右图是一个加热、保温电路的一部分.电热丝R
1规格为“220V 1100W”,限流电阻R
2=506Ω.电路的工作原理是:当温控开关S接a时,电热丝R
1接入电路,电路处于加热状态;当达到一定温度时,温控开关S自动从a切换到b,电路处于保温状态.正常工作时,加热功率1100W,保温功率88W.(电源电压保持不变,电阻不随温度变化.)
(1)请你按照上述原理,对右图进行连线,使它成为完整的电路图;
(2)某天在使用(1)中已经连接完整的电路时,R
1烧毁了.有人想使电路恢复正常工作,设计了下面方案.请通过计算、分析,对两个方案作出评价:
方案一:用“220V 220W”电热丝R
3、“220V 880W”电热丝R
4串联替代R
1;
方案二:用两根都是“220V 550W”的电热丝R
5并联替代R
1.
(3)请你选用下表所提供的电热丝,再设计一个方案,使(2)中损坏的电路恢复正常工作,并说明设计理由.
电热丝:
符号 | R6 | R7 | R8 | R9 |
规格 | 220V 500W | 220V 600W | 220V 2200W | 110V 550W |
数量 | 1 | 1 | 2 | 3 |
答案:
分析:(1)根据公式P=可知,当电源电压不变时,电路电阻越大,电功率越小,加热时只有电阻R1工作,保温时两电阻串联都工作,加热时电阻小,串联时电阻大.
(2)先根据公式R=算出各自的电阻,再求方案一加热和保温时的功率,看是不是符合要求,同理再分别求出方案二加热和保温时的功率,看是不是符合要求.
(3)先根据公式R=计算工作的电阻,再看连接方式,连接后看电阻是否等于R1的阻值,并且看是否在额定电压下工作.
解答:解:(1)接a时,只有电阻R1工作,处于加热状态,接b时,两电阻都工作,处于保温状态,
如图所示
(2)方案一:
R3===220Ω,
同理R4=55Ω
R3、R4串联后:
加热时:P串===176W<1100W,
保温时:P′串==≈62.0W<88W,
两项都不合题意要求,方案一不可行.
方案二:
R1===44Ω,同理R5=88Ω.两根电热丝R5并联后总电阻值是44Ω,能替代R1,加热时功率为1100W;保温时功率为88W.正常工作时,两项都合要求.
但是,当其中一根电热丝烧坏时,电路仍可以工作.
加热时:R5正常工作,P=550W<1100W
保温时:P″==≈81.5W<88W,
断了一根电热丝后,两项都不合要求,而且不能及时发现加以排除.可见方案二不是最佳的.
(3)设计如下:
将两根“110V550W”电热丝R9串联替代R1.
理由:一个电热丝的电阻值为R9
R9===22Ω,
两根电热丝串联后总阻值是44Ω,接在220V电压下能正常工作,能完全等效替代R1,符合题意要求.