小明设计了一个三个档位达到电火锅,其内部结构如图所示,R1、R2为电热丝,R3为电位器(图中用变阻器表示),通...
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小明设计了一个三个档位达到电火锅,其内部结构如图所示,R1、R2为电热丝,R3为电位器(图中用变阻器表示),通过控制开关S1、S2、S3的通断可使电火锅在三个不同的档位工作,其中档位Ⅰ、Ⅱ功率较小,功率大小可通过电位器调节;档位Ⅲ功率为最大且不可调节.
(1)说明此电路处于最大电功率档时,需要闭合的开关.
(2)为使此电火锅在电压不足的山区使用,小明按以下要求进行设计:当电压200V,最大功率2000W;只闭合S1时电路处于档位Ⅰ,功率可以从200W调节到400W,请按上述要求计算出满足要求的电热丝R1的阻值和电位器的最大电阻值R3.
(3)只闭合开关S2时,电路处于档位Ⅱ,请计算处于这个档位时流过电阻丝R2的电流的变化范围.
【回答】
(1)由电路图*可知,当开关S1、S2、S3闭合时,R1、R2并联,电路中的电阻最小;根据可知,此电路处于最大电功率档;………………………3分
(2当只闭合S1,电路状态如图乙所示:
若R3处于阻值为零处时,档位Ⅰ功率为最大值:W
解得:…………………………………………………………2分
若处于阻值最大处时,档位Ⅰ功率为最小值:W
解得:…………………………………………………2分
(3)当、、都闭合时,电路的功率为最大值:W
将代入得:……………………2分
当只闭合时,如图*所示:
若处于阻值为零处时,流过电阻丝的电流最大:
……………………2分
若处于阻值最大处时,流过电阻丝的电流最小:……………………2分
电流的变化范围约为0.55A—8A……………………1分
【解析】
(1)由电路图可知,当开关S1,S2,S3闭合时,R1、R2并联,电路中的电阻最小;
根据可知,此电路处于最大电功率档;(2)当只闭合S1,电路状态如下图所示:
若R3处于阻值为零处时,档位I功率为最大值:, 解得:R1=100Ω, 若R3处于阻值最大处时,档位I功率为最小值:, 解得:R3=100Ω; (3)当S1,S2,S3都闭合时,电路的功率为最大值:, 将R1=100Ω代入得:R2=25Ω; 当只闭合S2时,如下图所示:
若R3处于阻值为零处时,流过电阻丝R2的电流最大:; 若R3处于阻值最大处时,流过电阻丝R2的电流最小:; 电流的变化范围约为1.6A~8A. 答:(1)此电路处于最大电功率档时,应闭合的开关是S1,S2,S3; (2)满足要求的电热丝R1的阻值为100Ω,电位器的最大电阻值R3为100Ω; (3)只闭合开关S2时,电路处于档位Ⅰ、Ⅱ时,流过电阻丝R2的电流的变化范围为1.6A~8A.
知识点:欧姆定律
题型:计算题
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