如图,是一个电热毯示意电路图.R0是电热毯中的电阻丝,R是与电热毯与电阻丝串联的电阻.电热毯上标有“220V 100W”字样,S是控制电热毯处于加热状态或保温状态的开关.(1)用学过的公式推理说明开关S断开时,电热毯是处于加热状态还是保温状态?(2)若要求在保温时电流通过电阻丝R0每分钟有60J的电能转化为内能,电阻R的阻值是多大?

问题描述:

如图,是一个电热毯示意电路图.R0是电热毯中的电阻丝,R是与电热毯与电阻丝串联的电阻.电热毯上标有“220V 100W”字样,S是控制电热毯处于加热状态或保温状态的开关.

(1)用学过的公式推理说明开关S断开时,电热毯是处于加热状态还是保温状态?
(2)若要求在保温时电流通过电阻丝R0每分钟有60J的电能转化为内能,电阻R的阻值是多大?

(1)R0一定,t一定时,电热毯功率大时,处于加热状态.
根据公式P=I2R  可知:
S闭合时,R0发热功率:P0=I20=(

U
R0
2R0   ①
S断开时,P′0=I20=(
U
R+R0
2R0  ②
比较①②两式得P0>P0′.
所以S闭合,电热毯处于加热状态.S断开,电热毯处于保温状态.
(2)根据“220V  100W”可得:R0=
U2
P
=
(220V)2
100W
=484Ω   
保温时:电阻R0两端电压为U0. 
Q0=
U02
R0
t
已知:Q0=60J t=1 min=60 s 
则U0=
Q0R0
t
=
60J×484Ω
60s
=22V.
所以R上分到的电压为UR=U-U0=220-22=198V
根据
UR
U0
R
R0

解得:R=4356Ω
答:(1)开关S断开时,电热毯处于保温状态;
(2)若要求在保温时电流通过电阻丝R0每分钟有60J的电能转化为内能,电阻R的阻值是4356Ω.
答案解析:(1)根据S断开时推导出此时的功率和当S闭合时的功率比较即可得出答案;(2)先根据“220V  100W”求出电热毯的电阻,再根据每分钟有60J的电能转化为内能求出通过它的电流,从而求出R0两端的电压,然后利用串联分压的规律求出R上分到的电压,再利用R=UI即可求出电阻R的阻值.
考试点:电功、电功率;焦耳定律.
知识点:此题主要考查学生对电功率的计算,串联电路的电压规律,电阻,电功计算公式的应用等知识点的理解和掌握,此题涉及的知识点较多,有点难度,属于难题.