Question

甲圖是用來(lái)焊接自來(lái)水管的塑料熱熔器．通電后，加熱頭發(fā)熱，使需接上的塑料水管的兩頭熔化，將它們對(duì)接、緊壓在一起，冷卻后，就可以拼成一根水管了．其電路部分如乙圖所示，S₂為溫控開(kāi)關(guān)，S₁是手控開(kāi)關(guān)． ND為指示燈，R₁是限流電阻．R₂和R₃均為加熱電阻．表是它的技術(shù)參數(shù)．

產(chǎn)品名稱(chēng)	便攜自動(dòng)控溫式PPR/PP-R塑料管材
型號(hào)	20-32MM（配Ф20、Ф25、Ф32模頭）
環(huán)境溫度	-20℃～50℃
相對(duì)濕度	45%～95%
額定電壓	220V
加熱頭溫度	260±5℃
功率	加熱：1000W，保溫：250W
安全指標(biāo)	絕緣電阻不小于1ΜΩ

（1）請(qǐng)說(shuō)出加熱和保溫狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)S₁和S₂所處的狀態(tài)；
（2）求出R₂的電阻值；
（3）若熔化1kgPVC塑料需要吸收10⁶J熱量，某次熔接時(shí)要需熔化80gPVC，則正常情況下至少要加熱多長(zhǎng)時(shí)間？
（4）在設(shè)計(jì)時(shí)，若指示燈ND可在“3V 0.3A”普通燈泡和“3V 10mA”的發(fā)光二極管中任選項(xiàng)一種，你認(rèn)為先哪一種比較合適，請(qǐng)說(shuō)明理由．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)公式P=

U2

R

可知，電阻越小，電功率越大；當(dāng)開(kāi)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)，兩電阻串聯(lián)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S₂閉合時(shí)，只有R₁工作．
（2）由銘牌可知保溫功率和加熱功率，分別根據(jù)R=

U2

P

求出加熱和保溫時(shí)電路中的總電阻，再根據(jù)電阻的串聯(lián)求出R₂的電阻值．
（3）已知熔化1kgPVC塑料需要吸收的熱量，據(jù)此求出熔化80gPVC需要的熱量，再根據(jù)Q=W=Pt求出正常情況下的加熱時(shí)間．
（4）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流和額定電流相等，根據(jù)P=UI求出兩種指示燈所在支路消耗的電功率，即可從節(jié)約能源的角度選取哪一種比較合適．

解答：解：（1）當(dāng)開(kāi)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)，兩電阻串聯(lián)，電路中電阻最大；當(dāng)開(kāi)關(guān)S₂閉合時(shí)，只有R₁工作此時(shí)電路中電阻最小；
根據(jù)P=

U2

R

可知，開(kāi)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)處于保溫狀態(tài)，開(kāi)關(guān)S₁、S₂閉合時(shí)處于加熱狀態(tài)．
（2）加熱時(shí)，電路為R₁的簡(jiǎn)單電路，則
R₁=

U2

P加熱

=

(220V)2

1000W

=48.4Ω；
保溫時(shí)，R₁和R₂串聯(lián)，則
R_總=

U2

P保溫

=

(220V)2

250W

=193.6Ω，
R₂=R_總-R₁=193.6Ω-48.4Ω=145.2Ω．
（3）熔化80gPVC需要的熱量：
Q=

106J

1000g

×80g=8×10⁴J，
需要的加熱時(shí)間：
t=

W

P加熱

=

Q

P加熱

=

8×104J

1000W

=80s．
（4）若指示燈為“3V 0.3A”普通燈泡時(shí)，
當(dāng)其指示時(shí)，該支路消耗的電能P=UI=220V×0.3A=66W，
若指示燈為“3V 10mA”的發(fā)光二極管時(shí)，
當(dāng)起指示時(shí)，該支路消耗的電能P′=UI′=220V×10×10^-3A=2.2W，
從節(jié)約能源的角度可知應(yīng)選“3V 10mA”的發(fā)光二極管．
答：（1）開(kāi)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)處于保溫狀態(tài)，開(kāi)關(guān)S₁、S₂閉合時(shí)處于加熱狀態(tài)；
（2）R₂的電阻值為145.2Ω；
（3）某次熔接時(shí)要需熔化80gPVC，則正常情況下至少要加熱80s；
（4）指示燈ND應(yīng)選“3V 10mA”的發(fā)光二極管，原因：指示燈正常工作時(shí)，消耗的電能少．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了電阻的串聯(lián)和電功率公式、電熱公式的靈活運(yùn)用，關(guān)鍵是分析電路圖得出電路中電阻的變化和從節(jié)約能源的角度選取指示燈的規(guī)格．