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(gè)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(shí)，電熱絲發(fā)熱功率為100W，斷開開關(guān)S時(shí)，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(jì)溫度對(duì)電熱絲阻值的影響）
（2）請(qǐng)你從能源有效利用的角度，通過計(jì)算分析說明該電熱毯的電路不是十分合理的．

Answer 1

（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=

U2

R

可得：
R=

U2

P1

=

(220V)2

100W

=484Ω，
∵P=I²R，
∴

P1

P2

=

I21R

I22R

=（

I1

I2

）²=

100W

25W

=

4

1

，
解得：

I1

I2

=

2

1

，
∵電源的電壓不變，
∴

I1

I2

=

R+R0

R

=

2

1

，
解得：R₀=R=484Ω；
（2）當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，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(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，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(jì)不合理．
答：（1）串聯(lián)電阻R₀的阻值應(yīng)為484Ω；
（2）當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，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(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，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(jì)不合理．