分析 (1)由题意可知,再闭合S1后,电流表的示数变大,说明原电路要么两电阻并联,要么开关S1与其中一个电阻并联;若开关S1与其中一个电阻串联,根据欧姆定律求出S1闭合、断开时电路中总电阻,根据电阻的串联求出另一电阻的阻值,然后判断此种情况不可能;若两电阻并联,根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出电路的总电阻,利用电阻的并联求出另一电阻的阻值,然后得出答案;
(2)闭合S1和S2后,两电阻并联,根据欧姆定律求出两电阻两端允许所加的最大电压,根据并联电路的电压特点求出电源的电压,又知道电路的总电阻,利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出此电加热器允许消耗的最大电功率;
(3)知道水的质量和温度的变化量以及比热容,根据Q吸=cm△t求出水吸收的热量即为消耗的电能,又知道工作时间,根据W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t求出高温档时的电阻,
解答 解:(1)由题意可知,再闭合S1后,电流表的示数变大,则电路可能是两电阻并联,也可能是开关S1与其中一个电阻并联;
若开关S1与其中一个电阻串联,
由I=$\frac{U}{R}$可得,开关S1闭合前后电路中的电阻分别为:
R断=$\frac{U}{{I}_{断}}$=$\frac{6V}{0.24A}$=25Ω,R闭=$\frac{U}{{I}_{闭}}$=$\frac{6V}{0.84A}$=$\frac{50}{7}$Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,电路中两电阻的阻值分别为7Ω、25Ω-$\frac{50}{7}$Ω=$\frac{125}{7}$Ω,这与R1=10Ω不符,故此种情况不可能;
若两电阻并联,开关S1闭合时,两电阻并联,电流表测干路电流,
电路中的总电阻:
R总=$\frac{U}{{I}_{总}}$=$\frac{6V}{0.84A}$=$\frac{50}{7}$Ω,
因并联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,$\frac{1}{{R}_{总}}$=$\frac{1}{{R}_{1}}$+$\frac{1}{{R}_{2}}$,即$\frac{1}{\frac{50}{7}Ω}$=$\frac{1}{10Ω}$+$\frac{1}{{R}_{2}}$,
解得:R2=25Ω,即两个电阻为25Ω、10Ω,与题意相符;
(2)闭合S1和S2后,两电阻并联,
两电阻两端允许所加的最大电压:
U1=I1R1=1A×10Ω=10V,U2=I2R2=1A×25Ω=25V,
因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,电源的最大电压U大=10V,
此电加热器允许消耗的最大电功率:
P大=$\frac{{{U}_{大}}^{2}}{{R}_{总}}$=$\frac{(10V)^{2}}{\frac{50}{7}Ω}$=14W;
(3)水吸收的热量:
Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×0.1kg×7.2℃=3024J,
因电加热器消耗的电能全部转化为水的内能,
所以,由W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t可得,高温档时的电阻:
R=$\frac{{U}^{2}}{W}t$=$\frac{{U}^{2}}{Q}$t=$\frac{(6V)^{2}}{3024J}$×14×60s=10Ω,
即高温档时电路中的总电阻为10Ω,低温档时电路中的总电阻大于10Ω,改装电路可设计为两电阻串联,开关S1与R2并联,如下图所示:
答:(1)25;
(2)电加热器允许消耗的最大电功率为14W;
(3)电路图如上图所示.
点评 本题考查了电路的设计和串并联电路的特点以及欧姆定律、吸热公式、电功公式的应用,根据题意判断出原电路的连接方式是解题的基础与关键.
科目:初中物理 来源: 题型:实验探究题
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