Question

如图甲是某同学设计的多档位电热水器工作电路图，电源电压为220V，LED是额定电流为10mA的发光二极管，用于指示电路的通断，当R₀的阻值为21900Ω时，LED灯正常发光；R₁和R₂是两根阻值均为110Ω的电阻丝，温控开关是内有绝缘圆盘的旋转开关，外形如图乙所示，在圆盘的边缘依次有6个金属触点（在图乙用“O”表示，“O”中标有1、2、3、4编号，编号相同的触点用导线连接）．可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋转可以将相邻的触点接通，例如，图乙中，旋转上的箭头指向图中位置A，此时，金属滑片将1、2两触点接通，同时另一端已将3、4两触点接通．当旋钮上的箭头指向A、B、C不同位置时，可以试验高、中、低三档加热热功率．

（1）试分析电路中R₀的作用．
（2）当旋转开关转到________（填“A”、“B”、“C”）位置时，为低温档；此时电热水器加热功率为多少？
（3）LED指示灯正常工作1小时消耗的电能是多少？

Answer 1

解：
（1）由电路图可知，R₀与二极管串联，根据串联分压可知R₀在电路中能起分压限流作用，保护发光二极管．
（2）由甲乙两图可知，当旋转开关转到B时，R₁与R₂串联，此时电路中的电阻最大，电功率最小即为低温档；
电路中的总电阻：
R_总=R₁+R₂=110Ω+110Ω=220Ω，
由P=UI和欧姆定律可得：
P_总===220W．
（3）根据I=可得，在指示灯电路中R₀两端的电压：
U₀=IR₀=0.01A×21900Ω=219V，
由串联电路特点可知：
U_LED=U_源-U₀=220V-219V=1V，
LED灯正常工作1小时消耗的电能：
W=UIt=1V×0.01A×3600S=36J．
答：（1）R₀在电路中能起分压限流作用，保护发光二极管；
（2）B；低温档的加热功率为220W；
（3）LED指示灯正常工作1小时消耗的电能是36J．
分析：（1）由电路图可知，R₀与二极管串联，根据串联分压可知R₀在电路中的作用；
（2）根据P=可知，电压一定，当电路中的电阻最大时，电路中的总功率最小，根据电阻的串并联可知当两电阻串联时电路中的电阻最大，根据电阻的串联求出电路中的总电阻，再根据电功率公式求出此时电热水器加热功率；
（3）已知LED指示灯正常工作的电流，根据欧姆定律求出R₀两端的电压，根据串联电路的电压特点求出LED指示灯两端的电压，再根据W=UIt求出正常工作1小时消耗的电能．
点评：本题考查了串联电路和并联电路的特点以及欧姆定律、电功率公式、电功公式的灵活运用，关键是公式及其变形式的灵活运用，难点是选择档位变化时电路的判断和读懂题意、联系题目的信息进行相关计算．