张老师向同学们展示了一只具有高、低温两挡调节功能的自制电加热器，并告知其内部电路由电阻丝R1、R2、和开关S1...

问题详情：

张老师向同学们展示了一只具有高、低温两挡调节功能的自制电加热器，并告知其内部电路由电阻丝R1、R2、和开关S1三个元件组成，两根电阻丝允许通过的最大电流均为1A，R1=10Ω，在不拆解加热器的情况下，小*用图1电路对其进行探究：他先闭合S2，电流表的示数为0.24A；再闭合S1，电流表的示数变为0.84A，所用电源电压为6V．

（1）电阻丝R2的阻值为　　　　　　Ω；

（2）若电源电压可调，闭合S1和S2后，为保*电路安全，求此电加热器允许消耗的最大电功率；

（3）张老师指导小*仅利用原有元件对该电加热器的内部电路进行改装，要求改装后的电加热器须同时满足下列两个条件：

①具备高、低温两挡调节功能；

②在6V电源电压下，用高温挡给0.1kg的水加热14min，可使水温升高7.2℃，设电加热器消耗的电能全部转化为水的内能．

请在图2虚线框中画出内部改装电路图，并通过计算说明．

【回答】

【考点】欧姆定律的应用；电功率的计算．

【分析】（1）由题意可知，再闭合S1后，电流表的示数变大，说明原电路要么两电阻并联，要么开关S1与其中一个电阻并联；若开关S1与其中一个电阻串联，根据欧姆定律求出S1闭合、断开时电路中总电阻，根据电阻的串联求出另一电阻的阻值，然后判断此种情况不可能；若两电阻并联，根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出电路的总电阻，利用电阻的并联求出另一电阻的阻值，然后得出*；

（2）闭合S1和S2后，两电阻并联，根据欧姆定律求出两电阻两端允许所加的最大电压，根据并联电路的电压特点求出电源的电压，又知道电路的总电阻，利用P=求出此电加热器允许消耗的最大电功率；

（3）知道水的质量和温度的变化量以及比热容，根据Q吸=cm△t求出水吸收的热量即为消耗的电能，又知道工作时间，根据W=t求出高温档时的电阻，

【解答】解：（1）由题意可知，再闭合S1后，电流表的示数变大，则电路可能是两电阻并联，也可能是开关S1与其中一个电阻并联；

若开关S1与其中一个电阻串联，

由I=可得，开关S1闭合前后电路中的电阻分别为：

R断===25Ω，R闭===Ω，

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，

所以，电路中两电阻的阻值分别为7Ω、25Ω﹣Ω=Ω，这与R1=10Ω不符，故此种情况不可能；

若两电阻并联，开关S1闭合时，两电阻并联，电流表测干路电流，

电路中的总电阻：

R总===Ω，

因并联电路中总电阻等于各分电阻之和，

所以， =+，即=+，

解得：R2=25Ω，即两个电阻为25Ω、10Ω，与题意相符；

（2）闭合S1和S2后，两电阻并联，

两电阻两端允许所加的最大电压：

U1=I1R1=1A×10Ω=10V，U2=I2R2=1A×25Ω=25V，

因并联电路中各支路两端的电压相等，

所以，电源的最大电压U大=10V，

此电加热器允许消耗的最大电功率：

P大===14W；

（3）水吸收的热量：

Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×7.2℃=3024J，

因电加热器消耗的电能全部转化为水的内能，

所以，由W=t可得，高温档时的电阻：

R==t=×14×60s=10Ω，

即高温档时电路中的总电阻为10Ω，低温档时电路中的总电阻大于10Ω，改装电路可设计为两电阻串联，开关S1与R2并联，如下图所示：

答：（1）25；

（2）电加热器允许消耗的最大电功率为14W；

（3）电路图如上图所示．

知识点：电功率单元测试

题型：综合题