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20.涛涛用图18.2-7甲所示的手持挂烫机帮家人熨烫衣物,挂烫机内的水被加热汽化后喷出。图18.2-7乙所示为挂烫机内的简化电路,$R_1$为加热电阻器,$R_2$为限流电阻器,S为自动温控开关。将挂烫机接入电路,开关S接触点1时,前端电热板被加热,电路中的电流为5.0 A;当温度升到130 ℃时,开关S切换到触点2,挂烫机处于待机状态,电路中的电流为0.02 A;当温度降到100 ℃时,开关S又切换到触点1。
(1)求电阻器$R_1$的电阻。
(2)求挂烫机待机状态的功率。
(3)熨烫衣物的过程中,电路的电流随时间变化的图像如图18.2-7丙所示,求挂烫机0~150 s消耗的电能。
(4)请从使用安全或节能的角度为该挂烫机的标签设计一条提示语。
(1)求电阻器$R_1$的电阻。
(2)求挂烫机待机状态的功率。
(3)熨烫衣物的过程中,电路的电流随时间变化的图像如图18.2-7丙所示,求挂烫机0~150 s消耗的电能。
(4)请从使用安全或节能的角度为该挂烫机的标签设计一条提示语。
答案
20.解 (1)当开关S在位置1时,电阻器$R_1$接入电路,电路中的电流为5.0 A
由$I=\frac{U}{R}$可得,电阻器$R_1$的电阻$R_1=\frac{U}{I_1}=\frac{220\ \mathrm{V}}{5\ \mathrm{A}}=44\ \Omega$
(2)当开关S在位置2时,电阻器$R_2$接入电路,挂烫机处于待机状态,则挂烫机待机状态的功率$P_{\mathrm{待机}}=UI_2=220\ \mathrm{V}×0.02\ \mathrm{A}=4.4\ \mathrm{W}$
(3)挂烫机加热状态时的功率
$P_{\mathrm{加热}}=UI_1=220\ \mathrm{V}×5\ \mathrm{A}=1\ 100\ \mathrm{W}$
挂烫机0~150 s消耗的电能
$W=P_{\mathrm{加热}}t_{\mathrm{加热}}+P_{\mathrm{待机}}t_{\mathrm{待机}}=1\ 100\ \mathrm{W}×(30\ \mathrm{s}+70\ \mathrm{s})+4.4\ \mathrm{W}×(20\ \mathrm{s}+30\ \mathrm{s})=110\ 220\ \mathrm{J}$
(4)从使用安全或节能的角度,设计的提示语可以为:①通电即加热,请注意防烫;②使用完请及时拔掉插头;③高温蒸汽,请勿对人;④切勿用手触碰电热板;⑤使用时请勿离人;⑥使用时请勿覆盖等。
由$I=\frac{U}{R}$可得,电阻器$R_1$的电阻$R_1=\frac{U}{I_1}=\frac{220\ \mathrm{V}}{5\ \mathrm{A}}=44\ \Omega$
(2)当开关S在位置2时,电阻器$R_2$接入电路,挂烫机处于待机状态,则挂烫机待机状态的功率$P_{\mathrm{待机}}=UI_2=220\ \mathrm{V}×0.02\ \mathrm{A}=4.4\ \mathrm{W}$
(3)挂烫机加热状态时的功率
$P_{\mathrm{加热}}=UI_1=220\ \mathrm{V}×5\ \mathrm{A}=1\ 100\ \mathrm{W}$
挂烫机0~150 s消耗的电能
$W=P_{\mathrm{加热}}t_{\mathrm{加热}}+P_{\mathrm{待机}}t_{\mathrm{待机}}=1\ 100\ \mathrm{W}×(30\ \mathrm{s}+70\ \mathrm{s})+4.4\ \mathrm{W}×(20\ \mathrm{s}+30\ \mathrm{s})=110\ 220\ \mathrm{J}$
(4)从使用安全或节能的角度,设计的提示语可以为:①通电即加热,请注意防烫;②使用完请及时拔掉插头;③高温蒸汽,请勿对人;④切勿用手触碰电热板;⑤使用时请勿离人;⑥使用时请勿覆盖等。
解析
【分析】
要解决这道题，需分阶段分析电路状态：①开关S接1时，仅R₁接入电路，已知电源电压和对应电流，用欧姆定律计算R₁；②开关S接2时为待机状态，用功率公式P=UI计算待机功率；③总电能需分别计算加热、待机阶段的电能，结合图丙的时间分段；④提示语从安全或节能角度设计合理内容。
【解析】
(1) 开关S接触点1时，只有R₁接入电路，根据欧姆定律 $ I = \frac{U}{R} $，可得：
$ R_1 = \frac{U}{I_1} = \frac{220\ \mathrm{V}}{5.0\ \mathrm{A}} = 44\ \Omega $
