Question

6．（1）重为20N的木箱静止在斜面上，请在图1中作出木箱受到重力的示意图．
（2）请根据图2中小磁针静止时的指向，标出通电螺管中的电流方向．
（3）某电暖器，铭牌上标有“220V、400W”，简化电路如图3所示，调温器坏后，想去掉调温器通过增加一只开关和一只电阻R₂把它改装成R₁的发热功率可以高低两档转换，并要求：高档发热功率为400W，低档时通过R₁的电流值为高档时的四分之一，请你设计出这个方案，要求：①在虚线框内画出符合要求的电路图；②计算满足要求的电阻R₂的阻值为363Ω．

Answer 1

分析 （1）画重力的示意图首先确定重心，然后沿重力方向（竖直向下）画一条带箭头的线段表示这个力；
（2）先根据小磁针的指向判断出通电螺线管的磁极，再用安培定则判断电流的方向．
（3）①电源电压不变，根据公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，两电阻串联时，电阻大时，发热功率小，只有一个电阻时，电路电阻小时，发热功率大．
（2）已知电暖器的额定电压和额定功率，根据公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出电暖器发热电阻，S闭合时处于高档，算出通过R₁的电流，S断开时，处于低档，算出此时R₁上通过的电流和分担的电压，进一步算出R₂应分但的电压，最后根据公式R=$\frac{U}{I}$求出串联电阻R₂的阻值．

解答 解：（1）图中已标出重心，从重心开始画一个竖直向下的线段，标上箭头，最后用G表示出重力即可．

（2）由小磁针的指向可知，通电螺线管的右端为S极，左端为N极．根据安培定则，右手大拇指指左端，四指指向为电流方向．

（3）①开关闭合时在高档，只有一个电阻R₁工作，开关断开时在低挡，两电阻串联．如下图．

②电暖器发热电阻R₁的阻值：
R₁=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{400W}$=121Ω，
如图，S闭合时处于高档，通过R₁的电流：
I₁=$\frac{P}{U}$$\frac{400W}{220V}$=$\frac{20}{11}$A，
S断开时，处于低档，R₁上要求通过的电流：I₂=$\frac{1}{4}$×I₁=$\frac{5}{11}$A，
R₁两端电压：U₁=I₂R₁=$\frac{5}{11}$A×121Ω=55V，
R₂应分压：U₂=220V-55V=165V，
需要串联R₂的阻值：R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{165V}{\frac{5}{11}A}$=363Ω．
故需要串联363Ω的电阻满足要求．
故答案为：363Ω．

点评 此题考查画力的示意图的方法，安培定则、电路图的设计和欧姆定律的应用，其中（3）题的关键是知道开关断开与闭合时电路的连接情况和各个电学公式及其变形的灵活运用．