Question

電暖氣是常見的家用電器之一，某電暖氣的電路示意圖如圖甲所示．L₁和L₂是兩個指示燈，R₁和R₂為電熱絲，通過調節旋轉開關可以改變電暖氣的檔位．為避免引起火災，使電暖氣被碰倒時能夠自動斷開電路，可以在電路中接入一個“防傾倒開關”．“防傾倒開關”及其原理如圖乙所示，在電暖氣的底部有一個伸出外殼的塑料桿，當電暖氣放置在水平地面時，塑料桿受到地面豎直向上的力而被頂起，接通頂部的觸點．如果電暖氣發生傾倒，塑料桿底部不受力，在彈簧的作用下頂部觸點斷開，電暖氣便不再工作，該裝置起到了“自動開關”的作用．在某次使用中，電暖氣的旋鈕開關接到檔位“1”時，2min消耗的電能是48000J．已知R₁：R₂=4：7，指示燈L₁和L₂的電阻很小可忽略不計．
（1）“防傾倒開關”最好應安裝在圖甲的電路示意圖中A、B、C、D、E哪一點處；
（2）求電熱絲R₂的阻值；
（3）當旋鈕開關分別置于檔位1和檔位2時，求此電暖氣的最大和最小功率的比值．

Answer 1

解：（1）為了防止短路現象，在電熱器被碰倒時，切斷火線，“傾倒開關”要接在C點；
（2）旋鈕開關接觸點“1”時的等效電路如圖1所示：

∵指示燈L₂的電阻很小可忽略，
∴旋鈕開關接靜觸點“1”時，2min消耗的電能：
W=t，
R₁+R₂=t=×120s=121Ω，
∵R₁：R₂=4：7，
∴R₁=44Ω，R₂=77Ω；
（3）旋鈕開關接觸點“2”時的等效電路如圖2所示
∵指示燈L₁的電阻很小可忽略，
∴圖2中，電熱器消耗功率最大，P₁=，
圖1中，電熱器消耗功率最小，P₂=，
∴====．
答：（1）“防傾倒開關”最好應安裝在圖甲的C處；
（2）電熱絲R₂的阻值為77Ω；
（3）當旋鈕開關分別置于檔位1和檔位2時，電暖氣的最大和最小功率的比值為11：4．
分析：（1）電熱器被碰倒時火線和零線直接接觸會出現短路，電流過大，產生熱量會增多，會引起火災；為了防止短路現象，在電熱器被碰倒時，切斷火線，“傾倒開關”要接在火線上．
（2）因指示燈的電阻可以忽略不計，旋鈕開關接到檔位“1”時，兩電阻串聯，根據W=t表示出電暖氣2min消耗的電能即可求出兩電阻的阻值之和，再根據R₁：R₂=4：7即可求出兩電阻的阻值；
（3）當旋鈕開關接觸點“2”時，電路為R₁的簡單電路，此時電暖氣消耗的功率最大；當旋鈕開關接靜觸點“1”時，兩電阻串聯，電路中的總電阻最大，電暖氣消耗的電功率最大，根據P=即可求出電暖氣的最大和最小功率的比值．
點評：本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律、電功率公式的靈活應用，關鍵是旋鈕開關分別置于檔位1和檔位2時電路連接方式的判斷和最大、最小電功率的判斷．