16. 提升题 家庭厨房中有一个标有“220 V 2 000 W”字样的电火锅、一个电热水壶及一个插线板，其相关参数如下表所示。图11甲所示的电热水壶设有加热和保温两个挡位，其内部电路如图11乙所示，$R_1$、$R_2$均为加热电阻，且$R_1=2R_2$，电源电压保持恒定。请解答下列问题：
（1）电热水壶使用三脚插头，目的是使电热水壶的金属外壳与相连。
（2）若只闭合开关$S_1$，电热水壶处于保温挡；再闭合开关$S_2$，通过电阻$R_1$的电流将（选填“变大”“变小”或“不变”）。
（3）将该电热水壶单独接入家庭电路中并处于正常加热状态时，家中标有“3 000 imp/(kW·h)”字样的电能表在1 min内闪烁了90次。
不考虑能量损失，该电热水壶的保温功率为W。
（4）请通过计算判断电火锅和电热水壶能否同时插在该插线板上使用。

（1）保护线
（2）变大
（3）1200
（4）解:电火锅的额定功率$P_{额1}=2000\ \mathrm{W}$，
电热水壶的保温功率$P_{额2}=1200\ \mathrm{W}$，
当两个用电器同时正常工作时,总功率
$P_{总}=P_{额1}+P_{额2}=2000\ \mathrm{W}+1200\ \mathrm{W}=3200\ \mathrm{W}$，
由表可知,插线板允许的最大功率$P_{最大}=2500\ \mathrm{W}$，
因为$P_{总}＞P_{最大}$,所以电火锅和电热水壶不能同时插在该插线板上使用。

【分析】
1. 三脚插头的接地脚需与用电器金属外壳相连，目的是让金属外壳与保护线连通，防止漏电时发生触电事故，这是安全用电的基础常识。
2. 分析开关通断的电路结构：只闭合S₁时，R₁与R₂串联，总电阻较大；再闭合S₂时，R₂被短路，电路仅为R₁工作，总电阻变小。电源电压不变，根据欧姆定律，干路电流会变大，而R₁在干路，因此通过R₁的电流变化可直接判断。
3. 计算加热功率：利用电能表参数，先算出闪烁90次消耗的电能，结合时间求出加热功率；再根据加热挡和保温挡的电路结构（串联/仅R₁工作），结合R₁=2R₂的关系，推导保温功率的表达式并计算。
4. 计算总功率：将电火锅额定功率与电热水壶保温功率相加，得到总功率，与插线板允许的最大功率比较，判断能否同时使用。
【解析】
（1）三脚插头的作用是使用电器金属外壳与保护线（地线）相连，避免漏电时触电，故答案为保护线。
（2）只闭合S₁时，R₁与R₂串联，总电阻$R_{串}=R_1+R_2$；再闭合S₂时，R₂被短路，电路为R₁的简单电路，总电阻$R'=R_1 ＜ R_{串}$。电源电压U不变，由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$可知，电路电流变大，R₁在干路，因此通过R₁的电流变大。
（3）电热水壶加热时消耗的电能：$W=\frac{90\ \mathrm{imp}}{3000\ \mathrm{imp/(kW·h)}}=0.03\ \mathrm{kW·h}$，加热时间$t=1\ \mathrm{min}=\frac{1}{60}\ \mathrm{h}$，加热功率：$P_{加热}=\frac{W}{t}=\frac{0.03\ \mathrm{kW·h}}{\frac{1}{60}\ \mathrm{h}}=1800\ \mathrm{W}$。加热挡仅R₁工作，故$P_{加热}=\frac{U^2}{R_1}$；保温挡R₁与R₂串联，且$R_1=2R_2$，则$R_2=\frac{R_1}{2}$，总电阻$R_{串}=R_1+R_2=\frac{3}{2}R_1$，保温功率：$P_{保温}=\frac{U^2}{R_{串}}=\frac{U^2}{\frac{3}{2}R_1}=\frac{2}{3}P_{加热}=\frac{2}{3}×1800\ \mathrm{W}=1200\ \mathrm{W}$。
（4）电火锅额定功率$P_{额1}=2000\ \mathrm{W}$，电热水壶保温功率$P_{额2}=1200\ \mathrm{W}$，总功率：$P_{总}=P_{额1}+P_{额2}=2000\ \mathrm{W}+1200\ \mathrm{W}=3200\ \mathrm{W}$。插线板允许的最大功率$P_{最大}=2500\ \mathrm{W}$，因$P_{总}＞P_{最大}$，故电火锅和电热水壶不能同时插在该插线板上使用。
【答案】
（1）保护线；（2）变大；（3）1200；（4）不能同时使用。
【知识点】
安全用电、欧姆定律、电功率计算
【点评】
本题综合考查安全用电、电路动态分析、电功率及电能表的应用，需正确分析电路结构，结合公式推导计算，注重基础知识的应用，难度适中。
【难度系数】
0.5