Question

如图所示是某电热器的工作原理图，R₁、R₂是发热电阻，虚线框为电热器的金属外壳。它用一个旋转开关可以实现电热器多档位工作的要求。其中旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的左边缘依次有4个金属触点①、②、③、④，右边缘是一金属板，可绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将左边缘相邻的两个触点与右边缘的金属板同时连通。如旋到图中位置S时，金属滑片将1、2两触点同时与右边缘金属板接通。

导    线    规    格
导线横截面积S/mm2	0．5	1	1.5	2.5
安全载流量I/ A	4	8	12	20

（1）如果请你为这台电热器配备一个三脚插头，如图乙所示，应该将电路图中的地线接到插头的　　  （选填“G”、“L”或“N”）脚。正常情况下，火线和零线之间的电压为_______V。
（2）小明想在电路中加一个“倾倒开关”，使电热器被碰倒时能自动断开电路，以免引起火灾。该开关最好应安装在示意图中A、B、C、D、E中的　　  _点处。
（3）如果 R₁＝R₂，旋钮开关旋到位置S时的电功率为1000W，求R₁和R₂的阻值。
（4）当旋钮开关旋到位置T时，通电1 min产生的热量是多少？
（5）某种橡皮绝缘铜芯导线在常温下安全载流量（长时间通电时的最大安全电流）如下表，请你计算说明应选横截面积为多大的铜芯导线作为该电热器的输出导线，才符合既适用又经济的原则？

Answer 1

（1）G，220；（2）A；（3）R₁和R₂的阻值为48.4Ω；（4）通电1min产生的热量是3.0×10⁴J；（5）应选横截面积为1mm²的导线．

试题分析：（1）家庭电路中，金属用电器使用三脚插头和三孔插座，是为了防止金属用电器漏电时发生触电事故．地线接用电器的金属外壳，为了防止金属外壳的用电器漏电时发生触电事故，地线接三脚插头的上脚，当三脚插头插入三孔插座，能使金属外壳接地，防止触电事故的发生，即应该将电路图中的地线接到插头的G．正常情况下火线和零线之间的电压是220V，火线和地线之间的电压是220V，零线和地线之间的电压是0V．
（2）电热器被碰倒时火线和零线直接接触会出现短路，电流过大，产生热量会增多，会引起火灾．为了防止短路现象，在电热器被碰倒时，切断火线，“倾倒开关”要接在火线上，所以倾倒开关接在A处．
（3）如旋到图中位置S时，金属滑片将1、2两触点同时与右边缘金属板接通，由此可判断R₁被短路，已知电压和功率，可求出电阻：R₁=R₂=U²/P=(220V)²/1000W=48.4Ω．
（4）当旋钮开关旋到位置T时，R₁与 R₂串联，因发热电阻将电能全部转化成内能，所以Q=W=Pt=U²t/R
通电1min产生的热量是：Q=U²t /（R₁+R₂）=(220V)²×60s /（48.4Ω+48.4Ω）=3.0×10⁴J．
（5）电热器工作时的最大功率是1000W，工作电压是220V，
电热器工作时的最大电流：I=P/U=1000W/220V≈4.55A
由表可知，应选横截面积为1mm²的导线．