Question

物理小组的同学们制作了一个多档位电热器．电热器中的R₁、R₂、R₃为三根电热丝，其中电热丝R₁的功率随电流变化的图象如图1所示．为了分析接入电路的电阻对电热器的电功率的影响，他们将电表接入图2所示的电路中（电源两端电压不变）．在开关S₁、S₂都断开或都闭合所形成的两个电路状态中，电压表示数之比为1：8．电热丝R₂消耗的最大功率和最小功率之比为4：1，电流表的最大示数为1.9A．求：

（1）电热丝R₃的阻值；
（2）电源两端的电压；
（3）这个电热器在不同档位的电功率分别是多少瓦？

Answer

（1）先画出开关都闭合和都断开时的等效电路图，电压表测R1两端的电压，电流表测总电流；再根据图象1可知，当通过R1的电流为0.1A时，电阻R1的功率为1W，根据R=求出R1的阻值；根据图1和图2中电压表的示数关系求出图1中R1两端的电压与电源电压之间的关系；再根据电热丝R2消耗的最大功率和最小功率之比求出R2两端的电压与电源电压之间的关系，利用串联电路电压关系，进一步求出图1中三电阻两端电压关系，最后根据欧姆定律和R1的阻值求出R3的阻值；
（2）当开关都闭合时，三电阻并联，根据并联电路电压关系和欧姆定律求出三条支路电流之间的比值，再根据电流表的示数求出通过R1支路的电流，再根据欧姆定律求出电源的电压；
（3）根据P=分别求出这个电热器在不同档位的电功率的值．
【解析】
开关都断开时等效电路图如图1所示；开关都闭合时等效电路图如图2所示；

（1）由图象1可知：R1===100Ω，
由图1、图2可得：=，
∴U1=U，
===，
=，U2=U，U3=U，
R1：R2：R3=U1：U2：U3=U：U：U=1：4：3，
∴R3=300Ω；
（2）当开关都闭合时，电流表示数最大为1.9A，
则I1：I2：I3=：：=12：3：4
∴I1=1.2A，
U=I1R1=1.2A×100Ω=120V；
（3）当开关都闭合时，
P1档=++=++=228W，
当开关都断开时，
P2档===18W，
当只闭合S1时，
P3档===48W，
当只闭合S2时，
P4档===144W．
答：（1）电热丝R3的阻值为300Ω；
（2）电源两端的电压120V；
（3）这个电热器在不同档位的电功率分别为228W、18W、48W、144W．