小星同学为实验室设计了一个多挡位电加热器,其工作原理图如图所示.其中R1、R2、R3为发热电阻.三个灯泡为上述发热电阻相应的工作指示灯,其所消耗的电功率可忽略不计.小星设想通过开关的组合,使电加热器能有200W、300W、…、900W共七挡功率.他设计了其中二个档位的表格:表中的“√”表示对应的开关闭合,相应的指示灯亮:“×”表示对应的开关断开,相应的指示灯熄灭;功率栏给出了相应状态时电加热器的功率值.
档位 | 开关状态 | 功率 | ||
S1 | S2 | S3 | ||
1 | √ | × | × | 200W |
2 | × | √ | × | 300W |
(2)当功率为900W时,开关S1、S2、S3的状态分别是什么?R3的阻值是多少?
(3)另外四个功率档位的功率值分别是多少?(该问无需写计算过程 )
解:(1)第1档位正常工作时的电流为I1==≈0.91A;
第2档位正常工作5小时产生的热量为Q=W=P2t=300W×5×3600s=5.4×106J.
(2)∵总功率等于各用电器功率之和,
∴电加热器的最大功率P7=900W时,开关S1、S2、S3都应闭合;
R3的功率为P3=P7-P1-P2=900W-200W-300W=400W,
R3的阻值为R3===121Ω.
(3)由题意可知:P3=400W,P4=P1+P2=200W+300W=500W,P5=P1+P3=200W+400W=600W,P6=P2+P3=300W+400W=700W.
答:(1)电加热器在第1档位正常工作时的电流约为0.91A,在第2档位正常工作5小时产生的热量为5.4×106J.
(2)当功率为900W时,开关S1、S2、S3都闭合;R3的阻值为121Ω.
(3)另外四个功率档位的功率值分别为400W、500W、600W、700W.
(1)已知第1档位的电功率和家庭电路的电压,根据I=求出正常工作时的电流;已知电加热器为纯电阻用电器,根据W=Pt求出产生的热量.
(2)根据题意可知电加热器的最大功率为900W,根据总功率等于各用电器功率之和可知开关S1、S2、S3的状态;进一步求出R3的电功率,根据R=求出R3的阻值.
(3)根据总功率等于各用电器功率之和求出另外四个功率档位的功率值.
点评:本题考查了电功、电功率的计算,关键是知道电路的总功率为各用电器功率之和,以及知道家庭电路的电压为220V;通过开关的闭合和断开,改变电路的连接方式,是初中电学的典型习题,一定要熟练掌握.