【分析】
1. 方案设计:先确定煮饭模式的电路状态,当$S_1$、$S_2$都闭合时,$R_2$被短路,只有$R_1$接入电路,此时对应煮饭功率$880W$,已知电源电压,可利用电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$变形计算$R_1$的阻值。
2. 方案优化(1):煮饭模式功率大,根据$P=\frac{U^2}{R}$,电压一定时,功率大则电路电阻小,因此煮饭时需让$R_1$单独接入工作电路,对应图(b)的$a$处($a$通路时电阻小、功率大,为煮饭模式;衔铁吸下后切换到$b$处,电阻变大、功率变小,为保温模式)。
3. 方案优化(2):先从图(c)读取$105℃$时热敏电阻$R_t$的阻值,再结合控制电路的电源电压和切换电流,用欧姆定律求出控制电路总电阻,最后根据串联电路电阻规律计算$R_0$的阻值。
【解析】
方案设计:
当$S_1$、$S_2$都闭合时,$R_2$被短路,只有$R_1$接入电路,此时为煮饭模式,已知电源电压$U=220V$,煮饭功率$P=880W$。
根据电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$,变形得:
$R_1=\frac{U^2}{P}$
代入数据计算:
$R_1=\frac{(220V)^2}{880W}=55\Omega$
方案优化:
(1) 由$P=\frac{U^2}{R}$可知,电压不变时,功率大则电路电阻小,煮饭模式功率大,因此$R_1$应设计在$\boldsymbol{a}$处,保证煮饭时$R_1$单独工作,电阻小、功率大。
(2) ① 由图(c)可知,当温度$t=105℃$时,热敏电阻阻值$R_t=600\Omega$;
② 控制电路电源电压$U_{控}=24V$,切换时电流$I=0.03A$,根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$,可得控制电路总电阻:
$R_{总}=\frac{U_{控}}{I}=\frac{24V}{0.03A}=800\Omega$
③ 控制电路中$R_t$与$R_0$串联,根据串联电路电阻规律$R_{总}=R_0+R_t$,得:
$R_0=R_{总}-R_t=800\Omega-600\Omega=200\Omega$
【答案】
方案设计:$\boldsymbol{55\Omega}$
(1) $\boldsymbol{a}$
(2) $\boldsymbol{200\Omega}$
【知识点】
1. 电功率计算($P=\frac{U^2}{R}$)
2. 欧姆定律应用
3. 电磁继电器原理
【点评】
本题结合电饭锅的实际应用,综合考查电功率、欧姆定律和电磁继电器的相关知识,需要学生结合电路状态、图像信息分析问题,注重对知识迁移应用能力的考查,将物理规律与实际电路结合,体现了物理的实用性。
【难度系数】
0.6