题目

甲图是用来焊接自来水管的塑料热熔器．通电后，加热头发热，使需接上的塑料水管的两头熔化，将它们对接、紧压在一起，冷却后，就可以拼成一根水管了．其电路部分如乙图所示，S₂为温控开关，S₁是手控开关． ND为指示灯，R₁是限流电阻．R₂和R₃均为加热电阻．表是它的技术参数．

产品名称	便携自动控温式PPR/PP-R塑料管材
型号	20-32MM（配Ф20、Ф25、Ф32模头）
环境温度	-20℃～50℃
相对湿度	45%～95%
额定电压	220V
加热头温度	260±5℃
功率	加热：1000W，保温：250W
安全指标	绝缘电阻不小于1ΜΩ

（1）请说出加热和保温状态下，开关S₁和S₂所处的状态；
（2）求出R₂的电阻值；
（3）若熔化1kgPVC塑料需要吸收10⁶J热量，某次熔接时要需熔化80gPVC，则正常情况下至少要加热多长时间？
（4）在设计时，若指示灯ND可在“3V 0.3A”普通灯泡和“3V 10mA”的发光二极管中任选项一种，你认为先哪一种比较合适，请说明理由．

提问时间：2021-03-14

答案

（1）当开S₁闭合、S₂断开时，两电阻串联，电路中电阻最大；当开关S₂闭合时，只有R₁工作此时电路中电阻最小；
根据P=

U2

R

可知，开S₁闭合、S₂断开时处于保温状态，开关S₁、S₂闭合时处于加热状态．
（2）加热时，电路为R₁的简单电路，则
R₁=

U2

P加热

=

(220V)2

1000W

=48.4Ω；
保温时，R₁和R₂串联，则
R_总=

U2

P保温

=

(220V)2

250W

=193.6Ω，
R₂=R_总-R₁=193.6Ω-48.4Ω=145.2Ω．
（3）熔化80gPVC需要的热量：
Q=

106J

1000g

×80g=8×10⁴J，
需要的加热时间：
t=

W

P加热

=

Q

P加热

=

8×104J

1000W

=80s．
（4）若指示灯为“3V 0.3A”普通灯泡时，
当其指示时，该支路消耗的电能P=UI=220V×0.3A=66W，
若指示灯为“3V 10mA”的发光二极管时，
当起指示时，该支路消耗的电能P′=UI′=220V×10×10^-3A=2.2W，
从节约能源的角度可知应选“3V 10mA”的发光二极管．
答：（1）开S₁闭合、S₂断开时处于保温状态，开关S₁、S₂闭合时处于加热状态；
（2）R₂的电阻值为145.2Ω；
（3）某次熔接时要需熔化80gPVC，则正常情况下至少要加热80s；
（4）指示灯ND应选“3V 10mA”的发光二极管，原因：指示灯正常工作时，消耗的电能少．