Question

甲图是用来焊接自来水管的塑料热熔器．通电后，加热头发热，使需接上的塑料水管的两头熔化，将它们对接、紧压在一起，冷却后，就可以拼成一根水管了．其电路部分如乙图所示，S₂为温控开关，S₁是手控开关． ND为指示灯，R₁是限流电阻．R₂和R₃均为加热电阻．表是它的技术参数．

产品名称	便携自动控温式PPR/PP-R塑料管材
型号	20-32MM（配Ф20、Ф25、Ф32模头）
环境温度	-20℃～50℃
相对湿度	45%～95%
额定电压	220V
加热头温度	260±5℃
功率	加热：1000W，保温：250W
安全指标	绝缘电阻不小于1ΜΩ

（1）请说出加热和保温状态下，开关S₁和S₂所处的状态；
（2）求出R₂的电阻值；
（3）若熔化1kgPVC塑料需要吸收10⁶J热量，某次熔接时要需熔化80gPVC，则正常情况下至少要加热多长时间？
（4）在设计时，若指示灯ND可在“3V 0.3A”普通灯泡和“3V 10mA”的发光二极管中任选项一种，你认为先哪一种比较合适，请说明理由．

Answer

（1）根据公式P=可知，电阻越小，电功率越大；当开S1闭合、S2断开时，两电阻串联，当开关S2闭合时，只有R1工作．
（2）由铭牌可知保温功率和加热功率，分别根据R=求出加热和保温时电路中的总电阻，再根据电阻的串联求出R2的电阻值．
（3）已知熔化1kgPVC塑料需要吸收的热量，据此求出熔化80gPVC需要的热量，再根据Q=W=Pt求出正常情况下的加热时间．
（4）灯泡正常发光时的电流和额定电流相等，根据P=UI求出两种指示灯所在支路消耗的电功率，即可从节约能源的角度选取哪一种比较合适．
【解析】
（1）当开S1闭合、S2断开时，两电阻串联，电路中电阻最大；当开关S2闭合时，只有R1工作此时电路中电阻最小；
根据P=可知，开S1闭合、S2断开时处于保温状态，开关S1、S2闭合时处于加热状态．
（2）加热时，电路为R1的简单电路，则
R1===48.4Ω；
保温时，R1和R2串联，则
R总===193.6Ω，
R2=R总-R1=193.6Ω-48.4Ω=145.2Ω．
（3）熔化80gPVC需要的热量：
Q=×80g=8×104J，
需要的加热时间：
t====80s．
（4）若指示灯为“3V 0.3A”普通灯泡时，
当其指示时，该支路消耗的电能P=UI=220V×0.3A=66W，
若指示灯为“3V 10mA”的发光二极管时，
当起指示时，该支路消耗的电能P′=UI′=220V×10×10-3A=2.2W，
从节约能源的角度可知应选“3V 10mA”的发光二极管．
答：（1）开S1闭合、S2断开时处于保温状态，开关S1、S2闭合时处于加热状态；
（2）R2的电阻值为145.2Ω；
（3）某次熔接时要需熔化80gPVC，则正常情况下至少要加热80s；
（4）指示灯ND应选“3V 10mA”的发光二极管，原因：指示灯正常工作时，消耗的电能少．