
解得：U實(shí)=198V；
（4）電熱絲的電阻會(huì)隨溫度而變化；
在借助電池組、電壓表和電流表截取一定阻值的電熱絲時(shí)，電熱絲消耗的功率很小，一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量很少，故電熱絲的溫度低，此時(shí)電阻��；
當(dāng)電熱絲接入家庭電路工作時(shí)，消耗的電功率較大，一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量多，溫度升高顯著，電熱絲的電阻變大明顯；由可知，此時(shí)電熱絲消耗的電功率比測(cè)得的電阻計(jì)算的電功率要小一些．
答：（1）電熱水器在高溫檔正常工作時(shí)的電流為5A；
（2）低溫檔的功率為264W；
（3）此時(shí)實(shí)際電壓為198V；
（4）電熱絲的電阻會(huì)隨溫度而變化．