初中物理电学电路分析步骤：初中物理电学典题学以致用

典题46:有一种 WSJ-60 型号电水壶,如图是电水壶的电路图:



其中:

①L1为电源指示灯、L2为保温指示灯、L3为加热指示灯,

②R1、R2、R3为指示灯的保护电阻,其大小为 100 kΩ 左右;

③R为加热器,其电阻小于 100Ω;

④S1、S2为压键开关;

⑤ST温控器是一个双金属片温控开关,当温度较低时,其处于闭合状态,当温度升高到一定值,会自动断开,从而实现了自动温度开关控制。

工作原理:①当水壶放在底座上时,就分别压下压键开关S1、S2，并接通电路,如果插头插入插座后,就接通了电源，电源指示灯就亮，反之就断开。

②该壶有手动和自动两种工作状态。

ⅰ当钮子开关拨到手动挡时,加热电阻连入,开始加热,水沸腾以后再将钮子开关拨回。

ⅱ当钮子开关拨到自动挡时,此时通过 ST 温控器将加热电阻连入,并开始加热;当水沸腾后,ST 温控器的触点断开,进入保温状态,保温指示灯亮;当水的温度低于某温度后,ST 温控器又重新接通,再次进入加热状态。

学以致用:若加热器电阻阻值随温度改变而发生的变化可忽略不计,根据以上叙述与观察,请回答以下问题.

1.在下列空格中填写“亮”或“不亮”

（1）手动状态通电工作时,电源指示灯___,加热指示灯___,保温指示灯___。

(2)自动状态通电工作时,水沸腾前:电源指示灯___,加热指示灯___，保温指示灯___.水沸腾后:电源指示灯___,加热指示灯___,保温指示灯___。

2.现将一满壶 25 ℃的水在标准大气压下烧开需时 10 min,请计算该电水壶的热效率.水的比热容 c = 4.2 ×10³J/(kg ·℃)。

3.通过分析电水壶的电路,说明为什么处于自动状态下,水未沸腾前,保温指示灯是不亮的？

4.试计算电水壶正常工作时其加热电阻的阻值是多大？如果指示灯的保护电阻的大小是 100 kQ,当它处于保温状态时,试计算电水壶保温时的功率有多大？由此可以说明什么问题？

【分析】1这个电路看似很复杂,其实它由三部分电路组成:

1.1电源指示灯电路:由电路图可知，电源指示灯是独立的一套电图，只要电路接通，就处于常开状态，等效电路如下图所示:

1.2加热电路:分为两种模式，手动和自动。

①当钮子开关拨到手动挡时,电源指示灯电路和加热电路并联,电路处于加热状态，电路图示意图如下图所示:

②当钮子开关拨到自动挡时,此时通过 ST 温控器将加热电阻连入,并开始加热。当水沸腾后,ST 温控器的触点断开,加热电路和保温电路串联,进入保温状态。

对于此点，对照电路图也不难理解，

ⅰ当ST闭合时，L2被短路，只有L1和R工作，电路处于加热状态;

ⅱ当ST断时，因为R2的电阻非常大，所以电路处于常开保温加热状态。

2熟记公式Q=cm△t=ccρV(t1-t0)，

W=Pt。

完整的等效电路图

【解答】 1.（1）亮，亮,不亮;

(2）亮，亮，不亮:亮,不亮，亮。

2. Q有=cρV(t1-t0)

=3.15×10J(n=5),

Q总= 600 W×10×60s

=3.6×10ⁿ(n=5),

η=Q有/Q总=87.5％。

3.当电水壶处于自动状态下,水未沸腾前,保温指示灯与 ST 双金属片温控器并联,且 ST 双金属片温控器处于联通短路状态,所以保温指示灯被短路不亮,

4.由 R=U²/P且U=220V，P=600W得电水壶正常工作时其加热电阻的阻值

R=U²/P=220V²/600W=80.7Ω

保温状态时,通过电热器的电流

I=U/(R1 RL1 R2)

<U/R2=2.2x10ⁿ(n=-3)

就以这个电流计算,保温状态时电热器的发热功率为

P=I²R=3.9×10ⁿ(n=-4)W。

即可以近似认为不发热,所以保温状态下的水温逐渐降低.

小结:简化电路有助于正确分析电路，这是一种由繁化简的方法，利于问题的解决。