(2) 开关S接触点2时，挂烫机处于待机状态，待机功率：
$ P_{\mathrm{待机}} = UI_2 = 220\ \mathrm{V} × 0.02\ \mathrm{A} = 4.4\ \mathrm{W} $
(3) 加热状态的功率：
$ P_{\mathrm{加热}} = UI_1 = 220\ \mathrm{V} × 5.0\ \mathrm{A} = 1100\ \mathrm{W} $
由图丙可知，0~150s内，加热时间 $ t_{\mathrm{加热}} = 30\ \mathrm{s} + (120\ \mathrm{s} - 50\ \mathrm{s}) = 100\ \mathrm{s} $，待机时间 $ t_{\mathrm{待机}} = (50\ \mathrm{s} - 30\ \mathrm{s}) + (150\ \mathrm{s} - 120\ \mathrm{s}) = 50\ \mathrm{s} $
总消耗电能：
$ W = P_{\mathrm{加热}}t_{\mathrm{加热}} + P_{\mathrm{待机}}t_{\mathrm{待机}} = 1100\ \mathrm{W} × 100\ \mathrm{s} + 4.4\ \mathrm{W} × 50\ \mathrm{s} = 110220\ \mathrm{J} $
(4) 示例提示语：使用时请勿触碰电热板，防止烫伤（或使用完毕及时断电，节约用电等，合理即可）
【答案】
(1) $ R_1 = 44\ \Omega $；(2) 待机功率为4.4 W；(3) 0~150 s消耗电能为110220 J；(4) 示例：通电即加热，请注意防烫（合理即可）
【知识点】
欧姆定律、电功率计算、电能计算
【点评】
本题结合挂烫机的实际电路，考查电学核心公式的应用，同时渗透安全与节能的生活常识，注重物理知识与实际应用的结合，难度适中。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需分阶段分析电路状态：①开关S接1时，仅R₁接入电路，已知电源电压和对应电流，用欧姆定律计算R₁；②开关S接2时为待机状态，用功率公式P=UI计算待机功率；③总电能需分别计算加热、待机阶段的电能，结合图丙的时间分段；④提示语从安全或节能角度设计合理内容。
【解析】
(1) 开关S接触点1时，只有R₁接入电路，根据欧姆定律 $ I = \frac{U}{R} $，可得：
$ R_1 = \frac{U}{I_1} = \frac{220\ \mathrm{V}}{5.0\ \mathrm{A}} = 44\ \Omega $
(2) 开关S接触点2时，挂烫机处于待机状态，待机功率：
$ P_{\mathrm{待机}} = UI_2 = 220\ \mathrm{V} × 0.02\ \mathrm{A} = 4.4\ \mathrm{W} $
(3) 加热状态的功率：
$ P_{\mathrm{加热}} = UI_1 = 220\ \mathrm{V} × 5.0\ \mathrm{A} = 1100\ \mathrm{W} $
由图丙可知，0~150s内，加热时间 $ t_{\mathrm{加热}} = 30\ \mathrm{s} + (120\ \mathrm{s} - 50\ \mathrm{s}) = 100\ \mathrm{s} $，待机时间 $ t_{\mathrm{待机}} = (50\ \mathrm{s} - 30\ \mathrm{s}) + (150\ \mathrm{s} - 120\ \mathrm{s}) = 50\ \mathrm{s} $
总消耗电能：
$ W = P_{\mathrm{加热}}t_{\mathrm{加热}} + P_{\mathrm{待机}}t_{\mathrm{待机}} = 1100\ \mathrm{W} × 100\ \mathrm{s} + 4.4\ \mathrm{W} × 50\ \mathrm{s} = 110220\ \mathrm{J} $
(4) 示例提示语：使用时请勿触碰电热板，防止烫伤（或使用完毕及时断电，节约用电等，合理即可）
【答案】
(1) $ R_1 = 44\ \Omega $；(2) 待机功率为4.4 W；(3) 0~150 s消耗电能为110220 J；(4) 示例：通电即加热，请注意防烫（合理即可）
【知识点】
欧姆定律、电功率计算、电能计算
【点评】
本题结合挂烫机的实际电路，考查电学核心公式的应用，同时渗透安全与节能的生活常识，注重物理知识与实际应用的结合，难度适中。
【难度系数】
0.6
